第三章礦井通風機的選型設計

1、第三章-礦井通風機的選型設 計第一節(jié)礦井通風設備選型設計概要一、礦井通風設備選型設計基本原則 礦井通風機選型設計的主要任務是合理選 擇通風機的型式、型號（葉輪直徑），確定電動 機的容量、型號及傳動方式，確定通風機的運 轉工況點。礦井通風設備能否連續(xù)正常運轉， 關系著煤礦的安全生產，運轉效率的高低影響 著礦井的電力消耗及生產成本。因此，礦井通 風機選型設計中的基本原則，就是保證通風機 運轉的可靠性及經濟技術合理性。根據(jù)這個原 則，在礦井通風機選型設計中，應充分考慮以 下問題：1 保證安全運轉礦井通風機的安設地點、配置方式、備用 臺數(shù)，必須符合煤礦安全規(guī)程規(guī)定，優(yōu)先 考慮選擇運行可靠，便于維護檢修

2、的產品做為 礦井通風機，以保證其能不間斷地向井下供給 足夠數(shù)量的新鮮空氣，滿足安全、生產的需要.通常情況，礦井投產初期產量較低，巷道 較短，因之需要的風量較小，通風的阻力較小, 隨著礦井生產的發(fā)展，其需要的風量及通風的 阻力也將逐漸增加。為了保證通風機的經濟運 轉，在選型設計時，既要考慮到初期的需要， 也要考慮到礦井的發(fā)展，使其整個服務期間內 風量、負（正）壓均能滿足礦井通風的需要，在 比較高效的工作區(qū)運轉。3 經濟合理選擇通風機時，不但要考慮其設備、安裝 及土建工程費用，而且要考慮其運轉、維護費 用，要把初期的建設投資和投入使用后的運轉、 維護費用結合一起進行對比選擇，以保證通風 機在整個服

3、務期間內的經濟合理性。4 噪聲符合規(guī)定選擇通風機時，應使其噪聲符合環(huán)境保護 的規(guī)定。若達不到規(guī)定要求時，應考慮消聲措 施。二、礦井通風設備選型設計的基本要求1 應滿足第一水平各個時期的負壓變 化，并適當照顧下一水平的通風要求，當負壓 變化較大時，可考慮分期選擇電動機，但初裝 電動機的使用年限不宜少于10年；2 應留有一定的余量，軸流式通風機在 最大設計負壓和風量時，輪葉安裝角度一般至 少比允許范圍小 50 ;離心式通風機的設計轉 速，一般不大于允許最大轉速的 90%,3 通風設備(包括風道，風門)的漏風損 失，當風井不作提升用時，按風量的1015% 計算，當為箕斗井時，按1520%計算，罐籠

4、井時，按2530%計算，但罐籠井一般不應作 為出風井。4 通風設備的安裝布置，應考慮下列要 求：(1) 在同一通風井后期需要更換通風機 時，應預留風道接口和通風機房的位置。(2) 反風風門的起重質量大于1000kg時, 應采用電動，手搖兩用的風門絞車，并集中操 作，手動風門絞車應集中布置。(5) 確定通風設備的反風裝置時，如風機 可以逆轉反風，反風量滿足煤礦安全規(guī)程 的要求，應盡量采用通風機逆轉反風，不設反 風道以減少反風道漏風損失。如通風機不能逆 轉時，可采用反風道反風。逆轉反風應設剎車 裝置。(6) 裝有主要通風機的出風井口，應安裝 防爆門。防爆門不得小于出風井口的斷面積， 并正對出風井的

5、風流方向。三、選型設計的任務和步驟1選型設計必備資料選擇設計時必須具備的原始資料有：(1) .礦井通風方式及通風系統(tǒng)圖；(2) .各時期的通風量及負壓的變化；(3) .礦井瓦斯等級；(4) .礦井供電電壓；(5) .礦井年產量及服務年限；(6) .當?shù)貧夂驐l件；(7) .預計裝風機的井口地面情況；(8) ,其它相關資料。2選型設計的具體任務選擇設計的任務包括：(1) 選擇風機類型和型號；(2) .選配輔助裝置；(3) .確定設備組合方案；(4) .提出經濟核算結果。3選型設計步驟選擇設計時，可以參考如下步驟，進行各 方案計算：(1) 計算通風機必須產生的風量和風壓;(2) .選擇通風機類型、型

6、號和臺數(shù)；(3) .確定風機工況點；(4) .計算電動機的必須容量及耗電量；(5) .確定設備組合方案；(6) .經濟核算；(7) 篩選并確定方案；（8）繪制設備組合總圖第二節(jié)軸流式通風機設備選型設計、軸流式通風機設備選型設計方法（一）計算風機必須產生的風量和靜壓 原始資料僅提供礦井通風的風量和負壓， 并不包括通風設備中風機以外的風道及裝置 漏風和阻力損失。因此，要求風機必須產生的 風量：3Q=KlQm/s（1-3-1 ）式中Q k原始資料提供的通風量（m?/s），K L設備漏風系數(shù)。依規(guī)范第2-133條，當風井不作提升 用途時，坨=1.11.15 ;兼作箕斗井時， 反 =1.15 1.20

7、;罐籠時，Kl =1.25 1.30。目前，風機制造廠在提供軸流風機的同時， 隨機提供擴散器，通常提供軸流風機裝置的靜 壓特性；故按靜壓特性選型計算。在已知風機靜壓特性的情況下；要求其產 生的靜壓：在通風容易時期：Hmax=hmax+/ h ± hz Pa(1-3-2)在通風困難時期：HSmin=hmin + / h± hz Pa(1-3-3)式中h min和hmax通風容易時期和通風困難時期礦井負壓(Pa);/ h通風設備中，除風機以外的風道和輔助裝置中的風壓損失。其值隨風道和輔助裝 置的類型、流型，尺寸及工況而變。作為估計, 可取ioo200Pa,當工況流量接近風機工業(yè)

8、利 用區(qū)最大風量時取較大值，反之取較小值。若 設備中有消音器；另加50 80Pa。hz礦井自然風壓(Pa)(二) 選擇通風機型號和臺數(shù)1.選擇通風機型號選擇風機有兩種方法。一是利用風機個別 特性選擇，二是利用風機類型特性選擇。一般多利用個別特性選擇。作為選擇對象的類型風機中的型號較少 時，利用個別特性直接選擇，比用類型特性選 擇簡便些。此時，只要將通風容易和通風困難 時期要求風機必須產生的風量和風壓參數(shù)，與 風機特性上最優(yōu)工況參數(shù)直接對號即可。在特 性圖上標志兩參數(shù)的點愈接近，則該風機型號 愈適當。無論用什么方法選擇，都應注意下列事項:1）在一個井筒中應盡量采用單一風機工 作制。確有困難時，采

9、用兩臺并聯(lián)，最好是同 類型同型號；2）選擇的風機，應滿足第一水平各個時期 的負壓變化，并適當照顧下一水平的通風要求。 負壓變化較大時，可考慮分期選配電機，初裝 電動機的使用年限不宜少于10年；3）選用軸流風機時，在最大負壓和風量 時，用的葉片安裝角應比最大安裝角小 5度, 選用離心風機時，用的轉速應比最大轉速小10 %，以留有余量；4）選擇的風機，應有足夠的調節(jié)范圍，以 滿足使用年限內，工況不超出工業(yè)利用區(qū)的要 求。2.確定風機臺數(shù)根據(jù)煤礦安全規(guī)程第121條規(guī)定，礦 井必須安裝2套同等能力的主要通風機裝置， 一套工作，一套備用。在建井期間可安裝1套通風機和1部備用電動機。生產礦井現(xiàn)有的 2 套

10、不同能力的主要通風機，在滿足生產要求時， 可以繼續(xù)使用。根據(jù)這條規(guī)定，結合具體情況 可以確定風機臺數(shù)。（三）確定通風機工況點分別求出通風容易時期和通風困難時期的 工況，以檢查是否滿足通風要求。根據(jù)計算得 到的風機必須產生的風量和靜壓，可以求得相 應等效網(wǎng)路風阻和等效網(wǎng)路特性方程式如下：容易時期等效網(wǎng)路風阻R=Hmin/Qf2 N.s 2/m8（ 1-3-4）容易時期等效網(wǎng)路特性方程式h=R.Q Pa(1-3-5 )困難時期等效網(wǎng)路風阻R=Hmax/Qf2 N.s 2/m8(1-3-6 )困難時期等效網(wǎng)路特性方程式h=R.QPa(1-3-7 )將以上求得各時期的等效網(wǎng)路特性，分別 繪在風機特性曲

11、線圖上，它與相應的風壓特性 曲線的交點，即為各時期的工況點。可用表格 列出通風容易和通風困難時期的工況參數(shù)(Ci.h1.N1. n 1 )和(Q.h2.N2. n 2)。通風機選 擇合理，工況點位于工業(yè)利用區(qū)內，并有較高 的效率。(四) 、選擇電動機計算耗電量1.選擇電動機根據(jù)通風容易和通風困難兩個時期通風機 的輸入功率N和N2,計算出電動機功率 Nd。 如果選用異步電動機，且當N和N2相差不大時， 即N1A0. 6N2時，則在兩個時期都用一種較大功率的電動機，該電動機功率按下式計算：M=(1.10 1.15)N 2/ n l KW (1-3-8)式中1.101.15電動機的容量系數(shù)。軸流式通

12、風機取1.10，離心式通風機取1.15。n l電動機與通風機之間的傳動效率，直接傳動時 取1.0，間接傳動時取 0.95當N v 0.62時，則通風容易時期用功率較 小的電動機，在適當?shù)臅r候再換用功率較大的 電動機。通風容易時期電動機的輸出功率習慣 用比例中項式計算(幾何平均值)，即容易時期Nd1=(N1.N2)1/2 kW(1-3-9)困難時期 Nd2=(1.10 1.15)N 2/n L KW(1-3-10)對于功率在 400500kW以上的主扇，宜 選用同步電動機。選擇這種電動機的功率用 (9-30)式計算。用同步電動機的優(yōu)點是，在通 風容易時期低負載運轉時，可以利用它來改善 礦井電網(wǎng)的

13、功率因數(shù)，使礦井經濟用電。缺點 是這種電動機的購置和安裝費較大。根據(jù)以上所得出的Ndi或Nd2,以及通風機 所要求的轉數(shù)，在有關電動機技術特征手冊上 選用合適的電動機。2.平均年電耗由于通風網(wǎng)路阻力系數(shù)隨著開采工作的推 移而變化，工況點和電耗也隨之而變。因此， 難以非常精確地計算能耗。一般用下式近似計 算：E=4380(N+NQ/( n d. n b. n l. n t)KW.h/y(1-3-11)式中N 1通風容易時期通風機輸入功率，KWN 2通風困難時期通風機輸入功率，KWn d電動機的效率，可在電動機技術特征表中查得，一般取 0.90.95 ;n b變壓器的效率，一般取0.8 ; n l

14、 電網(wǎng)效率，一般取0.95 ;n t 傳動效率，直接傳動時取1.0 ； 間接傳動時取0.95。（五）選擇組合方式由通風機、輔助裝置和風道組成的整體稱 為設備組合。在進行組合設計時，可以從已有 組合方式中選擇一種適合的方式，也可以在某 種組合方式的基礎上加以改進，或者另行設計。 無論是選擇、改進，還是另行設計，都應遵守 下列一些原則：1 組合方式必須適合風機類型和功能；2 必須滿足礦井通風對設備的各項要求；3 適合安裝設備的地形條件；4 .盡可能減少占地面積；5 .在獲得最佳經濟效益的前提下，處理好良好空氣動力性能和減少基本投資之間的矛 盾；6 .便于施工和操作。若滿足上述原則的組合方式有幾種，

15、則應 經過經濟和技術比較后決定采取哪一種方式最 適合。（六）噸煤的通風機設備耗費開采一噸煤，需要用于通風機設備方面的 費用包括設備折舊費、建筑折舊費、年電費、 工人年工資、年維修費及其它費用。1年電耗費等于平均年電耗量與當?shù)毓I(yè)用電單 價的乘積，即S i=ECd式中Cd 當?shù)毓I(yè)用電單價。2 .設備折舊費若將安裝設備的費用也包括在內，則設備 折舊費可按下式計算：S 2=（設備及安裝總費）x折舊率3 建筑折舊費建筑項目包括風機房、風道、風門以及擴折舊費為:S3=建筑費X折舊率4 工人工資可用下式計算：S4=在冊人數(shù)X工資單價在冊人數(shù)等于每日應出勤的人員數(shù)與在冊 系數(shù)之乘積。在冊系數(shù)大于1。5 維

16、修費指設備大、中、小修和日常維修的工人工資及材料消耗費?？砂丛O備費的某百分比值 計算。以“ Sb ”表示6 其它費用指上述五項以外的費用。以“ S”表示根據(jù)上述六項金額總數(shù)和礦井年產量，可算出開采一噸煤，在通風機設備方面的耗費S=(SI+S2+S3+S4+S5+S6)/A式中A礦井年產量二、軸流式通風機選型舉例某礦采用中央時通風系統(tǒng)，低瓦斯礦井， 礦井需風量 Q=2639m/s，通風容易時期負壓 hmin=606.4 Pa,通風困難時期負壓 hmax=1171 Pa, 礦井自然風壓hz= ± 50Pa。試選擇軸流式通風 機。1.計算風機必須產生的風量和靜壓(1)通風機必須產生風量：Q

17、=KQ=1.1X 2639=2903mn/min=48.4 m 3/s(2) 通風機必須產生靜壓：取風硐等附加 阻力損失為150Pa,則通風機的靜風壓應滿足 以下兩個數(shù)值：在通風容易時期：HSmin=hmin + h hz=727.7+150-50=827.7 Pa在通風困難時期：HSmax=hmax + h + hz=1346.7+150+50=1546.7 Pa2.選擇通風機型號和臺數(shù)根據(jù)計算的通風機必須產生的風量，通風 容易時期和通風困難時期的風壓在通風機產品 樣本中選擇合適的通風機?？蛇x用沈陽鼓風機 廠生產的2K56 No24軸流式風機2臺，一臺工 作，一臺備用。風機轉速 600r/m

18、in 。3 .確定通風機工況點(1)計算等效網(wǎng)絡風阻和等效網(wǎng)絡特性方 程式通風容易時期等效網(wǎng)絡風阻：R=HU/Qf2=827.7/48.4 2=0.3533 N.s 2/m8通風容易時期等效網(wǎng)絡特性方程式： h=0.3533Q2 Pa通風困難時期等效網(wǎng)絡風阻：R=Hmax/Qf2=1546.7/48.4 2=0.6603 N.s 2/m8通風困難時期等效網(wǎng)絡特性方程式：2h=0.6603Q Pa(2)作工況圖將h=R.Q和h=R.Q曲線繪于2K56 No24風 機特性曲線圖上(如圖1-3-1 ), M1和M2分別 為通風機容易時期和困難時期的工況點。其工 況參數(shù)如表1-3-1所示。圖 1-3-

19、1圖1-3-1通風機工況圖(2K56 No24n=600r/min)表1-3-1通風機工況參數(shù)表時期葉片安裝角Q/m.s -1hs/PaN/kwn s/%通風容易時期26°508835281通風困難時期30°49158596814.選擇電動機因為NV0.6N2,所以通風容易時期用功率較小的電動機，在適當?shù)臅r候再換用較大的電動 機。容易時期 Ndi=（Ni.N2）1/2= （ 52 X96）1/2 =70.65 kW困難時期Nd2=KdN/ n l=1.15 X96/1.0=110.4 KW根據(jù)以上所得出的Nd1或“2,以及通風機 所要求的轉數(shù)，在有關電動機技術特征手冊上 選

20、用合適的電動機（略）。5概算通風費用（略）第三節(jié)離心式通風機選型設計、離心式通風機設備選型設計方法（一）計算風機必須產生的風量和全壓 原始資料提供的礦井通風的風量和通風阻 力，并不包括通風設備中風機以外的風道及裝 置漏風和阻力損失。因此，要求風機必須產生的風量:f*Qm3 / s(1-3-12)式中Q 礦井總風量(m?/s),K l設備漏風系數(shù)。當風井不作提升用途時取k=1.10 ；兼作箕斗井時取 k=1.15 ;罐籠時取k=1.20。目前，離心式風機出廠時不帶擴散器，風 機性能特性提供的是風機全壓特性。故風機所 需全壓：在通風谷易時期：Hmin =hmin + / h hz + haPa(1

21、-3-13)在通風困難時期：Hmax=hmax+/ h+ hz + ha Pa(1-3-14)式中h min通風容易時期的礦井負壓(礦井通風阻力)，Pa;hmax通風困難時期的礦井負壓，Pa；/ h通風設備中，除風機以外的風道和輔助裝置中的風壓損失。其 值隨風道和輔助裝置的類型、流 型，尺寸及工況而變。作為估計， 可取100200Pa,當工況流量接 近風機工業(yè)利用區(qū)最大風量時取 較大值，反之取較小值。若設備 中有消音器；另加5080Pa。hz礦井自然風壓，Pa;ha風機出口動壓損失，ha= p Q2/2F2Pa。近似計算取100150PaF風機設備出口截面積，m2;P空氣密度，kg/m3。（二

22、）選擇通風機型號和臺數(shù)1. 選擇通風機型號作為選擇對象的類型風機中的型號較少 時，利用個別特性直接選擇，比用類型特性選 擇簡便些。此時，只要將通風容易和通風困難 時期要求風機必須產生的風量和全壓參數(shù)，與 風機特性上最優(yōu)工況參數(shù)直接對號即可。在特 性圖上標志兩參數(shù)的點愈接近，則該風機型號 愈適當。2. 確定風機臺數(shù)根據(jù)煤礦安全規(guī)程第121條規(guī)定，礦 井必須安裝2套同等能力的主要通風機裝置， 一套工作，一套備用。在建井期間可安裝1套通風機和1部備用電動機。生產礦井現(xiàn)有的2套不同能力的主要通風機，在滿足生產要求時， 可以繼續(xù)使用。根據(jù)這條規(guī)定，結合具體情況 可以確定風機臺數(shù)。（三）確定通風機工況點分

23、別求出通風容易時期和通風困難時期的 工況，以檢查是否滿足通風要求。根據(jù)計算得 到的風機必須產生的風量和全壓，可以求得相 應等效網(wǎng)路風阻和等效網(wǎng)路特性方程式如下：容易時期等效網(wǎng)路風阻R=Hmin/Qf2 N.s 2/m8（ 1-3-15）容易時期等效網(wǎng)路特性方程式 h=R.Q2Pa（ 1-3-16）困難時期等效網(wǎng)路風阻R=Hmax/Qf2 N.s 2/m8（ 1-3-17）困難時期等效網(wǎng)路特性方程式h=R.Q2Pa(1-3-18 )將以上求得各時期的等效網(wǎng)路特性，分別 繪在風機特性曲線圖上，它與相應的風壓特性 曲線的交點，即為各時期的工況點?？捎帽砀?列出通風容易和通風困難時期的工況參數(shù)(Qi.Hi.Ni.n 1)和(Q2.H2.N22)。通風機選 擇合理，工況點位于工業(yè)利用區(qū)內，并有較高 的效率。其它內容與軸流式通風機選型相同。二、離心式通風機選型舉例礦井年產量45萬噸，采用中央式通風系 統(tǒng)，兩進口地面標高相同，服務年限40年，礦 井需要風量Q=2442m3/min，通風困難時期負 壓 hmax=1760Pa，通風容易時期負壓 hmin=1410Pa。試進行通風機選型。1.計算風機必須產生的風量和全壓(1)通風機必須產生風量：3Q=KQ=1.1 X 2442/60=44.8 m Is(2)通風機必須產生全壓：取風硐等