矿井通风机特性曲线

第四节通风机的实际特性曲线第四节通风机的实际特性曲线一、通风机的工作参数表示通风机性能的主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率 和转速n等。

（一）风机(实际)流量Q风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量（无特殊说明时均指在标准状态下），单位为,或。

（二）风机(实际)全压H f与静压H s通风机的全压H t是通风机对空气作功，消耗于每1m3空气的能量（N·m/m3或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。

在忽略自然风压时，H t用以克服通风管网阻力h R和风机出口动能损失h v，即H t=h R+h V, 4—4—1克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压H S，PaH S=h R=RQ24-4-2因此H t=H S+h V 4-4-3(三）通风机的功率通风机的输出功率（又称空气功率）以全压计算时称全压功率N t，用下式计算：N t=H t Q×10-3 4—5—4用风机静压计算输出功率，称为静压功率N S，即N S=H S Q×10—3 4-4-5因此，风机的轴功率，即通风机的输入功率N（kW）,4—5—6或 4-4-7式中ηt、ηS分别为风机折全压和静压效率。

设电动机的效率为ηm,传动效率为ηtr时，电动机的输入功率为N m,则4-4-8二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压差计）示值含义掌握矿井主要通风机与通风系统参数之间关系，对于矿井通风的科学管理至关重要。

为了指示主要通风机运转以及通风系统的状况，在风硐中靠近风机入口、风流稳定断面上安装测静压探头，通过胶管与风机房中水柱计或压差计（仪）相连接，测得所在断面上风流的相对静压h。

在离心式通风机测压探头应安装在立闸门的外侧。

水柱计或压差计的示值与通风机压力和矿井阻力之间存在什么关系？它对于通风管理有什么实际意义？下面就此进行讨论。

1、抽出式通风1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系如图4-4-1，水柱计示值为4断面相对静压h4，h4（负压）=P4-P04(P4为4断面绝对压力，P04为与4断面同标高的大气压力）。

图4—4—1沿风流方向，对1、4两断面列伯努力方程h R14=(P1+h v1+ρm12gZ12)- (P4+h v4+ρm34gZ34)式中h R14—1至4断面通风阻力，Pa ;P1、P4—分别为1、4断面压力，Pa；h v1、h v4—分别为1、4断面动压，Pa；Z12、Z34—分别为12、34段高差，m；ρm12、ρm34—分别为12、34段空气柱空气密度平均值，kg/m3；因风流入口断面全压P t1等于大气压力P01，即P1+h v1=P t1=P01，又因1与4断面同标高，故1断面的同标高大气压P01’与4断面外大气压P04相等。

又ρm12gZ12’—ρm34gZ34=H N故上式可写为h R14=P04-P4-h v4+H Nh R14=|h4|-h v4+H N即 |h4|=h R14+h v4-H N4-4-9根据通风机静压与矿井阻力之间的关系可得H S+H N =|h4|—h v4=h t4 4-4-10式4-4-9和式4—4—10，反映了风机房水柱计测值h4与矿井通风系统阻力、通风机静压及自然风压之间的关系。

通常h v4数值不大，某一段时间内变化较小，H N随季节变化，一般矿井，其值不大，因此，|h4|基本上反映了矿井通风阻力大小和通风机静压大小。

如果矿井的主要进回风道发生冒顶堵塞，则水柱计读数增大；如果控制通风系统的主要风门开启。

风流短路，则水柱计读数减小，因此，它是通风管理的重要监测手段。

2）风机房水柱计示值与全压H t之间关系。

与上述类似地对4、5断面(扩散器出口）列伯努力方程，便可得水柱计示值与全压之间关系H t =|h4|—h v4+h R d+h v5即|h4|=H t+h v4-h R d-h v5 4—4—11式中h R d——扩散器阻力，Pa ;h v5——扩散器出口动压，Pa；根据式4—4—11可得H t=h R12+ h R d+h v4H t+H N=h R14+ h R d+h v54—4—122、压入式通风的系统如图4-4-2，对1、2两断面列伯努力方程得：h R12=(P1+h v1+ρm1gZ1)-(P2+h v2+ρm2gZ2)因风井出口风流静压等于大气压，即P2=P02；1、2断面同标高，其同标高的大气压相等，即P01-P02，故P1-P2= P1-P01=h1又ρm1gZ1-ρm2gZ2=H N故上式可写为h R12=h1+h V1-h v2+H N所以风机房水柱计值h1=h R12+h v2-h V1-H N又H t=P t1-P t1’=P t1-P0=P1+h v1-P0=h1+h v1H t+H N=h R12+h v24—4—13由式4—4—12和式4—4—13可见，无论何种通风方式，通风动力都是克服风道的阻力和出口动能损失，不过抽出式通风的动能损失在扩散器出口，而压入式通风时出口动能损失在出风井口，两者数值上可能不等，但物理意义相同。

图4—4—2三、通风机的个体特性曲线当风机以某一转速、在风阻Ｒ的管网上工作时、可测算出一组工作参数风压Ｈ、风量Ｑ、功率Ｎ、和效率η，这就是该风机在管网风阻为Ｒ时的工况点。

改变管网的风阻，便可得到另一组相应的工作参数，通过多次改变管网风阻，可得到一系列工况参数。

将这些参数对应描绘在以Ｑ为横坐标，以Ｈ、Ｎ和η为纵坐标的直角坐标系上，并用光滑曲线分别把同名参数点连结起来，即得Ｈ─Ｑ、Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲线，这组曲线称为通风机在该转速条件下的个体特性曲线。

有时为了使用方便，仅采用风机静压特性曲线(ＨS─Ｑ)。

为了减少风机的出口动压损失，抽出式通风时主要通机的出口均外接扩散器。

通常把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。

通风机装置的全压Ｈt为扩散器出口与风机入口风流的全压之差，与风机的全压Ｈt之关系为4-4-14式中 h d━━扩散器阻力。

通风机装置静压Ｈsd因扩散器的结构形式和规格不同而有变化，严格地说4-4-15式中 h Vd━─扩散器出口动压。

轴流式通风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率N随Q增加而减小。

所以轴流式通风机应在风阻最小时启动，以减少启动负荷。

图5-4-4 轴流式个体特性曲线图5-4-5 离心式通风机个体特性曲线在产品样本中，大、中型矿井轴流式通风机给出的大多是静压特性曲线；而离心式通风机大多是全压特性曲线。

对于叶片安装角度可调的轴流式通风机的特性曲线，通常以图4－7－2的形式给出，Ｈ─Ｑ曲线只画出最大风压点右边单调下降部分，且把不同安装角度的特性曲线画在同一坐标上，效率曲线是以等效率曲线的形式给出。

四、无因次系数与类型特性曲线目前风机种类较多，同一系列的产品有许多不同的叶轮直径，同一直径的产品又有不同的转速。

如果仅仅用个体特性曲线表示各种通风机性能，就显得过于复杂。

还有，在设计大型风机时，首先必须进行模型实验。

那么模型和实物之间应保持什么关系？如何把模型的性能参数换算成实物的性能参数？这些问题都要进行讨论。

（一）无因次系数⒈通风机的相似条件两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。

同一系列风机在相应工况点的流动是彼此相似的，几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充要条件，满足动力相似的条件是雷诺数Ｒe（=）和欧拉数E u=（）分别相等。

同系列风机在相似的工况点符合动力相似的充要条件。

2、无因次系数无因次系数主要有：（1）压力系数同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数。

可用下式表示：， 4-4-16或 4-4-17式中和叫全压系数和静压系数。

为压力系数，u为圆周速度。

（2）流量系数由几何相似和运动相似可以推得4-4-18式中 D、u、—分别表示两台相似风机的叶论外缘直径、圆周速度，同系列风机的流量系数相等。

（3）功率系数风机轴功率计算公式中的H和Q分别用式4-4-17和式4-4-18代入得4-4-19同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。

、、三个参数都不含有因次，因此叫无因次系数。

（二）类型特性曲线、、和η可用相似风机的模型试验获得，根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数Q、H、N和η。

利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19计算出该系列风机的、、和η。

然后以为横坐标，以、和η为纵坐标，绘出-、-和η-曲线，此曲线即为该系列风机的类型特性曲线，亦叫通风机的无因次特性曲线和抽象特性曲线。

图4-4-6和力图4-4-7分别为4-72-11和G4-73-11型离心式通风机的类型曲线，2K60型类型风机的类型曲线如图4-7-2（a)、(b)所示。

可根据类型曲线和风机直径、转速换算得到个体特性曲线。

需要指出的是，对于同一系列风机，当几何尺寸（D）相差较大时，在加工和制造过程中很难保证流道表面相对粗糙度、叶片厚度以及机壳间隙等参数完全相似，为了避免因尺寸相差较大而造成误差，所以有些风机（4-72-11系列）的类型曲线有多条，可按不同直径尺寸而选用。

图4—4—6 图4—4—7五、比例定律与通用特性曲线1、比例定律可见，同类型风机在相似工况点的无因次系数、、和两个相似风机而言，、、，所以其压力、风量和4-4-204-4-214-4-22风量2、通用特性曲线为了便于使用，根据比例定律，把一个系列产品的性能参数，如压力H、风量Q、和转速n、直径D、功率N和效率η等相互关系同画在一个坐标图上，这种曲线叫通用特性曲线。

图4-7-3为G4--73系列离心式通风机的对数坐标曲线，在对数坐标图中，风阻R曲线为直线，与Q轴夹角为63.°,与机号线平行，大大简化了作风阻曲线的步骤。