煤矿用风机应用新技术

20世纪80年代以来，我国煤矿用风机应用新技术发展很快；先后研发和应用了子午加速，斜流和对旋风机。90年代以来，我国煤矿用风机 (主扇和局扇) 掀起了对旋热。其重要原因是全压效率和噪声问题，对旋开发者认为：无导叶的对旋风机效率远高于带导叶的双级轴流通风机，甚至前苏联叶片机械专家们中间也存在着这种错误意见。但应指出，前苏联很早就对各种气动略图 (级的型式) 的轴流通风机进行了广泛的研发和试验。他们对双级普通轴流 k+ca+k+ca和对旋kⅰ+kⅱ进行了开创性的对比试验研究。并得出了令人信服的结论。国内专家也通过理论(定性)分析、设计(定量)实例、试验对比，完全证实对旋 kⅰ+kⅱ与 k+ca+k+ca 相比对旋风机的级(本体)效率是低的。 １ 性能试验方法 　　近20多年来，我国为满足掘进通风的要求，做了局扇性能评价和改造工作，但这种评价和改造以及开发设计，都必须立足于性能测试结果的真实性上。然而却因新旧标准的差异和标准问题，目前局扇性能测试结果难以令人信服，因对旋 p2 ≠ pa ，而主观取 p2 = pa 来确定风机的全压(或静压)，使对旋的全压效率(或静压效率)较实际偏高了10%还多。显然，这势必会影响对局扇性能评价的正确性。 ２ 局扇性能评价问题 　　为保证煤矿的安全、节能、降耗和环保，正确评价矿用局扇至关重要。长期以来，对局扇性能的评价仅限于局扇本身的某些 (效率)性能参数上，而忽视了煤矿掘进通风的特殊性和实际运行性能的经济性，致使局扇的设计不能符合实际需要。为片面追求高效率、高风压，反而会给煤矿安全、节能、降耗和环保造成损失。必须承认，由于性能、噪声、安全、可靠、坚固耐用、效率和成本诸参数是相互制约的，所以这些参数都不可能单独取得最优值，而最终应当获取的是最优综合值。局部通风机并非是功率越大，风压越高，风量越大就越好越安全。世界各产煤大国局扇功率一般都不超过55kw，全压p≤ 4900pa，而我国局扇p=264kw，p≥8500pa， q≥900m3/min，长几米，重几吨，不应把主扇和辅扇(国外辅扇采用№7，№8，№11，№16轴流式)当作局扇来用。我国创造了单机单列(即一台11kw局扇，一条φ580mm胶质风筒)独头长距离通风3795m的记录，并保持工作面迎头风量达85.22m3/min。枣庄矿的经验是：加强管理、降低风阻和减少漏风。笔者认为：我国煤矿局部通风只需用mkj6.3ⅱ-2双级高压轴流或对旋通风机(设计工况， p=5000pa， q =438m3/min)，即可满足170～250m3/min的要求。可借鉴国外经验，局扇无需太高风压和大功率。 ３ 性能改善问题 　　目前煤矿用风机杂乱差现状的存在，影响了煤矿的安全生产，为此安全节能降耗和环保，改善性能已势在必行，首先要有正确的标准和性能试验方法，同时还要区别级(本体)效率、装置效率和运行效率。 ４ 对旋通风机 　　由旋转方向相反的两个叶轮组成的，没有导流叶片的通风机称为对旋通风机，其气动略图为 kⅰ+kⅱ 。 　　对旋风机有如下特点。 　　（1）对旋风机在较小的工作轮直径、叶片安装角、轮毂比和叶片数下仍可获得比一般双级普通型轴流风机高的压力。 　　（2）由于叶片安装角足够小，压力曲线还很陡，且基本无折断。因为轮毂比比较小，因而可减小出口损失而能保持较高的有效全压效率。因此，对旋风机具有良好的运行经济性和足够大的通风能力，且风量变化很小。 　　由于上述性能优点以及无需调节和不需防脱流装置，使得对旋风机在很多国家得到了广泛应用。 　　（3）较小的工作轮直径、叶片安装角、毂比和叶片数，对一般普通轴流风机来讲，可以期望获得比较良好的声学特性，但也许由于对旋风机的两级叶轮靠得很近，而且又相对高速(2950r/min)反方向旋转，使相对线速度很大，大大恶化了风机的噪声特性，噪声很高。因此对旋风机的噪声特性及其控制很值得研究。当叶片安装角大于普通双级通风机时，压力曲线几乎是陡直的，其特性很适合煤矿通风，但噪声会更高。该通风机的两个工作轮一般是单独驱动，结构装置复杂，在结构-工艺上的缺点是两个工作轮上的叶片不一样。因此，当采用双驱动结构时，为避免电动机烧毁，应该考虑到每级工作轮(kⅰ+kⅱ)所需功率可能大不相同。级效率比普通轴流式的最大效率低1%～2%，但能正确合理设计和使用，其运行经济性却令人满意，特别适合长距离通风。 ５　 设计实例 　　为更明确对旋风机的性能特点，设计选择了一种对旋风机在保证要求的压力和流量下，需要工作轮直径d=450mm(日本同功率对旋400mm，我国508mm)，转速2950r/min，毂比0.6，叶片安装角分别为30°和22°40′。结果表明：它比国内目前使用的局扇具有更良好的实际运行经济性，且其压力特性曲线很陡而无折断，其通风能力和风量变化更适合于煤矿实际使用。噪声也较低，其运行性能令人满意。 　　为满足煤矿前期、中期和后期采掘的短、中、长距离通风要求，采用了主要零部件标准化的积木块式设计方法；设计成：子午-斜流-轴流-对旋新型的节能低噪的单级、双级高压轴流和对旋风机。克服了对旋分级使用时单开任何一级的低效率(日本对旋 ηⅱ≤15%)、耗能耗材问题；和不切合实际的使用方法及不正确的通风方法(日本商人讲：因而效率高可节能省电缺少理论依椐，国人不可信以为真，实践证实，单开任一级时，其装置效率都极低，只在15%左右)。 ６ 对旋后话 　　早在50年代末，前苏联就有了对旋的气动略图、特性曲线和气动性能等资料可供设计使用。对旋其实不难设计，两台5.5kw局扇只要换一个叶轮，把导流片改为支撑板，加装带尾风筒芯筒*即为5.5×2对旋。日本三井三池为了提高效率，降低噪声，叶轮外径减小到400mm(同功率级我国为508mm，超功率和散热问题，而普遍烧第二级电动机)；并用铸铁铸造叶轮(比铸铝更安全)，整机外包复式消声结构，使整机结构更加复杂庞大，自称为“无声反旋式扇风机(防爆型)”，作为隧道工程用的扇风机和矿山用的局扇。而我国普通轴流式则被错误地淘汰了，子午加速因设计不配套又不适合煤矿掘进通风的形势下，引进、开发和应用了系列对旋(1.1×2～264×2)通风机；我国对旋式两级圆弧板型叶片外包复式整机消声结构通风机，圆弧板叶型虽易于制造，但效率比机翼型叶片低，大都应用在风冷和一般通风换气的轴流风机上。而我国对旋又大都是电机和风机非一体化分离式而又整体结构，阻力损失大，而且叶片为圆弧板型，效率更低，噪声更高，在单开任何一级风机运行时，全压效率更低。日本对旋mfa40p2－sc4(5.5×2)也都只在13.07%以下，单开任何一级时，实际运行经济性很差。 7 　高压轴流通风机 (普通轴流式通风机) 　　jb/t2977-92《风机和罗茨鼓风机术语》规定：轴流通风机仅有低压和高压之分，并没有普通与一般的俗称。风机进口为标准空气条件，全压为0.5kpa＜ptf＜15kpa的轴流通风机称为高压轴流通风机。 　　高压轴流局部通风机，其性能特性曲线( p - q 、p 和η曲线 )很适合煤矿采掘通风要求，实际运行性能(实际运行经济性)好。风机与防爆鼠笼型电动机组成一体，相对于对旋风机而言，结构简单、体积小、质量轻、成本低、机械和电动机的规范设计和制造，产品按系列化、标准化、通用化设计，制造厂准入门槛高，产品质量好，防爆性能达标，安全可靠、坚固耐用，能够适应相当恶劣的运转环境，产品具有令人满意的设计使用寿命和运行性能。而且，此双级高压轴流局部通风机的最大特点是：理论全压升、理论静压升和全压系数均为单级高压轴流局部通风机的两倍，并且两者的反作用度也相同，说明双级实为两个单级的串联，且其风量也保持不变；可根据送风距离的变化，使用单级或双级通风机，这个特性是对旋所没有的，从而满足了高效率、低噪声及长短距离通风的需要，完全克服了对旋单开任一级运行时的低效、高噪、耗能耗材的问题。 ８ 建议 　　为克服煤矿用局部通风机的杂乱状况，mt222-200 ×标准工作轮直径不宜采用r40数列而要统一采用r10数列的3.15，4.0，5.0 ，6.3( 国外局扇基本如此 ) 或3，4，4.5 ， 5 ， 5.6 ，6 ，6.3 ，并在审查批准时严格执行，不宜过多，多杂乱不利安全生产。