1、1矿 井 主 要 通 风 机选 型 设 计 指 导 书河 南 理 工 大 学 机 械 系 2004.81矿 井 主 要 通 风 机 选 型 设 计矿 井 主 要 通 风 机 是 煤 矿 生 产 中 的 重 要 固 定 设 备 ， 它 担 负 着 向井 下 输 送 新 鲜 空 气 、 排 除 有 害 有 毒 气 体 、 创 造 良 好 生 产 环 境 ， 确保 矿 井 安 全 生 产 的 重 任 。 选 型 设 计 当 否 ， 对 保 证 矿 井 正 常 通 风 ，确 保 矿 井 安 全 生 产 ， 具 有 决 定 性 意 义 。 选 型 设 计 的 主 要 任 务 ， 就是 根 据 给 定 的
2、 原 始 资 料 ， 在 已 有 的 风 机 系 列 产 品 中 ， 选 择 适 合 矿井 需 要 的 风 机 类 别 及 型 号 ， 以 及 与 之 配 套 的 电 动 机 。 主 通 风 机 功率 大 ， 耗 能 多 ， 除 要 求 其 可 靠 之 外 ， 还 应 有 较 高 的 经 济 性 。 选 型设 计 必 须 遵 守 煤 矿 安 全 规 程 （ 简 称 “规 程 ”） 和 煤 矿 工 业设 计 规 范 （ 简 称 “规 范 ”） 的 有 关 规 定 。第 一 节 、 必 备 资 料 和 设 计 步 骤一 、 必 备 资 料选 型 设 计 时 必 须 具 备 的 原 始 资 料 有
3、：1.矿 井 通 风 方 式 及 通 风 系 统 图 ；2.各 时 期 的 通 风 量 及 负 压 的 变 化 ；3.矿 井 沼 气 等 级 ；4.矿 井 供 电 电 压 ；25.矿 井 年 产 量 及 服 务 年 限 ；6.当 地 气 候 条 件 ；7.其 它 相 关 资 料 。二 、 设 计 步 骤选 型 设 计 时 ， 可 以 参 考 如 下 步 骤 ， 进 行 各 方 案 计 算 ；1.计 算 通 风 机 必 须 产 生 的 风 量 和 负 压 ；2.选 择 通 风 机 的 类 型 和 型 号 ；3.求 实 际 工 况 点 及 工 况 参 数 ；4.计 算 电 动 机 的 必 须 容
4、量 并 选 择 电 动 机 ；5.计 算 耗 电 量 ；6.筛 选 并 确 定 方 案 。第 二 节 选 型 设 计 的 预 备 知 识一 、 煤 矿 安 全 规 程 、 煤 矿 工 业 设 计 规 范 的 有 关 重 要规 定 。1.在 一 个 井 筒 中 应 尽 量 采 用 单 一 风 机 工 作 制 （ 仅 用 一 台 风 机工 作 ） ， 确 有 困 难 时 ， 采 用 两 台 并 联 ， 最 好 是 采 用 同 类 型 同 型 号的 风 机 。 这 是 因 为 ： 通 风 机 串 、 并 联 运 行 时 ， 若 设 计 不 当 或 原 始资 料 不 准 确 、 或 井 下 实 际 条
5、 件 发 生 较 大 变 化 时 ， 容 易 出 现 不 稳 定工 况 。32.选 择 的 风 机 应 能 满 足 第 一 水 平 各 个 时 期 的 负 压 变 化 ， 并 适当 照 顾 下 一 水 平 的 通 风 要 求 。 负 压 变 化 较 大 时 ， 可 考 虑 分 期 选 配电 机 ， 大 型 风 机 可 分 3 4 期 考 虑 ， 但 初 装 电 机 的 使 用 年 限 不 宜少 于 10 年 。3.选 用 轴 流 风 机 时 ， 在 最 大 负 压 和 风 量 时 ， 用 的 叶 片 安 装 角应 比 最 大 安 装 角 小 5（ 如 2K60 风 机 ， mox=45， 选
6、型 设 计 时最 多 只 能 用 到 40） 。 选 用 离 心 风 机 时 ， 用 的 转 速 应 比 最 大 转 速小 10 ， 以 留 有 余 量 。4.选 择 的 风 机 应 有 足 够 的 调 节 范 围 ， 以 满 足 使 用 年 限 内 ， 工况 不 超 出 工 业 利 用 区 的 要 求 。 工 业 利 用 区 是 指 风 机 工 况 点 合 理 的工 作 范 围 ， 合 理 的 工 作 范 围 是 指 ： 从 经 济 角 度 考 虑 ， 不 论 初1期 和 末 期 ， 风 机 工 况 点 的 效 率 都 必 须 大 于 70 ； 从 安 全 角2度 考 虑 ， 风 机 使 用
7、 的 静 压 必 须 小 于 风 机 所 能 产 生 的 最 大 静 压 的90 。5.要 优 先 选 用 效 率 高 、 高 效 区 宽 的 风 机 ， 对 风 量 风 压 变 化 大的 矿 井 ， 进 行 方 案 比 较 时 ， 应 把 风 机 可 调 性 作 为 主 要 因 素 考 虑 。6.为 简 化 供 电 系 统 ， 避 免 中 间 变 化 ， 当 电 动 机 功 率 较 大 时 ，应 优 先 选 用 高 压 电 动 机 。4二 、 矿 井 常 用 通 风 机 的 种 类 及 性 能 范 围矿 井 常 用 通 风 机 的 种 类 及 性 能 范 围 见 下 表 ：种类型 号系 列风
8、 压（ Pa）风 量（ m3/s）转 速（ r.p.m）功 率（ KW）最 高 效率（ ）BDK系 列4005000 15450 490980 372000 852K60系 列2905100 15330 375985 30900 831K58系 列5003900 20500 6001500 502000 84.32K58系 列2003300 12330 5001500 10600 84.3轴流式GAF系 列24526570 82360 7501000 5602500 88K4-73系 列12706370 30580 500750 1003000 85.5G4-73系 列1806860 5180
9、 3751450 7.51220 90离心式4-72系 列3003100 563 2501450 3210 915叶轮直径为 2500动叶可调轴流式矿井风机机号（表示叶轮直径为 2800）配用电机极数为 8 级轮毂比= 0.618（0.65）叶 轮 直 径轮 毂 直 径矿用对旋隔爆型 号 含 义 ：G A F 25B D K 618(65)-8- 286机号（表示叶轮直径为中2400）配用电机级数为 4 级轮毂比为 0.6矿用2 级叶轮传动方式，弹性联轴器直接传动机号（表示叶轮直径为 2800）前“1”表示单侧进风，后“1”第一次设计比转数最高效率点的全压系数为 0.4锅炉送风机（也可用于矿井
10、通风）2 K 60 - 4 - 24G 4 - 73 - 11 28 D7机号（表示叶轮直径为 3200）“0”双侧进风， “1”第一次设计比转数风压系数乘 10 取整矿用K 4 -73 - 01 32 三 .选 型 设 计 注 意 事 项1.应 优 先 选 用 轴 流 式 风 机 ， 这 是 因 为 轴 流 式 风 机 具 有 以 下 优点 ： 调 节 方 便 ： 改 变 叶 片 的 安 装 角 度 即 可 改 变 风 机 的 风 量 和 风压 ；体积小，结构紧凑；可反转反风，不必设置反风道，可减少基建费用。2.应根据已有的特性曲线进行选择。3.课程设计说明书中必须附特性曲线。8第三节 选型
11、设计的具体内容一、原始资料1.通风系统：中央边界式（进风井位于井田中央，出风井位于井田上部边界） 。2.通风方式：抽出式。3.矿井所需风量 Q：（见原始资料附页） 。4.矿井通风阻力 h:初期（投产时）最小负压：h mm (见原始资料附页) 。末期（达产时）最大负压：h mox (见原始资料附页) 。5.沼气等级：低诏气矿井。6.供电电压：6000V.（或 1140V、660V、380V） 。7.服务年限：50 年。8.进出风井口标高基本相同，自然风压忽略不计。9.风井不作提升之用。二、计算风源必须产生的风量和负压原始资料仅提供矿井通风的风量和负压，并不包括通风设备中风源以外的风道及装置漏风和
12、阻力损失。因此，应求出风源必须产生的风量和负压。91.风源必须产生的风量风源必须产生的风量按下式计算：Qy=KQ(m3/s)式中：Q矿井所需风量（即原始资料提供的风量） （m 3/s）K设备漏风系数。依规范第 2-113 条的规定：当风井不作提升用途时，K1.11.15；兼作箕斗井时，K1.151.20；罐笼时，K1.25130。2.风源必须产生的负压风机制造厂提供轴流风机的同时，一般都随机提供扩散器；而离心风机则不带扩散器。各制造厂提供的特性曲线也不统一，对于轴流风机装置，通常提供的是静压特性；对于离心式风机，通常提供的是风机的全压特性。因此，在进行选型设计时，应根据已知风源的不同特性，选用
13、不同的计算方法。当已知风源静压特性的情况下，应计算风源必须产生的静压，其计算公式如下：在通风容易时期：H y.st=hmin+ （Pa）h在通风困难时期：H y.st=hmax+ （Pa）当已知风源的全压特性时，应计算风源必须产生的全压，其计算公式如下：在通风容易时期：H y=hmin+ +( )Q (Pa)h2kFy10在困难容易时期：H y=hmax+ +( )Q (Pa)h2kFy式中：h min 和 hmax通风容易时期和通风困难时期矿井负压（Pa） ；和 通风设备中，除风源以外的风道和辅助装置中风压损失。其值随风道和辅助装置的类型、流型、尺寸及工况的不同而改变。作为估计，可取1002
14、00Pa，当工况流量接近风机工业利用区最大风量时取小值，反之取较大值。若设备中有消音器，另加 5080a；（ ）Q 扩散器出口动压损失。 （Pa） ；2kFPyFK扩散器出口截面积（m 2） ；气流密度（kg/m 3） 。三、选择风机选择风机有两种方法。其一，利用风源类型特性选择；其二，利用风源个别特性选择。目前，各风机厂家均提供有风源的个别特性曲线，故在风机选型时，广泛应用第二种方法。下面仅对第二种方法予以介绍。因新型矿井均选用轴流式风机，故仅介绍轴流式风机的选型方法。利用风源个别特性进行选型时，仅需根据前面计算的设计工况K(Q y, H y.st)和 K（Q y, H y.st）直接在特性
15、曲线中查找即可。11查找时，必须遵循以下两条原则：两个设计工况点 K（通风容易时期的工况点）和 K（通风困难时期的工况点）均应落在工业利用区内，即效率70，通风困难时期的最大静压 H y st 应小于风源装置最大静压 Hy st max 的 90；通风困难时期使用的叶片安装角应比叶片的最大安装角大35。风机的个体特性曲线很多，应根据上述二条原则耐心查找，找出效率最高、最合适的风机。为进行方案比较、选取最佳方案，应选择 23 种风机。四、求实际工况点及工况参数实际工况点为等效网路静压特性曲线与风机装置静压特性曲线的交点。风机装置静压特性曲线是风机厂家提供的特性曲线，是已知曲线。等效网路静压特性曲
16、线是根据矿井的通风参数需要求作的曲线，求作方法如下：1.计算等效网路静压阻力系数 RR= ystQH.式中: Hy.st矿井负压，在两曲线的交点处，等于风源必须产生的静压（Pa） ；Qy网路风量，在两曲线的交点处，等于风源必须产生的风量（m 3/s） 。12将通风容易时期和通风困难时期的静压和风量分别代入，即可得出不同时期的等效网路阻力系数 R和 R。2.求等效网路静压特性方程等效网路静压特性方程如下：通风容易时期：h=RQ (Pa)；2Y通风困难时期：h=RQ (Pa)。y3.作等效网路静压特性曲线以适当的 Qy 值分别代入上二式，求出等效网路静压特性曲线上各坐标的参数，然后求点描迹，即可求
17、出通风容易时期和通风困难时期的等效网路静压特性曲线。该两条曲线与风机静压特性曲的交点，即为实际工况点，该点所对应的参数即为实际工况点参数。通风机选型正确，工况点应位于工业利用区内。五、确定调节方法对轴流式通风机，均采用改变叶片安装角度的方法对工况进行调节。初期安装角运行一定时期后，随着井下巷道的延伸，通风阻力会逐渐增大，风量会逐渐减小，当风量减小到不能满足通风要求时，就必须将风机叶片的角度向大一挡的方向调整。如 BDK 系列，初期安装角若为“0”度，则应调至“3” ，对 2K60 系列，初期安装角若为 25，则应调至 30。六、选择电动机13在通风容易时期和通风困难时期，电动机必须输出的功率分
18、别为：通风容易时期：N （kW）cstytHQ10通风困难时期：N （kW）csty.式中： y.st 和 y.st通风容易时期和通风困难时期的风机效率；c电机与风机之间的传动效率;BKD 系列为直接传动， c1；其余系列均为联轴器传动. c0.98。在根据各时期必须输出的功率，决定电机容量时，应考虑到由于矿井网路特性不够精确，所需功率有可能不足的情况，增加 1020的备用量。除此之外，还应考虑由于电机负载小，对功率因数（cos ）的不良影响。若采用同步电动机，则应按同步电机服务年限内最大功率选择，以改善功率因数。假若通风困难时期发生在电机服务年限内，则电机功率为 Nd=(1.11.2)N。采
19、用感应电动机时，若通风困难时期发生在电机服务年限内，而N对 N之比大于 0.6 时，也可以选用一台功率为 Nd=(1.11.2)N电机。若 N对 V之比小于 0.6，为了减少由于负载小而产生的对功率因数不利的影响，可以考虑选用两台，后期采用 Nd=(1.11.2)14N，前期采用 Nd=(1.11.2) 的电机。“N据煤矿安全手册第一篇“矿井通风安全”的推荐：N250kW 时，宜选用高压鼠笼式（JS 系列）电动机；N400kW 时，可选用同步电动机；当可以用高压电动机时，应优先选用高压电动机；当风机有调速要求时，宜选用绕线式（JR 系列）异步电动机。七平均年电耗由于通风网路阻力系数随着开采工作
20、的推移而变化，工况点和电耗也随之而变。因此，难以非常精确地计算能耗。对于通风网路阻力系数变化不大，而且中期无需进行调节的通风机，可按下式计算电耗：E= r T (kWh)wdN2“式中： d电机效率；w电网效率；r每天工作小时数；T每年工作昼夜数。对于通风网路阻力系数变化较大，中期需要进行调节的通风机，可分别计算电耗，而后求平均值。为了便于叙述，用下图进行说明，图中曲线 1 和曲线 2，分别为通风容易时期和困难时期等效网路特性15曲线，需要风机产生和风量为 Qc(300m3/s)，通风容易时期采用 35安装角，工况为 d。运转一定时期（T Q1）后，网路特性逐渐变化为曲线 3，此时需调节安装角
21、到 40，否则将不能满足风量 Qc。调节后，工况点转移到 e，再运转一定时期（ TQ2）后，网路特性变化到曲线2，工况点为 f。通常情况下，通风容易时期出现在开采初期，困难时期发生在末期。近似地认为，由初期到末期通风所需风压与运转期成线性关系，则各运转期占整个运转期 TQ 的比值为： abcabcQHH21和式中：Ha, Hb, Hc初期，末期和转折期产生风量 Qc 所需的风压。各时期平均年电耗可按下式计算：Ei )(10hkWTriwdCPii 式中：Q pi该运转时期平均风量（m 3/s） ，如：T Q1 运转期，Q p1= ；T Q2 运转期, Q p2= ；2cd2feQHpi该运转时
22、期平均风压（Pa） ，如: T Q1 运转期,H p1= ；T Q2 运转期，H p2= ；2cd2feHpi该运转时期平均效率，如: T Q1 运转期， p1= ；T Q2 运转期 p2= ；2cd2fe16c传动效率；d电动机效率；w电网效率；ri该运转期每天工作小时数（h） ；Ti该运转期每天工作昼夜数（d） ；i运转期号，i1，2在整个运转期限内，平均年耗电量为：E (kwh)QiiT21(附图：略)17八、方案的比较与确定进行方案比较时，可从安全可靠和经济性两方面进行比较，安全可靠的主要指标是角度余量和风压余量，即在通风困难时期使用的叶片安装角度是否满足比最大安装角小 35和使用的风
23、压是否小于最大风压的 90。经济性的主要指标是平均效率，最低效率和平均年电耗。显而易见：在保证安全可靠的前提下，效率越高，年电耗越小，方案就越合理。经过上述的分析比较后，即可确定最佳的方案。九、风机及配套电机数量的确定据规范第 2131 条，低沼气大中型矿井主要通风机设备必须有两套，一套工作，一套备用的规定，应选用二台风机和二台电动机。附 录1. BDK 系列风机特性曲线汇编（设计时提供）2. 2K60 系列、 1K58 系列、2K58 系列风机特性曲线汇编（设计时提供）3. 通风选型设计原始资料（题库） （设计时提供） 。参考书181.煤炭工业设备手册上册，中国矿业大学出版社 1992。2.采矿设计手册4，矿山机械篇，中国建筑工业出版社，19863.机械设计手册第五册，化学工业出版社，第三版 2001，第四版 20024.煤矿电工手册第一分册， （新版精装）矿井主要通风机选型设计说明书质量要求1. 方案要合理，计算要准确，步骤要清淅，内容要丰富。2. 书写要干净整齐，字体要公正美观，不准使用除自己外谁也不认识的草书和行书字体。3. 要独立完成选型设计的任务，不准相互抄袭，不准两人合作一题，若发现有两份完全相同的说明书，该两份说明书一律按不及格处理。
