內(nèi)科大礦井通風(fēng)課件06礦井主扇與機(jī)械通風(fēng)

2023/5/81第六章礦井主扇與機(jī)械通風(fēng)

6.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理6.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行6.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合工作6.4扇風(fēng)機(jī)特性曲線的數(shù)模及其應(yīng)用6.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用2023/5/826.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

通風(fēng)用的機(jī)械稱為扇風(fēng)機(jī)。礦用扇風(fēng)機(jī)按其服務(wù)范圍可分為主要扇風(fēng)機(jī)（用于全礦井或其一翼通風(fēng)的扇風(fēng)機(jī)，并且晝夜運(yùn)轉(zhuǎn)，簡(jiǎn)稱主扇）、輔助扇風(fēng)機(jī)（幫助主扇對(duì)礦井一翼或一個(gè)較大區(qū)域克服通風(fēng)阻力，增加風(fēng)量和風(fēng)壓的扇風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱輔扇）和局部扇風(fēng)機(jī)（用于礦井下某一局部地點(diǎn)通風(fēng)用的扇風(fēng)機(jī)，簡(jiǎn)稱局扇）；按其構(gòu)造原理又可分為離心式與軸流式兩大類。2023/5/836.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

6.1.1離心式扇風(fēng)機(jī)

圖6-1離心式扇風(fēng)機(jī)1-動(dòng)輪；2-葉片；3-主軸；4-輪轂；5-螺旋形機(jī)殼；6-吸風(fēng)管；7-錐形擴(kuò)散器動(dòng)輪入風(fēng)口分為單側(cè)吸風(fēng)和雙側(cè)吸風(fēng)兩種，圖6-1是單側(cè)吸風(fēng)式。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)（或經(jīng)過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉道間的空氣隨葉片的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，獲得離心力，經(jīng)葉端被拋出動(dòng)輪，流到螺旋狀機(jī)殼里。在機(jī)殼內(nèi)空氣流速逐漸減小，壓力升高，然后經(jīng)擴(kuò)散器排出。與此同時(shí)，由于動(dòng)輪中氣體外流，因而在葉片的入口即葉根處形成負(fù)壓，使吸風(fēng)口處的空氣自葉根流入葉道，再?gòu)娜~端流出，如此連續(xù)不斷形成連續(xù)流動(dòng)。2023/5/846.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

6.1.1離心式扇風(fēng)機(jī)

圖6-2離心式扇風(fēng)機(jī)葉輪(a)徑向式β2＝90?；(b)后傾式β2>90?；(c)前傾式β2<90°W2空氣沿葉片出口的相對(duì)速度；u2-動(dòng)輪外緣圓周速度；C2-合速度；C2u-C2的切向分量；C2m-C2的徑向分量

葉片按其在動(dòng)輪出口處安裝角的不同，分為前傾式、徑向式和后傾式三種。2023/5/856.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

6.1.1離心式扇風(fēng)機(jī)

我國(guó)生產(chǎn)的離心式扇風(fēng)機(jī)較多，如4-72-11型、G4-73-11型、K4-73-01型等。型號(hào)參數(shù)的含義以K4-73-01№32型為例說(shuō)明如下：K—礦用；4—效率最高點(diǎn)壓力系數(shù)的10倍，取整數(shù)；73—效率最高點(diǎn)比轉(zhuǎn)速，取整數(shù)；0—進(jìn)風(fēng)口為雙面吸入；1—第一次設(shè)計(jì)；№32—扇風(fēng)機(jī)機(jī)號(hào)，為葉輪直徑，dm。2023/5/866.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

6.1.2軸流式扇風(fēng)機(jī)圖6-3軸流式扇風(fēng)機(jī)

1-動(dòng)輪；2-葉片；3-圓筒形外殼；4-集風(fēng)器;5-整流器;6-前流線體；7-環(huán)形擴(kuò)散器

動(dòng)輪是由固定在輪軸上的輪轂和等間距安裝的葉片2組成。動(dòng)輪有一級(jí)和二級(jí)兩種，二級(jí)動(dòng)輪產(chǎn)生的風(fēng)壓近似于一級(jí)的2倍。整流器（導(dǎo)葉）安裝在每一級(jí)動(dòng)輪之后，為固定葉輪；其作用是整直由動(dòng)輪流出的旋轉(zhuǎn)氣流，以減小動(dòng)能和渦流損失。環(huán)形擴(kuò)散器是的作用是使從整流器流出的環(huán)狀氣流逐漸擴(kuò)張，過(guò)渡到柱狀（即風(fēng)硐或外擴(kuò)散器內(nèi)全斷面的）空氣流，同時(shí)減少氣流能量的沖擊損失；隨著斷面的擴(kuò)大，氣流的一部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)換為靜壓，使動(dòng)壓逐漸變小。我國(guó)生產(chǎn)的軸流式扇風(fēng)機(jī)有2K60型、GAF型、2K56型、KZS型等。型號(hào)參數(shù)的含義以2K60-1-№24型為例說(shuō)明如下：2—雙級(jí)葉輪；K—礦用；60—輪轂比的100倍；1—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)序號(hào)；№24—扇風(fēng)機(jī)機(jī)號(hào)，為葉輪直徑，dm。2023/5/876.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

6.1.2軸流式扇風(fēng)機(jī)

圖6-4軸流式扇風(fēng)機(jī)的葉片安裝角

θ-葉片安裝角；t-葉片間距

葉片用螺栓固定在輪轂上，橫截面和機(jī)翼形狀相似。在葉片迎風(fēng)側(cè)作一外切線，稱為弦線，弦線與動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向的夾角，稱為葉片安裝角，以θ表示。θ角可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)整。因?yàn)樯蕊L(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、風(fēng)量的大小與θ角有關(guān)，所以工作時(shí)可根據(jù)需要的風(fēng)壓、風(fēng)量調(diào)節(jié)θ角的度數(shù)。一級(jí)動(dòng)輪的扇風(fēng)機(jī)θ角的調(diào)節(jié)范圍是10°～40°，二級(jí)動(dòng)輪的扇風(fēng)機(jī)θ角的調(diào)節(jié)范圍是15°～45°，可按相鄰角度差5°或2.5°調(diào)節(jié)，但每個(gè)動(dòng)輪上的角度必須嚴(yán)格保持一致2023/5/886.1礦用扇風(fēng)機(jī)的類型、構(gòu)造及工作原理

6.1.2軸流式扇風(fēng)機(jī)扇風(fēng)機(jī)除主機(jī)之外，還有一些附屬裝置。扇風(fēng)機(jī)的附屬裝置有反風(fēng)裝置、防爆門、風(fēng)硐和外擴(kuò)散器等。目前，我國(guó)生產(chǎn)的軸流式主扇都為臥式，安裝風(fēng)機(jī)時(shí)需要建筑一段風(fēng)硐與回風(fēng)井連接，然后主扇安裝在風(fēng)硐中；而國(guó)外有些風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)立式軸流式風(fēng)機(jī)，安裝時(shí)主扇直接立于回風(fēng)井上，這樣可以省去風(fēng)硐構(gòu)筑物和減少該風(fēng)硐的局部阻力。

2023/5/896.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.1扇風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)6.2.1扇風(fēng)機(jī)的工作參數(shù)表示扇風(fēng)機(jī)性能的主要工作參數(shù)是扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、功率N、效率和轉(zhuǎn)速n等。1．扇風(fēng)機(jī)的(實(shí)際)風(fēng)量Q2．扇風(fēng)機(jī)(實(shí)際)全壓Ht與靜壓Hs

扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際風(fēng)量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)扇風(fēng)機(jī)入口空氣的體積，亦稱體積流量（無(wú)特殊說(shuō)明時(shí)均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為m3/s。扇風(fēng)機(jī)的全壓Ht是指扇風(fēng)機(jī)對(duì)空氣作功時(shí)給予每1m3空氣的能量，其值為扇風(fēng)機(jī)出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差，單位為N·m/m3或Pa。扇風(fēng)機(jī)全壓Ht包括扇風(fēng)機(jī)的靜壓Hs和動(dòng)壓hV兩部分，即：Ht=HS+hV，hV是扇風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器出口動(dòng)壓。2023/5/8106.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

3．扇風(fēng)機(jī)的功率

扇風(fēng)機(jī)的功率分為輸出功率（又稱空氣功率）和輸入功率（又稱軸功率）。輸出功率以扇風(fēng)機(jī)全壓計(jì)算時(shí)稱為全壓功率Nt，單位為kW。輸出功率用扇風(fēng)機(jī)靜壓計(jì)算時(shí)稱為靜壓功率NS，單位為kW。

扇風(fēng)機(jī)的軸功率可用全壓功率或靜壓功率計(jì)算，單位為kW。t、S—分別為扇風(fēng)機(jī)的全壓和靜壓效率。設(shè)電動(dòng)機(jī)的效率為m，傳動(dòng)效率為tr，電動(dòng)機(jī)的輸入功率為Nm，則：2023/5/8116.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

4．扇風(fēng)機(jī)的效率

扇風(fēng)機(jī)的效率是指扇風(fēng)機(jī)的輸出功率與輸入功率之比。因?yàn)樯蕊L(fēng)機(jī)的輸出功率有全壓輸出功率和靜壓輸出功率之分，所以扇風(fēng)機(jī)的效率分全壓效率和靜壓效率。很顯然，扇風(fēng)機(jī)的效率越高，說(shuō)明扇風(fēng)機(jī)的內(nèi)部阻力損失越小，性能也越好。2023/5/8126.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力與扇風(fēng)機(jī)壓力的關(guān)系以及扇風(fēng)機(jī)房水柱（壓差）計(jì)示值含義

6.2.2.1抽出式通風(fēng)礦井1.水柱（壓差）計(jì)示值與礦井通風(fēng)阻力的關(guān)系圖6-5抽出式通風(fēng)礦井

|h4|=P04-P4,h=hR14+he1

，he1=P01-（P1+hv1）hR14=(P1+hv1+ρm12gZ12)-

(P4+hv4+ρm34gZ34)所以h=P01-P4-hv4

+（ρm12gZ12-ρm34gZ34)又因1與4斷面同標(biāo)高，故P01與同標(biāo)高的4斷面外大氣壓P04相等。又(ρm12gZ12-ρm34gZ34)=HN(HN為自然風(fēng)壓),故上式可寫為：

h=P04-P4-hv4+HN

h=|h4|-hv4+HN

即

|h4|=h+hv4-HN

通常hv4數(shù)值不大,某一段時(shí)間內(nèi)變化較小，HN隨季節(jié)變化，一般礦井，其值不大，因此，|h4|基本上反映了礦井通風(fēng)阻力大小。如果礦井的主要進(jìn)或回風(fēng)道發(fā)生了冒頂堵塞，則水柱（壓差）計(jì)讀數(shù)增大；如果控制通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)門開啟，風(fēng)流短路，則水柱（壓差）計(jì)讀數(shù)減小。因此，它是礦井通風(fēng)管理的重要監(jiān)測(cè)手段。2023/5/8136.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力與扇風(fēng)機(jī)壓力的關(guān)系以及扇風(fēng)機(jī)房水柱（壓差）計(jì)示值含義

6.2.2.1抽出式通風(fēng)礦井2.扇風(fēng)機(jī)房水柱(壓差)計(jì)示值與全壓Ht和靜壓Hs之間的關(guān)系

圖6-5抽出式通風(fēng)礦井

5、6斷面位能差忽略不計(jì)，hRd=(P5+hv5)-

(P6+hv6),P6=P06=P04,hRd=(P5+hv5)-(P04+hv6)=

Pt5-(P04+hv6)，Pt5=hRd+P04+hv6，因Ht=Pt5-Pt4=(hRd+P04+hv6)-(P4+hv4)=|h4|-hv4+hRd+hv6，所以|h4|=Ht+hv4-hRd-hv6

將（6-13）代上式得

Ht+HN=h+hRd+hv6因hv6實(shí)際就是扇風(fēng)機(jī)的動(dòng)壓hV，將式(6-1)代入式(6-14)可得：|h4|=Hs+hv4-hRd

Hs=|h4|-hv4+hRd

若hRd忽略不計(jì)，則

Hs≈|h4|-hv4=ht4

將(6-1）代入上式得：HS+HN=h+hRd

式（6-15）說(shuō)明，抽出式通風(fēng)的礦井，扇風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用來(lái)克服風(fēng)流流動(dòng)時(shí)在礦井的阻力h、在擴(kuò)散器阻力hRd以及擴(kuò)散器出口處的動(dòng)壓損失hv6。式（6-18）說(shuō)明，抽出式通風(fēng)的礦井，扇風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用來(lái)克服風(fēng)流流動(dòng)時(shí)在礦井的阻力h和在擴(kuò)散器的阻力hRd。2023/5/8146.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.2礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力與扇風(fēng)機(jī)壓力的關(guān)系以及扇風(fēng)機(jī)房水柱（壓差）計(jì)示值含義

6.2.2.2壓入式通風(fēng)礦井

圖6-5抽出式通風(fēng)礦井

h1=P1-P01,h=hR12+he2=hR12+hv2,hR12=(P1+hv1+ρm1gZ1)-

(P2+hv2+ρm2gZ2),he2=（P2+hv2）-P02,h=P1-P02+hv1+(ρm1gZ1-ρm2gZ2),P01=P02；又(ρm1gZ1-ρm2gZ2)=HN，故上式可寫為h=h1+hV1+HN,所以h1=h-hV1-HN

又Ht=Pt1-P01=P1+hv1-P01=h1+hv1,因hv1為扇風(fēng)機(jī)動(dòng)壓hv，所以Hs=h1,Ht+HN=h,Hs+HN=h-hv1由式（6-26）可見(jiàn)，對(duì)于壓入式通風(fēng)的礦井，扇風(fēng)機(jī)全風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用來(lái)克服風(fēng)流流動(dòng)時(shí)在礦井的阻力h。由式（6-27）可知，對(duì)于壓入式通風(fēng)的礦井，扇風(fēng)機(jī)靜風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用來(lái)克服風(fēng)流流動(dòng)時(shí)在礦井的阻力h與扇風(fēng)機(jī)速壓之差?？梢钥闯?，無(wú)論扇風(fēng)機(jī)采用抽出式還是壓入式，扇風(fēng)機(jī)全壓Ht和自然風(fēng)壓HN共同作用，克服礦井風(fēng)道阻力和風(fēng)流進(jìn)入大氣出口處的動(dòng)壓損失。即Ht+HN=hm+hd+hvd

2023/5/8156.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.3扇風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線當(dāng)扇風(fēng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻R的風(fēng)網(wǎng)上作業(yè)時(shí)，可測(cè)算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓Ｈ、風(fēng)量Ｑ、功率Ｎ和效率η，這就是該扇風(fēng)機(jī)在風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻為R時(shí)的工況點(diǎn)。改變風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工作參數(shù)，通過(guò)多次改變風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對(duì)應(yīng)描繪在以Ｑ為橫坐標(biāo)，以Ｈ、Ｎ和η為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點(diǎn)連結(jié)起來(lái)，即得Ｈ─Ｑ、Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線，這組曲線稱為扇風(fēng)機(jī)在該轉(zhuǎn)速條件下的個(gè)體特性曲線。2023/5/8166.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.3扇風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線

圖6-7Ht、Htd、Hs和Hsd之間的相互關(guān)系圖扇風(fēng)機(jī)裝置靜壓Ｈsd與扇風(fēng)機(jī)全壓Ｈt的關(guān)系如右hvd—擴(kuò)散器出口動(dòng)壓，Pa。比較Ht=HS+hV與右式可見(jiàn)，只有當(dāng)hRd+hvd<hV時(shí)，才有Ｈsd>Ｈs，即扇風(fēng)機(jī)裝置阻力與其出口動(dòng)壓損失之和小于扇風(fēng)機(jī)出口動(dòng)壓損失時(shí)，扇風(fēng)機(jī)裝置的靜壓才會(huì)因加擴(kuò)散器而有所提高，即擴(kuò)散器起到回收損失動(dòng)壓的作用。

為了減少扇風(fēng)機(jī)的出口動(dòng)壓損失，抽出式通風(fēng)時(shí)主要扇風(fēng)機(jī)的出口均外接擴(kuò)散器。通常把外接擴(kuò)散器看作是扇風(fēng)機(jī)的組成部分，并與扇風(fēng)機(jī)一起總稱為扇風(fēng)機(jī)裝置。扇風(fēng)機(jī)裝置的全壓Ｈtd為擴(kuò)散器出口與扇風(fēng)機(jī)入口風(fēng)流的全壓之差，與扇風(fēng)機(jī)全壓Ｈt的關(guān)系為由該圖可見(jiàn)，安裝了設(shè)計(jì)合理的擴(kuò)散器之后，雖然增加了擴(kuò)散器阻力，使Ｈtd─Ｑ曲線低于Ｈt─Ｑ曲線，但由于hRd+hvd<hV，故Ｈsd─Ｑ曲線高于Ｈs─Ｑ曲線。若hRd+hvd>hV，則說(shuō)明了擴(kuò)散器設(shè)計(jì)不合理。安裝擴(kuò)散器后回收的動(dòng)壓相對(duì)于扇風(fēng)機(jī)全壓來(lái)說(shuō)很小,所以通常并不把扇風(fēng)機(jī)特性和扇風(fēng)機(jī)裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。扇風(fēng)機(jī)廠提供的特性曲線往往是根據(jù)模型試驗(yàn)資料換算繪制的，一般是未考慮外接擴(kuò)散器的，而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，因此應(yīng)用時(shí)應(yīng)能根據(jù)具體條件進(jìn)行正確的換算。2023/5/8176.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.3扇風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線

圖6-8軸流式扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線

軸流式扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在，而且同一臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的駝峰區(qū)隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點(diǎn)Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點(diǎn)Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，扇風(fēng)機(jī)在該段工作，有時(shí)會(huì)引起扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓和電動(dòng)機(jī)功率的急劇波動(dòng)。軸流式扇風(fēng)機(jī)的葉片裝置角不太大時(shí)，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式扇風(fēng)機(jī)應(yīng)在風(fēng)阻最小時(shí)（如常常打開閘門）啟動(dòng)，以減少啟動(dòng)負(fù)荷。

對(duì)于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式扇風(fēng)機(jī)，除了繪制效率特性曲線外，常把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標(biāo)上，并把特性曲線上效率相等的點(diǎn)連起來(lái)，這就是軸流式扇風(fēng)機(jī)的等效率曲線。2023/5/8186.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.3扇風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線

圖6-9離心式扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線

離心式扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式扇風(fēng)機(jī)平緩；當(dāng)風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時(shí)，其風(fēng)量變化比軸流式扇風(fēng)機(jī)要大。

離心式扇風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ隨Ｑ增加而增大，只有在接近風(fēng)流短路時(shí)功率才略有下降。因而，為了保證安全啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)負(fù)荷過(guò)大而燒壞電動(dòng)機(jī)，離心式扇風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉，待其達(dá)到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過(guò)需風(fēng)量時(shí)，常常利用閘門加阻來(lái)減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。2023/5/8196.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.4扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)與類型特性曲線目前扇風(fēng)機(jī)種類較多，同一系列的產(chǎn)品有許多不同的葉輪直徑，同一直徑的產(chǎn)品又有不同的轉(zhuǎn)速。如果僅僅用個(gè)體特性曲線表示各種扇風(fēng)機(jī)性能，就顯得過(guò)于復(fù)雜。還有，在設(shè)計(jì)大型扇風(fēng)機(jī)時(shí)，首先必須進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)。那么模型和實(shí)物之間應(yīng)保持什么關(guān)系？如何把模型的性能參數(shù)換算成實(shí)物的性能參數(shù)？這些問(wèn)題都涉及到扇風(fēng)機(jī)的類型特性參數(shù)與類型特性曲線。2023/5/8206.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.4扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)與類型特性曲線6.2.4.1扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)1．扇風(fēng)機(jī)的相似條件兩個(gè)扇風(fēng)機(jī)相似是指氣體在扇風(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)過(guò)程相似，或者說(shuō)它們之間在任一對(duì)應(yīng)點(diǎn)的同名物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。兩個(gè)扇風(fēng)機(jī)相似，其必要條件是彼此的結(jié)構(gòu)幾何上相似，其充分條件是扇風(fēng)機(jī)內(nèi)風(fēng)流的運(yùn)動(dòng)相似和動(dòng)力相似。同類型扇風(fēng)機(jī)在相應(yīng)工況點(diǎn)氣體的流動(dòng)過(guò)程是彼此相似的，符合扇風(fēng)機(jī)相似的必要和充分條件。

2023/5/8216.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.4扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)與類型特性曲線6.2.4.1扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)2．扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)①壓力系數(shù)，或②流量系數(shù)

③功率系數(shù)在，將H和Q分別用上式中的和代替，得

同類型扇風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)。同類型扇風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)其流量系數(shù)為常數(shù)同類型扇風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。2023/5/8226.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.4扇風(fēng)機(jī)類型特性參數(shù)與類型特性曲線6.2.4.2扇風(fēng)機(jī)類型特性曲線以為橫坐標(biāo)，以、和η為縱坐標(biāo),繪出-、

-和η-曲線，此曲線即為該類型扇風(fēng)機(jī)的類型特性曲線。、、、η可用相似扇風(fēng)機(jī)的模型試驗(yàn)獲得。可根據(jù)扇風(fēng)機(jī)類型特性曲線和扇風(fēng)機(jī)直徑、轉(zhuǎn)速換算得到扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線。需要指出的是，對(duì)于同一類型扇風(fēng)機(jī)，當(dāng)幾何尺寸（如D）相差較大時(shí)，在加工和制造過(guò)程中很難保證流道表面相對(duì)粗糙度、葉片厚度以及機(jī)殼間隙等參數(shù)完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差，所以有些扇風(fēng)機(jī)的類型特性曲線有多條,可按不同直徑尺寸而選用。2023/5/8236.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.5扇風(fēng)機(jī)比例定律與通用特性曲線由上式可見(jiàn)，同類型扇風(fēng)機(jī)在相似工況點(diǎn)的類型特性參數(shù)是相等的。它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉(zhuǎn)速n、動(dòng)輪外緣直徑D和空氣密度ρ成一定比例關(guān)系，這種比例關(guān)系叫比例定律。將動(dòng)輪外緣圓周速度u2=(πDn)/60代入上式得：對(duì)于1、2兩個(gè)相似扇風(fēng)機(jī)而言2023/5/8246.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.5扇風(fēng)機(jī)比例定律與通用特性曲線圖6-104-72-11№20B離心式扇風(fēng)機(jī)特性曲線例:某礦使用主要扇風(fēng)機(jī)為4-72-11№20B離心式扇風(fēng)機(jī)，其特性曲線如圖所示,圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的Ht—Q曲線。轉(zhuǎn)速為n1=630r/min，扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)阻R=0.63657N·s2/m8,工況點(diǎn)為M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后來(lái)，風(fēng)阻變?yōu)镽’=0.7932N·s2/m8，礦井風(fēng)量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量Q=58m3/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解:將新風(fēng)阻R’=0.7932N·s2/m8曲線繪在圖中,其與n1=630r/min曲線交點(diǎn)為M1,其風(fēng)量Q1=51.5m3/s。在此風(fēng)阻下風(fēng)量增至Q2=58m3/s轉(zhuǎn)速n2為：n2=(n1Q2)/Q1=630×58/51.5=710r/min即轉(zhuǎn)速調(diào)至n2=710r/min,可滿足供風(fēng)要求。2023/5/8256.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.5扇風(fēng)機(jī)比例定律與通用特性曲線6.2.5.2通用特性曲線為了便于使用，根據(jù)比例定律，把一個(gè)類型扇風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)，如壓力H、風(fēng)量Q、轉(zhuǎn)速n、動(dòng)輪外緣直徑D、功率N和效率η等相互關(guān)系同畫在一個(gè)坐標(biāo)圖上，這種曲線叫做扇風(fēng)機(jī)的通用特性曲線。2023/5/8266.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.6工況點(diǎn)的確定方法

抽出式通風(fēng)礦井(不計(jì)自然風(fēng)壓

)：Ht=h+hRd+hv6HS=h+hRdHSd=h

所謂工況點(diǎn)，即是扇風(fēng)機(jī)在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風(fēng)阻條件下的工作參數(shù)，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和Ｑ兩參數(shù)。因此，對(duì)于抽出式通風(fēng)礦井，只要根據(jù)扇風(fēng)機(jī)的Ht─Ｑ特性曲線或HS─Ｑ特性曲線作出扇風(fēng)機(jī)裝置HSd─Ｑ特性曲線，然后在HSd─Ｑ曲線的坐標(biāo)上，按相同比例作出扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)阻曲線，與HSd─Ｑ特性曲線的交點(diǎn)之坐標(biāo)值，即為抽出式扇風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓和風(fēng)量。通過(guò)交點(diǎn)作Ｑ軸垂線，與Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為抽出式扇風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ和效率η。2023/5/8276.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.6工況點(diǎn)的確定方法

同理，壓入式通風(fēng)礦井(不計(jì)自然風(fēng)壓

)：

Ht=h

Hs=h-hv1

因此，對(duì)于壓入式通風(fēng)礦井，只要在扇風(fēng)機(jī)的Ht─Ｑ特性曲線的坐標(biāo)上，按相同比例作出扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)阻曲線，與Ht─Ｑ特性曲線的交點(diǎn)之坐標(biāo)值，即為壓入式扇風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)壓和風(fēng)量。通過(guò)交點(diǎn)作Ｑ軸垂線，與Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線相交，交點(diǎn)的縱坐標(biāo)即為壓入式扇風(fēng)機(jī)的軸功率Ｎ和效率η。如果礦井自然風(fēng)壓不能忽略，求工況點(diǎn)的方法見(jiàn)6.3節(jié)中扇風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓串聯(lián)作業(yè)。2023/5/8286.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.7扇風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)的合理工作范圍

圖6-11軸流式扇風(fēng)機(jī)的合理工作范圍

從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，扇風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率不應(yīng)低于60%；從安全方面考慮，其工況點(diǎn)必須位于駝峰點(diǎn)的右下側(cè)單調(diào)下降的直線段上。為了防止礦井風(fēng)阻偶爾增加等原因，使工況點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)，一般限定實(shí)際工作風(fēng)壓不得超過(guò)最高風(fēng)壓的90%，即ＨS＜0.9ＨSmax。軸流式扇風(fēng)機(jī)的工作范圍如圖6-11中A-B-C-D圍成的區(qū)域（陰影部分所示），上限為最大風(fēng)壓0.9倍的連線，下限為η＝0.6的等效率曲線。2023/5/8296.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.8主要扇風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)調(diào)節(jié)

為了保證礦井的按需供風(fēng)和扇風(fēng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要適時(shí)地進(jìn)行工況點(diǎn)調(diào)節(jié)。實(shí)質(zhì)上，工況點(diǎn)調(diào)節(jié)就是供風(fēng)量的調(diào)節(jié)。由于扇風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)是由扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓和礦井風(fēng)阻兩者的特性曲線決定的，所以，欲調(diào)節(jié)工況點(diǎn)只需改變兩者之一或同時(shí)改變即可。據(jù)此，工點(diǎn)調(diào)節(jié)方法主要有改變礦井風(fēng)阻特性曲線調(diào)節(jié)法和改變扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線調(diào)節(jié)法。

2023/5/8306.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.8主要扇風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)調(diào)節(jié)

6.2.8.1改變礦井風(fēng)阻特性曲線調(diào)節(jié)法

圖6-12改變礦井風(fēng)阻特性曲線調(diào)節(jié)法

（1）增加風(fēng)量調(diào)節(jié)。①減少礦井總風(fēng)阻。②當(dāng)?shù)孛嫱獠柯╋L(fēng)較大時(shí)，可以采取堵塞地面的外部漏風(fēng)措施。這樣做，扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量雖然因其工作風(fēng)阻增大而減小，但礦井風(fēng)量卻會(huì)因有效風(fēng)量率的提高而增大。這種方法實(shí)施簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益較好，但調(diào)節(jié)幅度不大。（2）減少風(fēng)量調(diào)節(jié)。①增加礦井總風(fēng)阻。②對(duì)于軸流式扇風(fēng)機(jī)，當(dāng)其Ｎ─Ｑ曲線在工作段具有單調(diào)下降特點(diǎn)時(shí)，因種種原因不能實(shí)施低轉(zhuǎn)速和減少葉片安裝角度θ時(shí)，可以用增大外部漏風(fēng)的方法，來(lái)減小礦井風(fēng)量。這種方法比增阻調(diào)節(jié)要經(jīng)濟(jì)，但調(diào)節(jié)幅度較小。2023/5/8316.2扇風(fēng)機(jī)的特性及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

6.2.8主要扇風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)調(diào)節(jié)

6.2.8.2改變扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線調(diào)節(jié)法

圖6-13改變扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線調(diào)節(jié)法

（1）軸流式風(fēng)機(jī)可采用改變?nèi)~安裝角度達(dá)到增減風(fēng)量的目的。但要注意的是，防止因增大葉片安裝角度而導(dǎo)致扇風(fēng)機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行。（2）裝有前導(dǎo)器的離心式扇風(fēng)機(jī)，可以改變前導(dǎo)器葉片轉(zhuǎn)角進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié)。

（3）改變扇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速

①改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。②利用傳動(dòng)裝置調(diào)速。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速?zèng)]有額外的能量損耗，對(duì)扇風(fēng)機(jī)的效率影響不大，因此是一種較經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方法，當(dāng)調(diào)節(jié)期長(zhǎng)，調(diào)節(jié)幅度較大時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮。但要注意，增大轉(zhuǎn)速時(shí)可能會(huì)使扇風(fēng)機(jī)震動(dòng)增加、噪音增大、軸承溫度升高以及發(fā)生電動(dòng)機(jī)超載等問(wèn)題。調(diào)節(jié)方法的選擇，取決于調(diào)節(jié)期長(zhǎng)短、調(diào)節(jié)幅度、投資大小和實(shí)施的難易程度。調(diào)節(jié)之前應(yīng)擬定多種方案，經(jīng)過(guò)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)選用。選用時(shí)，還要考慮實(shí)施的可能性。有時(shí)，可以考慮采用綜合措施。2023/5/8326.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的扇風(fēng)機(jī)同時(shí)對(duì)一個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)或一個(gè)風(fēng)網(wǎng)進(jìn)行工作，叫做扇風(fēng)機(jī)的聯(lián)合作業(yè)。扇風(fēng)機(jī)的聯(lián)合作業(yè)可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種。2023/5/8336.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.1扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)一臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口直接或通過(guò)一段巷道（或管道）聯(lián)接到另一臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口上同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，分別稱為扇風(fēng)機(jī)的集中或間隔串聯(lián)作業(yè)。圖6-14為兩臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的集中串聯(lián)作業(yè)。

圖6-14兩臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的集中串聯(lián)作業(yè)

2023/5/8346.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.1扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)6.3.1.1風(fēng)壓特性曲線不同的扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)分析（1）串聯(lián)扇風(fēng)機(jī)的等效合成特性曲線。圖6-15風(fēng)壓特性曲線不同的扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線兩臺(tái)扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)的等效合成特性曲線F1+F2按風(fēng)量相等風(fēng)壓相加原則求得。（2）扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。兩者交點(diǎn)為M0，過(guò)M0作橫坐標(biāo)垂線，分別與曲線F1和F2相交于M1和M2，此兩點(diǎn)即是兩扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。通過(guò)A點(diǎn)的風(fēng)阻為臨界風(fēng)阻，其值大小取決于兩扇風(fēng)機(jī)的特性曲線。欲將兩臺(tái)風(fēng)壓特性曲線不同的扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)工作時(shí)，事先應(yīng)將由兩臺(tái)扇風(fēng)機(jī)所決定的臨界風(fēng)阻R’與風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻R進(jìn)行比較，當(dāng)R’<R方可應(yīng)用。風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻越小，串聯(lián)作業(yè)效果越差;反之，串聯(lián)作業(yè)效果越好。2023/5/8356.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.1扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)6.3.1.2風(fēng)壓特性曲線相同的扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)

圖6-16風(fēng)壓特性曲線相同的扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線

由圖可見(jiàn)，臨界點(diǎn)A位于Q軸上。這就意味著在整個(gè)合成曲線范圍內(nèi)串聯(lián)作業(yè)都是有效的，只是風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻不同增風(fēng)效果不同而已?？梢?jiàn)，風(fēng)壓特性曲線相同的較不相同的扇風(fēng)機(jī)串聯(lián)作業(yè)效果要好。2023/5/8366.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.2扇風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓串聯(lián)作業(yè)

圖6-17扇風(fēng)機(jī)與自然風(fēng)壓串聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線

由此可見(jiàn)，當(dāng)自然風(fēng)壓為正時(shí)，機(jī)械風(fēng)壓與自然風(fēng)壓共同作用克服礦井通風(fēng)阻力，使礦井風(fēng)量增加；當(dāng)自然風(fēng)壓為負(fù)時(shí)，成為礦井通風(fēng)阻力，使礦井風(fēng)量減少。2023/5/8376.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.3扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)

圖6-18風(fēng)壓特性曲線不同的扇風(fēng)機(jī)集中并聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線

兩臺(tái)扇風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口直接或通過(guò)一段巷道連接在一起作業(yè)，叫做扇風(fēng)機(jī)的并聯(lián)。扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)有集中并聯(lián)和對(duì)角并聯(lián)之分。6.3.3.1集中并聯(lián)扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線可按“風(fēng)壓相等，風(fēng)量相加”的原則繪制。1．風(fēng)壓特性曲線不同的扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)①扇風(fēng)機(jī)集中并聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線。②扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻R’通過(guò)A點(diǎn)時(shí)（R’稱為臨界風(fēng)阻），ΔQ=0，則并聯(lián)無(wú)增風(fēng)；當(dāng)風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻R”>R’時(shí)，工況點(diǎn)M”位于A點(diǎn)左側(cè)時(shí)，ΔQ<0，即小扇風(fēng)機(jī)反向進(jìn)風(fēng)，則并聯(lián)不但不能增風(fēng)，反而有害。風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻越大，并聯(lián)作業(yè)效果越差，尤其當(dāng)風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻大于臨界風(fēng)阻R’時(shí)，小能力扇風(fēng)機(jī)不但抽不出風(fēng)量，反而成為進(jìn)風(fēng)口。反之，風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻越小，并聯(lián)作業(yè)效果越好。由于軸流式扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性曲線存在馬鞍形區(qū)段，因而合成特性曲線在小風(fēng)量時(shí)比較復(fù)雜。當(dāng)風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻R較大時(shí)，扇風(fēng)機(jī)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運(yùn)行。所以，使用軸流式扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)時(shí)，除要考慮并聯(lián)效果外，還要進(jìn)行穩(wěn)定性分析。2023/5/8386.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.3扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)

圖6-19風(fēng)壓特性曲線相同的扇風(fēng)機(jī)集中并聯(lián)作業(yè)時(shí)的等效合成特性曲線

2．風(fēng)壓特性曲線相同的扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)由圖可見(jiàn)，總有ΔQ=Q-Q1>0，且R越小，ΔQ越大?？梢?jiàn)，風(fēng)壓特性曲線相同的較不相同的扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)效果要好。2．風(fēng)壓特性曲線相同的扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)應(yīng)該指出，兩臺(tái)風(fēng)壓特性相同的扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)，同樣存在不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)情況。2023/5/8396.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.3扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)作業(yè)

圖6-20風(fēng)壓特性曲線不同的扇風(fēng)機(jī)對(duì)角并聯(lián)作業(yè)時(shí)的工況分析

6.3.3.2對(duì)角并聯(lián)工況分析按照等風(fēng)量條件下把扇風(fēng)機(jī)F1的風(fēng)壓與風(fēng)路OA的阻力相減的原則，求扇風(fēng)機(jī)F1為風(fēng)路OA服務(wù)后的剩余特性曲線F1’;按相同方法得到風(fēng)機(jī)F2為風(fēng)路OB服務(wù)后的剩余特性曲線F2’。這樣就變成了等效風(fēng)機(jī)F1’和F2’集中并聯(lián)于O點(diǎn)，為公共風(fēng)路OC服務(wù)，如圖6-20（b）。當(dāng)R1和R2一定時(shí)，R0增大，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)際工作風(fēng)阻RF1和RF2增大，工況點(diǎn)上移；當(dāng)R0一定時(shí)，某一分支的風(fēng)阻增大而另一分支的風(fēng)阻不變，如R1增大而R2不變，則F1扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作風(fēng)阻RF1增大并使其工況點(diǎn)上移，而F2扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工作風(fēng)阻RF2減小并使其工況點(diǎn)下移；反之亦然。2023/5/8406.3扇風(fēng)機(jī)聯(lián)合作業(yè)

6.3.4并聯(lián)與串聯(lián)作業(yè)的比較

圖6-21扇風(fēng)機(jī)并聯(lián)與串聯(lián)作業(yè)的比較

R1、R2和R3為大小不同的三條風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻特性曲線。當(dāng)風(fēng)阻為R2時(shí)，正好通過(guò)Ⅱ、Ⅲ兩曲線的交點(diǎn)B。若并聯(lián)則扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際工況點(diǎn)為M1，而串聯(lián)則實(shí)際工況點(diǎn)為MⅡ。顯然在這種情況下，串聯(lián)和并聯(lián)工作增風(fēng)效果相同。當(dāng)扇風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻為R1，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)A的風(fēng)量比串聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)F時(shí)大，而每臺(tái)扇風(fēng)機(jī)實(shí)際功率反而小，故采用并聯(lián)較合理。當(dāng)扇風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)阻為R3，并聯(lián)運(yùn)行時(shí)工況點(diǎn)E，串聯(lián)運(yùn)行工況點(diǎn)為C，則串聯(lián)比并聯(lián)增風(fēng)效果好。2023/5/8416.4扇風(fēng)機(jī)特性曲線的數(shù)模及其應(yīng)用

6.4.1扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線的數(shù)學(xué)模型

（k=1,2,3,……,2n-1）（l=1,2,3,……,n）

采用曲線擬合技術(shù)在礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)和正常生產(chǎn)中，復(fù)雜通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算是十分費(fèi)事和繁瑣的，而且容易出錯(cuò)。解決該問(wèn)題的唯一途徑是采用計(jì)算機(jī)解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。而建立扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線的數(shù)學(xué)模型H=F(Q)，是采用計(jì)算機(jī)解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。根據(jù)最小二乘法原理，在H—Q曲線上所選各點(diǎn)的Hi值與擬合多項(xiàng)式（6-49）對(duì)應(yīng)點(diǎn)計(jì)算的值差的平方和為最小。據(jù)此，可導(dǎo)出求解擬合多項(xiàng)式（6-49）中系數(shù)b1、b2、…、bn的正態(tài)方程組：擬合曲線的多項(xiàng)式次數(shù)n通常根據(jù)計(jì)算精度要求確定，一般取2或3，精度要求較高時(shí)也可取5。也可根據(jù)扇風(fēng)機(jī)H—Q曲線上若干點(diǎn)的值（Qi,Hi），讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)選擇擬合曲線多項(xiàng)式的“最佳”次數(shù)。當(dāng)擬合曲線多項(xiàng)式為二次或三次時(shí)，所選點(diǎn)數(shù)D一般取6即可。2023/5/8426.4扇風(fēng)機(jī)特性曲線的數(shù)模及其應(yīng)用

6.4.1扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線的數(shù)學(xué)模型

此外，也可采用下述簡(jiǎn)便方法求得扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線的數(shù)學(xué)模型及其系數(shù)，即把扇風(fēng)機(jī)在正常工作范圍內(nèi)的那段曲線近似地看做是二次拋物線，則其擬合曲線多項(xiàng)式為在曲線上取三點(diǎn)，第一點(diǎn)（Q1,H1）為扇風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工作的上限點(diǎn)(即扇風(fēng)機(jī)最高風(fēng)壓0.9倍的那點(diǎn))，第二點(diǎn)(Q2,H2)為扇風(fēng)機(jī)最高效率點(diǎn)，第三點(diǎn)(Q3,H3)為扇風(fēng)機(jī)穩(wěn)定工作的下限點(diǎn)(即扇風(fēng)機(jī)最低允許效率對(duì)應(yīng)的那點(diǎn))。求得這樣，只要獲得扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線上的上述三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)值，就可建立起式（6-51）所示的扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線的數(shù)學(xué)模型。2023/5/8436.4扇風(fēng)機(jī)特性曲線的數(shù)模及其應(yīng)用

6.4.2扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用1．計(jì)算機(jī)解算礦井通風(fēng)系統(tǒng)扇風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)對(duì)于某一礦井，通風(fēng)阻力方程為h=RQ2，由于通風(fēng)阻力h和扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H之間存在著一定的關(guān)系，所以借助扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線的數(shù)學(xué)模型H=F(Q)，可方便地采用計(jì)算機(jī)解算礦井通風(fēng)系統(tǒng)扇風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。2．計(jì)算機(jī)解算礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)各分支的風(fēng)量若通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解中存在扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓，扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性H—Q曲線數(shù)學(xué)模型H=F(Q)的建立，使采用各種迭代法（如斯考德—恒斯雷法）計(jì)算機(jī)解算通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中各分支的風(fēng)量極為方便和有效。

2023/5/8446.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.1礦井主扇的選擇通風(fēng)設(shè)備選擇必備的基礎(chǔ)資料有：扇風(fēng)機(jī)的工作方式（是抽出式還是壓入式）；礦井瓦斯等級(jí)；礦井不同時(shí)期的風(fēng)量；扇風(fēng)機(jī)服務(wù)年限內(nèi)的最大阻力和最小阻力以及風(fēng)井是否作為提升用等。通常根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)容易和困難兩個(gè)時(shí)期主扇作業(yè)的工況點(diǎn)，用扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線來(lái)選擇主扇。

2023/5/8456.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.1礦井主扇的選擇6.5.1.1計(jì)算扇風(fēng)機(jī)工作風(fēng)量Qf考慮到外部漏風(fēng)（即主要扇風(fēng)機(jī)附近的反風(fēng)門等處的漏風(fēng)），主要扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量可用下式計(jì)算：

（6-55）式（6-55）中，Qf—扇風(fēng)機(jī)的工作風(fēng)量，m3/s；Qm—礦井總需風(fēng)量，m3/s；K—漏風(fēng)損失系數(shù)，風(fēng)井無(wú)提升任務(wù)時(shí)取1.1，箕斗井兼作回風(fēng)井時(shí)取1.15，回風(fēng)井兼作升降人員時(shí)取1.2（回風(fēng)井一般不允許兼作為升降人員井）。2023/5/8466.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.1礦井主扇的選擇6.5.1.2計(jì)算扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓Ht或Hs抽出式通風(fēng)礦井離心式扇風(fēng)機(jī)：容易時(shí)期Htmin=hmmin+hd+hvd-|HN|困難時(shí)期Htmax=hmmax+hd+hvd+|HN|抽出式通風(fēng)礦井軸流式扇風(fēng)機(jī)：容易時(shí)期Hsmin=hmmin+hd-|HN|困難時(shí)期Hsmax=hmmax+hd+|HN|壓入式通風(fēng)的礦井采用靜壓Hs—Q曲線選擇主扇時(shí)容易時(shí)期Hsmin=hmmin+hd+hvd-hv-|HN|困難時(shí)期Hsmax=hmmax+hd+hvd-hv+|HN|通常離心式扇風(fēng)機(jī)提供的是全壓Ht—Q曲線，而軸流式扇風(fēng)機(jī)提供的大多是靜壓Hs—Q曲線。2023/5/8476.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.1礦井主扇的選擇6.5.1.3選擇扇風(fēng)機(jī)根據(jù)Qf、Hsmax、Hsmin(或Htmax、Htmin），在扇風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線圖表上選擇合適的扇風(fēng)機(jī)。判別是否合適，要看上面兩組數(shù)據(jù)所構(gòu)成的兩個(gè)時(shí)期的工況點(diǎn)，是否都落在扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線的合理工作范圍內(nèi)。

對(duì)于高原礦井，因空氣密度較小，在運(yùn)送相同的風(fēng)量時(shí)，高原礦井的主扇所需的風(fēng)壓和功率都較小。如果設(shè)計(jì)所用的扇風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線圖表是當(dāng)空氣密度為1.2kg/m3時(shí)測(cè)繪出來(lái)的，就需先把這種圖表的風(fēng)壓特性Ht—Q曲線和輸入功率特性N—Q曲線按下列各式換算成適用于高原礦井的風(fēng)壓特性Ht′—Q曲線和輸入功率特性N′—Q曲線；同時(shí)根據(jù)效率不變的原則換算出效率特性曲線，然后進(jìn)行選擇。如果高原礦井通風(fēng)阻力計(jì)算時(shí)摩擦阻力系數(shù)選用的是空氣密度為1.2kg/m3時(shí)的數(shù)值，則選擇扇風(fēng)機(jī)時(shí)，扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓特性Ht—Q曲線就不用轉(zhuǎn)換了，但輸入功率特性N—Q曲線仍需按上式進(jìn)行換算。2023/5/8486.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.1礦井主扇的選擇6.5.1.4選擇電動(dòng)機(jī)1．計(jì)算扇風(fēng)機(jī)輸入功率2．選擇電動(dòng)機(jī)采用異步電機(jī)時(shí)，當(dāng)時(shí)，可選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其功率為Nmmax。當(dāng)時(shí)，通風(fēng)容易和困難時(shí)期各選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。初期電動(dòng)機(jī)功率Nmo為：后期電機(jī)功率為Nmmax。

目前，我國(guó)許多風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)扇風(fēng)機(jī)時(shí)已經(jīng)將電動(dòng)機(jī)配備好，購(gòu)買扇風(fēng)機(jī)時(shí)已經(jīng)包括了電動(dòng)機(jī)，因此也不需要再自己選用電動(dòng)機(jī)了。但從學(xué)習(xí)的角度，我們?nèi)匀恍枰廊绾芜x用扇風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)。m—電動(dòng)機(jī)的效率，m=0.92～0.94（大型電動(dòng)機(jī)取較高值）；tr—傳動(dòng)效率，電動(dòng)機(jī)與扇風(fēng)機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)時(shí)tr=1，皮帶傳動(dòng)時(shí)tr=0.95～0.98，聯(lián)軸器傳動(dòng)時(shí)tr=0.98；Km—電動(dòng)機(jī)容量備用系數(shù)，Km=1.1～1.2。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率Nmmax>500kW時(shí)，宜選用同步電機(jī)，其功率為Nmmax，其優(yōu)點(diǎn)是在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可用來(lái)改善電網(wǎng)功率因數(shù)，使礦井經(jīng)濟(jì)用電；缺點(diǎn)是這種電動(dòng)機(jī)的購(gòu)置和安裝費(fèi)用較高。

根據(jù)計(jì)算的Nmmax（或Nmo）及扇風(fēng)機(jī)所要求的轉(zhuǎn)數(shù)，在機(jī)電設(shè)備手冊(cè)上選擇合適電動(dòng)機(jī)。2023/5/8496.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.1礦井主扇的選擇6.5.1.5其它要求

（1）選擇的通風(fēng)設(shè)備應(yīng)能滿足第一開采水平各個(gè)時(shí)期的工況變化，并使通風(fēng)設(shè)備長(zhǎng)期高效運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)工況變化較大時(shí)，應(yīng)根據(jù)礦井分期時(shí)間及節(jié)能情況，分期選擇電動(dòng)機(jī)。（2）通風(fēng)能力應(yīng)留有一定的余量。軸流式扇風(fēng)機(jī)在最大設(shè)計(jì)負(fù)壓和風(fēng)量時(shí)，葉輪葉片的安裝角應(yīng)比允許范圍小5；離心式扇風(fēng)機(jī)的選型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速不宜大于允許最高轉(zhuǎn)速的90%。（3）進(jìn)、出風(fēng)井口的高差在150m以上，或進(jìn)、出風(fēng)井口標(biāo)高相同，但井深在400m以上時(shí)，宜計(jì)算礦井的自然風(fēng)壓。（4）主扇要有靈活可靠、合乎要求的反風(fēng)裝置和防爆門，要有規(guī)格質(zhì)量符合要求的風(fēng)硐和擴(kuò)散器。（5）主扇和電動(dòng)機(jī)的機(jī)座必須堅(jiān)固耐用，要設(shè)置在不受采動(dòng)影響的穩(wěn)定地層上。2023/5/8506.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.2扇風(fēng)機(jī)的性能測(cè)定

扇風(fēng)機(jī)制造廠提供的通風(fēng)特性曲線，是根據(jù)不帶擴(kuò)散器的模型測(cè)定獲得的，而實(shí)際運(yùn)行的扇風(fēng)機(jī)都帶有擴(kuò)散器；另外由于安裝質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)磨損等原因，扇風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)性能往往與廠方提供的性能曲線不相符合。因此，扇風(fēng)機(jī)在正式運(yùn)轉(zhuǎn)之前和運(yùn)轉(zhuǎn)幾年后，必須測(cè)定其個(gè)體特性曲線，以便有效地使用和管理好扇風(fēng)機(jī)。扇風(fēng)機(jī)的測(cè)定有專門的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定時(shí)通常需要因地制宜的確定具體測(cè)定方案。扇風(fēng)機(jī)性能測(cè)定的數(shù)據(jù)有：扇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速n、扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H、扇風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q、電動(dòng)機(jī)輸入功率Nm、電動(dòng)機(jī)效率m，測(cè)出在風(fēng)網(wǎng)風(fēng)阻不同條件下上述參數(shù)值，即可計(jì)算并繪制出扇風(fēng)機(jī)裝置的H—Q、N—Q和—Q曲線。主要扇風(fēng)機(jī)的性能測(cè)定，一般在礦井停產(chǎn)檢修時(shí)進(jìn)行，其內(nèi)容包括：（1）確定扇風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)的位置及方式；（2）確定風(fēng)量、風(fēng)壓測(cè)定斷面的位置及測(cè)定方法；（3）確定扇風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)功率的測(cè)定方法；（4）確定扇風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)定方法；（5）確定空氣密度的測(cè)定方法；（6）安排測(cè)定前的準(zhǔn)備工作與測(cè)定中的組織工作；（7）數(shù)據(jù)的記錄、計(jì)算及特性曲線的繪制。2023/5/8516.5礦井主扇的選擇與應(yīng)用

6.5.2扇風(fēng)機(jī)的性能測(cè)定6.5.2.1扇風(fēng)機(jī)工況調(diào)節(jié)的位置及方式

用調(diào)節(jié)風(fēng)阻的方法來(lái)獲得扇風(fēng)機(jī)的不同工況。測(cè)定前要因地制宜地制定測(cè)試方案，其總的要求是要選擇風(fēng)流穩(wěn)定區(qū)作為測(cè)量風(fēng)量和風(fēng)壓的地點(diǎn)，以便測(cè)出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。對(duì)于生產(chǎn)礦井，一般都是利用扇風(fēng)機(jī)風(fēng)硐進(jìn)行測(cè)定，即在風(fēng)硐的適當(dāng)位置處設(shè)置木框架，用在木框架上敷設(shè)木板并靠扇風(fēng)機(jī)吸力將其吸附在木框架上，通過(guò)縮小通風(fēng)有效斷面積以改變通風(fēng)阻力來(lái)調(diào)節(jié)扇風(fēng)機(jī)的工況，然后在木框架后一定距離的風(fēng)流穩(wěn)定區(qū)，測(cè)風(fēng)速、風(fēng)量和風(fēng)壓，同時(shí)測(cè)定電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速。調(diào)節(jié)工況點(diǎn)的數(shù)目不應(yīng)少于8～10個(gè)，以獲得完整的特性曲線。在軸流式扇風(fēng)機(jī)風(fēng)壓特性曲線的“駝峰”區(qū)，工況點(diǎn)要適當(dāng)加密，在穩(wěn)