第八章《矿山流体机械》

叶片翼型的上表面为凸面，下表面为凹面，两端连线与 水平面夹角为安装角θ。由于气流在同一瞬时流过上下表面 的路程不同，所以路程较长的上表面的气流速度比下表面大。 根据伯努利方程可知，气流对下表面的压力比对上表面大， 这样叶片的上下表面就存在一个压差Δp。 Δp可分解为两个分力：一个是与叶轮旋转方向相反的阻 力Δpx，另一个是与轴平行推动叶轮向上的升力Δpy。轴流式 通风机的轴端有止推轴承，叶片不能沿轴向移动，于是，叶 片就会给气流一个与Δpy大小相等、方向相反的力，使气流沿 轴向向下流动。叶轮连续旋转，气流就会被连续推出。
2．有效功率
通风机的有效功率是指单位时间内通风机传递给空气的 功率，即通风机的输出功率，用符号Px表示，单位为W，其 表达式为：
Px QH
（四）效率
通风机的效率是指通风机的有效功率与轴功率之比，用 符号η表示，其表达式为： P QH x P P
（五）转速
通风机的转速是指通风机每分钟的转数，用符号n表 示，单位为r/min。
第三篇
矿井通风设备
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第八章 矿井通风机的工作理论
本章学习要点
• 矿井通风系统概述 • 通风机的工作原理和工作参数
• 通风机的特性曲线
• 通风机在网路中的工作 • 本章小结
第一节
矿井通风系统概述
在煤矿地下开采的过程中，会有大量有毒、有害气体 喷发出来，如CH4、CO、CO2、H2S和NO2等；同时井下还 飞扬着易于引起爆炸的煤尘；而且随着开采深度的增加， 气温也会逐渐升高。这些因素对于井下工作人员的身体健 康和矿井的安全生产都是极为不利的。 为保证井下工作人员的身体健康和矿井的安全生产， 必须在井口安装矿井通风设备，向井下输送足够的新鲜空 气，以排除井下的有害气体，调节井下的温度。
第三节
通风机的特性曲线
一、离心式通风机的个体特性曲线
单位体积的空气流经离心式通风机后所获得的总能量 （理论压头）的计算公式与离心式水泵基本相同。 由于在通风机中空气所获得的能量是按每立方米空气 来计算的，所以，离心式通风机的理论风压方程为： HT∞＝ρ(u2c2u－u1c1u) 当叶轮无前导器时，其进口绝对速度c1为径向，c1u＝0， 则上式可写成： HT∞＝ρu2c2u 离心式通风机理论风压和理论风量的关系推导也与离心 cot 2 2 式水泵相同，即 HT u2 u2 QT πD2b2
如右图所示为矿井通风 系统示意图。地面空气自入 风井1流入，经井底车场2、 石门3、运输平巷4流到回采 工作面5、然后沿回风巷6经 出风井7、风硐8、主要通风 机9排入大气。
一、矿井通风方法及方式
（一）矿井通风方法
矿井通风方法有自然通风和机械通风两种。 自然通风是指在各种自然因素作用下，使风流获得能量 沿井巷流动。借助于自然因素产生的促使空气流动的能量称 为自然风压。由于自然风压一般都比较小，且受季节和气候 的影响，所以《煤矿安全规程》规定，每个矿井都必须采用 机械通风。 机械通风是指利用矿井通风机，迫使矿井上下的空气按 一定的方向进行流动，从而为矿井提供新鲜的风流。
二、轴流式通风机的个体特性曲线
在分析和计算轴流式通风机的个体特性曲线时，采用了 圆柱层无关性假设，即假设流体质点在以叶轮轴线为中心的 圆柱面上流动，相邻各圆柱面上流体质点的运动互不相关。 也就是说，假设在叶轮的流动区域内，流体质点不存在径向 分速度，cr＝0。实际上，cr不为零，但实验证明，在额定工 况下，cr极小，工程上可以忽略不计。
一、离心式通风机的工作原理
如下图所示，离心式通风机主要由叶轮1、轴2、进风口3、 螺旋形机壳4和锥形扩散器6等组成。
叶轮1和轴2固定在一起，形成通风机的转子，并用轴承 支承。当叶轮1按逆时针方向旋转时，叶轮1中的空气在叶片 的作用下，随叶轮一起旋转。由于叶片对空气的动力作用， 使叶轮中的空气获得能量，并由叶轮中心流向外缘，最后经 螺旋形机壳4和锥形扩散器6排至大气。与此同时，进风口处 形成负压，外部空气在大气压力作用下进入进风口。叶轮连 续不断地运转，空气就会连续不断地被吸入和排出通风机。 有的离心式通风机在叶轮前面安装有前导器5，它可使 入口的气流发生预旋，以达到调整风量和风压的目的。
（二）矿井通风方式
矿井通风方式可分为压入式通风和抽出式通风两种。 如左图所示为压入式通风，通风机的出风侧与巷道相接， 向井下压送新鲜空气。在压入式通风矿井中，井下巷道的空气 压力高于井外同标高点的大气压力，故又称为正压通风。 如右图所示为抽出式通风，通风机的进风侧与巷道相接， 将井下污风抽至地面。在抽出式通风矿井中，井下巷道的空气 压力低于井外同标高点的大气压力，故又称为负压通风。
设A＝ρu22， B u2 cot 2 ，则当通风机尺寸、形状、 πD2b2 转速和出口安装角一定时，上式可简化为： HT∞＝A－BQT∞ 上式表明离心式通风机的理论风压 线为一条直线。从理论风压线中，扣除 叶片数目有限多和水力损失对风压的影 响，即得离心式通风机的实际个体特性 曲线，如右图所示。
二、通风机的分类
通风机的分类与水泵的分类相同。本篇主要介绍离心 式通风机和轴流式通风机。 此外，通风机还可按用途不同，分为主要通风机和局 部通风机。其中，主要通风机是指负责全矿井或某一区域 通风任务的通风机；局部通风机是指负责掘进工作面或加 强回采工作面通风任务的通风机。
第二节
通风机的工作原理和 工作参数
三、通风机的工作参数
（一）风量
通风机的风量是指单位时间内通风机输送的空气体积， 用符号Q表示，单位为m3/s。
（二）风压
通风机的风压是指单位体积的空气流经通风机所获得 的能量，用符号H表示，单位为N/m2。
（三）功率
1．轴功率
通风机的轴功率是指单位时间内电动机传递给通风机轴 上的功率，即通风机的输入功率，用符号P表示，单位为W。
二、轴流式通风机的工作原理
如下图所示，轴流式通风机主要由叶轮、圆形机壳4、 集风器5、流线体6、整流器7及锥形扩散器8等组成。轮毂 1和叶片2组成叶轮，叶轮与轴固定在一起，形成通风机的 转子，并用轴承支承。集风器5和流线体6构成通风机的进 风口，可使气流平滑地进入，以减少流动阻力。
当电动机驱动叶轮旋转时，就有气流流过每个叶片，如 左图所示。为了分析其工作原理，取叶片断面（叶片翼型） 进行分析，如右图所示。