礦用軸流式通風機工作原理和應用現狀

2021-03-04 09:56:12 字數 4776 閱讀 7065

礦用風機作為礦山安全生產的主要技術裝備,是礦井通風系統的重要組成部分,是礦井安全生產和災害防治的基礎。礦用風機產品質量的優劣,執行安全穩定與否,檢測和調節、控制方法是否可信可靠,都至關重要。

軸流式通風機(下圖)主要部件有葉輪3、5,導葉2、4、6,機殼10,主軸8等。葉輪由葉片和輪轂組成,葉片斷面成機翼型,並以一定的安裝角裝在輪轂上。當葉輪由主軸拖動旋轉時,葉輪流道中的氣體受到葉片的作用而增加能量,經固定的各導葉校正流動方向後,以接近軸向的方向通過擴散器7排出。

1-集流器;2-前導葉;3-第一級葉輪;4-中導葉;5-第二級葉輪;

6-後導葉;7-擴散器;8-主軸;9疏流器;10-外殼

圖2.1 軸流式通風機示意圖

20世紀50年代初至70年代末,我國礦山使用的礦井軸流主扇幾乎都是仿製蘇聯by型的zby、70b和k70等型風機(統稱為70b2型)。風量範圍7~160m3/s,靜壓範圍400~5900pa。這類通風機是根據原蘇聯的煤礦通風網路引數設計的高風壓、中小風量型主扇,最高靜壓效率僅有70%左右。

在20世紀70年代瀋陽鼓風機廠研製出了62a型單級主扇,其全壓、風量引數基本上適合我國的礦井通風網路。但因其本機效率未達到設計要求,相差甚遠,沒有進一步改進和完善就停止生產了。在此基礎上於20世紀80年代,該廠參考原蘇聯**流體動力研究所提供的通風機氣動略圖和特性曲線,又研製推出了2k60型軸流式通風機,風量範圍為20~400m3/s,靜壓範圍為2000~5000pa,最高靜壓效率為80%左右。

比70b2型風機約提高10%。全壓效率在80%以上的風範圍量比值為1.8,靜壓範圍比值為1.

43。可逆轉反風,反風率在60%以上。2k60和2k58型礦井通風機在煤礦比較受歡迎,20世紀80年代在煤礦和少量金屬礦山中共推廣應用了500臺左右。

但在執行了幾年後,隨著葉片安裝角度的提高達到25度以上,第級葉輪開始出現葉片撕裂和葉柄折斷等質量事故,較為嚴重的是在平頂山礦物局七礦,幾天之內兩台主扇連續發生這種事故。據不完全統計,僅在1985至2023年間,原中國統配煤礦總公司就有26個礦58台主扇風機出現過設計與製造質量問題。這不僅影響了礦山的正常生產,造成較大的經濟損失,而且還嚴重威脅井下礦工的生命安全和礦井安全。

通過對事故調查分析,認為通風機在設計和製造工藝方面有諸多不足之處。

瀋陽鼓風機廠生產的改進型2k60和瀋陽風機廠生產的改進型2k58主通風機,經工業性運轉試驗達到要求後,使我國常規型號的礦井主通風機的安全可靠性有了較大程度的提高。

隨著礦井通風技術的發展和礦用風機技術的不斷進步,許多風機廠家都在致力於開發新型高效節能風機。經過近20多年來的努力,我國礦用主扇的形式發生了較大的變化,到2023年底,相繼研製出了bdk、bk、2k56、gaf和kzs等新型煤礦用主扇。

bdk65系列大型防爆主扇的風量範圍18~420m3/s,靜壓範圍l000~4500pa,最高裝置靜壓效率達86%;bk54系列中、小型防爆主扇的風量範圍4~210m3/s,靜壓範圍300~2000pa,最高裝置靜壓效率達84.2%。具有葉輪防爆、防爆電機密閉散熱、特性曲線無駝峰、高效區域寬廣、葉輪直接反轉反風且反風率在62%以上等突出特點。

2023年在bdk65和bk54系列主扇的基礎上,推出了bdk62和bk56系列側移式、軸移式和固定式煤礦防爆軸流主通風機專利產品,2023年又推出tfbdcz和fbcz系列側移式、軸移式和固定式煤礦防爆軸流主通風機產品,效能範圍和機號範圍與bdk65和bk54系列主扇基本相同,但主扇葉片的加工成型精度有了大幅度的提高,使葉片的扭曲角誤差控制在士0.5度以內。fbdcz系列主扇的靜壓效率高達88%,fbcz系列小型主扇的靜壓效率高達86%。

fbdcz和fbcz系列側移式煤礦防爆軸流主通風機產品,兩台主機併聯在1臺可側向往返移動的平板車上,兩台主機可在5min以內實現相互更換,共用1條總回風道和1套風機的集流器、擴散器和擴散塔,取消了分風岔道的區域性阻力損失(5%~8%)和兩付風閘門的漏風損失(13%~18%),二項損失合計高達18%~26%,節能效果顯著。

瀋陽鼓風機廠與東北大學合作開發的2k56系列礦井軸流主扇,適合中壓大風量的要求。其裝置靜壓效率為85.3%,高效區域寬廣,靜壓效率在80%以上的風量範圍比值為2.

57,靜壓範圍比值為2.64。該機仍採用長軸傳動,可逆轉反風,反風率為60%以上。

上海鼓風機廠和德國tlt (tuibo lufttechnik)公司合作研製的gaf型礦井軸流主通風機,風量範圍為30~1800m3/s。風壓範圍為300~8000pa,最高全壓效率為88%。全壓效率在80%以上的風量範圍比值為2.

24,風壓範圍比值為1.63。風機效能的調節方式有液壓動葉可調和機械式動葉可調兩種,擴散塔安裝型式有臥式和立式兩種,立式安裝於地面時,風機臥式採用長軸傳動,且長傳動軸從立式擴散塔端伸出。

吉林市鼓風機廠生產的kzs型礦井軸流主扇是仿原蘇聯的產品,經改進後最高裝置靜壓效率為84%,採用長軸傳動,可逆轉反風。該機突出的優點是葉片強度高、安全可靠、動葉安裝拆卸方便、中和後導葉可在風機運轉中通過電控無級調角,可獲得不同動葉角度下最佳導葉匹配角度的最佳節能效果,是一種效率高、安全性好的主扇風機。

煤礦將局扇用於採掘工作面或區域性通風有困難的地方, 20世紀80年代前,在我國煤礦主要採用№4,№5,№6的單級和雙級高壓(俗稱普通)軸流式通風機。

20世紀90 年代,我國的新型區域性通風機有了長足的發展,礦用區域性通風機幾乎全部採用雙級或**高壓對旋和雙級高壓軸流風機,其功率達264kw,壓力8000多pa,風量1000m3/min。在壓入式掘進通風作業中推廣了對旋區域性通風機;在瓦斯排放和掘進除塵方面又出現了新型抽出式區域性通風機和多功能區域性通風機;在風機材質方面採用了無摩擦火花和安全摩擦火花材料;在驅動方面,除了傳統的防爆電動機外,還採用了氣馬達;所有新型風機都設計了各種形式的消聲結構。

2.3.1 fd系列對旋式區域性通風機

1、對旋式風機的工作原理

對旋式區域性通風機是由兩個防爆電機驅動兩個旋向相反的葉輪,串聯組成。一般不設定導葉。空氣流入第一級葉輪獲得能量後,並經第二級葉輪排出,第二級葉輪兼備著普通軸流式通風機中靜葉柵的功能,在獲得整直圓周方向速度分量的同時,並加給氣流能量,從而達到普通軸流式通風機不能達到的高效率、高風壓。

由於是葉柵和等速相反轉動,空氣經過兩級葉柵後得到了較高能量,即在同樣軸向進、排氣條件和同樣葉列數的情況下,對旋式區域性通風機可以比普通區域性通風機提高6%~8%的作功能力。

2、fd系列對旋式區域性通風機的主要特點

fd系列對旋式區域性通風機是我國研製較早,推廣應用比較廣泛的一種大功率區域性通風機,它具有以下特點:

1)該系列風機第一級和第二級兩個貼得很近,風葉採用扭曲的圓弧鋼板葉片。葉輪材質為軟鋼;

2)該系列風機屬於無導葉軸流式通風機和採用外包複式單孔空腔共振吸聲結構消聲器組合體,具有較低的雜訊;

3)該系列風機在工作面範圍區域和最高效率下的流量係數變化不大,而壓力係數變化卻不小,即p-q效能曲線較普通軸流式通風機陡,故非常適合掘進工作面定風量控制,即壓力增加較大,而風量變化較小。因此,只要風筒接頭***,漏風率在規定值內,當雙級執行時,fd-1nno6型對旋風機在10~20m2掘進斷面的送風距離可達2000m以上;fd-1no5型風機在6~8m2掘進斷面可達1500m.。

4)係該系列風機效率提高,滿載時為80%左右,高出jbt系列風機8~10個百分點。

2.3.2 新型抽出式區域性通風機

1、原理、結構及分類

煤礦用抽出式區域性通風機除需具有一般區域性通風機的效能外,還需滿足防止產生摩擦火花和電動機不直接與抽出的乏風相接觸等要求。

當前,世界上可作煤礦壓抽式的電動區域性通風機有兩種,即以英國b型風機為代表的流道分叉式和以波蘭wle-b 型為代表的電動機隔離密閉腔式。

我國煤礦抽出式區域性通風機是在研究了上述兩種代表型風機利弊的基礎上,結合我國

的具體情況研製而成。大體上可分為兩大類。

2、無摩擦火花型

動葉片或葉輪採用阻燃、抗靜電的工程塑料注塑成型。因工程塑料為熱塑性材料,熔融溫度200~300 ,不會產生高溫粉屑,所以不產生摩擦火花。

3、安全摩擦火花型

動葉銅合金,輪轂用軟鋼製成;或者葉輪外的機殼內壁鑲銅環,葉輪用軟鋼製成。因

軟鋼與銅產生的摩擦火花能量不足以點燃沼氣,故稱之為安全摩擦火花。

上述每一型別風機又可分為電動機驅動和氣動馬達驅動,而電動機驅動又可分為外電

機(流道分叉式)和內建電機(密封腔式)。

2.3.3 無摩擦火花型抽出式區域性通風機

1、fsd-2x18.5型塑料葉輪抽出式區域性通風機

為了使風機能在高瓦斯湧出的長距離巷道條件下做抽出式運轉,同時還要保證高效低

噪,採用了內建式電機和對旋式氣動原理。流道中的電機用特殊密閉腔與乏風隔開;風機葉輪採用阻燃抗靜電塑料以防止產生摩擦火花;外殼採用消音結構。風機由下述五部分組成:

具有阻燃、抗靜電(內新增型)工程塑料葉片的葉輪一對;2臺ybfd160l-2型防爆電機;2套隔離密封腔將風機流道與電機隔離;帶消音結構的擴散器和進氣罩各乙個;帶消音結構的風機外殼2 套。

葉輪由單片塑料葉片和輪轂組裝而成。葉片由模具注塑製成單件,組裝時,先將葉片鑲嵌在鋼製輪轂上,然後且螺栓緊固起來,兩端麵用銅皮覆蓋。

該風機適用於長距離高瓦斯巷道掘進時作壓抽式通風,適用於走向長、隅角瓦斯湧出

量大的回採工作面處理隅角瓦斯;可作除塵風機。

2、fswz-11b型塑料葉輪外電機抽出式區域性通風機

該風機在普通風機氣動原理基礎上採用了英國b型風機的流道分叉式結構,使電機置於風機流道之外;又採用了波蘭wle-b 型風機的塑料葉輪防摩擦火花方式。塑料葉輪由單件葉片和輪轂組裝而成。葉片和輪轂由模具注塑成單件,組裝時將葉片鑲嵌在輪轂上,用專門的粘結劑粘結而成。

該風機適用於煤礦井下含**性物質(瓦斯和煤塵)環境作抽出式區域性通風,可以抽排井下區域性積聚瓦斯,也可與除塵裝備聯合使用排除工作面粉塵。

3、sqf-5和sqf-3/6 型塑料葉輪氣動風機

該風機是在普通風機和對旋風機的氣動原理基礎上,採用全塑葉輪以防止摩擦火花;採用氣動馬達代替電動機驅動,以防止電火花,成為真正的無火花風機,風機還可以進行無級調速,使風量可以任意改變。

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