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矿井通风与安全 精品课课件 第二章 通风阻力及动力
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第二章
通风阻力及动力
• 2.1.2 矿井风流的能量方程 • 当空气在井巷中流动时，将会受到通 风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气 连续不断地流动，就必须有通风动力对空 气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。 空气在其流动过程中，由于自身的因素和 流动环境的综合影响，空气的压力、能量 和其他状态参数沿程将发生变化。本节将 重点讨论矿井通风中空气流动的压力和能 量变化规律，导出矿井风流运动的连续性 方程和能•
通风阻力及动力
(三)关于能量方程使用的几点说明 从能量方程的推导过程可知，方程是在一定的条件下导出的，并对它 做了适当的简化。 因此，在应用能量方程时应根据矿井的实际条件，正确理解能量方程中各 参数的物理意义， 灵活应用。 (1)能量方程的意义是，表示1kg(或1m3)空气由1断面流向2断面的过程 中所消耗的能量(通风阻力)等于流经1、2断面间空气总机械能(压能、位能、 动能)的变化量。 (2)风流流动必须是稳定流，即断面上的参数不随时间的变化而变化； 所研究的始、末断面要选在缓变流场上。 (3)风流总是从总能量(机械能)大的地方流向总能量小的地方。在判断 风流方向时，应用始末两断面上的总能量来进行，而不能只看其中的某一 项。如不知风流方向，列能量方程时，应先假设风流方向，如果计算出的 能量损失（通风阻力）为正，说明风流方向假设正确；如果为负，则风流 方向假设错误。 (4)正确选择基准面。 (5)在始、末断面间有压源时，压源的作用方向与风流的方向一致，压 源为正，说明压源对风流做功；如果两者方向相反，压源为负，则压源成 为通风阻力。
第二章
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通风阻力及动力
(一)单位质量(1kg)流体能量方程 1．能量组成(讨论1kg空气所具有的能量) 在井巷通风中，风流的能量由机械能(压能、位能、动 能)和内能组成，常用lkg空气或1m3空气所具有的能量表 示。 1)风流具有的机械能 风流具有的机械能包括压能、位能和动能。 2)风流具有的内能 风流的内能是风流内部储存能的简称，它是风流内部 所具有的分子内动能与分子位能之和。 2．风流流动过程中能量分析 风流在如图2-2-2所示的井巷中流动，设1、2断面的 参数分别为风流的绝对静压P1、P2(Pa)；风流的平均流 速(m/s)；风流的内能ul、u2(J/kg)；风流的密度(kg/m3)距 基准面的高程Z1、Z2(m)。
第10次课 矿井通风动力(3)
管网风阻特性曲线的函数式为风机风压是用来克服风阻力 h的，因此H= h，二曲线的交点即为工况参照点。
（2）解方程法：这种方法是利用计算机进行解算，这里不作介绍
二、通风机工况点的合理工作范围
1、经济角度：扇风机的运转效率不应低于60%；
2、安全角度：工况点必须位于驼峰点右侧，单调
下降的直线段。为防止工况点进入不稳定区，实际风压不得超过最高风压90%，轴流式风机的动轮转速不得超过其额定转速。
三、主要通风机工况点的调节
在煤矿生产过程中，采掘工作面的个数、瓦斯涌出量、风机本身性能时刻在发生变化，为了保证矿井通风安全和经济运行的要求，就得适时地对工况点进行调节。工况点的调节，实质就是供风量的调节。由于风机的工况点是由风机特性曲线和风阻特性曲线确定的，因此工况点的调节方法：改变风阻特性曲线和改变风机特性曲线
（一）改变风机特性曲线
当通风机特性曲线不变时，改变其工作风阻，工况点沿风机特性曲线移动
1、增风调节
（1）减少矿井总风阻，方法：并联巷道、缩短风路、扩大断面减少局部阻力等
（2）堵塞地面上外部漏风，
2减风调节
（1）增阻调节
（2）轴流式通风机不能降低转速和减小叶片安装角
度时，可以增大外部漏风的方法降低风量
（二）改变风机特性曲线
1、原理：矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性曲线移动。
2、调风方法
（1）轴流式风机改变叶片安装角
（2）装有前导器的离心式风机，改变前导器叶片转角调节风量
（3）改变风机转速
三、通风机的联合运转
1、通风机的联合工作：一个以上的风机在一个风
网上工作
2、通风机联合工作的种类：扇风机风口直接或通风一段巷道连结在一起工作，叫通风机并联。
第8次课 矿井通风动力(1)
• 1、自然风压：因二井筒平均温度，平均
密度和重力的不同，二井筒空气柱作
用在某一水平面单位面积上的重力差
• 2、自然风压形成的原因
5
冬季时：
0
夏季时：
2
5
HN 0 1gdZ 3 2gdZ 1
• 如果把地表视为断面 1 dZ
无限大，风阻为零的 2
2
dZ
4Z
3
假想风路。则 HN gdZ
• （1）设专用反风道反风 抽出轴流式风机利用反风道反风 正常通风时：风门1、7、5处于水平位置；反风时：风门如 图所示，新风流为1-7-2-3-5-6-回风道-井下 离心式抽出式风机利用专用反风道反风 正常通风时：风门1、2均在实线位置；反风时：风门1、2在 需线处
设专用反风道反风的优缺点 优点：反风后风机性能不变，维持正常风量，符合
1m3空气的能量（ N • m / m3 或Pa)。扇风机的全压等于风
机出口全压与入口全压之差，在没有自然风压的情况下，
全压 Ht 用以克服管网通风阻力 HR及风机出口动能损失 HV 即： Ht = HR + HV – 4）扇风机的静压H S ：克服管网阻力的风压称为扇风机的静 压 H S= HR =RQ 2 – 5）扇风机的有效功率 Nt ：指扇风机的输出功率，又称空气
– 4）轴流风机的叶片安装角不太大时，在稳定工作段内，功率随Q增大而减少，所 以轴流风机在风阻最小时启动，以减小启动负荷
• 4、矿用扇风机的型号
– 1）矿用离心式扇风机的型号：G4-73、K4-73、4-72-11、4-62等
–2）矿用轴流式风机型号 –目前我国生产的主要轴流式风机：1K58、2K58、GAF
– 集中并联 – （1）二台风压特性曲线不同风机并联作业：二风机的吸风口（或出风
第4章矿井通风动力
河南理工大学 安全学院
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通风动力
二、 自然风压的影响因素及变化规律
2、空气成分和湿度：它影响空气的密度，因而对自然风压也 有一定影响，但影响较小。
3、井深：HN与矿井或回路最高与最低点间的高差Z成正比。 4、主要通风机：主要通风机工作对自然风压的大小和方向也 有一定影响。因为矿井主要通风机工作决定了主风流的方向，加 之风流与围岩的热交换，使回风井气温高于进风井，在进风井周 围形成了冷却带以后，即使风机停转或通风系统改变，这两个井 筒之间在一定时期内仍有一定的气温差，从而仍有一定的自然风 压起作用。
2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。
3）一般选取最低点作为基准面。
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0
1
ρ2
ρ1 dz
2
3
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5
dz z
4
通风动力
二、 自然风压的影响因素及变化规律 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而空气密度
又受温度T、大气压力P、气体常数R(气体常数 ，是一个只与气体的种 类有关，与气体所处的状态无关的一个物理量 )和相对湿度φ等因素 影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示：
2
5
H N 0 1gdZ 3 2 gdZ
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，
用其分别代替上式的ρ1和ρ2，则上式可写为：
H N Zg ( m1 m2 )
在实际测量计算中，常取：
m
0
n
n
注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。
通风动力
第四章 矿井通风动力
矿井通风动力.doc
第六节 矿井通风动力一 、自然风压(一)、 自然风压及其形成和计算图1—6—1 简化矿井通风系图1-6-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
p 为井口的大气压，Pa ；Z 为井深，m ；0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，kg/m 3，则自然风压为：H Zg N m m =-()ρρ12 (1-6-1)(二)、自然风压的影响因素及变化规律1、自然风压变化规律自然风压的大小和方向，主要受地面空气温度变化的影响。
如图1-6-2、图1-6-3所示分别为浅井和我国北部地区深井的自然风压随季节变化的情形。
由图可以看出，对于浅井，夏季的自然风压出现负值；而对于我国北部地区的一些深井，全年的自然风压都为正值。
图1-6-2 浅井自然风压随季节变化图图1-6-3 深井自然风压随季节变化图2、自然风压影响因素（1）两侧空气柱的温度差矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响的主要因素。
影响气温差的主要因素是地面入风气温和风流与围岩的热交换。
其影响程度随矿井的开拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。
（2）矿井深度当两侧空气柱温差一定时，自然风压与矿井或回路最高与最低点间的高差Z 成正比。
深1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30%。
第四章通风动力1
本章目录
❖ 第一节 自然风压 ❖ 第二节 矿用通风机 ❖ 第三节 通风机的特性 ❖ 第四节 矿井反风技术 ❖ 第五节 矿井中通风机风压与通风阻力的关系 ❖ 第六节 通风机的性能试验
2
第一节 自然风压
❖ 一、自然风压的产生 ❖ 1.自然风压的产生 ❖ 矿井产生自然风压的原因是由于矿井进风井筒与出风井筒的空气柱的重
6
第二节 矿用通风机
❖ 一、矿用通风机分类
❖ 1.按照通风机构造分类
❖ 按照通风机构造不同，可分为离心式通风机与轴流式通风机两类。两种类型的通 风机在煤矿中均被广泛使用。
❖ 煤矿常用离心式通风机有4-72-11型、G4-73-11型和K4-73-01型等。它们的主要 部件包括叶轮、机壳、进风口和传动部分。一般来讲，离心式通风机结构简单， 维护方便，效率较高，运转可靠平稳，噪音较低，便于调节通风机的工作点。
❖。
5
❖ 三、自然风压对矿井通风的影响 ❖ 采用机械通风的矿井，随着一年四季气温的变化，
同样会因为自然风压的变化而引起井巷风流的风 量发生变化，有的甚至造成井巷风流停滞或风流 反向，由此可能引发矿井通风安全方面的严重事 故。在矿井通风管理上，应特别注意自然风压对 矿井通风的影响，预防自然风压使井巷风流反向。 ❖ 在矿井通风设计和管理上，还要充分利用自然风 压来帮助矿井通风。尽可能采取措施，扩大进、 回风侧空气柱的重力差。
❖ （9）因检修、停电或其他原因停止主要通风机运转时，必须制定停风措施。变电所或
电厂在停电以前，必须将预计停电时间通知矿调度室。主风的目的，必须使井巷中的 空气不断地流动，空气在井巷流动过程中会 遇到矿井通风阻力，克服矿井通风阻力的能 量或压力称为矿井通风动力。矿井通风动力 可以由机械设备和自然条件产生，由通风机 产生的风压称为机械风压；由机械风压克服 矿井阻力进行通风的叫机械通风。由矿井自 然条件产生的风压称为自然风压；由自然风 压克服矿井阻力进行通风的叫自然通风。
第四章矿井通风动力.doc
第四章 通风动力本章重点与难点1、自然风压的产生、计算、利用与控制2、轴流式和离心式主要通风机特性3、主要通风机的联合运转4、主要通风机的合理工作范围欲使空气在矿井中源源不断地流动，就必须克服空气沿井巷流动时所受到的阻力。
这种克服通风阻力的能量或压力叫通风动力。
由第二章可知，通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力。
本章将就。
对这两种压力对矿井通风的作用、影响因素、特性进行分析研究，以便合理地使用通风动力，从而使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。
第一节 自然风压一、 自然风压及其形成和计算自然风压与自然通风 图4-1-1为一个简化的矿井通风系统，2-3为水平巷道，0-5为通过系统最高点的水平线。
如果把地表大气视为断面无限大，风阻为零的假想风路，则通风系统可视为一个闭合的回路。
在冬季，由于空气柱0-1-2比5-4-3的平均温度较低，平均空气密度较大，导致两空气柱作用在2-3水平面上的重力不等。
其重力之差就是该系统的自然风压。
它使空气源源不断地从井口1流入，从井口5流出。
在夏季时，若空气柱5-4-3比0-1-2温度低，平均密度大，则系统产生的自然风压方向与冬季相反。
地面空气从井口5流入，从井口1流出。
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
由上述例子可见，在一个有高差的闭合回路中，只要两侧有高差巷道中空气的温度或密度不等，则该回路就会产生自然风压。
根据自然风压定义，图4-1-1所示图4-1-1 简化矿井通风系统系统的自然风压H N 可用下式计算：gdZ gdZ H N ⎰⎰-=532201ρρ 4-1-1 式中 Z —矿井最高点至最低水平间的距离，m ；g —重力加速度，m/s 2；ρ1、ρ2—分别为0-1-2和5-4-3井巷中dz 段空气密度，kg/m 3。
由于空气密度受多种因素影响，与高度Z 成复杂的函数关系。
因此利用式4-2-1计算自然风压较为困难。
为了简化计算，一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替式4—1—1中的ρ1和ρ2，则(4-1-1)可写为：H Zg N m m =-()ρρ12 4-1-2二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压影响因素由式4-1-1可见，自然风压的影响因素可用下式表示：H N =f (ρZ ）=f [ρ(T,P ,R ，φ)Z ] 4-1-3 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而影响空气密度又由温度T 、大气压力P 、气体常数R 和相对湿度φ等因素影响。
第10次课 矿井通风动力(3)
• 三、主要通风机工况点的调节
• 在煤矿生产过程中，采掘工作面的个数、瓦斯涌 出量、风机本身性能时刻在发生变化，为了保证 矿井通风安全和经济运行的要求，就得适时地对 工况点进行调节。工况点的调节，实质就是供风 量的调节。由于风机的工况点是由风机特性曲线 和风阻特性曲线确定的，因此工况点的调节方法： 改变风阻特性曲线和改变风机特性曲线
• （一）改变风机特性曲线
• 当通风机特性曲线不变时，改变其工作风 阻，工况点沿风机特性曲线移动
• 1、增风调节 • （1）减少矿井总风阻，方法：并联巷道、
缩短风路、扩大断面减少局部阻力等
• （2）堵塞地面上外部漏风，
• 2 减风调节 • （1）增阻调节 • （2）轴流式通风机不能降低转速和减小叶
网上工作
• 2、通风机联合工作的种类：扇风机串联、扇风机 并联
• （一）风机串联工作 • 1、通风机串联工作：一个扇风机的吸风口直接或
通过一段巷道或风筒联接到另一风机的出口，进 行同时运转。
• 2、 风机串联工作特点：通过网路的总风量等于 每台扇风机的工作风量；两台风机的工作风压这 和等于所克服风网的阻力。
• •
3、风机串联风压特性曲线工作分析 串联时的等效特性曲线
h
H s1
Hs2
Q Q1 Q2
不同风机
相同风机
自然风压
(二) 通风机并联工作
• 1、通风机并联：二台风机的进风口直接或 通风一段巷道连结在一起工作，叫通风机 并联
• 2、通风机并联分类：集中并联与对角并联
3、集中并联关系 （1）二风机的静压相等，等于管网阻力。
片安装角
• 度时，可以增大外部漏风的方法降低风量
• （二）改变风机特性曲线 • 1、原理：矿井总风阻不变，改变风机特性，
第4章通风动力
• 对于竖井开拓的深矿井，地温随深度增加而增大，地 面空气进入井筒与岩石发生热交换，地表气温的影响 比较小，自然风压的大小虽有改变，方向不变
• 2)矿井深度
• 近似认为自然风压的大小与矿并深度成正比。深 1000m的矿井，“自然通风能”占总通风能量的30 ％
• 3)地面大气压
• 地面大气压变化不大，对自然风压的影响较小
4.1.2自然风压参数计算
• 矿井通风设计中选择主通风机的风压，需要考虑反 抗它工作的自然风压；
• 在通风系统的管理和调整工作中，也往往需要理解 自然风压。
4.1.3自然风压测定
直接测定法
在矿井中任一地点制做临时密闭，堵截风流，主要通 风机停止运转后，用压差计测出密闭两侧的压差，即 为该矿的hn。要求是密闭不漏风，否则测值不准。
中国矿业大学多媒体教学课件
矿井通风与安全
Mine Ventilation and Safety 安全工程学院
中国矿业大学多媒体教学课件
第4章 通风动力
上一章内容
• 第3章 矿井通风阻力
•
3.1 风流的流动状态
•
3.2 摩擦阻力
•
3.3 局部阻力
•
3.4 通风阻力定律和特性
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.5 通风阻力测量
4.3通风机工作参数及个体特性曲线
• 一、通风机工作的基本参数
• 通风机的特性参数有流量，压力，功率和效率。 用这四个参数可以描述通风机的整个特性。
1．主要通风机的工作风量Q 单位时间内通过通 风机的空气体积，称为通风机的流量，一般用Qf 表示。其单位为m3/s、 m3/min或m3/h 。在矿井 通风中，通过通风机的流量，也就是通风机送入 井下或从井下排出的空气量。因此，通风机的流 量是一个重要参数。
矿井通风与安全-通风阻力及动力
教学模块Ⅱ通风阻力及动力2.1 矿井空气流动基本理论2.1.1 矿井风流运动的特征矿井风流是连续介质，其运动要素(压力、速度、密度等)都是连续分布的，而且矿井风流主要是沿着井巷的轴线方向运动，可视为一维运动。
流场中流体质点通过空间点的所有运动要素都不随时间改变，只是位置的函数，这种流称稳定流(或称定常流)。
如果其中一个要素随时间变化，就称非稳定流。
在矿井里，由于井巷特征、岩壁温度、扇风机风压和矿井供风量等，在某一时期内变化不大，矿井正常通风期间，风门的开启，提升设备的升降对局部风流产生瞬时扰动的影响也不大。
因此，可把矿井风流近似地视为稳定流。
此外，风流沿井巷流动时，由于向下流动的压缩、向上流动的膨胀以及与井下各种热源（围岩、有机物的氧化和机电设备运转时所产生的热等)间的热交换，致使矿井风流的热力状态不断变化。
2.1.2 矿井风流的能量方程当空气在井巷中流动时，将会受到通风阻力的作用，消耗其能量；为保证空气连续不断地流动，就必须有通风动力对空气做功，使得通风阻力和通风动力相平衡。
空气在其流动过程中，由于自身的因素和流动环境的综合影响，空气的压力、能量和其他状态参数沿程将发生变化。
本节将重点讨论矿井通风中空气流动的压力和能量变化规律，导出矿井风流运动的连续性方程和能量方程。
2.1.2.1 空气流动连续性方程质量守恒是自然界中基本的客观规律之一。
在矿井巷道中流动的风流是连续不断的介质，充满它所流经的空间。
在无点源或点汇存在时，根据质量守恒定律：对于稳定流，流入某空间的流体质量必然等于流出其空间的流体质量。
风流在井巷中的流动可以看作是稳定流，因此这里仅讨论稳定流的情况。
当空气在图2-2-1的井巷中从1断面流向2断面，且做定常流动时(即在流动过程中不漏风又无补给)，则两个过流断面的空气质量流量相等，即：（2-2-1）式中—1,2断面上空气的平均密度，kg/m３；—1,2断面上空气的平均流速，m/s；S1,Ѕ2—1,2断面的断面积，m2；Q(m3／s)相等，即：(2-2-3)井巷断面上风流的平均流速与过流断面的面积成反比。
矿井通风动力
矿井通风动力一、教学目的要求1、了解矿井通风动力；2、熟悉通风机的附属装置3、掌握矿井反风技术二、相关内容当矿井在进风井口附近、井筒、井底车场及其附近的进风巷道或硐室发生火灾、瓦斯或煤尘爆炸时，为了限制灾区范围扩大，防止烟流流入人员集中的生产场所，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向，即进行矿井反风。
从事采掘生产的职工，一定要了解机械通风的基本知识，掌握矿井反风的要求、方法、方式，积极参加反风演习，并配合完成矿井反风演习的各项任务。
为了达到矿井通风的目的，必须使井巷中的空气不断流动。
空气在井巷流动过程中会遇到矿井通风阻力，克服矿井通风阻力的能量或压力称为矿井通风动力。
矿井通风动力可以由机械设备和自然条件产生，由通风机产生的风压称为机械风压；由机械风压克服矿井阻力进行通风的叫做机械通风。
由矿井自然条件产生的风压称为自然风压；由自然风压克服矿井阻力进行通风的叫做自然通风。
一、矿用风机及其附属装置1.矿用风机的分类矿用风机一般按结构原理和服务范围进行分类，见表6-1。
2.矿用风机的附属装置（1）名称：风硐定义：连接矿井主要通风机和风井的一段巷道；作用：引导风流备注：通过风硐的风量很大，且风硐内外压差较大，服务年限也较长；（2）名称：防爆门定义：防爆门是装在有通风机的井筒上，为防止瓦斯、煤尘爆炸时毁坏通风机而安装的安全装置；作用：自然通风，保护风机；备注：为了防止防爆门漏风，防爆门采用水封或油好密闭，所以并口圈的凹槽应经常保持足够的水量，槽的深度必须大于防爆门内外压力差要求的深度值；（3）名称：反风装置定义：离心式通风机常用的反风方法为利用反风门和旁侧反风道反风；轴流式通风机常用的反风方法为通风机反转反风，也可以利用反风门和旁侧反风道反风；作用：防止灾害扩大，有利于灾害的控制和救护；备注：（4）名称：扩散器定义：通风机出口处外接一定长度、断面逐渐扩大的风道；作用：降低通风机出口的速压以提高通风机的静压；备注：小型离心式通风机的扩散器由金属板焊接而成，大型离心式通风机的扩散器用砖或混凝土砌筑；（5）名称：消音装置定义：通风机运转时产生空气动力噪声和机件振动的机械噪声。
矿井通风与除尘(蒋仲安版) 4 矿井通风动力
4． 2． 1
离心式通风机的工作原理
26
4．2．2轴流式通风机的构造和工作原理
空气沿轴向流动的通风机称为轴流式通风机。一般通风 机的结构如图4-7所示，主要由集风器、叶轮、导叶和扩 散器等组成。叶轮安装在圆筒形机壳中，电动机与叶轮 直接联接。
图4-7 轴流通风机
１－集风器；２－叶轮；３－导叶；4－扩散筒
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4．2．2轴流式通风机的构造和工作原理
由于风机叶轮的叶片具有一定的斜面形状，当叶轮在机 壳中高速转动时，使叶轮周围气体一面随叶轮旋转；一 面沿轴向推进，气体在通过叶轮时获得能量，压力升高， 进入扩散管后一部分轴向气流的动能转变为静压能，最 后以一定的压力从扩散管流出。
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Axial Flow Fans
（1）主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）； （2）辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面）， 帮助主要通风机通风，以保证该分支风量； （3）局部通风机，服务于独头掘进井巷等局部地区。
按通风机的构造和工作原理可分为离心式通风机和轴流式 通风机两种。
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4.2 矿用通风机的类型及构造
有些叶轮的叶片安装角是可以调整的，
通过调整叶片安装角可以改变风机的性能参数。
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对旋式轴流风机
屋顶风机
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4．2．2轴流式通风机的构造和工作原理
图4-8是矿用轴流式风机在矿井通风井口安装作抽出式通 风的示意图。
1-集风器；2-前流线体；3-前导器；4-第一级工作轮；5-中间整流器； 6 -第二级工作轮；7- 后整流器；8-环行或水泥扩散器；9-机架；10-电动机； 11- 通风机房；12—风硐；13-导流板；14-基础；15-径向轴承； 16-止推轴承；17- 制动器；18-齿轮联轴节；19- 扩散器
第9次课 矿井通风动力(2)
• 从上面的分析可以看出, 基本反应了矿井通风阻力 大小和通风机静压大小。
• （2）风机房水柱计示值与全压Ht之间的关 系
与入口风流全压之差（是通风机使1M3空气 具有的能量）。
Ht hR hv Hs hv（在忽略自然风压HN时）
• （2）通风机的静压HS：克服管网通风阻力 的风压。 Hs H R RQ2
• 4、通风机的功率
（1）输出功率
A．全压功率Nt：以全压计算的通风机功率
Nt HtQ 103
• （二）抽出式通风 • （Hale Waihona Puke ）水柱计或压差计的示值与矿井通风阻
力和风机静压之间的关系 4断面的相对静压
h4 P4 P04 P4 4断面的绝对压力 P04 4断面同标高的大气压力
1-4断面的通风阻力 hR14 (P1 hv1 m12 gZ12 ) (P4 hv4 m34 gZ34 ) hR14 1至4断面的通风阻力;Pa P1, P4 分别为1至4断面的绝对静压; Pa hv1, hv4 分别为1, 4断面的动压; Pa Z12, Z34 分别为12和34段高差; m m12, m34 分别为12和34段空气密度平均值,kg/m3
HtQ
1000tmtr
;
m 电动机效率
tr 传动效率
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
• （一）风机房水柱计的安装：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 计相连接，测得所在断面上风流相对静压h， 离心式通风机安装在立闸门外侧。
第9次课 矿井通风动力(2)
第9次课 矿井通风动力(2)一、通风机实际特性曲线 （一）通风机的工作参数1、表示通风机性能的主要工作参数：风压H 、风量 Q 、风机轴功率N 、效率η和转速n 。
2、风机实际流量Q ：单位时间内通过风机入口空气 的体积。
M 3/h ，m 3/min ，m 3/s 。
3、风机实际全压H t 与静压H S（1）通风机全压H t ：通风机出口风流全压与入口风流全压之差（是通风机使1M 3空气具有的能量）。
t R v s v H h h H h =+=+（在忽略自然风压H N 时） （2）通风机的静压H S ：克服管网通风阻力的风压。
2s R H H RQ ==4、通风机的功率 （1）输出功率A ．全压功率N t ：以全压计算的通风机功率310t t N H Q -=⨯B ．静压功率N s ：以风机静压计算的通风机功率310s s N H Q -=⨯（2）风机的轴功率N ：通风机的输入功率 A ．全压轴功率：;1000tt t ttN H QN ηηη==-全压效率B ．静压轴功率：;1000ss s ssN H QN ηηη==-静压效率 C ．电动机的输入功率Nm:;1000t m m trt m trm tr H QNN ηηηηηηη==--电动机效率传动效率二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压差计）示值含义（一）风机房水柱计的安装：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相连接，测得所在断面上风流相对静压h ，离心式通风机安装在立闸门外侧。
（二）抽出式通风（1）水柱计或压差计的示值与矿井通风阻力和风机静压之间的关系4断面的相对静压440440444h P P P P =---断面的绝对压力断面同标高的大气压力1-4断面的通风阻力1411121244343414141412341234()()14,14;,1,4;,1234;,1234R v m v m R v v m m h P h gZ P h gZ h P P P h h P Z Z mρρρρ=++-++-----3至断面的通风阻力;Pa 分别为至断面的绝对静压a 分别为断面的动压a 分别为和段高差分别为和段空气密度平均值,kg/m1011101041411121244343414412123434014412123434044412123434444144144:;()()||:||t v R v m v m t v m m v m m v m m v NR v N R ss N P P P h P P h P h gZ P h gZ P P h gZ gZ P P h gZ gZ P P h gZ gZ h h H h h h H h H H H h ρρρρρρρρ==+==++-++=--+-=--+-=--+-=-+⇒=+-=⇒+=根据根据44v t h h -=从上面的分析可以看出, 4||h 基本反应了矿井通风阻力大小和通风机静压大小。
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通风动力
三、自然风压的控制和利用 自然风压既可作为矿井通风的动力，也可能是事故的肇凶。因此，
研究自然风压的控制和利用具有重要意义。 1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利
用地形和当地气候特点。新井设计应尽量使自然风压全年的方向与机 械通风机方向一致。
一、风硐
风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大，应尽量 降低其风阻，并减少漏风。
二、扩散器(扩散塔)
作用：是降低出口速压以提高风机静压。 扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。总的原 则是，扩散器的阻力小，出口动压小并无回流。
三、防爆门(防爆井盖)
在斜井井口安设防爆门，在立井 井口安设防爆井盖。 作用：当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆 炸时，受高压气浪的冲击作用，自动 打开，以保护主通风机免受毁坏；在 正常情况下它是气密的，以防止风流短路。
2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使 其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。
3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风， 如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时 也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。
4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破 坏时，便可利用自然风压进行通风。
β2不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。
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通风动力
2、工作原理
当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转， 获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高， 然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于进风 口压力），于是，进风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在 叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。
又受温度T、大气压力P、气体常数R(气体常数 ，是一个只与气体的种 类有关，与气体所处的状态无关的一个物理量 )和相对湿度φ等因素 影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示：
HN=f(ρZ）=f[ρ(T,P,R,φ)，Z] 1、温差：矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响HN的主要因素。 影响气温差的主要因素是地面入风流气温和风流与围岩的热交换。其 影响程度随矿井的开拓方式、开采深度、地形、地质原因不同而有不 同的影响，在山区浅井，受地面温度影响大，深井偏小。
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通风动力
5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因 自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。
如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。
d ab
f
e
c
c
Z d
b′
RD
RC
a
b
b′
ABB’CEFA系统的自然风压为： H N AZ(gC'B A)F DBB’CED系统的自然风压为： H ND Z(gC'B B)E
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通风动力
2、本章的重点： 1)自然风压的产生、计算、利用与控制 2)轴流式和离心式主要通风机特性 3)主要通风机的联合运转 4)主要通风机的合理工作范围
3、本章的难点： 1)自然风压的计算、利用与控制 2)主要通风机的联合运转 3)主要通风机的合理工作范围
4、本章的思考题 1)烟囱为什么能够排烟？ 2)矿井主要通风机为什么要有反风装置？ 3)通风机为啥有个体特性曲线、类型曲线和通用特性曲线？ 4)矿井主要通风机工况点是静态的，还是动态的，为什么？ 5)轴流式通风机为什么会出现喘振现象？ 6)两台风机并联运行时矿井风量一定增大吗？
4、对旋风机的特点 一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反,组成对旋结构；机
翼形叶片的扭曲方向也相反，两级叶片安装角一般相差3º；电机为防 爆型安装在主风筒中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离， 密闭罩中有扁管与大气相通，以达到散热目的。
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通风动力
第三节 通风机附属装置
3、常用型号
目前我国煤矿使用的离心式风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。这些品种 通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。
型号参数的含义举例说明如下：
G 4 — 73 — 1 1 № 25 D
代表通风机的用途，K表示
矿用通风机，G代表鼓风机 表示通风机在最高效率点时
全压系数10倍化整 表示通风机比转速(ns)化整
离心式通风机和轴流式通风机。
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通风动力
一、离心式通风机的构造和工作原理 1、 风机构造。
离心式通风机一般由：进风口、工作轮（叶轮）、螺 形机壳和前导器等部分组成。
吸风口有：单吸和双吸两种。在相同的条件下双吸风 机叶(动)轮宽度是单吸风机的两倍。
前导器(有些通风机无前导器)，使进入叶(动)轮的气 流发生预旋绕，以达到调节性能之目的。
H N Z(g m 1m 2 )
0
在实际测量计算中，常取：
m0 nn
1
ρ2
注意：1）自然风压的计算必须取一闭合系统。
2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。
ρ1
dz
3）一般选取最低点作为基准面。
2
3
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dz z
4
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二、 自然风压的影响因素及变化规律 影响自然风压的决定性因素是两侧空气柱的密度差，而空气密度
表示传动方式 通风机叶轮直径（25dm)
设计序号(1表示第一次设计） 表示进风口数,1为单吸,0为双吸
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通风动力
二、轴流式风机的构造和工作原理
1、风机构造 主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部件
等部分组成。叶轮有一级和二级两种
2、工作原理 （1）特点：在轴流式风机中，风流流动的特点是，当动轮转动时，气 流沿等半径的圆柱面旋绕流出。
0
由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。
5
冬季：空气柱0-1-2比5-4-3的 平均温度较低，平均 空气密 度较大，导致两空气柱作用 在2-3水平面上的重力不等。 它使空气源源不断地从井
1 ρ1 dz
ρ2 dz z
4
口1流入，从井口5流出。 夏季：相反。
2
3
自然风压：在通风系统中，由于重力差引起的通风压力，就叫该系统的自然风压。 其大小等于作用在最低水平两侧空气柱重力差。
摩擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计 算方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低 矿井通风阻力的措施。
2)、能解决的实际问题 (1)判断井巷风流状态； (2)摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算； (3)矿井通风阻力计算问题 (4)降低矿井通风阻力的技术措施
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概述
随着开采深度的增加，通风阻力增大，这时人们就采用井下多设置 火炉，就是提高温度，加快气流上升的动力。
自然风压利用到了极限后，仍不能满足开采用风时，开始利用水车、 风箱、风扇、牛皮囊等机械装置向矿井内压风。这标志着机械通风的开 始。
自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口A和进风立井口D各安装一台
抽风机（向外）。
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通风动力
设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程：
式中：
HNAHND RDQ2 HS HNA RCQ2 HS—风机静压，Pa；
Q—DBB’C风路风量，m3/S;
通风动力
第四章 矿井通风动力
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通风动力
第一节 自然风压 第二节 矿用通风机的类型及构造 第三节 通风机附属装置 第四节 通风机实际特性曲线 第五节 通风机工况点及其经济运行 第六节 通风机的联合运转
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1、上一章内容回顾 1)、上一章所讲的主要内容 风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、
RD、RC—分别为DB和BB’C分支风阻，N·S2/m8。
两式相除：
HNAHNDRD HS HNA RC
此即AB段风流停滞条件式。
当上式变为
HNAHNDRD
则AB段风流反向。 HS HNA RC
由此可知防止AB风路风流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大 HS；（3）在A点安装风机向巷道压风。
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（2）叶片安装角 在叶片迎风侧作一外切线称为弦线。弦线与动轮旋转方向（u)的夹角称
为叶片安装角，以θ表示。
u
θ
可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角θ必需保 持一致。 （3）工作原理
当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u 移动。处于叶片迎面的气流受挤 压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但 受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出， 翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。
表示通风机轮毂比,0.58化整
B D K 65 8 №24
防爆型 对旋结构 表示用途，K为矿用
叶轮直径（24dm) 电机为8极（740r/min） 轮毂比0. 65的100倍化整