礦井主扇風機的技術改造與選型研究

康英杰

1 通風系統改擴建前的選型與優化

在確定風機的各項性能參數前，必須先進行通風系統的可行性論證，依據優化結果來科學、合理地確定風機各項性能參數。若布設的通風系統風壓過高，會造成礦井漏風量增大，造成一些不必要的浪費，若礦井風壓過低，會造成礦井有效通風量小，不易驅散礦井瓦斯，會增大礦井防滅火難度；另外若風量過小，風機易發生喘振，出現運行不穩定。若風量過大，易影響并聯的風機，尤其是對四周的風機影響最大，易降低通風機運行效率，同時過大的抽力會使脫風危險大幅增加。

筆者所在礦之前裝設的通風機，因其選擇的參數不科學、不合理，稍微關小一定角度，實際產生的風量就會大幅下降，要想確保整個通風系統能正常工作，必須配合增阻才能實現。因此在確定通風機各項性能參數時，必須從現場條件出發，并充分考慮環境因素，使其所布設的通風機必須能滿足礦井各時段的負壓變化，確保整個礦井通風網絡可實現正常運行[1]。

2 葉片的選用與進行整體設計優化

為進一步提高通風機的運行效率與質量，選用了鑄鋁合金來充當葉片材料，這種材料不僅強度高、韌性好，而且比原來選用的鑄鋼件具有更好的防腐性能，通風機關鍵零部件更牢固，葉尖的線速度遠高于舊式風機葉尖線速度，運行性能得到了大幅提升[2]。

3 風道的選擇

在實際生產中，因風道的選擇會對傳動方式與單雙級選用等產生直接影響，因此在設計風機時也必須重視風道的選擇。

3.1 傳動方式的選擇

隨風道的不同，選用的傳動方式也應有所不同。通常60°S彎道進氣，90°蝸殼進氣以及平直進氣是常見的三種進氣方式。當風道為60°S彎道進氣與90°蝸殼進氣時，應采用前傳動的傳動方式，可把60°S彎道狀的風道閥門設計為翻板門狀，把90°蝸殼狀的風道閥門設計為百葉窗狀，排氣塔應較高；當風道采用的是平直進氣時，應采用后傳動方式傳動，可選用平推拉門式的進口閘門，排氣塔也應較高，同時應加長風機傳動軸。

因進口流場的均勻度受風機傳動方式的影響，而進口流場情況又會直接影響到風機整體性能。對于施工60°S彎道進口流場時，一般會采用混凝土灌制，這樣時常很難保障其能達到理想的型面與坡度，加之還有一高速旋轉的軸在里面，其運行時會產生一很不均勻的流場在S彎道出口處，裝設一加速集風器會明顯改善通風效果，但也無法跟平直方-圓進氣條件相比。對于進口流場來說后傳動所占優勢較明顯。而對于一些風量較大，尺寸較大的大型風機而言，若選用90°蝸殼進氣方式通風，加工、運輸這么巨大的殼體都較難，加之又有很大的進口損失，若沒有遇到特殊情況最好不要嘗試[3]。

對于離居民區相對較遠，功率為中等功率的采區較適合采用60°S彎道式通風，此時電機的載荷通常不會增加太大負擔給60°S彎道，且無需停產就可進行短路測試。除高塔長軸傳動方案外，其他幾項指標所占優勢都相對較明顯。

就通風系統改造而言，通常無需改動進出口流道，若需把風量與負壓均增大，通過調整風機一般都能實現，但同時在調整作業過程中，還應重視相關風速要求。

3.2 風機單、雙級的選定

當風壓小于等于3 500 Pa時，最好選用單級風機，而當風壓要求在4 000 Pa與5 000 Pa之間時，只能選用雙級風機。雙級風機具有三高一低的優勢，其中三高主要指其產生的負壓高、風量高、效率高，一低主要為轉速低。在負荷相同的情況下，使用雙級風機產生的負壓會比使用單級風機產生的負壓高一倍，而各級的具體負荷只為單級的1/2，轉速會相應較低，這樣雙級風機可產生很多優勢，如：強度儲備高、產生的旋轉噪聲與渦流噪聲小、軸承壽命高、流場好、且能適應更寬的礦阻變化。通過科學、合理地改造多臺風機，引入雙級風機后，提高了風機的靜壓效率、實際反風率、并有效降低了風機噪聲[4]。

4 新結構風機的性能及特點

（1）葉片：選用高強度鑄鋁合金來做葉片，采用焊接式的葉輪。

（2）轉子：可用兩個裝有動頁的輪盤與軸承箱來組成風機轉子部分，軸承箱采用整體式結構，易調整，且振動小?？砂谚T鋼結構的輪轂換為鍛鋁合金板焊結構，這樣風機轉子質量會變小，重量輕后運動時產生的慣性會變小，同時也會更易啟動，更易制動。

（3）采用蝸輪蝸桿與錐齒輪副機構來做葉片調節機構，這種調節機構在2 min內就可調整好整級葉片角度，具有精確省時省力，顯著節能的優點，這樣會大幅降低風機日常運行成本。

（4）可采用油浴方式來潤滑軸承箱，這種潤滑方式結構緊湊，且幾乎無需日常維修。

（5）可采用具有剛擾性結構式的聯軸器，這種聯軸器傳遞的是剛性的扭矩，同時在角向、軸向以及徑向都具有撓性特點。此外該聯軸器具有易安裝、易維護、使用壽命長等特點[5]。

5 電氣控制系統的改造選型

高壓電抗器啟動是同煤集團很多舊式風機主要采用的啟動方式，這種方式運行中的電機參數大多為固定，無法依據負載的實際變化進行實時調整，達到理想的啟動效果較難，且這種啟動方式升溫較快，若維護不及時，還易燒壞電機。在這次改造過程中，也改造了電控系統，采用了有水電阻軟起動與晶閘管高壓軟起動兩種方式，經長期實踐檢驗，人們發現這兩種起動方式均能很好地匹配于主機。

應用水電阻軟起動方式來起動可使電動機在全負荷情況下平穩啟動，這樣產生的啟動沖擊電流較小，且具有很好的可調性，在實際生產中，通常不會由于頻繁的啟動而把電機燒壞，可有效降低日常運行維護成本。

采用晶閘管高壓軟啟動裝置進行啟動時，啟動電流可從零平滑升至設定值，沒有電流沖擊，同時機械負載沖擊轉矩也會變小，這樣可有效防止發生過壓效應與水錘效應，且可靠性更好，安全性更高[6-7]。

6 結束語

總之，礦井主扇風機作為礦井的主要耗能設備，通過對礦井主扇風機進行科學、合理地改造，選用適合本礦井實際生產的風機，不僅可有效提高礦井主扇風機運行效率，而且還能顯著降低礦井主扇風機能耗，使礦井主扇風機運行更高效、更可靠，有助于更好地保障礦井安全生產。

參考文獻：

［1］孔軍.電源控制電路在礦井主扇風機風門供電中的應用［J］.煤礦現代化，2016（08）：45-47.

［2］任中華，孫彥，王?。跩］.礦井主扇風機高壓變頻技術的研究［J］.煤礦機械，2013（03）：80-82.

［3］王玉濤.礦井主扇風機及電控系統升級換代技術改造［J］.山東煤炭科技，2006（04）：53-55.

［4］張步勤，王慶東，魏劍鋒，等.煤礦主扇風機性能優化及技術改進［J］.煤礦機械，2010（06）：66-69.

［5］高樹倉.主扇風機高效運行與穩健啟動實現研究［J］.煤炭與化工，2014（08）：90-93.

［6］張旭.基于S7-300與WinCC的礦用通風機在線監測系統設計［J］.機電工程技術，2016，45（3）：69-71.

［7］畢玉成，張樹磊，聶建新.煤礦風井改造及主扇風機節能分析［J］.黑龍江科技信息，2012（28）：62-65.