第四章礦井通風動力

第四章礦井通風動力第一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、本章的重點：1)自然風壓的產(chǎn)生、計算、利用與控制2)軸流式和離心式主要通風機特性3)主要通風機的聯(lián)合運轉(zhuǎn)4)主要通風機的合理工作范圍3、本章的難點：1)自然風壓的計算、利用與控制2)主要通風機的聯(lián)合運轉(zhuǎn)3)主要通風機的合理工作范圍4、本章的思考題

1)煙囪為什么能夠排煙？2)礦井主要通風機為什么要有反風裝置？3)通風機為啥有個體特性曲線、類型曲線和通用特性曲線？4)礦井主要通風機工況點是靜態(tài)的，還是動態(tài)的，為什么？5)軸流式通風機為什么會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象？6)兩臺風機并聯(lián)運行時礦井風量一定增大嗎？第二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第四章礦井通風動力概述通風動力兩種：自然通風與機械通風風流在礦井中流動，新鮮空氣進入，渾濁氣體（乏風）排出，這都需要通風動力，不論是自然風壓還是機械通風機，這些都是通風動力。通風動力的發(fā)展情況總體上來說：純自然風壓→風箱、牛皮囊、水車→蒸汽機→現(xiàn)在的通風機。古代采煤，井深一般在20丈之內(nèi)（50米）。（唐.李善對《魏都賦》的注中講明井深8丈（約27米）），由于沒有機械設(shè)備，通風動力人們就自發(fā)地利用自然風壓。最初采用是一個獨眼井(《天工開物》中有記載)。首先是依靠井壁溫度與大氣溫度(或燃火)不同造成空氣流動來進行通風，后來井下有了通風回路，靠進、出井口的高度來通風，這時也利用火爐（在回風井筒內(nèi)），靠熱動力來通風，空氣加熱密度變輕上升，來產(chǎn)生空氣流動。第三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五概述隨著開采深度的增加，通風阻力增大，這時人們就采用井下多設(shè)置火爐，就是提高溫度，加快氣流上升的動力。自然風壓利用到了極限后，仍不能滿足開采用風時，開始利用水車、風箱、風扇、牛皮囊等機械裝置向礦井內(nèi)壓風。這標志著機械通風的開始。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，瓦特發(fā)明了蒸汽機，真正意義上的機械通風開始了瓦特。雖然現(xiàn)在礦井要求必須進行機械通風，但自然風壓是始終存在的，任何礦井中都不可避免自然風壓，它在現(xiàn)代礦井通風中也起著很重要的作用，。第四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)自然風壓一、自然風壓及其形成和計算1、自然風壓與自然通風

由自然因素作用而形成的通風叫自然通風。

冬季：空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導致兩空氣柱作用在2-3水平面上的重力不等。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5流出。

夏季：相反。

自然風壓：在通風系統(tǒng)中，由于重力差引起的通風壓力，就叫該系統(tǒng)的自然風壓。其大小等于作用在最低水平兩側(cè)空氣柱重力差。012345dzρ1dzρ2z第五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、自然風壓的計算根據(jù)自然風壓定義，自然風壓是“勢函數(shù)”，是一種勢能，因此要注意選取計算的參考面，即0勢位面，圖所示系統(tǒng)的自然風壓HN可用下式計算

：為了簡化計算，一般采用測算出0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值ρm1和ρm2，用其分別代替上式的ρ1和ρ2，則上式可寫為：在實際測量計算中，常?。?/p>

注意：1）自然風壓的計算必須取一閉合系統(tǒng)。2）進風系統(tǒng)和回風系統(tǒng)必須取相同的標高。3）一般選取最低點作為基準面。012345dzρ1dzρ2z第六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五二、自然風壓的影響因素及變化規(guī)律影響自然風壓的決定性因素是兩側(cè)空氣柱的密度差，而空氣密度又受溫度T、大氣壓力P、氣體常數(shù)R(氣體常數(shù)，是一個只與氣體的種類有關(guān)，與氣體所處的狀態(tài)無關(guān)的一個物理量)和相對濕度φ等因素影響。因此，影響自然風壓的因素可用下式表示：

HN=f(ρZ）=f[ρ(T,P,R,φ)，Z]

1、溫差：礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響HN的主要因素。影響氣溫差的主要因素是地面入風流氣溫和風流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開拓方式、開采深度、地形、地質(zhì)原因不同而有不同的影響，在山區(qū)淺井，受地面溫度影響大，深井偏小。

10121234567891112月份HN第七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五二、自然風壓的影響因素及變化規(guī)律

2、空氣成分和濕度：它影響空氣的密度，因而對自然風壓也有一定影響，但影響較小。

3、井深：HN與礦井或回路最高與最低點間的高差Z成正比。

4、主要通風機：主要通風機工作對自然風壓的大小和方向也有一定影響。因為礦井主要通風機工作決定了主風流的方向，加之風流與圍巖的熱交換，使回風井氣溫高于進風井，在進風井周圍形成了冷卻帶以后，即使風機停轉(zhuǎn)或通風系統(tǒng)改變，這兩個井筒之間在一定時期內(nèi)仍有一定的氣溫差，從而仍有一定的自然風壓起作用。第八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五三、自然風壓的控制和利用自然風壓既可作為礦井通風的動力，也可能是事故的肇兇。因此，研究自然風壓的控制和利用具有重要意義。1、新設(shè)計礦井在選擇開拓方案、擬定通風系統(tǒng)時，應充分考慮利用地形和當?shù)貧夂蛱攸c。新井設(shè)計應盡量使自然風壓全年的方向與機械通風機方向一致。2、根據(jù)自然風壓的變化規(guī)律，應適時調(diào)整主通風機的工況點，使其既能滿足礦井通風需要，又可節(jié)約電能。3、在建井時期，要注意因地制宜和因時制宜利用自然風壓通風，如在表土施工階段可利用自然通風；在主副井與風井貫通之后，有時也可利用自然通風；有條件時還可利用鉆孔構(gòu)成回路。4、利用自然風壓做好非常時期通風。一旦主要通風機因故遭受破壞時，便可利用自然風壓進行通風。

第九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

5、在多井口通風的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風壓的變化規(guī)律，防止因自然風壓作用造成某些巷道無風或反向而發(fā)生事故。如圖是四川某礦因自然風壓使風流反向示意圖。ABB’CEFA系統(tǒng)的自然風壓為：DBB’CED系統(tǒng)的自然風壓為：自然風壓與主要通風機作用方向相反。相當于在平硐口A和進風立井口D各安裝一臺抽風機（向外）。abcdefb′RDRCZabcdb′第十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

設(shè)AB風流停滯，對回路ABDEFA和ABB’CEFA可分別列出壓力平衡方程：式中：HS—風機靜壓，Pa；Q—DBB’C風路風量，m3/S;RD、RC—分別為DB和BB’C分支風阻，N·S2/m8。兩式相除：此即AB段風流停滯條件式。當上式變?yōu)閯tAB段風流反向。由此可知防止AB風路風流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A點安裝風機向巷道壓風。第十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)礦用通風機的類型及構(gòu)造礦井的通風動力主要是通風機，每個風井至少有2臺主要通風機（一臺使用、備用）一般功率都很大，其電耗一般為全礦的20%～25%，有的礦井甚至高達50%，原因是功率大效率低，平均只有52.79%。礦用通風機按其服務(wù)范圍可分為三種：1、主要通風機，服務(wù)于全礦或礦井的某一翼（部分）；

2、輔助通風機，服務(wù)于礦井網(wǎng)絡(luò)的某一分支（采區(qū)或工作面），幫助主通風機通風，以保證該分支風量；安全隱患，一般不用；3、局部通風機，服務(wù)于獨頭掘進井巷道等局部地區(qū)。按構(gòu)造和工作原理可分為：

離心式通風機和軸流式通風機。第十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五一、離心式通風機的構(gòu)造和工作原理1、風機構(gòu)造。離心式通風機一般由：進風口、工作輪（葉輪）、螺形機殼和前導器等部分組成。

吸風口有：單吸和雙吸兩種。在相同的條件下雙吸風機葉(動)輪寬度是單吸風機的兩倍。

前導器(有些通風機無前導器)，使進入葉(動)輪的氣流發(fā)生預旋繞，以達到調(diào)節(jié)性能之目的。

葉輪是唯一的旋轉(zhuǎn)部件。第十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五葉片出口構(gòu)造角：風流相對速度W2的方向與圓周速度u2的反方向夾角稱為葉片出口構(gòu)造角，以β2表示。離心式風機可分為：前傾式（β2>90o)、徑向式（β2=90o)和后傾式（β2<90o)三種。β2不同，通風機的性能也不同。礦用離心式風機多為后傾式。w2c2u2c2uβ2w2c2u2β2u2c2w2β2第十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、工作原理當電機通過傳動裝置帶動葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，獲得離心力。經(jīng)葉端被拋出葉輪，進入機殼。在機殼內(nèi)速度逐漸減小，壓力升高，然后經(jīng)擴散器排出。與此同時，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于進風口壓力），于是，進風口的風流便在此壓差的作用下流入葉道，自葉根流入，在葉端流出，如此源源不斷，形成連續(xù)的流動。3、常用型號目前我國煤礦使用的離心式風機主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。這些品種通風機具有規(guī)格齊全、效率高和噪聲低等特點。型號參數(shù)的含義舉例說明如下：G4—73—11№25D代表通風機的用途，K表示表示傳動方式礦用通風機，G代表鼓風機通風機葉輪直徑（25dm)表示通風機在最高效率點時全壓系數(shù)10倍化整設(shè)計序號(1表示第一次設(shè)計）表示通風機比轉(zhuǎn)速(ns)化整表示進風口數(shù),1為單吸,0為雙吸第十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五二、軸流式風機的構(gòu)造和工作原理1、風機構(gòu)造主要由進風口、葉輪、整流器、風筒、擴散（芯筒）器和傳動部件等部分組成。葉輪有一級和二級兩種2、工作原理（1）特點：在軸流式風機中，風流流動的特點是，當動輪轉(zhuǎn)動時，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出。第十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（2）葉片安裝角在葉片迎風側(cè)作一外切線稱為弦線。弦線與動輪旋轉(zhuǎn)方向（u)的夾角稱為葉片安裝角，以θ表示。

可根據(jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整。但每個動輪上的葉片安裝角θ必需保持一致。（3）工作原理當動輪旋轉(zhuǎn)時，翼柵即以圓周速度u移動。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；與此同時，葉片背的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運動，于是葉片迎面的高壓氣流由葉道出口流出，翼背的低壓區(qū)“吸引”葉道入口側(cè)的氣體流入，形成穿過翼柵的連續(xù)氣流。uθ第十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五3、常用型號目前我國煤礦在用的軸流式風機有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（對旋式）等系列軸流式風機。軸流式風機型號的一般含義是：1K—58—4№25

表示表示葉輪級數(shù),1表示通風機葉輪直徑（25dm)單級，2表示雙級表示設(shè)計序號表示用途，K表示礦用，T表示通用表示通風機輪轂比,0.58化整

BDK658№24

防爆型葉輪直徑（24dm)對旋結(jié)構(gòu)電機為8極（740r/min）表示用途，K為礦用輪轂比0.65的100倍化整第十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五若輪轂比低于0.4則認為是低壓(或低輪轂比)型軸流通風機，輪轂比大于0.71時，則認為是高壓（或大輪轂比）型軸流通風機，輪轂比介于0.4～0.71之間的則被認為是中壓（或中輪轂比）型軸流通風機。

4、對旋風機的特點一級葉輪和二級葉輪直接對接，旋轉(zhuǎn)方向相反,組成對旋結(jié)構(gòu)；機翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級葉片安裝角一般相差3o；電機為防爆型安裝在主風筒中的密閉罩內(nèi)，與通風機流道中的含瓦斯氣流隔離，密閉罩中有扁管與大氣相通，以達到散熱目的。第十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)通風機附屬裝置一、風硐風硐是連接風機和井筒的一段巷道。通過風量大、內(nèi)外壓差較大，應盡量降低其風阻，并減少漏風。二、擴散器(擴散塔)

作用：是降低出口速壓以提高風機靜壓。擴散器四面張角的大小應視風流從葉片出口的絕對速度方向而定。總的原則是，擴散器的阻力小，出口動壓小并無回流。三、防爆門(防爆井蓋)在斜井井口安設(shè)防爆門，在立井井口安設(shè)防爆井蓋。防爆門是指裝有通風機的井筒為防止瓦斯爆炸時毀壞風饑的安全設(shè)施。其作用有：一是當井下發(fā)生瓦斯爆炸時，防爆門能被氣浪沖開，爆炸波直接沖入大氣，從而起到保護通風機的作用。二是當通風機停止運轉(zhuǎn)時，打開防爆門，可使礦井保持自然通風。三是可以起防止風流短路的作用第二十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五四、反風裝置和功能

作用：使井下風流反向的一種設(shè)施，以防止進風系統(tǒng)發(fā)生火災時產(chǎn)生的有害氣體進入作業(yè)區(qū)；有時為了適應救護工作也需要進行反風。反風方法因風機的類型和結(jié)構(gòu)不同而異。目前的反風方法主要有：1）設(shè)專用反風道反風；2）利用備用風機作反風道反風；3）軸流式風機反轉(zhuǎn)反風4）調(diào)節(jié)動葉安裝角反風。

要求：定期進行檢修，確保反風裝置處于良好狀態(tài)；動作靈敏可靠，能在10min內(nèi)改變巷道中風流方向；結(jié)構(gòu)要嚴密，漏風少；反風量不應小于正常風量的40%；每年至少進行一次反風演習。第二十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五1）設(shè)專用反風道反風離心式軸流式第二十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2）利用備用風機作反風道反風第二十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

第四節(jié)通風機實際特性曲線一、通風機的工作參數(shù)表示通風機性能的主要參數(shù)是風壓H、風量Q、風機軸功率N、效率和轉(zhuǎn)速n等。（一）風機(實際)流量Q風機的實際流量一般是指實際時間內(nèi)通過風機入口空氣的體積，亦稱體積流量。單位為m3/h,m3/min或m3/s。（二）風機(實際)全壓Hf與靜壓Hs

全壓Ht:是通風機對空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（N·m/m3或Pa），其值為風機出口風流的全壓與入口風流全壓之差。忽略自然風壓時，Ht用以克服通風管網(wǎng)阻力hk和風機出口動能損失hv，即:Ht=hR+hV,Pa

靜壓:克服管網(wǎng)通風阻力的風壓稱為通風機的靜壓HS（Pa）。

HS=hR=RQ2因此Ht=HS+hV第二十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五(三）通風機的功率

全壓功率：通風機的輸出功率以全壓計算時稱全壓功率Nt。計算式：Nt=HtQ×10-3KW

靜壓功率：用風機靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率NS。計算式：NS=HSQ×10—3KW

風機的軸功率，即通風機的輸入功率N（kW）。計算式：或式中t、S分別為風機的全壓和靜壓效率。

電動機的輸入功率（Nm）：設(shè)電動機的效率為m,傳動效率為tr時,則第二十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五二、通風系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系－－風機房水柱計示值含義1、抽出式通風礦井（1）水柱（壓差）計示值與礦井通風阻力和風機靜壓之間關(guān)系

水柱計示值:即為4斷面相對靜壓h4故h4（負壓）=P4-P04沿風流方向，對1、4兩斷面列伯努力方程:

hR14=(P1+hv1+ρm12gZ12)-(P4+hv4+ρm34gZ34)由風流入口邊界條件：Pt1＝P01，即P1+hv1=Pt1=P01，又因1與4斷面同標高，所以P01＝P04且：ρm12gZ12’—ρm34gZ34=HN

z12356h4445第二十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五故上式可寫為:

hR14=P04-P4-hv4+HN

hR14=|h4|-hv4+HN

即|h4|=hR14+hv4-HN

即：風機房水柱計示值反映了礦井通風阻力和自然風壓等參數(shù)的關(guān)系。（2）風機房水柱計示值與風機風壓之間關(guān)系類似地對4、5斷面(擴散器出口）列伯努力方程，忽略兩斷面之間的位能差。擴散器的阻力hRd風流出口邊界條件：P5＝P05＝P04故風機全壓Ht-hRd

＝Pt5-Pt4=(P5＋hv5)-(P4+hv4)=P04-P4+hv5-hv4

Ht=|h4|—hv4+hRd+hv6第二十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

若忽略hRd不計，則

Ht≌|h4|—hv4+hv6風機靜壓Hs＝|h4|—hv4（3）Ht、HN、hR之間的關(guān)系綜合上述兩式：

Ht＝|h4|-hv4+hRd+hv5＝（hR14+hv4-HN

）-hv4+hRd+hv5＝hR14+hRd+hv5-HN

即Ht＋HN＝hR14+hRd+hv5表明：扇風機風壓和自然風壓聯(lián)合作用，克服礦井和擴散器的阻力，以及擴器出口動能損失。第二十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、壓入式通風的系統(tǒng)對1、2兩斷面列伯努力方程得：hR12=(P1+hv1+ρm1gZ1)-(P2+hv2+ρm2gZ2)∵邊界條件及1、2同標高：∴P2=P02＝P01故有：P1-P2=P1-P01=h1ρm1gZ1-ρm2gZ2=HN故上式可寫為hR12=h1+hV1-hv2+HN即h1=hR12+hv2-hV1-HN又Ht=Pt1-Pt1’=Pt1-P01

=P1+hv1-P01=h1+hv1同理可得：

Ht+HN=hR12+hv21z22h1ρm1ρm21’1第二十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五三、通風機的個體特性曲線

1、工況點：當風機以某一轉(zhuǎn)速、在風阻Ｒ的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)（風壓Ｈ、風量Ｑ、功率Ｎ、和效率η），這就是該風機在管網(wǎng)風阻為Ｒ時的工況點。

2、個體特性曲線：不斷改變R，得到許多的Q、H、N、η。以Q為橫坐標，分別以H、N、η為縱坐標，將同名的點用光滑的曲線相連，即得到個體特性曲線。3、通風機裝置：把外接擴散器看作通風機的組成部分，總稱之為通風機裝置。

4、通風機裝置的全壓Ｈtd：擴散器出口與風機入口風流的全壓之差，與風機的全壓Ｈt之關(guān)系為：式中hd━━擴散器阻力。5、通風機裝置的靜壓Ｈsd：第三十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五6、Hs和Hsd的關(guān)系∵Hs＝Ht－h(huán)vd而∴只有當hd+hVd<hV

時，才有Ｈsd>Ｈs，即通風機裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風機出口動能損失時，通風機裝置的靜壓才會因加擴散器而有所提高，即擴散器起到回收動能的作用。7、Ht、Htd、Hs和Hsd

之間的關(guān)系圖QHHt-QHtd-QHS-QHsd-Q第三十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五8、離心式通風機個體特性曲線

特點：（1）離心式風機風壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風壓曲線工作段較軸流式風機平緩；（2）當管網(wǎng)風阻作相同量的變化時，其風量變化比軸流式風機要大。（3）離心式風機的軸功率Ｎ隨Ｑ增加而增大，只有在接近風流短路時功率才略有下降。風機開啟方式：離心式風機在啟動時應將風硐中的閘門全閉，待其達到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。說明：（1）離心式風機大多是全壓特性曲線。（2）當供風量超過需風量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風量，以節(jié)省電能。H/daPaQ/m3/sN/kW/%HtHSNtS第三十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五9、軸流式通風機個體特性曲線

特點：（1）軸流式風機的風壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。（2）駝峰點Ｄ以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；（3）點Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動）現(xiàn)象；（4）軸流式風機的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率隨Ｑ增加而減小。

風機開啟方式：軸流式風機應在風阻最?。ㄩl門全開）時啟動，以減少啟動負荷。

說明：軸流式風機給出的大多是靜壓特性曲線。HtHsts/%Q/m3/sH/daPaN/kWQ/m3/sGFDMR第三十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五三、無因次系數(shù)與類型特性曲線（一）無因次系數(shù)⒈通風機的相似條件

比例系數(shù)：兩個通風機相似是指氣體在風機內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應點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)。

幾何相似是風機相似的必要條件，動力相似則是相似風機的充分條件。2、無因次系數(shù)（1）壓力系數(shù)

同系列風機在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)，可用下式表示：

式中：u為圓周速度，為壓力系數(shù)。（2）流量系數(shù)第三十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（3）功率系數(shù)風機軸功率計算公式中的H和Q分別上式代入得：同系列風機在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)為常數(shù)。、、三個參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線根據(jù)風機模型的幾何尺寸、實驗條件及實驗時所得的工況參數(shù)Q、H、N和η。利用上三式計算出該系列風機的、、和η。然后以為橫坐標，以、和η為縱坐標，繪出-、-和η-曲線，此曲線即為該系列風機的類型特性曲線，見書P67圖4-4-6和圖4-4-7第三十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五四、比例定律與通用特性曲線1、比例定律同類型風機它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉(zhuǎn)速n、尺寸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。將轉(zhuǎn)速u=πDn/60代入無因次系數(shù)關(guān)系式得：對于1、2兩個相似風機而言，∴第三十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、通用特性曲線根據(jù)比例定律，把一個系列產(chǎn)品的性能參數(shù)H、Q、n、D、N、和等相互關(guān)系同畫在一個坐標圖上，叫通用曲線第三十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五例題某礦使用主要通風機為4-72-11№20B離心式風機，圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的Ht--Q曲線。轉(zhuǎn)速為n1=630r/min,風機工作風阻R=0.0547×9.81=0.53657N．s2/m8，工況點為M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后來，風阻變?yōu)镽’=0.7932N．s2/m8，礦風量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風量Q=58m3/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解：同型號風機，故其直徑相等。由比例定律有：

n2＝n1Q2/Q1

＝630×58/51.5＝710r/min

即轉(zhuǎn)速應調(diào)至n2=710r/min，可滿足供風要求。M0QHn=630n=710n=560R=0.5367R’=0.7932M15851.5第三十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五<規(guī)程>第121條礦井必須采用機械通風。主要通風機的安裝和使用應符合下列要求：（一）主要通風機必須安裝在地面；裝有通風機的井口必須封閉嚴密，其外部漏風率在無提升設(shè)備時不得超過5%，有提升設(shè)備時不得超過15%。（二）必須保證主要通風機連續(xù)運轉(zhuǎn)。（三）必須安裝2套同等能力的主要通風機裝置，其中1套作備用，備用通風機必須能在10min內(nèi)開動。在建井期間可安裝1套通風機和1部備用電動機。生產(chǎn)礦井現(xiàn)有的2套不同能力的主要通風機，在滿足生產(chǎn)要求時，可繼續(xù)使用。（四）嚴禁采用局部通風機或風機群作為主要通風機使用。（五）裝有主要通風機的出風井口應安裝防爆門，防爆門每6個月檢查維修1次。（六）至少每月檢查1次主要通風機。改變通風機轉(zhuǎn)數(shù)或葉片角度時，必須經(jīng)礦技術(shù)負責人批準。（七）新安裝的主要通風機投入使用前，必須進行1次通風機性能測定和試運轉(zhuǎn)工作，以后每5年至少進行1次性能測定。第三十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)通風機工況點及其經(jīng)濟運行一、工況點的確定方法工況點：風機在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風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)。求風機工況點的方法：1、圖解法

理論依據(jù)是：風機風壓特性曲線的函數(shù)式為Ｈ＝f(Ｑ)，管網(wǎng)風阻特性曲線函數(shù)式是h=ＲＱ2，風機風壓Ｈ是用以克服阻力h，所以Ｈ＝h，因此兩曲線的交點，即兩方程的聯(lián)立解?？梢妶D解法的前提是風壓與其所克服的阻力相對應。

方法：在風機風壓特性（Ｈ─Ｑ）曲線的坐標上，按相同比例作出工作管網(wǎng)的風阻曲線，與風壓曲線的交點之坐標值，即為通風機的工作風壓和風量。通過交點作Ｑ軸垂線，與Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線相交，交點的縱坐標即為風機的軸功率Ｎ和效率η。第四十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五若使用廠家提供的不加外接擴散器的靜壓特性曲線Ｈs─Ｑ，則要考慮安裝擴散器所回收的風機出口動能的影響，此時所用的風阻ＲS應小于Ｒm，即

式中Ｒv──相當于風機出口動能損失的風阻，ＳV──風機出口斷面，即外接擴散器入口斷面；Ｒd──擴散器風阻；ＲVd──相當于擴散器出口動能損失的風阻，ＳVd──為擴散器出口斷面。若使用通風機全壓特性曲線Ｈt─Ｑ，則需用全壓風阻Ｒt作曲線，且若使用通風機裝置全壓特性曲線Ｈtd─Ｑ，則裝置全壓風阻應為Ｒtd，且應當指出，在一定條件下運行時，不論是否安裝外接擴散器，通風機全壓特性曲線是唯一的，而通風機裝置的全壓和靜壓特性曲線則因所安擴散器的規(guī)格、質(zhì)量而有所變化。第四十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

2、解方程法隨著電子計算機的應用，復雜的數(shù)學計算已成為可能。風機的風壓曲線可用下面多項式擬合式中a1、a2、a3──曲線擬合系數(shù)。對于某一特定礦井，可列出通風阻力方程

式中Ｒ為通風機工作管網(wǎng)風阻。聯(lián)立上述兩方程，即可得到風機工況點。第四十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五二、通風機工點的合理工作范圍1、從經(jīng)濟角度，通風機的運轉(zhuǎn)效率不低于60%。2、從安全角度，工況點必須位于駝峰點右側(cè)，單調(diào)下降的直線段。3、實際工作風壓不得超過最高風壓的90％。4、風機的運輪轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速。三、主要通風機工況點調(diào)節(jié)工點調(diào)節(jié)方法主要有：1、改變風阻特性曲線當風機特性曲線不變時，改變工作風阻，工況點沿風機特性曲線移動。

ABCD0.60.650.7153045Q/m3/sH/PaR1R1’R1”MM’M”QQ’Q”HH’H”第四十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五１）增風調(diào)節(jié)。為了增加礦井的供風量，可以采取下列措施：（１）減少礦井總風阻。（２）當?shù)孛嫱獠柯╋L較大時，可以采取堵塞地面的外部漏風措施。２）減風調(diào)節(jié)。當?shù)V井風量過大時，應進行減風調(diào)節(jié)。其方法有：（１）增阻調(diào)節(jié)。（２）對于軸流式通風機，可以用增大外部漏風的方法，減小礦井風量。⒉、改變風機特性曲線這種調(diào)節(jié)方法的特點是礦井總風阻不變，改變風機特性，工況點沿風阻特性曲線移動。MM2M1QQ1Q2HH2H1QH第四十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五調(diào)節(jié)方法有：１）軸流風機可采用改變?nèi)~片安裝角度達到增減風量的目的。２）裝有前導器的離心式風機，可以改變前導器葉片轉(zhuǎn)角進行風量調(diào)節(jié)。３）改變風機轉(zhuǎn)速。無論是軸流式風機還是離心式風機都可采用。調(diào)節(jié)的理論依據(jù)是相似定律，即

（１）改變電機轉(zhuǎn)速。（２）利用傳動裝置調(diào)速。調(diào)節(jié)方法的選擇，取決于調(diào)節(jié)期長短、調(diào)節(jié)幅度、投資大小和實施的難易程度。調(diào)節(jié)之前應擬定多種方案，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟比較后擇優(yōu)選用。選用時，還要考慮實施的可能性。有時，可以考慮采用綜合措施。第四十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第六節(jié)通風機的聯(lián)合運轉(zhuǎn)兩臺或兩臺以上風機在同一管網(wǎng)上工作。叫風機聯(lián)合工作。風機聯(lián)合工作可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩大類。一、風機串聯(lián)工作一個風機的吸風口直接或通過一段巷道（或管道）聯(lián)結(jié)到另一個風機的出風口上同時運轉(zhuǎn)，稱為風機串聯(lián)工作。特點：1、通過管網(wǎng)的總風量等于每臺風機的風量，即Q=Q1=Q2。2、總風壓等于兩臺風機的工作風壓之和，即H＝H1＋H2

。（一）、兩臺風壓特性曲線不同風機串聯(lián)工作分析1、串聯(lián)風機的等效特性曲線。

作圖方法：按風量相等，風壓疊加的原則。F1F2第四十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、風機的實際工況點。在風阻為R管網(wǎng)上風機串聯(lián)工作，各風機的實際工況點按下述方法求得：在等效風機特性曲線Ⅰ+Ⅱ上作管網(wǎng)風阻特性曲線R1，兩者交點為M0，過M0作橫坐標垂線，分別與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于M1和M2，此兩點即是兩風機的實際工況點。效果分析：用等效風機產(chǎn)生的風量Q與能力較大風機的F2單獨工作產(chǎn)生風量QⅡ之差表示。（1）R=R1>R’,工況點位于A點以上，ΔQ=Q-QⅡ>0，則表示串聯(lián)有效；（2）R=R’工況點與A點重合，ΔQ=Q’-Q’Ⅱ=0，則串聯(lián)無增風；（3）R=R”<R’,工況點位于A點以下，ΔQ=Q”-Q”Ⅱ<0，則表示串聯(lián)有害。F1F2F1+F2R1M0M2M1QR’QⅡR”HQQ”ⅡQ’Q”AH2H1M2’M”2第四十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（二）、風壓特性曲線相同風機串聯(lián)工作兩臺特性曲線相同的風機串聯(lián)工作。由圖可見，臨界點A位于Q軸上。這就意味著在整個合成曲線范圍內(nèi)串聯(lián)工作都是有效的，不過工作風阻不同增風效果不同而已。

結(jié)論：1、風機串聯(lián)工作適用于因風阻大而風量不足的管網(wǎng)；2、風壓特性曲線相同的風機串聯(lián)工作較好；3、串聯(lián)合成特性曲線與工作風阻曲線相匹配，才會有較好的增風效果。4、串聯(lián)工作的任務(wù)是增加風壓，用于克服管網(wǎng)過大阻力，保證按需供風。HQⅠ/ⅡHMAⅠ+ⅡR1QH第四十八頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（三）、風機與自然風壓串聯(lián)工作1、自然風壓特性自然風壓特性是指自然風壓與風量之間的關(guān)系。自然風壓隨風量增大略有增大。風機停止工作時自然風壓依然存在。故一般用平行Q軸的直線表示自然風壓的特性。2、自然風壓對風機工況點影響自然風壓對機械風壓的影響，類似于兩個風機串聯(lián)工作。

結(jié)論：當自然風壓為正時，機械風壓與自然風壓共同作用克服礦井通風阻力，使風量增加；當自然風壓為負時，成為礦井通風阻力。M1M’1QHⅠ+ⅡM”2M”Q1Q”2ⅠⅡⅡQMRⅠ+Ⅱ第四十九頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

二、通風機并聯(lián)工作兩臺風機的吸風口直接或通過一段巷道連結(jié)在一起工作叫通風機并聯(lián)。風機并聯(lián)分為：集中并聯(lián)和對角并聯(lián)之分。（一）集中并聯(lián)

特點：（1）、H=H1=H2（2）、Q=Q1+Q21、風壓特性曲線不同風機集中并聯(lián)工作1）作圖方法

原則：風壓相等，風量相加的原則。

方法：根據(jù)上述原則在同一坐標系中將兩條風機特性曲線（I，II）合成。F1F2Q1Q2Q第五十頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五Q22）工況分析用并聯(lián)等效風機產(chǎn)生的風量Q與能力較大風機的F1單獨工作產(chǎn)生風量Q1之差來分析Ⅰ+Ⅱ合成曲線與Ⅰ風機曲線交點，臨界點A，R’臨界風阻(A)當工作風阻R<R’時，工況點位于A點右下側(cè)，ΔQ=Q-Q1’>0，并聯(lián)有效；(B)當工作風阻R=R’時，工況點與A點重合，ΔQ=Q-Q1’＝0，并聯(lián)增風無效；(C)當工作風阻R=R”>R’時，工況點位于A點左上側(cè)，ΔQ=Q-Q1’’＜0，并聯(lián)有害。QMM1M2M1’QQ1’Q1Q1’’R’R”HⅠⅠ+ⅡⅡAQ=Q1’RQM’M”第五十一頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五2、風壓特性曲線相同風機并聯(lián)工作M1為風機的實際工況點；M為并聯(lián)合成工況點。

由圖可見，總有ΔQ=Q-Q1>0，且R越小，ΔQ越大。結(jié)論：1、風機并聯(lián)工作適用于因風機能力小，風阻小而風量不足的管網(wǎng)；2、風壓特性曲線相同的風機并聯(lián)工作較好；3、并聯(lián)合成特性曲線與工作風阻曲線相匹配，才會有較好的增風效果。4、并聯(lián)工作的任務(wù)是增加風量，用于風機能力小，保證按需供風。

QRMⅠ/ⅡM1Ⅰ+ⅡM’QQ1=Q2Q1=Q2HA第五十二頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五（二）對角并聯(lián)工況分析兩臺不同型號風機F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ，各自單獨工作的管網(wǎng)分別為OA（風阻為R1）和OB（風阻為R2），共同工作于公共風路OC（風阻為R0）。分析方法：1、按等風量條件下把風機F1的風壓與風路OA的的阻力相減的原則，求風機F1為風路OA服務(wù)后的剩余特性曲線Ⅰ’。2、同理得到剩余特性曲線Ⅱ’。3、按風壓相等風量相加原理求得等效風機F1’和F2’集中并聯(lián)的特性曲線Ⅲ’。4、特性曲線Ⅲ’，它與風路OC的風阻R0曲線交點M0，由此可得OC風路的風量Q0。5、過M0作Q軸平行線與特性曲線Ⅰ’和Ⅱ’分別相交于MⅠ’和MⅡ’點。6、過MⅠ’和MⅡ’點作Q軸垂線與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此即在兩個風機的實際工況點。結(jié)論：每個風機的實際工況點MⅠ和MⅡ，既取決于各自風路的風阻，又取決于公共風路的風阻。第五十三頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

ACBF1F2R1R0R2OCF1’F2’ABOF1F2F1’R1R2F2’F1’+F2’R0Q0M1’M2’M1M2Q1Q2QHH1H2第五十四頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五

F1F2F1’R1R2F2’F1’+F2’R0M1’M2’M1M2QH分析:1.當分支風阻R1、R2不變，增大R0，則兩臺風機的工況點同時上移。2.當分支風阻R1、R0不變，增大R2，則系統(tǒng)改變的系統(tǒng)工況點上移，另一系統(tǒng)下移。3.當增大風機F1能力時，則另一風機工況點也隨之上移。（應注意不要使其進入風機曲線鞍馬部的不穩(wěn)定區(qū)）R0’R2’F1’第五十五頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五三、并聯(lián)與串聯(lián)工作的比較以一離心式風機風壓特性曲線為例。當風阻R2通過B點時，兩者增風效果相同（兩者實際工況點分別為MI和MII），但串聯(lián)功率大于并聯(lián)功率，即Q并=Q串，N串>N并。當風阻為R1時，Q并＞Q串，N串>N并。當風阻為R3時，Q串＞Q并，

N串>N并。

結(jié)論：（1）并聯(lián)適用于管網(wǎng)風阻較小，但因風機能力小導致風量不足的情況；（2）風壓相同的風機并聯(lián)運行較好；（3）軸流式風機并聯(lián)作業(yè)時，若風阻過大則可能出現(xiàn)不穩(wěn)定運行。所以，使用軸流式風機并聯(lián)工作時，除要考慮并聯(lián)效果外，還要進行穩(wěn)定性分析。MIMIIR2BQH0N--QR1FIIIR3III第五十六頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五第八節(jié)噪聲控制概述一、噪聲概述

在人們的生活和工作環(huán)境中，噪聲超過一定數(shù)值后就會造成環(huán)境污染，對人體健康和工作效率都有不同程度的影響。頻率、頻譜和聲壓是通風機噪聲的三要素。頻譜：就是聲壓級和聲功率級隨頻率變化的圖形。聲壓：聲波作用在物體上的壓力叫聲壓，單位為Pa。2×10-5Pa的聲壓為人耳的聽閾值，20Pa為痛閾值，兩者相差一百萬倍，顯然用聲壓的絕對值表示其大小不太方便，現(xiàn)在國際上一般采用被測聲壓與基準聲壓之比的對數(shù)值表示，即用聲壓級Lp來表示噪聲大小。第五十七頁，共六十七頁，編輯于2023年，星期五聲壓級的計算公式：式中P?！鶞事晧?，其值為2×10-5Pa；P——被測聲壓，Pa。這樣，聽閥值為0dB(分貝)，痛聞值為120dB。

國內(nèi)外廣泛用A聲級作為評價噪聲(對人體影響