主扇风机操作工

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第一章通风机的基本理论

第一节风流的基本性质

一、大气压力

在地球的表面，空气中流动产生的的气流就是风。由于各地海拔高度、温度和湿度的不同，形成了有的地方气压高，有的地方气压低。空气是从气压高的地方流向气压低的地方，气压的高低差就是引起空气流动的原因。这种空气流动的现象就是风流。

在一条水平巷道的两端，若空气压力不同，就会产生风流。但是在倾斜垂直巷道的两端，由于空气具有不同的能量，仅用空气的压力大小说明风流的运动方向就不够确切。而矿井空气流动是从能量大的一端流向能量小的一端，这就是风流运动的必要条件。

矿井通风是借助于通风机压力驱动空气流动，供给井下通风空间足够的风量。

单位体积空气所具有的质量称为空气的密度。当温度为20℃、相对湿度50%、绝对压力为760毫米汞柱、重力加速度为9.807密/秒2时，干燥空气的状态称为大气的标准状态。在标准大气状态下空气的密度为1.293公斤/米3，也就是说每一立方米空气的重量在标准状态下只有1.293公斤，他对地面产生的压力叫做大气压力。

二、矿井通风压力

1、矿井风流的点压力

（1）静压。空气的静压是气体分子间的点压力或气体分子对容器壁所施加的点压力。所以，空气中某一点的静压在各个方向都相等。

静压有绝对静压与相对静压之分。绝对静压是以真空状态为零点计算的压力，某点绝对静压的值，就是该点空气压力的真实值，因为绝对静压总是一个大于零的值。

矿井通风中所说的空气压力都是的是压强，即单位面积上的压力。

矿井通风中常使用的静压一般是相对压力，就是以当地大气压为计算基准的静压差。这个差值往往是由于通风机械或某种自然力所造成的。因而，相对静压所表示的不是该点压力的真实大小，而是该点的真是压力与当地同一标高大气压力之差，所以其值可为正，亦可为负。

（2）动压。空气流动时，施加于与风流垂直的平面上的压力除静压外，还有动压。动压的大小与风流的运动速度有关。

只有运动的风流才有动压，静止的空气没有动压，并且动压永远是大于零的值。

（3）全压。风流的全压是该点的静压的动压的叠加。这里值得指出的是，静压和动压的叠加不单纯是一种计算方法，而且显示了两者的内在联系。这两种压力实际是空气具有两种不同形式的能量，在一定条件下，这两种形式的能量可以相互转化。全压则表示这两种能量之和。

2、矿井风流的压差

空气在全压的作用下沿着一定的通道，向能量低的地方运动，并在运动过程

中消耗本身的能量。从这个意义上讲，压差式产生风流的原因。所谓压差，就是风流中不同断面上两点的总能量差。上风点的能量必定大于下风点的能量。如果管道中两个不同断面的能量相等，则不产生风流。

第二节通风机的工作原理

矿井通风机按其用途可分为三种：（1）用于全矿井或矿井某一翼（区）的，称为主扇（主力扇风机）；（2）用于矿井通风网络内的某些分支风路中借以调节其风量、帮助主扇工作的称为辅扇（辅助扇风机）；（3）用于矿井局部地点通风的，它会产生的全压几乎全部用于克服它的链接的风筒阻力，称为居扇（局部扇风机）。

矿井通风机按其结构原理可分为离心式与轴流式两大类。

一、离心通风机工作原理

离心通风机的工作原理：已知气体在离心通风机中的先为轴向，后转变为垂直于通风机轴的径向运动，当气体通过旋转叶轮的流道间，由于叶片的作用，气体获得能量，即气体压力提高和动能增加。当气体获得的能量足以克服其阻力时，则可将气体输送到高处或远处。

离心式通风机是靠旋转的叶轮产生的离心力作用增加压力。由于离心力作用气流被甩到叶轮出口，这时叶轮的入口产生负压，在大气压力作用下气流不断由进风口继续进入叶轮，在叶轮中气流获得高速度，在经过螺旋形机壳时，因为断面不断扩大使气流速度逐渐降低，压力继续增大，在气流到达扩散器出口时，气流具有的压力基本上和大气压相等。由此可见，通风机内的气流压力是低于大气压的。通风机的作用就是把低于大气压的气流吸进去，经过叶轮又给气流增加了压力，然后排向大气。如此不断地吸、排，以达到输送空气的目的。如果能制造足够长度的扩散器，则排向大气的空气压力就完全和大气压力相等。

在气流从进风口到达扩散器出口的流动过程中，叶轮是增加压力的唯一部件。当原动机拖动叶轮旋转时，叶轮就对气体做功，使气体获得能量（静压和动能），气体离开叶轮后仍具有一定的速度进入蜗壳，在蜗壳中速度降低，将部分动能转变为静压而离开通风机。蜗壳、扩散器的作用是减低气流的动压，增加静压以避免叶轮产生的高速气流直接排出大气而造成损失。

二、轴流式通风机的工作原理

轴流通风机与离心通风机一样，由于叶片与气流相互作用而产生压差，使空气沿轴向流动。气流从集风器进入，通风叶轮使空气获得能量，然后流入导叶，导叶将一部分偏转的气流动能变为静压能，最后通过扩散筒将一部分轴向气流的动能转变为静压能，然后从扩散筒流出，输入管路。

三、离心式通风机与轴流式通风机的比较

矿井主要通风机，通常使用离心式和轴流式两大类。离心式通风机因以离心式离心力形成风压而得名；轴流式通风机因气流沿轴向流动而得名；故一般说来，离心式通风机因适用于小流量、高压力的场所，而轴流式通风机则常用于大流量、低压力的情况，它们各有不同的特点。

1、在结构方面，轴流式通风机结构紧凑，体积小，重量较轻；旧式离心式通风机结构尺寸较大，安装占地较大，新式离心式通风机为翼型风叶，提高了转速、体积与轴流式通风机近似。

2、轴流式通风机部件装在筒式机壳内，结构复杂，维修比较困难，离心式通风机结构简单，运行比较可靠。

3、轴流式通风机运转时产生很大噪声，如不采取消声措施，大都超过国家对噪声的规定，违反环境保护法，而采取消声措施需要一定费用或增加通风阻力。离心式通风机产生的噪声较小，一般不超过国家环境保护法的规定，但大型高速离心式通风机，噪声也较大应装消声装置。

4、在通风机的效率方面，离心式通风机的最高效率比轴流式要高一些，但离心式通风机平均效率不如轴流式通风机。

5、在通风机调节方面，轴流式通风机可改变动叶片或静导叶安装角度，改变叶轮级数、叶片片数、导流器等多种方法进行调节风量，以适应矿井需要，经济性能较好。离心式通风机用闸门调节，阻力损失大，不经济，也有用改变主轴转数、导流器调节或尾翼调节等。总之离心式通风机可调性能不如轴流式通风机。

6、在特性方面，轴流式特性曲线陡斜，适合于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井；离心式特性曲线平缓，适合于风量变化大而矿井阻力变化不大的矿井。所以离心式通风机可用闸门调节风量，阻力变化较小。轴流式特性曲线有驼峰，工况点只能在驼峰右侧，所以相对应用范围减小；离心式特性曲线一般没有驼峰，应用范围较宽。此外，离心式通风机在启动时，必须关闭闸门，以减小启动负荷；而轴流式通风机在启动时，可以关闭闸门，也可打开闸门，启动负荷变化不大。

第二章通风机的构造及性能参数

第一节通风机主要技术参数

一、通风机工作的基本参数

风量、风压、功率及效率是表示通风机性能的主要参数，成为通风机的性能参数。它们共同表达通风机的规格和特性。这里简单地说明它们的概念。

1、风量Q

表示单位时间流过通风机的空气量，常用单位为米3/秒、米3/分、米3/小时。

2、风压H

当空气流过通风机时，通风机给予每立方米空气的总重量（千克*米）称为通风机的全压H t（千克*米/米3）,它总是由静压H s和动压H v所组成，即：

H t=H s+H v

通风机无论抽出或压入工作，其全压H t总是消耗于克服矿井通风阻力h和扩散器出口（抽出式）或风井出口（压入式）的动压损失。那么，通风机压入式工作时，一般常用它的全压H t来表示它的风压参数，而抽出式工作时，常用它的“有效静压”来表示其风压参数。

3、转速n

通风机转子旋转速度的快慢将直接影响通风机得到风量、风压、效率。单位转/分，即：rpm

4、功率N

驱动通风机所需要的功率N称为轴功率，或者说是单位时间内传递给通风机轴的能量。通风机工作有效的总功率为：

N t=Q*H t/102（千瓦）

如果通风机风压是用其静压H s来表示，则N s=Q*H s/102（千瓦）

5、效率η

通风机轴上的功率N因为有部分损失而不能全部传给空气，所以就用效率来反映损失的大小及其工作的优劣，效率高，即损失小。从不同角度出发有不同的效率，因所用风压参数不同就有：

全压效率：ηt=Q*H t/102*N

静压效率：ηt=Q*Hs/102*N

二、通风机的主要无因次参数

通风机无因次性能参数有流量系数、压力系数(静压系数和全压系数)、效率、功率系数和比噪声。是衡量不同类型通风机的流量Q、压力P(和静压Pst)、功率N和噪声dB大小的特性值。无因次性能参数仅与风机类型有关,它与转速和风机大小无关,或者说它消除了转速和风机尺寸大小的因素,从另一个角度反映风机的性能特征。而风机性能参数不仅与风机类型有关,还与转速和风机大小有关。

第二节矿井通风机和通风网络的性能曲线

一、通风机的个体特性曲线

通风机的风量、风压、功率、效率等几个参数之间存在着一定的依存关系。如果风量发生了变化，相应地风压、功率、效率等也要发生变化。

通风机在一定的转速下, 其风压、功率、效率与流量之间是个函数关系, 由于风机工作过程的复杂性, 很难从理论上得出这个函数关系的精确数学表示式。因此, 实际应用中通常通过实测并用曲线来描述风压、功率、效率与流量之间的关系，这种曲线就称为风机的个体特性曲线。它由全压H～流量Q、静压Hs ～流量Q、功率N～流量Q 、全压效率η～流量Q和静压效率ηs～流量Q五条曲线组成。每一台通风机都有一组个体特性曲线。

(a) 轴流风机 (b) 离心风机

风机个体特性曲线

离心风机与轴流风机个体特性曲线的比较：①风压曲线：离心的较平缓, 风压随风量的变化不大；轴流的较陡, 有“马鞍形”驼峰区, 风压随风量的变化较大；②功率曲线：在工作区内, 离心的功率随风量的增加而增加, 因此应闭闸启动；轴流的功率随风量的增加而减少，应开闸启动。

离心风机与轴流风机个体特性曲线的比较：①风压曲线：离心的较平缓, 风压随风量的变化不大；轴流的较陡, 有“马鞍形”驼峰区, 风压随风量的变化较大；

②功率曲线：在工作区内, 离心的功率随风量的增加而增加, 因此应闭闸启动；

轴流的功率随风量的增加而减少，应开闸启动。

二、风机类型特性曲线

即使同一类型(即相似)风机, 各台的工作性能参数也是不相同的, 这样, 每台风机都有一组个体特性曲线, 使用起来不方便, 且不能比较不同类型(即不相似)风机的性能。为了减少个体特性曲线的图表数量, 根据相似理论得出的无因次系数α、β、γ，对于同一类型的风机都相等。因此, α～Q 、β～Q、η～Q曲线代表同一类型风机在各种转速下的性能。这样一组曲线就称为风机的类型特性曲线。同一类型的风机就只有一组类型特性曲线。类型特性曲线也是通过试验方法确定。

三、风机特性曲线的拟合方程

在通风设计中, 随着计算机的应用, 需要确定风机性能曲线的数学方程, 这个数学方程只能通过拟合求得。风机的风压曲线一般用下式拟合:

H = A Q 2 + B Q + C （7-2-5）

其中A、B、C均为常数, 对于不同风机的特性曲线, A、B、C值也不同。确定常数A、B、C的最简单的方法是，在曲线的正常工作范围区内取三点(一点为上限点,另一点为最佳工况点, 还有一点为下限点), 取得这三点的数值H、Q 后代入式(4-5),并联立求解线性方程组，即得A、B、C值。确定A、B、C值更精确的方法是采用最小二乘法。

第三章通风机工况点及其经济运行

为使通风机安全、经济地运转，它在整个服务期内的工况点必须在合理的范围之内。

从经济的角度出发，通风机的运转效率不应低于６０％；从安全方面来考虑，其工况点必须位于驼峰点的右下侧、单调下降的直线段上。由于轴流式通风机的性能曲线存在马鞍形区段，为了防止矿井风阻偶尔增加等原因，使工况点进入不稳定区，一般限定实际工作风压不得超过最高风压的９０％，即ＨS＜０.９ＨSmax。

１的阴影部分所示。上限为最大风压０.９倍的连

线，下限为η＝０.６的等效曲线

图4-5-1 轴流

式通风机的合理工作范围

通风机叶（动）轮的转速不应超过额定

转速。

分析主要通风机的工况点合理与否，应

使用实测的风机装置特性曲线。因厂方提供之曲线一般与实际不符，应用时会得出错误的结论。

一、主要通风机工况点调节

通风机的工况点常因采掘工作面的增减和转移、瓦斯涌出量等自然条件变化和风机本身性能变化（如磨损）而改变。为了保证矿井的按需供风和风机经济运行，需要适时地进行工况点调节。实质上，工况点调节就是供风量的调节。由于风机的工况点是由风机和风阻两者的特性曲线决定的，所以，欲调节工况点只需改变两者之一或同时改变即可。据此，工点调节方法主要有：

1、改变风阻特性曲线

当风机特性曲线不变时，改变其工作风阻，工况点沿风机特性曲线移动。

1）

（1）、减少矿井总风阻。在矿井（或

系统）的主要进、回风道采取增加并联

巷道、缩短风路、扩刷巷道断面、更换摩擦阻力系数小的支架（护）、减小局部阻力等措施，均可收到一定效果。这

种调节措施的优点是，主要通风机的运转费用经济，但有时工程费用较大。

（2）、当地面外部漏风较大时，可以

采取堵塞地面的外部漏风措施。这样

做，通风机的风量虽然因其工作风阻增

大而减小，但矿井风量却会因有效风量率的提高而增大。这种方法实施简单，经济效益较好，但调节幅度不大。

2）、减风调节。当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：

（1）、增阻调节。对于离心式通风机可利用风硐中闸门增阻（减小其开度）。这种方法实施较简单，但因无故增阻而增加附加能量损耗。调节时间不宜过长，只能作为权宜之计。

（2）、对于轴流式通风机，当其Ｎ─

Ｑ曲线在工作段具有单调下降特点时，因种种原因不能实施低转速和减少叶片安

装角度θ时，可以用增大外部漏风的方法，来减小矿井风量。这种方法比增阻调

节要经济，但调节幅度较小。

2、改变风机特性曲线 这种调节方法的特点是矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性曲

线移动。调节方法有： 1)、轴流风机可采用改变叶安装角度达

到增减风量的目的。但要注意的是，防止因增大叶片安装角度而导致进入不稳定区运行。对于有些轴流式通风机还可以改变叶片数改变风机的特性。改变叶片数时，应按说明书规定进行。对于能力过大的双级叶（动）轮风机，还可以减少叶（动）轮级数，减少供风。目前，有些从国外进口的风机能够在风机运转时，自动调节叶片安装角

2)、装有前导器的离心式通风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。风流经过前导器叶片后发生一定预旋，能在很小或没有冲角的情况下进入风机。前导叶片角由０°变到９０°时，风压曲线降低，风机效率也有所降低。但调节幅度不大（７０％以上）时，比增阻调节经济。图4-4-7是Ｇ４－７３风机调节范围在０～６０°时的类型特性曲线。

３）改变风机转速。无论是轴流式通风机还是离心式通风机都可采用。调节的理论依据是相似定律，即

03000N N H H Q Q n n ===

（1）、改变电机转速。可采用可控硅串级调速；更换合适转速的电动机和采用变速电机（此种电机价格贵）等方法。

（2）、利用传动装置调速。如，利用液压联轴器调速。其原理是，改变联轴器工作室内的液体量来调节风机转速；利用皮带轮传动的风机可以更换不同直径的皮带轮，改变传动比。这种方法只适用于小型离心式通风机。

调节转速没有额外的能量损耗，对风机的效率影响不大，因此是一种较经济的调节方法，当调节期长，调节幅度较大时应优先考虑。但要注意，增大转速时可能会使风机震动增加，噪音增大、轴承温度升高和发生电动机超载等问题。

调节方法的选择，取决于调节期长短、调节幅度、投资大小和实施的难易程度。调节之前应拟定多种方案，经过技术和经济比较后择优选用。选用时，还要考虑实施的可能性。有时，可以考虑采用综合措施。

第四章通风机的反风

在正常情况下，通风机没有必要反风。只有在进风井筒或井底车场发生火灾，或瓦斯爆炸时，为防止烟火和有害气体随风进入采区，危害井下工作人员生命时，才进行反风。反风可改变风流方向，缩小灾害范围，以保证井下人员的安全撤出。

第一节矿井主要通风机（主扇）的布置

主要通风机的布置图

1．主扇风硐指矿井主扇与风井间的一段联络巷道。由于通过风硐的风量大，风硐内外的压差也大，因此应特别注意降低风硐的阻力和减少风硐的漏风。在风硐设计中应注意以下问题：

（1）风硐断面应适当加大，其风速以10m／s为宜，最大不超过15m／s；

（2）风硐的转弯部位应呈圆弧形，内壁光滑，无积物，其风压损失应不大于主扇工作风压的10％；

（3）用混凝土砌筑，闸门及反风门要严密，风硐的总漏风量，应不超过主扇工作风量的5%；

（4）为清理和检查风硐、测定风速的需要，在风硐上应留有人员进出口，设双层风门关闭，以防漏风；

（5）风硐内应安设测定风流压力的测压管。

图3-2-6是带有反风绕道的轴流式扇风机布置图。主风门硐包括风井到风硐的弯道、直风硐和扇风机入口弯道。各部分的尺寸可参考下述原则确定：（1）风井到风硐的弯道应呈圆弧形，井筒侧壁上开口的高度应大于风井直径；

（2）直风硐是测定风速和风压的地方，为使风速分布均匀，其长度应不小于10D（D是主扇动轮直径），与水平线所成的倾斜角可取l0～15°，既可降低局部阻力又便于排水。断面形状取圆形、拱形、方形均可。直风硐的直径可取（1.4～1.6）D；

（3）轴流式扇风机的入口弯道应做成流线形，断面可取圆形或正八角形，弯道直径可取1．2D。

2．主扇扩散器与扩散塔在扇风机出风口外联接一段截面逐渐扩大的风筒称扩散器，在扩散器后边还有一段方形风硐和排风扩散塔。这些装置的作用都是为了降低出风口的风速，以减少扇风机的动压损失，提高扇风机内有效静压。轴流式扇风机的扩散器是由圆锥形内筒和外筒构成的环状扩散风筒，外圆锥体的敞开角可取7～12°，内圆锥体的收缩角可取3～4°。离心式扇风机的扩散器是长方形的，扩散路的敞开角取8～15°。排风扩散塔是一段向上弯曲的风道，又称排风弯道。它与水平线所成的倾角可取45°或60°。

3．反风装置用来改变井下风流方向的一种装置，包括反风道和反风闸门等设施。当进风井或井底车场附近发生火灾时，为防止有毒有害气体侵袭作业地点及适应救护工作，需要进行反风。图3-2-7是轴流式扇风机进行反风时的风流状况．新鲜风流由地表经反风门7进入风硐2和扇风机3，然后由扩散器4经诽风风硐下部的反风门5进入反风绕道8，再进入主风硐1，送入井下。在正常通风时，反风门7、5均恢复到水平位宣。此时．井下的污浊风流经主风硐l直接进入扇风机，然后由排风扩散塔，排到大气中。

图3-2-7是轴流式扇风机反风装置

1--主风硐，2--风硐，3--扇风机，4--扩散器，5、7--反风门，6—扩散塔，8--反风绕道

轴流式扇风机还可利用扇风机动轮反转反风。反风时，调换电动机电源的两相接点，改变电机和扇风机动轮的转动方向，使井下风流反向。但这种方法反风后的风量较小，如能保证在反风后原进风井的风流方向改变，也可采用此种反风办法。

离心式扇风机利用反风道和反风门反风的情况与轴流式扇风机基本上相同。

反风装置应定期检修、试验、确保处于良好状态。反风装置要方便操作，简单可靠，保证在l0min内达到反风要求。