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1、2023/11/7,第6章 机械通风,第6章 机械通风(Fan ventilation),本章重点与难点1、轴流式和离心式主要通风机特性2、主要通风机的联合运转3、主要通风机的合理工作范围,2023/11/7,第6章 机械通风,第一节 矿用通风机的类型及构造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（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），帮助主要通风机通风，以保证该分支风量；3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。,2023/11/7,第6章 机械通风,主扇,2023/11/7,第6章 机械通风,辅扇,2023/11/7,第6
2、章 机械通风,局扇,2023/11/7,第6章 机械通风,离心风机,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,二、按构造和工作原理可分为：离心式通风机和轴流式通风机。1 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）、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。吸风口有：单吸和双吸两种。,2023/11/7,第6章
3、机械通风,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。,2023/11/7,第6章 机械通风,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。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸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
4、连续的流动。,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,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 设计序号(1表示第一次设计）全压系数10倍化整 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,2023/11/7,第6章 机械通风,4）几种
5、常用离心式通风机型号意义47211No.20 B 右90一般用字母表示通风机的用途。“G”表示锅炉用通风机；“K”表示矿用通风机；4最高效率点的全压系数乘以10；72比转数1表示叶轮进风方式。“1”表示叶轮单侧进风；“0”表示叶轮双侧进风No.20机号；叶轮直径除以100B传动方式（离心式通风机的传动方式有六种：A无轴承箱；B支撑皮带（悬臂支撑，皮带传动，带轮在支撑点中部）；C悬臂皮带；D悬臂联轴节；E中间皮带；F中间联轴节。一般47211和G47311采用前四种；大型的K47301采用后两种。）右叶轮旋向（站在电动机一侧正视叶轮，顺时针方向旋转的称为“右”旋，逆时针方向旋转的称为“左”旋。）
6、90出风口位置,2023/11/7,第6章 机械通风,2、轴流式风机的构造和工作原理,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,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。,2023/11/7,第6章 机械通风,（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
7、规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角必需保持一致。（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,2023/11/7,第6章 机械通风,3）常用型号 目前我国矿山在用的轴流式风机有1K、DK、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
8、设计序号 表示用途，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,2023/11/7,第6章 机械通风,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；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。,2023/11/7,第6章 机械通风,第二节 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
9、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。,2023/11/7,第6章 机械通风,三、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
10、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60%；每年至少进行一次反风演习。,2023/11/7,第6章 机械通风,作业,4-1,4-3,4-4,2023/11/7,第6章 机械通风,第三节 扇风机个体特性曲线,1、主要通风机的实际工作参数及工作特性；2、类型风机曲线与比例定律3、风机的工况点和合理工作范围；4、风机的联合运转,2023/11/7,第6章 机械通风,一、通风机的工作参数 表示通风机性能的主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率和转速n等。1 风机流量Q（Air Quantities）风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气
11、的体积，亦称体积流量。单位为 m3/h,m3/min 或m3/s。,2023/11/7,第6章 机械通风,2 风机风压H(Ventilation Pressure）全压Ht:是对空气作功，消耗于每1m3 空气的能量（Nm/m3 或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。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,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,20
12、23/11/7,第6章 机械通风,二、离心通风机个体特性曲线1扇风机的理论风压特性曲线,2023/11/7,第6章 机械通风,二、扇风机的实际特性曲线 当风机以某一转速、在风阻的管网上工作时、可测算出一组工作参数风压、风量、功率、和效率，这就是该风机在管网风阻为时的工况点。改变管网的风阻，便可得到另一组相应的工作参数，通过多次改变管网风阻，可得到一系列工况参数。将这些参数对应描绘在以为横坐标，以、和为纵坐标的直角坐标系上，并用光滑曲线分别把同名参数点连结起来，即得、和曲线，这组曲线称为通风机在该转速条件下的个体特性曲线。,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通
13、风,风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。说明：（1）离心式风机大多是全压特性曲线。（2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。,2023/11/7,第6章 机械通风,三、轴流式通风机个体特性曲线 特点：（1）轴流式风机的风压特性 曲线一般都有马鞍形驼峰存在。（2）驼峰点以右的特性 曲线为单调下降区段，是稳定 工作段；（3）点以左是不稳定工作段，产生所谓喘振（或飞动）现象；（4）轴流式风机的叶片装置角 不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动
14、负荷。说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,四、理论曲线与实际曲线差别产生原因,能量损失：叶片阻力冲击损失环流损失,2023/11/7,第6章 机械通风,第四节 扇风机参数的比例定律,同一类型扇风机的风量、风压、功率和效率同风机尺寸和转数的关系称为扇风机参数的比例定律。几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充要条件。,2023/11/7,第6章 机械通风,1 几何上相似扇风机各个部件的对应边成比例。D2,b2,D1,B2分别风机动轮外径、出口宽度、入口直径和入口宽度。,2023/11/7,第6章 机
15、械通风,2 运动相似对应点的速度成比例。,2023/11/7,第6章 机械通风,3 动力相似对应点上各作用力成比例，比如惯性力成比例。,2023/11/7,第6章 机械通风,4 风压、风量和功率比例关系,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,第四节 扇风机类型特性曲线（自学）,2023/11/7,第6章 机械通风,第五节 通风机工况点及其经济运行一、工况点的确定方法工况点：风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如、和等，一般是指和两参数。求风机工况点的方法：,2023/11/7,第6章 机械通风,1、图解法 理论依据是：风机风压特性曲线的函数式为f
16、()，管网风阻特性曲线函数式是h=2，风机风压是用以克服阻力h，所以h，因此两曲线的交点，即两方程的联立解。可见图解法的前提是风压与其所克服的阻力相对应。方法：在风机风压特性（）曲线的坐标上，按相同比例作出工作管网的风阻曲线，与风压曲线的交点之坐标值，即为通风机的工作风压和风量。通过交点作轴垂线，与曲线相交，交点的纵坐标即为风机的轴功率。,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,二、通风机工点的合理工作范围1、从经济角度，通风机的运转效率不低于60%。2、从安全角度，工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。3、实际工作风压不得超过最高风压的90。4、风机
17、的运轮转速不得超过额定转速。,2023/11/7,第6章 机械通风,三、主要通风机工况点调节1、改变风阻特性曲线 当风机特性曲线不变时，改变工作风阻，工况点沿风机特性曲线移动。,2023/11/7,第6章 机械通风,）增风调节为了增加矿井的供风量，可以采取下列措施：（）减少矿井总风阻。（）当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。）减风调节当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：（）增阻调节。（）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小矿井风量。,2023/11/7,第6章 机械通风,、改变风机特性曲线 这种调节方法的特点是矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性
18、曲线移动。,2023/11/7,第6章 机械通风,第六节 通风机的联合运转 两台或两台以上风机在同一通风网络上工作。叫风机联合工作。风机联合工作可分为串联和并联两大类。一、风机串联工作 一个风机的吸风口直接或通过一段巷道（或管道）联结到另一个风机的出风口上同时运转，称为风机串联工作。,F1,F2,2023/11/7,第6章 机械通风,特点：1、通过管网的总风量等于每台风机的风量，即 Q=Q1=Q2。2、总风压等于两台风机的工作风压之和，即 HH1H2。（一）两台风压特性曲线不同风机串联工作分析 1、串联风机的等效特性曲线。作图方法：按风量相等，风压叠加的原则。,2023/11/7,第6章 机械
19、通风,2、风机的实际工况点。在风阻为R管网上风机串联工作，各风机的实际工况点按下述方法求得：在等效风机特性曲线+上作管网风阻特性曲线R1，两者交点为M0，过M0作横坐标垂线，分别与曲线和相交于M1和 M2，此两点即是两风机的实际工况点。效果分析：用等效风机产生的风量Q与能力较大风机的F2单独工作产生风量Q之差表示。,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,（二）、风压特性曲线相同风机串联工作两台特性曲线相同的风机串联工作。由图可见，临界点A位于Q轴上。这就意味着在整个合成曲线范围内串联工作都是有效的，不过工作风阻不同增风效果不同而已。,2023/11/7,第
20、6章 机械通风,结论1、风机串联工作适用于风阻大而风量不足的管网；2、风压特性曲线相同的风机串联工作较好；3、串联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。4、串联工作的任务是增加风压，用于克服管网过大阻力，保证按需供风。,2023/11/7,第6章 机械通风,（三）、风机与自然风压串联工作1、自然风压特性自然风压特性是指自然风压与风量之间的关系。自然风压随风量增大略有增大。风机停止工作时自然风压依然存在。故一般用平行Q轴的直线表示自然风压的特性。2、自然风压对风机工况点影响自然风压对机械风压的影响，类似于两个风机串联工作。结论：当自然风压为正时，机械风 压与自然风压共同作用克服
21、矿井通 风阻力，使风量增加；当自然风压 为负时，成为矿井通风阻力。,2023/11/7,第6章 机械通风,二、通风机并联工作 两台风机的吸风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机并联。风机并联分为：集中并联和对角并联之分。（一）集中并联 特点：（1）、H=H1=H2（2）、Q=Q1+Q2 1、风压特性曲线不同风机集中并联工作 1）作图方法 原则：风压相等，风量相加的原则。方法：根据上述原则在同一坐标系中 将两条风机特性曲线（I，II）合成。,F1,F2,Q1,Q2,Q,2023/11/7,第6章 机械通风,2）工况分析 用并联等效风机产生 的风量Q与能力较大风机 的F1单独工作产生风量Q1
22、 之差来分析+合成曲线与风机曲线交点，,2023/11/7,第6章 机械通风,2、风压特性曲线相同风机并联工作 M1 为风机的实际工况点；M为并联合成工况点。由图可见，总有Q=Q-Q10，且R越小，Q越大。结论：1、风机并联工作适用于因风机能力小，风阻小而风量不足的管网；2、风压特性曲线相同的风机并联工作较好；3、并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。4、并联工作的任务是增加风量，用于风机能力小，保证按需供风。,2023/11/7,第6章 机械通风,（二）对角并联(异地并联)两台不同型号风机F1和F2的特性曲线分别为、，各自单独工作的管网分别为OA（风阻为R1）和OB（风
23、阻为R2），共同工作于公共风路OC（风阻为R0）。分析方法：1、按等风量条件下把风机F1的风压与风路OA的的阻力相减的原则，求风机F1为风路OA服务后的剩余特性曲线。2、同理得到剩余特性曲线。3、按风压相等风量相加原理求得等效风机F1和F2集中并联的特性曲线。,2023/11/7,第6章 机械通风,4、特性曲线，它与风路OC的风阻R0曲线交点M0，由此可得OC风路的风量Q0。5、过M0作Q轴平行线与特性曲线和分别相交于M和M点。6、过M和M点作Q轴垂线与曲线和相交于M和M，此即在两个风机的实际工况点。结论：每个风机的实际工况点M和M，既取决于各自风路的风阻，又取决于公共风路的风阻。,2023/
24、11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,(三）主扇并联作业注意事项1尽量降低两台风机并联作业公共段井巷的风阻值。2 尽可能使两翼的风量和风压接近相等。3 当矿井生产发生变化时，要求一台风机进行调整时，要注意其对并联风机的影响。4 单机运转稳定，但与另一台并联运转时就不一定稳定。,2023/11/7,第6章 机械通风,三、并联与串联工作的比较,图中两台型号相同离心式通风机的风压特性曲线为，两者串联和并联工作的特性曲线分别为和，N-Q为其功率特性曲线，R1、R2和R3为大小不同的三条管网风阻特性曲线。,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械
25、通风,当风阻为R2时，正好通过、两曲线的交点B。若并联则风机的实际工况点为M1，而串联则实际工况点为M2。显然在这种情况下，串联和并联工作增风效果相同。但从消耗能量（功率）的角度来看，并联的功率为NP，而串联的功率为NS，显然N2N1，故采用并联是合理的。当风机的工作风阻为R1，并联运行时工况点A的风量比串联运行工况点F时大，而每台风机实际功率反而小，故采用并联较合理。当风机的工作风阻为R3，并联运行时工况点E，串联运行工况点为C，则串联比并联增风效果好。,2023/11/7,第6章 机械通风,四、主辅扇联合作业,2023/11/7,第6章 机械通风,2023/11/7,第6章 机械通风,例题
26、:某矿使用2K60-118轴流式通风机做抽出式通风，通风机的个体特性曲线如题图4-3所示，矿井的总风阻R=0.56Ns2/m8，试求通风机的风量、静压、效率和输入功率各为多少？若矿井总风阻降为R=0.14 Ns2/m8时，通风机运转是否合理？,2023/11/7,第6章 机械通风,R=0.56,R=0.14,2023/11/7,第6章 机械通风,答：Q通=73m3/s，H通静=3000Pa，静=0.76，N通入=270kW。当R=0.14 Ns2/m8，通风机的效率低于60%，运转不经济,2023/11/7,第6章 机械通风,本章作业6-36-46-156-17,2023/11/7,第6章 机械通风,6-1 用什么方法实现通风机的反风？在什么情况下才反风？规程中对通风机反风有何规定？6-2 反映通风机工作特性的基本参数有哪些？它们各代表什么含义？6-3 什么叫通风机的工况点和工作区域？通风机的工况点应在什么区域内变动才合理？6-4 通风机为什么要安装扩散器？6-5 在什么情况下通风机要串联工作？什么情况下通风机要并联工作？怎样保证通风机联合工作时安全、经济、有效？,
