教学课件:第三篇矿井通风设备.ppt
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1、第三篇矿井通风设备 第八章 矿井通风机的工作理论,一、概述1、矿山通风设备的作用:向井下输送新鲜空气,稀释和排除有毒、有害气体,调节井下所需风量、温度和湿度,改善劳动条件,保证安全生产。风机的作用:依靠输入的机械能,提高气体压力并排送气体,它是一种从动的流体机械。,2、矿井通风方法:自然通风、机械通风自然通风:利用井下井上空气温度不同及井口压差形成的。特点:1)压差小,不稳定;2)受季节、气候、环境影响大煤矿安全规定:矿井必须采用机械通风,机械通风:利用风机产生风压形成的。矿井通风方式:抽出式、压入式抽出式通风:将通风机安设在出风井井口附近,并利用风硐与出风井连接。在风机开动后,风硐中的空气被
2、抽出产生负压,空气从进风井流入井下,经出风井排出,又称负压通风。,压入式通风:将通风机安设在进风井井口附近,并利用风硐与进风井连接,通风机运转后,地面空气被压入井下,经出风井排出,又称正压通风。两种通风方式的比较:抽出式比较安全一般采用抽出式通风方式,3、矿井通风系统1)中央并列式:进风井和出风井并列在井田的中央。2)中央分列式:进风井位于井田中央,出风井位于上部井田边界3)两翼对角式:进风井位于井田中央,两个出风井分别位于井田的两翼边界4)分区对角式:进风井位于井田中央,出风井位于各采区边界混合式,中央式的优缺点优点:总回风巷可以随采区开采逐步开掘,缩短建井工期;井筒数目少,风机少,管理容易
3、;反风容易 缺点:通风线路长,巷道阻力逐步增加 随着巷道阻力增加,风机的工作效率难以保证;矿井总进风和总回风风流方向相反,容易漏风。注:对角式的优缺点与中央式相反,4、矿井通风设备及其要求矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器及反风装置等。矿井通风设备分主通风设备、局部通风设备、分区通风设备,矿井主要风设备的要求安装在地面,装有风机的井口必须封闭严密;必须设有两台风机,其中一台备用,且备用风机须能在10min内启动;设置两条专用供电线路须有反风装置或反风能力装有主通风机的出风井口必须装防爆门主通风机因检修、停电等原因需停机时,必须制定停风措施,并经批准噪声应控制在国家标准范围内通风系统应有较
4、高的效率尽可能采用自动控制装置,5、煤矿安全规程对矿井内污浊空气的有关规定矿井内空气中氧气浓度不得低于20%有人的井巷CO2浓度不得高于0.5%,总回风流中CO2浓度不得高于1%按体积计算矿井内CO浓度不得高于0.0024%,按重量计算不得超过0.03mg/L。爆破后通风机连续运转条件下,CO浓度降至0.02%时才可以进入工作面;井下空气中氮氧化物浓度不得超过0.00025%井下空气中硫化氢浓度不得超过0.00066%井下空气中二氧化碳浓度不得超过0.00050%作业场所中空气中粉尘允许浓度:含游离二氧化矽大于10%者,不得超过2mg/m3;小于10%者,不得超过10mg/m3 采掘工作面的空
5、气温度不得超过26C机电设备硐室的空气温度不得超过30C,1、风机的分类:1)按气流的流动方向分:离心式、轴流式、混流式2)按作用和安装形式分:主通风机、局部通风机3)按容积的变化方式分:往复式、回转式4)按风机的出口压力分:通风机:出口压强(表压)不大于15kPa,压缩比为11.15;低压风机:全压小于1000Pa中压风机:全压10003000Pa高压风机:全压300015000Pa5)按进风口数目分:单侧吸入、双侧吸入6)按叶片结构形式分:机翼型叶片、直接型叶片、弧形叶片,第二节 矿井通风机的工作原理,2、通风机的工作原理(一)离心式通风机的工作原理 1)组成:叶轮、机轴、进风口、前导器、
6、螺线形机壳、锥形扩散器等。2)工作原理 离心通风机工作时,动力机(主要是电动机)驱动叶轮在蜗形机壳内旋转,空气经吸气口从叶轮中心处吸入。由于叶片对气体的动力作用,气体压力和速度得以提高,并在离心力作用下沿着叶道甩向机壳,从排气口排出。,(二)轴流式通风机的工作原理 1)组成:叶轮、机轴、集流器、流线体、圆筒形外壳、整流器、环形扩散器等。2)工作原理 轴流式通风机工作时,动力机驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转,气体从集流器进入,通过叶轮获得能量,提高压力和速度,然后沿轴向排出。(三)离心式通风机与轴流式通风机的区别 离心式通风机中的空气沿轮的轴向进径向出,轴流式通风机中的空气沿轮的轴向进轴向出。,(四
7、)离心式通风和轴流式通风的比较1)结构方面轴流式风机比旧式离心风机结构尺寸小,重量轻;与新型离心式风机相比则差不多;轴流式风机结构复杂,维修较困难;轴流式风机噪声大,需安装消声措施;2)效率方面 离心式风机最高效率比轴流式高,但平均效率低于轴流式;3)通风机调节方面 轴流式风机调节方法多,经济性好;离心式较差。4)特性方面 轴流式通风机特性曲线陡斜,适用于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井;离心式则相反;5)启动方式 轴流式风机启动时可关闭闸门也可不关,启动负荷变化不大;离心式风机必须关闭闸门启动,以减小启动负荷。,三、通风机的主要性能参数(指标准状态下的性能)1、风量(流量)(Q)单位时间通
8、风机输送的空气的体积。单位:m3/s、m3/min、m3/h2、风压(H)通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为Pa(N/)(1)静压(Hs)指单位体积的气体流过通风机后所获得的压力能(即压力势能)。也指通风机的有效压力,占全压的80%90%。Hs=Hs 2-Hs 1(2)动压(Hd)指单位体积的气体流过通风机后所获得的动能。Hd=Hd2 Hd1(3)全压(H)指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。H=Hs+Hd=H2-H1,3、功率:单位KW(1)有效功率指单位时间内气体从通风机获得的能量。全压有效功率(Px)压力用全压表示时的有效功率。静压有效功率(Pxs)压力用静压表示时的有效功
9、率。,(3)轴功率(P)通风机的输入功率。(4)配套电机功率(Pd)PdkP k电机容量储备系数,4、效率(1)全效率()指通风机的有效功率与轴功率之比。,(2)静效率(j)指在上式中如果用静压代替全压,则所得的效率称为静效率。,5、转速(n)指风机叶轮每分钟的转数。单位为r/min。6、比转速(ns)是反映通风机Q、P和n等之间关系的综合特性参数。相似通风机的比转数相同。,第三节 通风机的特性曲线,(一)离心式通风机的个体特性曲线1、理论风压方程式,理论全压与理论流量特性方程,2、理论风压特性曲线(1)H-Q全压特性曲线(2)HS-Q静压特性曲线(3)P-Q功率特性曲线(4)-Q效率特性曲线
10、(5)S-Q静压效率特性曲线 3、影响理论风压的因素(1)结构尺寸(D2)(2)运转工况(n)(3)叶片型式(前向、径向、后向),(二)轴流式通风机的个体特性曲线1、轴流式通风机叶轮中气流的运动及速度三角形1)气流在叶轮中的流动(1)基元环(2)叶栅 将基元环展开成平面后,成为直列叶栅。栅距:叶栅中的相邻叶片间的间距,以“t”表示。安装角:叶片弦长与栅出口边缘线的交角,以“”表示。通常以叶根处安装角标志叶轮叶片安装角。,2)速度三角形,2、轴流式通风机基本方程式1)理论压头(风压)不考虑任何损失的情况下,叶栅输入的功率P等于输出功率:,按照动量矩定理,在稳定流动中,单位时间内气流动量矩的变化量
11、等于同一时间的外力对同一轴线的外力矩。则:,如叶轮加装前导叶时,产生强迫旋绕,这时(当c1u与u同向时取“-”,c1u与u反向时取“+”),2)轴流式通风机基本方程式u任一半径处的圆周速度,3、轴流式通风机实际特性1)轴流式通风机的损失(1)气流在进入叶轮前由于进风部件阻力而形成的损失;(2)气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间的缝隙而形成的损失;(3)气流由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损失;(4)在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换的损失;(5)传动时的机械损失。2)实际特性曲线它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。,3、通风机的类型特性曲线 同类型风机:满足几何相似、运动相似、动
12、力相似的风机。1)类型系数(1)风压系数,(2)流量系数,(3)功率系数,2)通风机的类型特性(1)类型特性曲线(2)类型特性曲线的作用用一个类型特性曲线代替该类型不同尺寸和转速的通风机的所用个体特性曲线;用类型特性曲线比较不同类型通风机的性能;用类型曲线选取最有利的通风机。,第四节 通风机在网络中的工作,通风机是与一定的网络相连接而进行工作的,因此通风机本身与相应的网络构成一个完整的系统。通风机的工作状况不仅取决于通风机本身,同时也取决于网络的状况。,一、通风机在网路中的工作分析,二、通风网络特性曲线和等积孔1、网络特性方程式,(通风网络静阻力特性方程),式中 S通风网络过流面积,;Q通风网
13、络的流量,m3/s;Rj通风网络静阻力系数,Ns2/m8。R通风网络阻力系数,Ns2/m8,2、等积孔在假想薄壁上设一面积为S的理想孔口,通过此孔的风量等于网路风量,孔口两侧的压差等于网路阻力。左式中:=0.65流量系数H孔口两侧的压差空气密度取1.2kg/m3取=0.65,=1.2kg/m3,三、通风机工况点和工业利用区(一)工况点 1、定义(全压工况、静压工况)2、工况参数注意:网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系。(二)工业利用区 1、划定原则:稳定性和经济性 2、划定方法(1)稳定工作条件(有且只有一个工作点)喘振现象,(2)经济工作条件(3)工业利用区,三、通风机的工况调节及运行 调
14、节原因:在矿井开采过程中,通风网络的参数是变化的,为了适应这种变化,通风机的工况应具有可调节性。调节途径:一是改变网络特性曲线调节法;二是改变通风机特性曲线调节法。(一)改变网络特性曲线调节法 出口节流闸门调节(1)调节原理及方法 注意:闸门调节不节能。(2)适用范围及特点 设备简单,调整容易而均匀。但有附加能量损失。只能作为一种暂时的应急方法使用。,(二)改变通风机特性曲线调节法,1、改变叶轮转速调节法(1)调节原理比例定律:,(2)调节方法1)阶段调节:更换皮带轮或电机2)无级调节:调速型液力偶合器或串激调速电机注意:转速不能超过叶轮圆周速度允许值。,(3)特点 调节范围较宽,在网络特性不
15、变的情况调节时,效率不变。阶段性调速的调节机构简单,但必须在停机时操作;无级调速机构复杂投资大,但调节性能好,节电效果明显,其投资很快可以得到补偿,且能在不停机情况下完成调节工作。2、改变叶片安装角调节法(只适用于轴流式风机)(1)调节原理,(2)调节方法 1)停机调节:方法:人工和机构 2)运行调节(3)特点及适用范围 停机调节叶片安装角的机构简单,理论上可以实现无级调节,但由于必须停机操作,实际上只能做到阶段调节,调节范围较宽,调节中效率有所变化。运行调节的调节机构比较复杂,可在不停机情况下完成操作并实现无级调节。调节范围广,而且可以得到覆盖全调节范围的特性,调节时效率有所变化。采用这种机
16、构便于实现自动化。广泛应用于轴流式通风机的调节中。,(2)调节方法1)离心式通风机的前导器2)轴流式通风机的前导器(3)特点及适用范围 前导器调节法调节的机构比较简单,调整均匀,比较经济,可以在不停机的情况下完成操作,由于调节范围比较窄,作为其它阶段性调节的补充较为适宜。,3、前导器调节法(1)调节原理,4、改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法(1)调节原理(2)调节方法注意:改变叶片数目后,叶轮的平衡问题。(3)特点及适用范围 不需要另外附加机构,需要在停机情况下操作。只能实现阶段调节,可调范围窄,效率也有所变化,可以作为辅助的调节措施。,五、通风机的联合工作 当一台通风机不能满足矿井通风
17、要求时,可以将多台通风机同时在网络上工作,增加系统的风量或提高风压,满足矿井通风要求。这种多台通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合工作。联合工作的基本方式为串联和并联。,(一)通风机的串联工作 1、串联工作的任务:增加风压 2、串联工作的特点 两台风机的风量相等,风压为两台风机在该流量下的风压之和。3、串联工况点(1)构造等效风机 按照“相同流量下,风压相加”的原则。(2)求等效风机的特性曲线(3)等效工况点(4)串联效果,注意:两台风机串联后并不都是增加风压。一般是对于网络阻力较大的系统,串联效果较好。,(二)通风机的并联工作 1、并联工作的任务:增加风量 2、并联工作特点 两台风机产
18、生的风压相等,都等于克服网络阻力所需的风压,通过网络的风量等于两风机风量之和。3、并联工况点(1)构造等效风机 按照“等风压下,流量相加”的原则。(2)求等效风机的特性曲线(3)等效工况点(4)并联效果,注意:两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对于网络阻力较小的系统,并联效果较好;两台风机并联后运转的稳定性。,第二章 通风机的构造及反风装置,第一节 离心式通风机的构造与分类一、4-72-11型离心式通风机(一)结构 离心式通风机的结构由叶轮、主轴、集流器(进风口)和外壳、传动部分等。1、叶轮组成:由前盘面、后盘面和叶片组成。叶型:由前盘、后盘、轴盘、叶片组成,常用双曲线形前盘、平板形后盘。
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- 教学 课件 第三 矿井 通风设备

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