第八章《矿山流体机械》

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、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
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、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。
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。
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）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。
第三篇
矿井通风设备
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。
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
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。
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。