1、第四章通風動力礦井中的空氣之所以能在巷道中運動而形成風流，是由于風流的起末點間存在著能量差。這種能量差 的產生，若是由通風機提供的，則稱為機械風壓；若是由礦井自然條件產生的，則稱為自然風壓。機械風 壓和自然風壓都是礦井通風的動力，用以克服礦井的通風阻力，促使空氣流動。但自然風壓一般較小且不 穩定，難以滿足礦井通風的要求，因此我國煤礦安全規程第121條規定：礦井必須采用機械通風。故我國煤礦已普遍使用主要通風機進行機械通風，使礦井通風條件得到了根本保證和改善。第一節自然風壓一、自然風壓及其形成和計算1、自然風壓與自然通風圖4-1-1為一個簡化的礦井通風系統，2-3為水平巷道，0-5為通過系統最高點

2、的水平線。如果把地表大氣視為斷面無限大，風阻為零的假想風路，則通風系統可極為一個閉合的回路。在冬季，由于空氣柱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。其重力之差就是該系統的自然風壓。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口 5流出。在夏季時，若空氣柱5-4-3比0-1-2溫度低，平均密度大，則系統產生的自然風壓方向與冬季相反。地面空氣從井口5流人，從井口1流出。這種由自然因素作用而形成的通風叫自然通風。圖4-1-1簡化礦井通風系統2、自然風壓的計算由上述例子可見，在一個有高差的閉合回路中，只要兩側有高差巷道中空氣的溫度或密度不等，則該回

3、路就會產生自然風壓。根據自然風壓定義，圖 4-1-1所示系統的自然風壓 HN可用下式計算：1 / 4325Hn = 0 /gdz- 372gdz式中 Z礦井最高點至最低水平間的距離，m；2g重力加速度， m/s ;3斗、22 分別為0-1-2和5-4-3井巷中dz段空氣密度，kg/m。由于空氣密度受多種因素影響，與高度Z成復雜的函數關系。因此利用式（4-1-1）計算自然風壓較為困難。為了簡化計算，一般采用測算出的0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值卅和Pm2分別代替式（4-1-1）中的R和已，則式（4-1-1）可寫為:(4-1-2)Hn = Zg - ：m2、自然風壓的變化規律及其影響

4、因素1、自然風壓的變化規律自然風壓的大小和方向，主要受地面空氣溫度變化的影響。根據實測資料可知，由于風流與圍巖的熱交換作用使機械通風的回風井中一年四季中氣溫變化不大，而地面進風井中氣溫則隨季節變化，兩者綜合作用的結果，導致一年中自然風壓隨季節發生周期性的變化。例如在冬季，地面氣溫很低，空氣柱1-2比空氣柱5-3重，風流由1流向2,經出風井3-5排至地面；夏季，地面氣溫高于井筒3-5內的平均氣溫，使風流由2-1排出。而在春秋季節，地面氣溫與井筒內空氣柱的平均氣溫相差不大，自然風壓很小，因此， 將造成井下風流的停滯現象。在一些山區，由于地面氣溫在一晝夜之內也有較大變化，所以自然風壓也會 隨之發生變

5、化，夜晚，1-2段進風；午間，2-1段出風。圖4-1-2和圖4-1-3所示分別為淺井和位于我國北部地區的深井自然風壓隨季節變化的情形。由圖可以看出，對于淺井，夏季的自然風壓出現負值，而對于我國北部地區的一些深井，全年的自然風壓都為正值。圖4-1-3深井自然風壓示意圖圖4-1-2淺井自然風壓示意圖2、自然風壓的影響因素由式（4-1-1）可見，影響自然風壓的決定性因素是兩側空氣柱的密度差，而空氣密度除了受溫度T的影響，還受大氣壓力P、氣體常數R和相對濕度中等因素影響。因此，影響自然風壓的因素可用下式表示：2 / 43Hn = f -Z = f；;T,P,R, ： Z(1)礦井某一回路中兩側空氣柱的

6、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、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。(2)空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對自然風壓也有一定影響，但影響較小(3)井深。由式(4-1-2)可見，當兩側空氣柱溫差一定時，自然風壓與礦井或回路最高與最低點(水平)間的高差Z成正比。(4)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，使冬季回風井氣溫高于進風井，在進風井周圍形成了冷卻帶以后。 即使風機停轉或通風系統改變，這兩個井筒之間在一定時期內仍有一定的氣溫差，從而

7、仍有一定的自然風 壓起作用。有時甚至會干擾通風系統改變后的正常通風工作，這在建井時期表現尤其明顯。如淮南潘一礦 及浙江長廣一號井在建井期間改變通風系統時都曾遇到這個問題。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，也可能是事故的肇因。因此，研究自然風壓的控制和利用具有重 要意義。(1)新設計礦井在選擇開拓方案、擬定通風系統時，應充分考慮利用地形和當地氣候特點，使在全 年大部分時間內自然風壓作用的方向與機械通風風壓的方向一致，以便利用自然風壓。例如，在山區要盡 量增大進、回風井井口的高差；進風井井口布置在背陽處等。(2)根據自然風壓的變化規律，應適時調整主要通風機的工況點，使其既能滿

8、足礦井通風需要，又 可節約電能。例如在冬季自然風壓幫助機械通風時，可采用減小葉片角度或轉速方法降低機械風壓。(3)在多井口通風的山區，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風壓的變化規律，防止因自然風壓作用 造成某些巷道無風或反向而發生事故。圖4-1-4是某礦因自然風壓使風流反向示意圖。該礦為抽出式通風，風機型號為BY-2- No 28,冬季AB平胴和BD立井進風，Qab =2000m / 43/min ,夏季平胴自然風壓作用方向與主要通風機相反，干胴風流反向，出風量 Q=300m3/min ,反向風流把平胴某處涌出的瓦斯帶至胴口的給煤機附近，因電火花引起瓦斯爆炸。下面就此例分析平胴AB風流反向的條件及

9、其預防措施。如圖 4-1-4 (b)所示，對出風井來說夏季存在兩個系統自然風壓。圖4-1-4自然風壓使風流方向示意圖ABB CEFA系統的自然風壓為：Hna = Zg ( Pcb， Pfa )DBB CED系統的自然風壓為：Hnd =Zg(PCB-PEB )式中 PCB-。弘和PEB分別為CB FA和EB空氣竹的平均密度，kg/m3。自然風壓與主要通風機作用方向相反，相當于在平胴口A和進風立井口 D各安裝一臺抽風機。設 AB風流停滯，對回路 ABDEFA和ABB CEFA可分別列出壓力平衡方程：Hna 也=RdQ2Hs Ma =RcQ2式中 Hs 風機靜壓，Pa; SQ DBB C 風路風量，

10、m3/s；Rd、Rc 分別為DB和BB C分支風阻，N s2/ m8 o方程組(4-1-3)中兩式相除，得:H NA - H nd _ RD(4-1-3)(4-1-4)此即AB段風流停滯條件式。當上式變為H NA - H ndH s 一 H nA(4-1-5)H S 一 H nARC則AB段風流反向。根據式(4-1-5),可采用下列措施防止 AB段風流反向： 加大只Rd ； 增大Hs ； 在A點安裝風機向巷道壓風。為了防止風流反向，必須做好調查研究和現場實測工作，掌握礦井通風系統和各回路的自然風壓和風 阻，以便在適當的時候采取相應的措施。(4)在建井時期，要注意因地制宜和因時制宜利用自然風壓通

11、風，如在表土施工階段可利用自然通4 / 43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成回路，形成自然風壓,解決局部地區通風問題。(5)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。這在礦井制定事故預防和處理計劃時應予以考慮。第二節礦用通風機類型及構造礦用通風機按其服務范圍和所起的作用分為三種。(1)主要通風機 擔負整個礦井或礦井的一翼或一個較大區域通風的通風機，稱為礦井的主要通風機。主要通風機必須晝夜運轉，它對礦井安全生產和井下工作人員的身體健康、生命安全關系極大。主要通風 機一般安裝在地面上，也是礦井的重要耗電設備。

12、所以對主要通風機的選用，必須從安全、技術、經濟等 方面進行綜合考慮。(2)輔助通風機用來幫助礦井主要通風機對一翼或一個較大區域克服通風阻力，增加風量的通風機，稱為主要通風機的輔助通風機。輔助通風機大多安裝在井下，目前已很少使用。(3)局部通風機為滿足井下某一局部地點通風需要而使用的通風機，稱為局部通風機。局部通風機主要用作井巷掘進通風，將在后續章節中討論。本章重點討論主要通風機。礦用主要通風機按其構造和工作原理不同，可分為離心式通風機和軸流式 通風機兩大類，其中軸流式通風機又可分為普通式和對旋式兩種。一、離心式通風機圖4-2-1是離心式通風機的構造及其在礦井通風井口安裝作抽出式通風的示意圖。離

13、心式通風機主要由動輪(工作輪)、蝸殼體、主軸、錐形擴散器和電動機等部件構成。工作輪 1是在兩個圓盤間裝有若干個口t片構成。它由主軸4帶動旋轉。主軸4兩端分別由止推軸承 5和徑向軸承6支撐。這兩個軸承由機架 8支撐并和機座11固定。主軸4和電動機14通過齒輪連軸節9聯接，形成直接傳 動。(也有用皮帶傳動的)，前導器7 (有的通風機沒有前導器)是用來調節風流進入主要通風機葉輪時的 方向，以調節主要通風機所產生的風壓和風量。要使主要通風機緊急停轉時可由制動器10完成。通風機吸風口 12與風胴15相連，通風機房13中通常設有能反映通風機工作狀況的各種儀表和電力拖動裝置等。5 / 434-2-1源先由誦

14、福物的構造1-工作輪；2制動器；11-機座；12-吸擾甘電贅地鳳聊原1蠲4-電動機；15-風胴；10-當葉輪轉動時，靠離心力作用（離心式通風機的命名由此而來），空氣由吸風口 12進入，經前導器進入葉輪的中心部分，然后折轉 90沿徑向離開葉輪而流入機殼2中，再經擴散器3排出，空氣經過主要通風機后獲得能量，使出風側的壓力高于入風側，造成了壓差以克服井巷的通風阻力促使空氣流動，達到了 通風的目的。根據通風機的葉片角度的不同，離心式通風機可分為徑向式、后傾式和前傾式三種，如圖4-2-2, 32為葉片出口的構造角，即為風流沿葉片移動的切線W2與圓周速度U2的夾角。對于徑向式 3 2為90。，后傾式3 2

15、大于90。，而前傾式的3 2則小于90。圖4-2-2離心式通風機葉輪C2一合速度；C2U-C2的切向分量；C2m（a）徑向式 （b）后傾式 （c）前傾式W2一空氣沿葉片出口的相對速度;U2 動輪外緣圓周速度；6 / 43一C2的徑向分重后傾葉片的通風機效率高，所以，中低壓大型主要通風機一般都為后傾葉片。小型離心式通風機，為 便于制造，多為徑向葉片。離心式通風機有單面吸風口與雙面吸風口兩種。增加吸風口的目的，在于增加主要通風機的風量。我國礦井使用的離心式風機主要有G4-73、K4-73、Y4-73和4-72等系列，該類風機的特點是特性曲線較平緩、無駝峰、運行噪聲較小、效率高，且具有啟動功率較小等

16、特點。運行時調節門（前導器）可在070。范圍內調節，用以改變運行工況，還可通過配置不同轉速的電機或電機調速來改變其運行工況，適應性較好。其中4-72系列離心式風機主要用于風量和通風阻力不是太大的中小型礦井。我國小型煤礦使用該系列風機較多，由于機型小，配置電機的容量也小，可配用 380 V或660 V電壓的電機，適用于低壓 供電的礦井。、軸流式通風機圖4-2-3是軸流式通風機的構造及其安裝在出風口作抽出式通風的裝置示意圖。圖4-2-3軸流式通風機的構造1集風器；2前流線體；3前導器；4一第一級工作輪；5中間整流器；6第二級工作輪；7一后整 流器；8環行或水泥擴散器；9一機架；10電動機；11通風

17、機房；12一風胴；13一導流板；14一基礎;15一徑向軸承；16止推軸承；17制動器；18齒輪聯軸節；19一擴散器如圖，軸流式通風機主要有工作葉輪、圓筒形外殼、集風器、整流器、前流線體和環形擴散器等組成。集風器是一個外殼呈曲面形、斷面收縮的風筒。前流線體是一個遮蓋動輪輪轂部分的曲面圓錐形罩，它與 集風器構成環形入風口，以減小入口對風流的阻力。整流器用來引導由動輪流出的旋轉氣流以減小渦流損 失。環形擴散器是軸流風機的特有部件，其作用是使環狀氣流過渡到柱狀（風胴或外擴散器內的）空氣流，使動壓逐漸變小，同時減小沖擊損失。工作輪是由固定在輪軸上的輪轂和在其上安裝的若干葉片組成。葉片是用螺栓固定在輪轂上

18、，葉片呈梯形（中間是空的），其橫截面和機翼形相似，如圖 4-2-4所示。一個動輪與其后的一個整流器（固定葉輪）組成一級，依據工作葉輪數不同軸流式通風機有一級（或一段）和二級7 / 43（或兩段）之分。圖 4-2-4中0稱為軸流式通風機的葉片安裝角，其大小是可調的。因為通風機的風壓、風量的大小與0角有關，所以工作時可根據所需要的風量、風壓調節 0的角度。只有一級葉輪的通風機， 。角的調節范圍是1040 ;二級葉輪的通風機是1545 ,角度可按5或2.5間隔調節。增加工作輪數可增加通風機的風壓和風量。圖4-2-4軸流式通風機的葉片安裝角0 一葉片安裝角；t一葉片間距當動輪葉片（機翼）在空氣中快速掃

19、過時，由于翼面（葉片的凹面）與空氣沖擊.給空氣以能量，產生了正 壓力，空氣則從葉道流出；翼背牽動背面的空氣，而產生負壓力，將空氣吸入葉道，如此一推一吸造成空 氣流動。空氣經過動輪時獲得了能量，即動輪的工作給風流提高了全壓。為了改善軸流式主要通風機的空氣動力性能，提高主要通風機效率，新型主要通風機的葉片在沿著長 度方向做成扭曲性的，如圖 4-2-5所示。在調整扭曲葉片的安裝角時，可按根部扭角計算。傳動部分有徑向軸承，止推軸承和傳動軸組成。主要通風機的軸與電動機的軸用齒輪聯軸節連接， 形成直接傳動。主要通風機運轉時，風流經集風機、流線體進入第一級葉輪，再經中間整流器進入第二級葉輪，又經 后整流器進

20、入擴散器，最后流入大氣。空氣經主要通風機葉輪后，獲得能量，造成主要通風機進風口與出 風口的壓差，用來克服阻力，達到通風的目的。目前我國生產的軸流式主要通風機有2BY、2K系列、GAF、BD（K）、KZS系列等。其中2K系列的2K60、2K58軸流式通風機是老型號 70B2型的換代產品，葉輪直徑從1.2 m3.6 m,可滿足不同大小井型的需要。該系列風機均為雙級葉輪，機翼型扭曲葉片，葉片角度可在較大范圍內進行有級（2K58）或無級（2K56、2K60）調節，且均可直接反轉反風，是我國煤礦用量較大的一類風機。8 / 43圖4-2-5扭曲葉片GAF系列風機是在引進國外技術的基礎上，結合國內的實際情況

21、加以改型改造的軸流式風機。具有風量風壓調節范圍寬、靜壓效率高、葉片角度調節自動化程度高等優點，特別適用于需要經常改變運行工況 的礦井使用。由于葉片角度調整方便，這類風機可通過改變風葉角度實現風機反風，既不需要反風道，也 不需要風機反轉控制裝置。二、對旋式通風機對旋式通風機在構造上屬于軸流式。近年來，BD (K)系列對旋式通風機發展迅速，該系列風機的特點是采用雙級雙電機驅動結構，兩機葉輪相對并反向旋轉，其結構相當于兩臺同型號軸流風機對接在一起 串聯工作，因此被稱之為對旋式風機。由于這種結構可省去中間及后置固定導葉，且渦流損失較小，具有 傳動損耗小、壓力高、高效范圍較寬、效率也較高的特點。(可考慮

22、加一幅對旋式風機結構示意圖)對旋式通風機作為目前我國礦用風機的新生代產品，國內已有多家風機廠投入生產，結構性能也不斷 改進和提高，如湖南平安電氣、山西運城安瑞節能風機有限公司等廠家和西北工業大學合作研制的彎掠組 合三維扭曲正交型葉片技術，使風機的靜壓效率、噪聲等性能指標得到較大提高，被譽為21世紀的環保節能風機。第三節通風機個體特性曲線與比例定律、通風機工作的基本參數主要通風機工作的基本參數是風量、風壓、功率和效率，它們共同表達主要通風機的規格和特性。9 / 431、主要通風機的工作風量Q指單位時間內通過風機入口的空氣體積，亦稱體積流量，其單位可用m3/s、m3/min或m3/h。當主要通風機

23、作抽出式通風時，主要通風機的風量等于回風道總排風量與井口漏入風量之和；當主要通風機作壓入 式通風時，主要通風機的風量等于進風道的總進風量與井口漏出風量之和。所以主要通風機的風量要用風 速計或皮托管在風胴或主要通風機圓錐形擴散器處實測。風機銘牌上的標注流量一般是指在標準狀態下的 流量。2、主要通風機的工作風壓主要通風機的風壓是用其出入口風流的壓力參數來反映和測算的。一般分為主要通風機全壓、靜壓和 動壓。(1)風機全壓Hr。主要通風機全壓是風機對每1 m3空氣做的功，它用于克服管網阻力和消耗于出口(4-3-1 )處的動能損失。其值等于風機出口2斷面與入口 1斷面(如圖4-3-1a所示)風流的全壓之

24、差，可用下式計算:H ft = P2 - P1式中 P1、R2風機入口 1和出口 2斷面風流的全壓。圖4-3-1礦井主要通風機及其裝置示意圖(2)主要通風機靜壓 H fso主要通風機產生的全壓中用于克服管網阻力的部分，叫主要通風機靜壓。(3)主要通風機動壓hfv。主要通風機全壓中的出口 (2斷面)動能損失部分，叫主要通風機動壓。其值可用下式計算:hfv =-tQ22Sf(4-3-2)式中空氣密度，kg/m3;2Sf 風機出口斷面積，m ;Qf 風機風量，m3/s。故主要通風機的全壓還可表示為：Hft W hw(4-3-3)10 / 433、主要通風機裝置的風壓現以抽出式通風為例說明主要通風機裝

25、置風壓參數的概念和物理意義。風機出口動壓為無益能耗，為 了降低其值，采用抽出式通風方式的礦井主要通風機一般均安裝有外接擴散器，風機與擴散器一起被稱為 主要通風機裝置。（1）風機裝置全壓 Hto如圖2-3-1b所示，風機入口 l斷面與擴散器出口3斷面風流的全壓之差叫主要通風機裝置的全壓，即：Ht=R3Pi（4-3-4）式中 P1、Pt3風機入口 1和擴散器出口 3斷面風流的全壓。主要通風機裝置全壓與主要通風機全壓之關系為：H ft = H t * hRd（4-3-5）式中 hRd 擴散器阻力。（2）主要通風機裝置靜壓 HsO在沒有自然風壓條件下，主要通風機裝置的全壓 H等于克服礦井風 網阻力hR

26、m與擴散器出口動能 hvd損失之和，即：H t = hRm + hvd（ 4-3-6）其中克服通風系統阻力所消耗的風壓為有益能耗，通常稱之為主要通風機裝置的靜壓或有效靜壓，即:Hs=hRm（4-3-7）（3）主要通風機裝置動壓 hvd。擴散器出口動能損失叫主要通風機裝置的動壓。即：:八2hvd 2- Q f（4-3-8）2Sd式中 Sd 風機擴散器出口斷面積，m2,其余同前。由此可見，主要通風機裝置全壓與其靜壓和動壓之間有如下關系：Ht=Hs+hd（4-3-9）主要通風機裝置的靜壓與主要通風機全壓的關系是：Hs 叫-3 +hd ）（4-3-10）一般情況下，安裝擴散器后所回收的動壓值相對于風機

27、的全壓來說很小，所以，通常不把主要通風機 與主要通風機裝置的參數和特性曲線嚴加區別。現場通常所說的，以及本書中下面出現的（廠家提供的風 機曲線上的全壓除外）風機的全壓、靜壓和動壓一般都是指風機裝置的參數。11 / 434、主要通風機的功率和效率(1)主要通風機的有效功率 (或輸出功率、空氣功率)。是指單位時間內主要通風機對通過風量為Qf的空氣所做的功，可分為靜壓功率和全壓功率。全壓功率Nt (kW)：Nt 二 HtQf 10，(4-3-11a)靜壓功率Ns (kW)：_3Ns=HsQf 10(2)主要通風機的軸功率(或輸入功率)電動機經傳動部件輸入給主要通風機的功率叫軸功率，用(4-3-11b

28、)N表示，單位為KW,主要通風機的軸功率可用下式計算:3UI cos -二d c kW1000(4-3-12)式中 U 線電壓，V;I 線電流，A ;cos少功率因數;d 電動機效率，%;c 傳動功率，%。(3)主要通風機的效率由于風流在機體內流動時會產生沖擊、摩擦等各種能量損失，故輸入主要通風機的功率耍大于有效功率。有效功率與輸入功率之比，叫風機的效率，用。表示。因為主要通風機的輸出功率有全壓輸出功率與靜壓輸出功率之分，所以主要通風機的效率分全壓效率)與靜壓效率nsO故主要通風機的軸功率又可表示為:Nt HtQf t -1000 t(4-3-13)Ns Qfs 1000 s(4-3-14)式

29、中nt、T 主要通風機的全壓和靜壓效率。12 / 435、電動機功率 N為帶動風機運轉而消耗的功率即為電動機功率。可實際測量或按下式計算:(4-3-15)Hfd c 1000 t d c 1000 s d c式中“d、nc 電動機效率和傳動效率。、通風機的個體特性曲線主要通風機的風量、風壓、功率和效率這四個基本參數可以反映出主要通風機的工作特性，對每一臺 主要通風機來說，在額定轉速的條件下，對應于一定的風量，就有一定的風壓、功率和效率與之對應。風 量如果變動，其它三者也隨之改變。因此，可將主要通風機的風壓、功率和效率隨風量變化而變化的關系, 分別用曲線表示出來，即稱為主要通風機的個體特性曲線。

30、這些個體特性曲線必須通過實測來繪制。主要通風機的個體特性曲線一般形狀如圖4-3-2、圖4-3-3所示。.風壓特性曲線（Q）軸流式主要通風機的風壓特性曲線較陡，并有一個“馬鞍形”的“駝峰”區，當風量變化時，風壓變 化較大。離心式主要通風機的風壓特性曲線比較平緩，當風量變化時，風壓變化不大。.功率曲線（N Q）軸流式主要通風機在 B點的右下側功率是隨著風量的增加而減小，所以啟動時應先全敞開或半敞開閘門，待運轉穩定后再逐漸關至合適位置，以防止啟動時電流過大，引起電動機過負荷。離心式主要通風機當風量增加時功率也隨之增大，所以在啟動時，應先關閉閘門然后再逐漸打開。.效率曲線（刀-Q）當風量由小到大逐漸增

31、加時，主要通風機效率也逐漸增大，當增到最大值后便逐漸下降。軸流式主要通風機通常將不同葉片角度的多條曲線繪制在同一坐標系中，此時可將各條風壓曲線上的效率相同的點連接起來繪制成曲線，稱之為等效率曲線。如圖 4-3-4所示，軸流式主要通風機兩個不同的葉片安裝角區與62的風壓特性曲線分別為 1與2,效率曲線分別為3與4。從各個效率值（如0.2、0.4、0.6、0.8）畫水平虛線，分別和 3與4曲線相交，可得 4對相等的交點，從這 4對交點作垂直虛線分別與相應的 個體曲線1與2相交，又在曲線l與2上得出4對效率相等的交點，然后把相等的效率的交點連接起來， 即得出圖中4條等效率曲線：0.2、0.4、0.6

32、、0.8。13 / 43Qr圖4-3-2軸流式通風機個體特性曲線24002DO4)QrQf f m s/s)圖4-3-3離心式通風機個體特性曲線14 / 43圖4-3-4等效特性曲線的繪制1、2風壓特性曲線；3、4等效特性曲線三、通風機工況點及合理工作范圍以同樣的比例把礦井總風阻 R曲線繪制于通風機個體特性曲線圖中，則風阻R曲線與風壓曲線交于 A點，此點就是通風機的工況點或工作點，如圖 4-3-2、圖4-3-3所示。工況點的坐標值就是該主要通風機實際產生的靜壓和風量；通過 A點作垂線分別與 NQf和又一Qf曲線曲線的交點的縱坐標 N值與ns值，分別為主要通風機實際的軸功率和靜壓效率。從工作點A

33、可看出，此時通風機的靜風壓為3040 Pa,風量為115 m3/s,功率為450 kW （ A點），靜壓效率0.68 （E點）。由此啟示我們，可以根據礦井通風設計所算出 的需要風量 Qf和風壓H的數據，再從許多條表示不同型號、尺寸、不同轉數或不同葉片安裝角的主要通 風機運轉特性曲線中選擇一條合適的特性曲線，所選的這條特性曲線，載明了它所屬的主要通風機型號、 尺寸、轉數和葉片安裝角等。這就是最簡單的選擇主要通風機的方法。所謂選擇合理是要求預計的工況點在HQf曲線的位置應滿足以下兩個條件：一是從經濟方面考慮，所選擇的工況點對應主要通風機的靜壓效率不應低于70 %,即工作點應在 C點以上。二是從安全

34、的角度，要求風機工況點不能處于不穩定區。實踐證明，許多軸流式主要通風機在HQf曲線最高點的左側，風壓與風量的關系不再具有唯一性，如果工作點位于風壓曲線最高點的左側即所謂的“駝峰”區時，主要通風機的運轉就可能產生不穩定狀況，即工作點發生跳動，風壓忽大忽小，聲音極不 正常（喘振現象）。為了防止礦井風阻偶然增加等原因使工況點進入不穩定區，在選擇和使用風機時規定 風機的實際工作風壓不應大于最大風壓的0.9倍，即工作點應在 B點以下；在轉速上要求其不超過額定轉速；對于電動機，要求不超負荷運行。所以軸流式風機在風壓曲線上的合理工作范圍應是 BC段（如圖4-3-2）。15 / 43由于受到動輪和葉片等部件的

35、結構強度所限，通風機動輪的轉數不能超過它的額定轉數；軸流式通風機除轉數有限制外，還有動輪葉片的安裝角日的限制，對于一級動輪的軸流式通風機，最大的H為45。，越過最大的日角，運行就不易穩定。又考慮到通風機工作的經濟性，一級動輪的軸流風機，其8角不小于10。；二級動輪的軸流風機，其H角不小于15。綜上所述，在圖 4-3-5中的陰影部分即為主要通風機的合理工作范圍。應該指出的是，分析主要通風機工況點是否合理時，應使用實測的主要通風機特性曲線。廠方提供的 曲線往往與安裝后的實際特性曲線不符，采用廠方提供的曲線時，可能會得出錯誤的結論。圖4-2-5主要通風機合理工作范圍第四節通風機比例定律與類型特性曲線

36、本節主要分析同一類型或結構相似的主要通風機的風量、風壓、功率及效率與尺寸（一般用動輪直徑 代表）和轉速之間的關系。同一類型、同一系列或結構相似的通風機，其風機內部風流的運動符合流體相 似模型的各項準則，具有運動相似和動力相似。一、無因次系數1、通風機的相似條件兩個相似通風機內的氣體流動過程相似，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， 這些常數叫相似常數或比例系數。同一系列風機在相應工況點的流動是彼此相似的，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要條件。幾何相似是指主要通風機各部件的對應邊成比例，對應 角相等；運動相似是指對應點的速度三角形相似，即其對應速度成比例

37、；動力相似是指對應點上各作用力5成比例，滿足動力相似的條件是雷諾數Re-和歐拉數Eu = ,一r分別相等。同系列風機在相 v JL Pu2 似的工況點符合動力相似的充要條件。16 / 432、無因次系數無因次系數主要有:(1)壓力系數H 同系列風機在相似工況點的全壓和靜壓系數均為一常數。可用下式表示:入得式中 H t、Ht Hsy=Ht，HsH7 = H =常數 二u2(4-4-1 )(4-4-2)H s叫全壓系數和靜壓系數，H為壓力系數。P為空氣密度，u為圓周速度。(2)流量系數Q由幾何相似和運動相似可以推得Q -,=Q =存數(4-4-3)式中 D、u二 2-D2u4-分別表示兩臺相似風機

38、的葉輪外緣直徑、圓周速度，同系列風機的流量系數相等。HQ ，一 一 八 r , e ,* ,(3)功率系數N風機軸功率計算公式N =中的H和Q分別用式(4-4-2)和式(4-4-3)代10001000NHQ ,kN=常數(4-4-4)同系列風機在相似工況點的效率相等，功率系數N為常數。Q、 H、 N三個參數都不含有因次，因此叫無因次系數、比例定律由式(4-4-2)、式(4-4-3)和式(4-4-4)可見，同類型風機在相似工況點的無因次系數Q、H、N和刀是相等的。它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉速n、尺寸D和空氣密度P之間成一定比例，這種比例關系叫比例定律。將圓周速度u=兀Dn/60代入式(4

39、-4-2)、式(4-4-3)和式(4-4-4)得H = 0.00274 PD2n2H(4-4-5)3 -Q =0.04108D nQ(4-4-6)N =1.127 父10 PD5n3N(4-4-7)對于1、2兩個相似風機而言，Q1 =Q2、H1 = H2、N1 = N2、所以其壓力，風量和功率之間關系為17 / 43QiQ0.04108D13nlQ_ _3-0.04108D2 n2Q2 _ _ 32 H10.00274 : 1D1 n1 H1 ；-Z_2 2 H20.00274 ： 2D2 n2 H2(4-4-8)(4-4-9)Ni1.127 10mDini Ni；Dini,、一=g=x!一

40、! x !(4-4-10)N21.127 10：血n2 N22D2n2各種情況下相似風機的換算公式如表4-4-1所列。由比例定律知，同類型同直徑風機的轉速變化時，其相似工況點在等風阻曲線上變化。表4-4-1兩臺相似風機H Q和N的換算P1.戶2Di = D2口=%P1. P2Di=D2A#七P _ P 1 1 r2D-D2n = %p _ p1 1 r 2壓力換算HiPi丁葭2D1d7jni2生=21H 202工H2 -ni2比HlZ-D 1L2風量換算魚二 Q2 .Q82nin2q1=q2Q1niQ2n2Qi 二 Q2 .DiD2；3功率換算Ni_2 N2 一 P25D10,則表示串聯有效；

41、當工況點M 與A點重合（即管網風阻 R 通過A點）時，AQ=Q一Qn=0,則串聯無增風；當工況點 M 位于A點右下方（即管網風阻為R）時，A Q=Q QnV0,則串聯不但不能增風，反而有害。即小風機成為大風機的阻力。后兩種情況下串聯顯然 是不合理的。通過A點的風阻為臨界風阻，其值大小取決于兩風機的特性曲線。欲將兩臺風壓曲線不同的風機串28 / 43聯工作時，事先應將兩風機所決定的臨界風阻R與管網風阻R進行比較，當 R vR方可應用。還應該指出的是，對于某一形狀的合成特性曲線，串聯增風量取決于管網風阻。3、自然風壓與主要通風機串聯工作(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系。在

42、機械通風礦井中，冬季自然風壓隨風量增大略有增 大；夏季，若自然風壓為負時，其絕對值亦將隨風量增大而增大。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。如圖 4-6-4中n和n，分別表示正和負的自然風壓特性。(2)自然風壓對風機工況點的影響在機械通風礦井中自然風壓對機械風壓的影響，類似于兩臺風機串聯工作。如圖4-6-4,礦井風阻曲線為R,風機特性曲線為I,自然風壓特性曲線為H,按風量相等風壓相加原則，可得到正負自然風壓與風機風壓的合成特性曲線I+11和1 +n/。風阻R與其交點分別為 M1和M；,據此可得通風機的實際工況點為M和M，。由此可見，當自然風壓為正時，機

43、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。圖4-6-4自然風壓和通風機串聯二、通風機并聯工作當礦井僅用一臺主要通風機工作不能滿足礦井所需風量時，可用兩臺或兩臺以上主要通風機并聯工作來增加礦井風量。主要通風機并聯工作有如圖4-6-5所示的幾種：a是兩臺主要通風機集中并聯工作，b是兩臺主要通風機分別安設在對角式通風系統的兩翼風井井口上實行對角并聯通風，c是多井口多臺主要通29 / 43風機施行分區并聯通風。在實際中，有時是把風壓特性曲線不同風機并聯工作，有時是把風壓特性曲線相 同的風機并聯。在此僅以前者為例來說明風機并聯工作的特性。圖4-6-5通風

44、機并聯工作a-主要通風機集中并聯工作；b-主要通風機對角并聯工作；c-多井口多臺主要通風機并聯工作1、集中并聯特性分析理論上，兩臺風機的進風口 （或出風口）可視為連接在同一點。所以兩風機的裝置靜壓相等，等于管網 阻力；兩風機的風量流過同一條巷道，故通過巷道的風量等于兩臺風機風量之和。即h=H I =H nQ=Q i+Q n式中符號同前。（1）等效特性曲線如圖4-6-6所示，兩臺不同型號風機 F I和Fn的特性曲線分別為I、 Ho兩臺風機并聯后的等效合成曲 線出可按風壓相等風量相加原理求得。即在兩臺風機的風壓范圍內，做若干條等風壓線（壓力坐標軸的垂線），在等風壓線上把兩臺風機的風量相加，得該風壓

45、下并聯等效風機的風量（點），將等效風機的各個風量點連起來，即可得到風機并聯工作時等效合成特性曲線出。（2）風機的實際工況點風機并聯后在風阻為 R的管網上工作，R與等效風機的特性曲線出的交點M,過M做縱坐標軸垂線，分別與曲線I和II相交于 mi和m2,此兩點即是兩風機的實際工況點。并聯工作的效果，也可用并聯等效風機產生的風量 Q與能力較大風機 Fi單獨工作產生風量 Qi之差來 分析。由圖4-6-6可見，當AQ=QQi0,即工況點M位于合成特性曲線與大風機曲線的交點 A右側時， 則并聯有效；當管網風阻R（稱為臨界風阻）通過A點時，AQ=0 ,則并聯增風無效；當管網風阻RR 時，工況點M 位于A點左

46、側時，AQV0,即此時小風機會反向進風，則并聯不但不能增風，反而有害。30 / 43圖4-6-6兩臺不同型號風機集中并聯此外，由于軸流式通風機的特性曲線存在馬鞍形區段，因而合成特性曲線在小風量時比較復雜，當管 網風阻R較大時。風機可能出現不穩定工作。另外，當兩臺特性相同風機并聯工作時，也同樣會存在不穩 定運轉情況。2、對角并聯特性分析如圖4-6-7（b）所示的對角并聯通風系統中，兩臺不同型號風機 Fi和F口的特性曲線分別為I、n,各自單獨工作的管網分別為 OA（風阻為Ri）和OB（風阻為R2）,公共風路 OC（風阻為R0）,如圖4-6-7。為了分析 對角并聯系統的工況點，先將兩臺風機移至O點。

47、方法是，按等風量條件下把風機Fi的風壓與風路 OA的阻力相減的原則，求風機Fi為風路OA服務后的剩余特性曲線I，即做若干條等風量線，在等風量線上將風機Fi的風壓減去風路 OA的阻力，得風機 Fi服務風路OA后的剩余風壓點，將各剩余風壓點連起 來即得剩余特性曲線1/ 。按相同方法，在等風量條件下，把風機Fn的風壓與風路 OB的阻力相減得到風機Fn為風路OB服務后的剩余特性曲線n, 。這樣就變成了等效風機 FI和FU集中并聯于O點，為公共風路OC服務（如圖4-6-7（b）。按風壓相等風量相加原理求得等效FI和FU集中并聯的特性曲線出，它與風路OC的風阻Ro曲線交點Mo,由此可得 OC風路的風量Q。

48、31 / 43圖4-6-7對角并聯過M0做Q軸平行線與特性曲線1和n /分別相交于 M :和M 點。再過M I和M 點做Q軸垂線 與曲線I和H相交于 Mi和Mn,此即為兩臺風機的實際工況點，其風量分別為 Qi和Q2。顯然Qo = Qi + Q2。由圖可見，每臺風機的實際工況點 Mi和Mn,既取決于各自風路的風阻， 又取決于公共風路的風阻。 當各分支風路的風阻一定時，公共段風阻增大，兩臺風機的工況點上移；當公共段風阻一定時，某一分支 的風阻增大，則該系統的工況點上移，另一系統風機的工況點下移，反之亦然。這說明兩臺風機的工況點 是相互影響的。因此，采用軸流式通風機做并聯通風的礦井，要注意防止因一個

49、系統的風阻減小引起另一 系統的風機風壓增加，進入不穩定區工作。三、風機串聯與并聯工作比較圖4-6-8中的I、n和出分別為兩臺同型號且風壓特性曲線相同的風機個體特性曲線、串聯合成特性 曲線和并聯合成特性曲線，Ri、R2和R3分別為大小不同的風阻特性曲線。當風阻為R2時，正好通過串聯和并聯合成特性曲線的交點B,顯然在這種情況下，兩臺風機串聯工作和并聯工作增風效果相等，均為 AQ,并聯工作時的風機的工況點為Mi,串聯工作時的風機的工況點為M2。從穩定性角度來看，并聯時風機工作在較高壓力區，若是軸流式風機則可能發生不穩定運轉；從功率消耗的角度來看，若是離心式風機 則并聯功率消耗較小，若是軸流式風機，則

50、因功率特性曲線的形狀和工況點位置不同而異。若工作風阻為Ri,并聯的工況點為 A,串聯的工況點為 F,顯然并聯比串聯的增風效果要好。當工作風阻為R3時，串聯的工況點為 C,并聯的工況點為 E,很明顯，串聯的增風效果較好。選擇風機聯合運行時，不僅要考慮管網風阻對工況點的影響，而且還要考慮增風效果及風機的軸功率32 / 43大小，進行全面分析比較。綜上所述，有如下結論；(1)風機并聯工作適用于管網風阻較小，但單個風機風量偏小而供風不足的條件；(2)串聯工作適合于管網風阻大，因風機風壓不足而供風不滿足要求的條件；(3)軸流式風機在進行并聯作業時，除要考慮聯合運行的效果，還應進行穩定性分析。圖4-6-8

51、并聯與串聯工況點第七節礦井主要通風機性能測定通風機出廠時的特性曲線大多是制造廠家根據同類風機模型試驗的資料按比例定律換算求得的，很少 有單獨進行測定的，故一般都不能作為個體特性曲線來使用。加之風機安裝質量差異、加裝擴散器以及使 用中的磨損和銹蝕等因素，主要通風機的性能都會發生變化。為了掌握運轉條件下通風機的實際性能，合 理有效地使用好通風機，我國新版煤礦安全規程第 121條規定：“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工作，以后每5年至少進行1次性能測定。”主要通風機性能測定的目的是求得在一定轉速或葉片安裝角(軸流式)條件下，通風機風量與風壓、功率、效率的關系曲線。

52、一、測定方案的選擇和工況調節主要通風機裝置的布置形式多種多樣，一般是依主要通風機類型、臺數和尺寸、回風井筒的形式及周 圍地形等因素因地制宜修筑的。因此，在確定測定方案時也須因地制宜，力求使測定工作簡單、安全，測 定結果能滿足精度要求。確定測定方案需考慮的內容和順序應為：(1)選擇調節主要通風機工況點的地點和方法；(2)選擇測風速、風量的地點和方法；(3)測定風壓等其它參數的方法。風機測定方案的確定，通常可分以下三種情況：33 / 43(1)新安裝的主要通風機在投產前進行的測定。這種測定是必須的且內容也是全面的，測定工作既要 獲得主要通風機裝置的特性曲線，又要檢驗主要通風機裝置的制造和安裝質量，

53、檢驗各附屬裝置的合理性 及其漏風情況等，為投入正常運轉提供基礎數據。(2)在不影響正常生產條件下對備用通風機進行性能測定。在這種情況下進行測定，風流以短路形式 進入主要通風機，且又受運轉主要通風機的影響，使系統中難以找到風流穩定區段進行測風測壓，故這是 用備用主要通風機進行特性測定的難題，測定結果也往往不盡如人意。尤其是目前采用反轉反風的風井設 計漸成主流，其中很多在設計時沒有考慮風機性能測定的需要，使被測風機無法形成獨立的風流回路，因 此也無法進行不停產測定。(3)在停產條件下進行主要通風機裝置性能測定。測定工作常安排在節假日或檢修日進行。停產測定 的工況調節大多在防爆門處進行，測定時，揭開

54、防爆蓋，風流由此處進入，經主風洞、分風洞、風機，由 擴散塔排出，實現短路通風測定。為測出阻力較高的工況點，還需在井下總回風道中構筑臨時密閉以隔斷 與礦井的聯系，密閉應有足夠的強度以防大風壓時被拉破。停產測定的缺點是測定時間有限，如不能在規 定時間內完成，將會影響生產。與不停產測定相比，停產測定能為測定工作提供較佳的條件，特別是在風 流穩定方面，從而使測定結果更接近實際。因此，條件許可時應盡量采用停產測定。有些礦井主要通風機裝置在布置上不具備測風、測壓的完備條件，所以測定前須周密考慮測定各項指 標的地點和所用的方法。必要時可對通風機裝置進行簡單的改造，以適應測定工作需要。測定工作中工況點的調節主

55、要有閘門調節、防爆蓋處調節以及風窗調節等方法：大多數主要通風機裝置在風胴中都有控制風量的閘門，尤其在離心式主要通風機裝置中，這個閘門更是必備的設施。在主要通風機裝置性能測定時應充分利用閘門來調節主要通風機的工況點。圖4-7-1是對通風機進行性能測定并可用閘門調節工況點的一種布置方案。為了獲得更長的風流穩定段，也可如前所述 在井下打臨時密閉隔斷風機與風網的聯系，將調節閘門4全部開啟，在防爆蓋處進行工況調節。圖4-7-1離心式通風機性能測定時的布置方案1-風井；2-防爆蓋；3-風胴；4-調節閘門；5-離心式通風機；6-擴散塔在軸流式主要通風機裝置性能測定時，也可用臨時風窗調節主要通風機的工況點，臨

56、時風窗須在測定前于工況調節地點安設妥善，其構造如圖4-7-2所示。風窗的框架系用木材或型鋼制成，須有足夠的強度。框架須伸入巷壁中，深度不小于150 mm。用木板變更風窗的面積。木板厚 3050 mm (依風窗兩側壓力差34 / 43 而定），寬度應有不同規格（如50、100或200 mm等），以滿足每次調節幅度的需要。木板長度及數量依調 節地點的巷道斷面大小而定。調節時木板不得固結在框架上，而是借風窗兩側的壓力差將木板附著在框架 的迎風側上。用木板來改變主要通風機的工作風阻，達到調節主要通風機工況點的目的。根據現場具體條件，可靈活采用各種方式調節工況，如井下局部增阻、通過另一臺風機的風道進風、

57、 打開入風側的觀測小門進風等。圖4-7-2臨時調節風窗1-框架；2-木板調節工況點的次數應能保證測得連續完整的特性曲線。一般不應少于 6個工況點，并以 810個工況 點為佳。為避免電動機在啟動時電流過大超負荷而燒毀，調節工況的順序須依主要通風機的功率特性而定。因 離心式主要通風機的功率特性是功率隨風量增加而增大，所以測定時應先關閉閘門或調節風窗，使其在工 作風阻較大時啟動，待轉速正常后再逐漸打開閘門或風窗來調節工況點。而軸流式主要通風機工況調節順 序則相反，因軸流式通風機的功率特性是功率隨風量增加而減少，所以應打開閘門或臨時風窗，在主要通 風機工作風阻較小時啟動，啟動后待轉速正常時再逐漸關閉閘

58、門或臨時風窗來調節工況點的風量。二、主要通風機性能參數的測定測定主要通風機裝置性能時，測定的內容還和主要通風機的工作方式有關，如對抽出式主要通風機裝 置應測定每一個工況點的靜壓（負壓）、風速（量）、電動機的功率、通風機的轉速和大氣參數等。1、靜壓的測定靜壓測定的位置，應在工況調節處與風機入口之間直線風胴內的風流穩定區段設置引壓端口，并盡量接近通風機，以正確反映風機的相對靜壓值。如圖 4-7-1中I -I斷面與風機之間某處，引出的壓力接入U型水柱計或測定儀器的負壓傳感器。35 / 432、風速（風量）的測定風速（風量）的測定，通常可采用以下幾種方法：（1）風表法測風 選擇在風機進風口前（或出風口

59、）風流穩定的直線段，采用多個風速傳感器測定出 風流斷面的平均風速。如中國礦業大學能源與安全工程學院研制的KSC系列通風機裝置性能測定儀，共配備了 16只風杯式風速傳感器，考慮到風洞斷面形狀大多為矩形，因此可根據測風斷面大小不同將其分為3X3、3X4或4X4個等面積矩形，使得每個矩形斷面的面積不要超過11.5 m2,并分別安裝9、12或16只風速傳感器以測定該斷面的平均風速。圖 4-7-3是安裝9只風速傳感器的示意圖。如圖所示，在測定方案所確定的測風位置（矩形水平風峭內）固定兩根2 口寸鋼管（其它材料也可）作為立柱，間距約為風峭寬度的1/3。立柱應采用螺旋桿或用木楔等方式上下頂緊，以防測量過程中

60、傾倒。在立柱上固定三根橫擔以安裝風速傳感器，每根橫擔上以1/3風峭寬度為間距固定三個風速傳感器支架。裝好后風速傳感器迎風流方向距離立柱面應不小于200 mm,以減少立柱對風流的干擾。并使所裝風表位于各個矩形的中心。橫擔可采用40X40X 4 （或30X 30X 3）角鋼，長度略大于 2/3風峭寬度。如果布置風表的斷面為圓形，按上述方式布置風表難以實現，也可按等面積環原理將斷面分為45焊接或螺栓固定風表安裝810個風表（每圖4-7-3風速傳感器安裝示意個等面積環，并在各等面積環的面積平分線上布置風表，即在水平或者垂直直徑上布置個面積環上布置兩只）。各風表位置距風峭中心點的距離X可用下式計算:36