【采矿课件】第八章矿井通风设备.ppt
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1、第八章第八章 矿井通风设备矿井通风设备 矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器及反风装置等。及反风装置等。8181概述概述一、矿井通风设备的作用一、矿井通风设备的作用向井下输送新鲜空气,稀释和排除有毒、有害气体,调节向井下输送新鲜空气,稀释和排除有毒、有害气体,调节井下所需风量、温度和湿度,改善劳动条件,保证安全生井下所需风量、温度和湿度,改善劳动条件,保证安全生产。产。二、矿井通风方法及方式二、矿井通风方法及方式1 1、通风方法、通风方法自然通风:自然通风:机械通风:(每个矿井必须采用(规程规定)机械通风:(每个矿井必须采用(规程规定)2 2、主通风
2、设备的工作方式、主通风设备的工作方式抽出式:(我国常采用)抽出式:(我国常采用)压入式:压入式:三、通风机的工作原理三、通风机的工作原理通风机的分类通风机的分类 通风机按服务范围分,可分通风机按服务范围分,可分为主要通风机(它负责全矿井或某一区域通为主要通风机(它负责全矿井或某一区域通风任务)和局部通风机(它负责掘进工作面风任务)和局部通风机(它负责掘进工作面或加强采煤工作面通风);按气体在叶轮内或加强采煤工作面通风);按气体在叶轮内部流动方向分,可分为离心式通风机和轴流部流动方向分,可分为离心式通风机和轴流式通风机式通风机(一)离心式通风机的工作原理(一)离心式通风机的工作原理(二)轴流式通
3、风机的工作原理(二)轴流式通风机的工作原理四、通风机的性能参数四、通风机的性能参数1 1、风量(流量)(、风量(流量)(QQ)mm3 3/s/s、mm3 3/min/min、mm3 3/h/h2 2、风压(风压(P P)通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为PaPa(N/N/)(1 1)静压(静压(PjPj)指单位体积的气体流过通风机后所获得的指单位体积的气体流过通风机后所获得的压力能(即压力势能)(压力能(即压力势能)(2 2)动压()动压(PdPd)指单位体积的气指单位体积的气体流过通风机后所获得的动能。体流过通风机后所获得的动能。(3 3)全压(
4、)全压(P P)指单位体积的气体流过通风机后所获得的指单位体积的气体流过通风机后所获得的总能量。总能量。3 3、功率、功率(1 1)轴功率()轴功率(P P)单位单位KWKW。(2 2)有效功率(有效功率(PePe)指单位时间内气体从通风机获得的指单位时间内气体从通风机获得的能量。能量。5 5、转速(、转速(n n)风机叶轮每分钟的转数,单位为风机叶轮每分钟的转数,单位为r/minr/min。4 4、效率、效率(1 1)全效率()全效率()指通风机的有效功率与轴功率之比。指通风机的有效功率与轴功率之比。(2 2)静效率()静效率(jj)指在上式中如果用静压代替全压,则指在上式中如果用静压代替全
5、压,则所得的效率称为静效率。所得的效率称为静效率。82 82 通风机的特性曲线通风机的特性曲线一、离心式通风机的特性曲线一、离心式通风机的特性曲线(一)理论风压方程式与个体特性曲线(一)理论风压方程式与个体特性曲线1 1、理论风压方程式、理论风压方程式3 3、影响理论风压的因素、影响理论风压的因素(1 1)结构尺寸()结构尺寸(D2D2)(2 2)运转工况(运转工况(n n)(3 3)叶片型式(前向、径向、后向)叶片型式(前向、径向、后向)4 4、实际风压特性曲线、实际风压特性曲线2 2、理论风压特性曲线、理论风压特性曲线(二)离心式通风机的类型系数和类型曲线(二)离心式通风机的类型系数和类型
6、曲线 同类型风机:满足几何相似、运动相似、动力同类型风机:满足几何相似、运动相似、动力相似的风机。相似的风机。1 1、类型系数、类型系数(1 1)风压系数)风压系数(2 2)流量系数)流量系数(3 3)功率系数)功率系数2 2、离心式通风机的类型特性、离心式通风机的类型特性(1 1)类型特性曲线)类型特性曲线(2 2)类型特性曲线的作用)类型特性曲线的作用1 1)用一个类型特性曲线代替该类型不同尺寸和)用一个类型特性曲线代替该类型不同尺寸和转速的通风机的所用个体特性曲线;转速的通风机的所用个体特性曲线;2 2)用类型特性曲线比较不同类型通风机的性能;)用类型特性曲线比较不同类型通风机的性能;3
7、 3)用类型曲线选取最有利的通风机。)用类型曲线选取最有利的通风机。二、轴流式通风机的特性曲线二、轴流式通风机的特性曲线(一)轴流式通风机叶轮中气流的运动及速度三角(一)轴流式通风机叶轮中气流的运动及速度三角形形1 1、气流在叶轮中的流动、气流在叶轮中的流动(1 1)基元环)基元环(2 2)叶栅)叶栅 将基元环展开成平面后,成为直列叶栅。将基元环展开成平面后,成为直列叶栅。栅距:叶栅中的相邻叶片间的间距,以栅距:叶栅中的相邻叶片间的间距,以“t”t”表示。表示。栅稠:弦长与栅距之比。栅稠在外缘处最小并向轮栅稠:弦长与栅距之比。栅稠在外缘处最小并向轮毂处逐渐增大。毂处逐渐增大。安装角:叶片弦长与
8、栅出口边缘线的交角,以安装角:叶片弦长与栅出口边缘线的交角,以“”表示。通常以叶根处安装角标志叶轮叶片表示。通常以叶根处安装角标志叶轮叶片安装角。安装角。2 2、速度三角形、速度三角形图图8585(二)轴流式通风机基本方程式(二)轴流式通风机基本方程式1 1、理论压头(风压)、理论压头(风压)不考虑任何损失的情况下,叶栅输入的功率不考虑任何损失的情况下,叶栅输入的功率P P等于输出功率:等于输出功率:按照动量矩定理,在稳定流动中,单位时间内按照动量矩定理,在稳定流动中,单位时间内气流动量矩的变化量等于同一时间的外力对同一轴线气流动量矩的变化量等于同一时间的外力对同一轴线的外力矩。则:的外力矩。
9、则:如叶轮加装前导叶时,产生强迫旋绕,这时如叶轮加装前导叶时,产生强迫旋绕,这时(当(当c c1u1u与与u u同向时取同向时取“-”-”,c c1u1u与与u u反向时取反向时取“+”+”)2 2、基本方程式的能量意义、基本方程式的能量意义 因此,在其它条件相同的情况下,轴流式风机因此,在其它条件相同的情况下,轴流式风机的静压要低于离心式通风机。的静压要低于离心式通风机。3 3、气流速度和压力沿叶片高度分布、气流速度和压力沿叶片高度分布(三)轴流式通风机理论压头特性(三)轴流式通风机理论压头特性1 1、理论压头特性、理论压头特性利用出口三角形的速度关系利用出口三角形的速度关系=常数,扭曲状常
10、数,扭曲状 可以用叶轮外缘处的参数代换任意半径处的可以用叶轮外缘处的参数代换任意半径处的参数。以下缀参数。以下缀“R”R”表示外缘参数,则有:表示外缘参数,则有:在在=常数情况下常数情况下,2、静压与动压的分配(四)轴流式通风机实际特性(四)轴流式通风机实际特性1 1、轴流式通风机的损失、轴流式通风机的损失(1 1)气流在进入叶轮前由于进风部件阻力而形成的)气流在进入叶轮前由于进风部件阻力而形成的损失;损失;(2 2)气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间)气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间的缝隙而形成的损失;的缝隙而形成的损失;(3 3)气流由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损)气流
11、由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损失;失;(4 4)在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换)在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换的损失;的损失;(5 5)传动时的机械损失。)传动时的机械损失。2 2、实际特性曲线(图、实际特性曲线(图8-68-6、7 7)它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。83 通风机的构造及反风装置 一、离心式通风机的构造及性能一、离心式通风机的构造及性能 (一)结构(一)结构 离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器(进风离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器(进风口)和外壳。口)和外壳。叶轮叶轮 组成组成 由前盘面、后盘面和
12、叶片组成。由前盘面、后盘面和叶片组成。叶型叶型 用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机。用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机。过去,它的叶轮叶型多采用圆弧形;现在,多采用机翼过去,它的叶轮叶型多采用圆弧形;现在,多采用机翼形叶片。(矿用风机多采用后向叶片,安装角一般形叶片。(矿用风机多采用后向叶片,安装角一般18187575之间,之间,472472和和473473模型机安装角一致,均为模型机安装角一致,均为4545。)。)叶轮的叶片数目叶轮的叶片数目 与安装角和叶轮外径对内径的比值有与安装角和叶轮外径对内径的比值有关,通过试验可以找到某一最佳值,关,通过试验可以找到某一最佳值,472
13、472和和473473模型模型机的叶轮叶片数目均为机的叶轮叶片数目均为1010片。片。2 2、外壳(螺壳)、外壳(螺壳)风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流,风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流,并输送到外壳的出口。并输送到外壳的出口。形状形状 外壳的截面呈螺旋状。其螺壳的型线与外壳的截面呈螺旋状。其螺壳的型线与其中气流要求有关。假定气流在所有径向截面中的其中气流要求有关。假定气流在所有径向截面中的流速保持常数,其螺壳的型线应是阿基米德螺线;流速保持常数,其螺壳的型线应是阿基米德螺线;若假定叶轮出口绝对速度在圆周方向上的分量,即若假定叶轮出口绝对速度在圆周方向上的分量,即旋绕速度旋绕速度C
14、 C2u2u的分布规律为的分布规律为C C2u2uR=R=常数,则螺壳的型常数,则螺壳的型线为对数螺旋线。线为对数螺旋线。3 3、集流器(进风口)、集流器(进风口)集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮,集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮,使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的,使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的,它的前半部分是圆锥形的收敛段,后部是近似双它的前半部分是圆锥形的收敛段,后部是近似双曲线的扩散段,前后两段之间的过度段,是收敛曲线的扩散段,前后两段之间的过度段,是收敛度较大的喉部。气流进入这种集流器后,首先是度较大的喉部。气流进入这种集流器后,首先是缓慢加速,在喉部形成
15、高速气流,而后又均匀扩缓慢加速,在喉部形成高速气流,而后又均匀扩散,均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形散,均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形状和喉部直径,对风机效率有较大影响。集流器状和喉部直径,对风机效率有较大影响。集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小,对容积与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小,对容积损失和流动损失有重要影响。损失和流动损失有重要影响。4 47272和和4 47373模型模型机采用径向间隙,通过这种间隙的泄漏气流方向,机采用径向间隙,通过这种间隙的泄漏气流方向,与主气流方向一致,不会干扰主气流。此外,为与主气流方向一致,不会干扰主气流。此外,为了减少容积损失,在工
16、艺允许的条件下,应尽可了减少容积损失,在工艺允许的条件下,应尽可能采用较小的间隙尺寸。能采用较小的间隙尺寸。(二)几种常用离心式通风机(二)几种常用离心式通风机1 1、4 472721111型离心式通风机型离心式通风机(1 1)结构特点)结构特点(2 2)型号意义)型号意义4 472721111No.20BNo.20B右右9090一一般般用用字字母母表表示示通通风风机机的的用用途途。“G G”表表示示锅锅炉炉用用通通风风机机;“K K”表示矿用通风机;表示矿用通风机;4 4最高效率点的全压系数乘以最高效率点的全压系数乘以1010;7272比转数比转数1 1表表示示叶叶轮轮进进风风方方式式。“1
17、 1”表表示示叶叶轮轮单单侧侧进进风风;“0 0”表表示示叶叶轮轮双双侧进风侧进风No.20No.20机号;叶轮直径除以机号;叶轮直径除以100100B B传传动动方方式式(离离心心式式通通风风机机的的传传动动方方式式有有六六种种:A A无无轴轴承承箱箱;B B支支撑撑皮皮带带(悬悬臂臂支支撑撑,皮皮带带传传动动,带带轮轮在在支支撑撑点点中中部部);C C悬悬臂臂皮皮带带;D D悬悬臂臂联联轴轴节节;E E中中间间皮皮带带;F F中中间间联联轴轴节节。一一般般4 472721111和和G4G473731111采用前四种;大型的采用前四种;大型的K4K473730101采用后两种。)采用后两种。
18、)右右叶叶轮轮旋旋向向(站站在在电电动动机机一一侧侧正正视视叶叶轮轮,顺顺时时针针方方向向旋旋转转的的称称为为“右右”旋,逆时针方向旋转的称为旋,逆时针方向旋转的称为“左左”旋。)旋。)9090出风口位置出风口位置(3 3)技术性能及特性曲线)技术性能及特性曲线2 2、G47311G47311型离心式通风机型离心式通风机3 3、K4K473730101型离心式通风机型离心式通风机二、轴流式通风机的构造及性能(一)结构一般矿用轴流式通风机的主要气动部件有叶轮、导叶(前导叶、中导叶、后导叶)、外壳、进风口(集流器、疏流罩)以及出口处的扩散器。1、叶轮叶轮是风机的主要部件,决定着风机性能的主要因素是
19、风机翼型、叶轮外径、外径对轮毂的比值(轮毂比)和叶轮转速。适用于矿用通风机的翼型、CLARKY翼型和RAF6E翼型等。叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度,直接影响到风机全压。轮毂比与风机比转数有关。一般说来,轮毂比大时,轴向速度Ca增大,叶片数目z和叶片相对宽度b/l(b为弦长,l为叶展)也相应增大,风机的风压系数提高;反之,轮毂比小,多数取0.6,风压系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量,影响风机全压。通常,可在1045范围内调整。2 2、导叶、导叶前前导导叶叶 某某些些风风机机设设有有前前导导叶叶,用用以以控控制制进进入入叶叶轮轮的的气气流流方方向向,达达到到调调节节特特性性的的
20、目目的的。此此导导叶叶可可分分为为两两段段,头头部部固固定定不不动动,尾尾部部可可以以摆摆动动。这这样样,外外界界气气流流可可以以较较小小的的冲冲击击进进入前导叶,而后改变方向进入叶轮。入前导叶,而后改变方向进入叶轮。中中导导叶叶 在在多多级级轴轴流流式式通通风风机机中中级级间间设设置置。它它的的作作用用是是将将前前级叶轮的流出气流方向,转为轴向流入后级叶轮。级叶轮的流出气流方向,转为轴向流入后级叶轮。后后导导叶叶 作作用用是是将将最最后后一一级级叶叶轮轮的的出出流流方方向向转转为为接接近近轴轴向向流流出出。剩剩余余的的旋旋绕绕速速度度使使气气流流不不仅仅沿沿轴轴向向,而而且且是是沿沿螺螺线线
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