1、目录 第四章 矿井通风动力 目录 第一节 自然风压 第二节 矿用通风机的类型及构造 第三节 通风机附属装置 第四节 通风机实际特性曲线 第五节 通风机工况点及其经济运行 第六节 通风机的联合运转 目录 1、上一章内容回顾 1)、上一章所讲的主要内容 风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿井通风阻力的措施。 2)、能解决的实际问题 (1)判断井巷风流状态； (2)摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算； (3)矿井通风阻力计算问题 (4)降低矿井通风阻力的技术措施 目录
2、2、本章的重点： 1)自然风压的产生、计算、利用与控制 2)轴流式和离心式主要通风机特性 3)主要通风机的联合运转 4)主要通风机的合理工作范围 3、 本章的难点： 1)自然风压的计算、利用与控制 2)主要通风机的联合运转 3)主要通风机的合理工作范围 4、本章的思考题 1)烟囱 为什么能够排烟？ 2)矿井主要通风机为什么要有 反风装置 ？ 3)通风机为啥有 个体特性曲线、类型曲线和通用特性曲线 ？ 4)矿井主要通风机工况点是 静态 的，还是 动态 的，为什么？ 5)轴流式通风机为什么会出现 喘振现象 ？ 6)两台风机 并联运行时矿井风量一定增大 吗？ 目录 概述 通风动力两种： 自然通风 与
3、 机械通风 风流在矿井中流动，新鲜空气进入，浑浊气体（乏风）排出，这都需要通风动力，不论是自然风压还是机械通风机，这些都是通风动力。 通风动力的发展情况总体上来说： 纯自然风压 风箱、牛皮囊、水车 蒸汽机 现在的通风机。 古代采煤，井深一般在 20丈之内（ 50米） 。（唐 .李善对 魏都赋 的注中讲明井深 8丈（约 27米），由于没有机械设备，通风动力人们就自发地利用自然风压 。 最初采用是一个独眼井 ( 天工开物 中有记载 )。首先是依靠 井壁温度与大气温度 (或燃火 )不同造成空气流动来进行通风，后来井下有了通风回路，靠进、出井口的高度 来通风，这时也 利用火炉 （在回风井筒内），靠 热
4、动力 来通风，空气加热密度变轻上升，来产生空气流动。 目录 概述 随着开采深度的增加，通风阻力增大，这时人们就采用井下多设置火炉，就是提高温度，加快气流上升的动力。 自然风压利用到了极限后，仍不能满足开采用风时，开始利用水车、风箱、风扇、牛皮囊等机械装置向矿井内压风。这标志着机械通风的开始。 随着科学技术的发展，瓦特发明了蒸汽机，真正意义上的机械通风开始了瓦特。 虽然现在矿井要求必须进行机械通风，但自然风压是始终存在的，任何矿井中都不可避免自然风压，它在现代矿井通风中也起着很重要的作用，。 目录 第一节 自然风压 一、 自然风压及其形成和计算 1、自然风压与自然通风 由 自然因素 作用而形成的
5、通风叫 自然通风 。 冬季 ：空气柱 0-1-2比 5-4-3的 平均温度较低，平均 空气密 度较大，导致两空气柱作用 在 2-3水平面上的重力不等。 它使空气源源不断地从井 口 1流入，从井口 5流出。 夏季 ：相反。 自然风压： 在通风系统中，由于 重力差引起的通风压力 ，就叫该系统的自然风压。其大小等于 作用在最低水平两侧空气柱重力差。 0 1 2 3 4 5 dz 1 dz 2 z 目录 2、自然风压的计算 根据自然风压定义 ， 自然风压是 “ 势函数 ” ， 是一种势能 ， 因此要注意选取计算的参考面 ， 即 0势位面 ， 图所示系统的自然风压 HN可用下式计算 ： 为了简化计算，一
6、般采用测算出 0-1-2和 5-4-3井巷中空气密度的平均值 m1和 m2，用其分别代替上式的 1和 2，则上式可写为： 在实际测量计算中，常取： 注意 ： 1）自然风压的计算必须取一 闭合系统 。 2）进风系统和回风系统必须取 相同的标高 。 3）一般选取最低点作为 基准面 。 g d Zg d ZHN 53 220 1 )( 21 mmN ZgH 0 1 2 3 4 5 dz 1 dz 2 z nnm 0目录 二、 自然风压的影响因素及变化规律 影响自然风压的决定性因素是 两侧空气柱的密度差 ，而空气密度又受 温度 T、大气压力 P、气体常数 R(气体常数 ，是一个只与气体的种类有关，与气
7、体所处的状态无关的一个物理量 )和相对湿度 等因素影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示： HN=f(Z ） =f(T,P,R,) ， Z 1、 温差： 矿井某一回路中 两侧空气柱的温差是影响 HN的主要因素 。影响气温差的主要因素是 地面入风流气温和风流与围岩的热交换 。 其影响程度随矿井的开拓方式 、 开采深度 、 地形 、 地质原因不同而有不同的影响 ， 在山区浅井 ， 受地面温度影响大 ， 深井偏小 。 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12 月份 HN 目录 二、 自然风压的影响因素及变化规律 2、空气成分和湿度： 它影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响
8、，但影响较小。 3、 井深： HN与矿井或回路 最高与最低点间的高差 Z成正比 。 4、主要通风机： 主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。因为矿井主要通风机工作决定了 主风流的方向 ， 加之风流与围岩的热交换 ，使 回风井气温高于进风井，在进风井周围形成了冷却带 以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井筒之间在一定时期内仍有一定的 气温差 ，从而仍有一定的 自然风压 起作用。 目录 三、自然风压的控制和利用 自然风压既可作为 矿井通风的动力 ，也可能是 事故的肇凶 。因此，研究自然风压的控制和利用具有重要意义。 1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和
9、当地气候特点。 新井设计应尽量使自然风压全年的方向与机械通风机方向一致。 2、根据自然风压的变化规律，应 适时调整主通风机的工况点 ，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。 3、在建井时期，要注意 因地制宜和因时制宜利用自然风压通风 ，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。 4、利用自然风压做好 非常时期通风 。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。 目录 5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律， 防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故 。 如图是四川某矿因自然风压
10、使风流反向示意图。 ABB CEFA系统的自然风压为： DBB CED系统的自然风压为： 自然风压与主要通风机作用方向相反 。 相当于在平硐口 A和进风立井口 D各安装一台抽风机 （ 向外 ） 。 )( AFCBNA ZgH )( BECBND ZgH a b c d e f b RD RC Z a b c d b 目录 设 AB风流停滞，对回路 ABDEFA和 ABBCEFA 可分别列出压力平衡方程： 式中： HS 风机静压 ， Pa； Q DBBC 风路风量 ， m3/S; RD、 RC 分别为 DB和 BBC 分支风阻 ， NS 2/m8。 两式相除： 此即 AB段风流停滞条件式 。 当
11、上式变为 则 AB段风流反向 。 由此可知防止 AB风路风流反向的措施有 ： （ 1） 加大 RD； （ 2） 增大HS； （ 3） 在 A点安装风机向巷道压风 。 22QRHHQRHHCNASDNDNACDNASNDNA RRHH HH CDNASNDNARRHHHH 目录 第二节 矿用通风机的类型及构造 矿井的通风动力主要是通风机，每个风井至少有 2台主要通风机 （一台使用、备用）一般功率都很大，其电耗一般为全矿的 20% 25%，有的矿井甚至高达 50%，原因是功率大效率低，平均只有 52.79%。 矿用通风机按其服务范围可分为三种： 1、 主要通风机 ， 服务于全矿或矿井的某一翼 （
12、部分 ） ； 2、 辅助通风机 ， 服务于矿井网络的某一分支 （ 采区或工作面 ） ，帮助主通风机通风 ， 以保证该分支风量；安全隐患 ， 一般不用； 3、 局部通风机 ， 服务于独头掘进井巷道等局部地区 。 按构造和工作原理可分为： 离心式通风机 和 轴流式通风机 。 目录 一 、 离心式通风机的构造和工作原理 1、 风机构造 。 离心式通风机一般由： 进风口 、 工作轮 （ 叶轮 ） 、 螺形机壳和前导器 等部分组成 。 吸风口 有： 单吸和双吸 两种。在相同的条件下双吸风机叶 (动 )轮宽度是单吸风机的 两倍 。 前导器 (有些通风机无前导器 )，使进入叶 (动 )轮的气流发生预旋绕，以
13、达到调节性能之目的。 叶轮 是唯一的旋转部件。 目录 叶片出口构造角： 风流相对速度 W2的方向与圆周速度 u2的反方向夹角称为 叶片出口构造角 ，以 2表示。 离心式风机可分为： 前倾式（ 290)、径向式（ 2=90)和后倾式（ 290)三种。 2不同 ， 通风机的性能也不同 。 矿用离心式风机多为后倾式 。 w2 c2 u2 c2u 2 w2 c2 u2 2 u2 c2 w2 2 目录 2、 工作原理 当电机通过传动装置带动叶轮旋转时 ， 叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转 ，获得 离心力 。 经叶端被抛出叶轮 ， 进入机壳 。 在机壳内 速度逐渐减小 ， 压力升高 ，然后经扩散器排出 。
14、 与此同时 ， 在叶片入口 （ 叶根 ） 形成较低的压力 （ 低于进风口压力 ） ， 于是 ， 进风口的风流便在此压差的作用下流入叶道 ， 自叶根流入 ， 在叶端流出 ， 如此源源不断 ， 形成连续的流动 。 3、 常用型号 目前我国煤矿使用的离心式风机主要有 G4-73、 4-73型和 K4-73型 等 。 这些品种通风机具有规格齐全 、 效率高和噪声低等特点 。 型号参数的含义举例说明如下： G 4 73 1 1 25 D 代表通风机的用途 ， K表示 表示传动方式 矿用通风机 ， G代表鼓风机 通风机叶轮直径 （ 25dm) 表示通风机在最高效率点时 全压系数 10倍化整 设计序号 (1
15、表示第一次设计 ） 表示通风机比转速 (ns)化整 表示进风口数 ,1为单吸 ,0为双吸 目录 二、轴流式风机的构造和工作原理 1、 风机构造 主要由 进风口 、 叶轮 、 整流器 、 风筒 、 扩散 （ 芯筒 ） 器和传动部 件等部分组成 。 叶轮有 一级 和 二级 两种 2、 工作原理 （ 1） 特点： 在轴流式风机中 ， 风流流动的特点是 ， 当动轮转动时 ， 气流沿等 半径的圆柱面旋绕 流出 。 目录 （ 2）叶片安装角 在叶片迎风侧作一外切线称为 弦线 。弦线与动轮旋转方向（ u)的夹角称为 叶片安装角 ，以 表示。 可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的 叶片安装角 必需保持一
16、致 。 （ 3）工作原理 当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度 u 移动。处于叶片迎面的气流受挤压， 静压增加 ；与此同时，叶片背的气体 静压降低 ，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由 叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入 ，形成穿过翼栅的连续气流。 u 目录 3、 常用型号 目前我国煤矿在用的轴流式风机有 1K58、 2K58、 GAF和 BD或 BDK（ 对旋式 ） 等系列轴流式风机 。 轴流式风机型号的一般含义是： 1 K 58 4 25 表示表示叶轮级数 ,1表示 通风机叶轮直径 （ 25dm) 单级 ， 2表示双级 表示设计序号 表示用途
17、 ， K表示矿用 ， T表示通用 表示通风机轮毂比 ,0.58化整 B D K 65 8 24 防爆型 叶轮直径 （ 24dm) 对旋结构 电机为 8极 （ 740r/min） 表示用途 ， K为矿用 轮毂比 0. 65的 100倍化整 目录 若轮毂比低于 0.4则认为是低压 (或低轮毂比 )型 轴流通风机，轮毂比大于 0.71时，则认为是高压（或大轮毂比）型 轴流通风机，轮毂比介于 0.4 0.71之间的则被认为是 中压（或中轮毂比）型 轴流通风机。 4、对旋风机的特点 一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反 ,组成对旋结构；机翼形叶片的扭曲方向也相反，两级叶片安装角 一般相差 3；电机为
18、防爆型安装在主风筒中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管与大气相通，以达到散热目的。 目录 第三节 通风机附属装置 一 、 风硐 风硐是连接风机和井筒的一段巷道 。 通过风量大 、 内外压差较大 ， 应尽量降低其风阻 ， 并减少漏风 。 二 、 扩散器 (扩散塔 ) 作用 ：是降低出口速压以提高风机静压 。 扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定 。 总的原则是 ， 扩散器的阻力小 ， 出口动压小并无回流 。 三 、 防爆门 (防爆井盖 ) 在斜井井口安设防爆门 ， 在立井 井口安设防爆井盖 。 作用： 当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆 炸时 ， 受高压气浪的
19、冲击作用 ， 自动 打开 ， 以保护主通风机免受毁坏；在 正常情况下它是气密的 ， 以防止风流短路 。 目录 四、反风装置和功能 作用： 使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。 反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有： 1）设专用反风道反风； 2）利用备用风机作反风道反风； 3）轴流式风机反转反风 4）调节动叶安装角反风 。 要求： 定期进行检修 ， 确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠 ， 能在10min内 改变巷道中风流方向；结构要严密 ， 漏风少；反风量不应小于 正常风量的 40%；每年至少进行
20、一次反风演习 。 目录 1）设专用反风道反风 离心式 目录 轴流式 目录 2）利用备用风机作反风道反风 目录 第四节 通风机实际特性曲线 一 、 通风机的工作参数 通风机性能主要参数是风压 H、 风量 Q、 风机轴功率 N、 效率 和转速 n等 。 （ 一 ） 风机 (实际 )流量 Q 风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积 ， 亦称体积流量 。 单位为 m3/h,m3/min 或 m3/s 。 （ 二 ） 风机 (实际 )全压 Hf与静压 Hs 全压 Ht:是通风机对空气作功 ， 消耗于每 1m3 空气的能量 （ Nm/m 3 或Pa） ， 其值为风机出口风流的全压与入口风流
21、全压之差 。 忽略自然风压时 ， Ht用以克服通风管网阻力 hk 和风机出口动能损失 hv，即 : Ht=hR+hV,Pa 静压 :克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压 HS（ Pa） 。 HS=hR=RQ2 因此 Ht=HS+hV 目录 (三 ） 通风机的功率 全压功率： 通风机的输出功率以全压计算时称全压功率 Nt。 计算式： Nt=HtQ 10-3 KW 静压功率 ：用风机静压计算输出功率 ， 称为静压功率 NS。 计算式： NS=HSQ 10 3 KW 风机的轴功率 ， 即通风机的输入功率 N（ kW） 。 计算式： 或 式中 t、 S分别为风机的全压和静压效率 。 电动机的输入功率
22、 （ Nm ） ： 设电动机的效率为 m,传动效率为 tr时 ,则 tttNN 1 0 0 0QH tsssNN 1000 QH S,1000trmtttrmmQHNN 目录 二 、 通风系统主要参数关系 风机房水柱计示值含义 1、 抽出式通风矿井 （ 1） 水柱 （ 压差 ） 计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系 水柱计示值 :即为 4 断面相对静压 h4 故 h4（负压） = P4 - P04 沿风流方向 ， 对 1、 4两断面 列伯努力方程 : hR14=(P1+hv1+ m12 gZ12) - (P4+hv4+ m34 gZ34) 由风流入口边界条件： Pt1 P01， 即 P1+h
23、v1= Pt1=P01， 又因 1与 4断面同标高，所以 P01 P04 且： m12gZ12 m34gZ34 = HN z 1 2 3 5 6 h4 4 4 5 目录 故上式可写为 : hR14= P04 - P4- hv4 + HN hR14=|h4|- hv4 + HN 即 |h4|= hR14 + hv4 - HN 即： 风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系 。 （ 2） 风机房水柱计示值与风机风压之间关系 类似地对 4、 5断面 (扩散器出口 ） 列伯努力方程 ， 忽略两断面之间的位能差 。 扩散器的阻力 hRd 风流出口边界条件： P5 P05 P04 故风机全压 Ht- hRd Pt5-Pt4 =(P5 hv5 )-(P4+hv4) = P04 -P4+hv5-hv4 Ht = |h4| hv4+hRd+hv6
