矿井通风与除尘(蒋仲安版) 4 矿井通风动力

c2
u2
24
4． 2． 1

离心式通风机的工作原理
矿用离心式风机在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图如下。
1一工作轮；2一 蜗壳体；扩散器；4—主轴；5—止推轴承；6一径向轴承； 7—前导器；8—机架；9—联轴节；10—制动器；11—机座； 12—吸风口；13—通风机房；14—电动机；15—风硐




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


轴流式通风机一般采用电动机直接传动的传动方式，
有些大型的轴流式通风机也可将电动机安装在机壳的 外面，

采取皮带轮或联轴器传动的方式，且其叶轮的排风侧 有的设有固定导叶，可将一部分偏转气流转变为静压 能，有助于气流的扩散。 轴流式通风机的叶片有各种各样型式，有板型、机翼 型等等。
叶片从根部到叶稍常采用扭曲形的。
第四章
矿井通风动力
1
4.矿井通风动力

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。
若这种能量是由通风机提供的，则称为机械通 风；


若是由矿井自然条件产生的，则称为自然风压。
机械风压和自然风压均是矿井通风的动力。
2
主要内容:
当气体获得的能量足以克服其阻力时，则可将气体输送 到高处或远处。

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4． 2． 1

离心式通风机的工作原理
离心式通风机按其叶片出口角(叶片出口速度方向与叶 轮圆周速度反方向之夹角 ) 不同，分为前向式 (β2 ＞ 90°) 、径向式 (β2=90°) 、后向式（β2 ＜ 90°）三 种，如图7-2所示。

（3）功率(Power)

通风机在单位时间内传递给气体的能量称为风机的 有效功率Ne，可用下式表示 有效功率
QP Ne , kW 1000
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4.3.1 通风机的性能参数

（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。
17
4.2 矿用通风机的类型及构造

4.1 自然风压 4.2 矿用通风机的类型及构造


4.3 通风机的性能参数与特性曲线
4.4 通风机的相似理论
4.5 矿井主要通风机的附属装置
4.6 矿井通风机的联合运转
3
要求:

本章部分内容在《工业通风通风与除尘》课程 中已讲解，对本章的要求是： （1）掌握自然风压的形成。 （2）了解矿井主要通风机的附属装置。 （3）复习矿用通风机的类型及构造、 通风机 的性能参数与特性曲线、通风机的相似理论和 矿井通风机的联合运转
联通风，消除杂物扩大过风断面等。
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4．1．3 自然风压的控制和利用

（3）人工调整进回风井内空气的温差

如有的矿山在进风井巷设置水幕或者淋水，既 冷却空气，又净化风源。但排水是个问题。
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4．1．3 自然风压的控制和利用

（4）解决高温季节下行自然风流的问题



1 堵。密闭采空区，隔绝风流下行； 2 抵抗。用小风机压出； 3 抽。选择合适的通道，用风扇把下行自然风 抽出，同时排走下部的污风。

Centrifugal fan 1－Air into room，2－Air inlet， 3－Impeller，4－Helicoid body 5－Main axial，6-Air outlet， 7－Outlet diffuser
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4． 2． 1

离心式通风机的工作原理
气体在离心通风机中的流动先为轴向，后转变为垂直于 通风机轴的径向运动，当气体通过旋转叶轮的叶道间， 由于叶片的作用，气体获得能量，即气体压力提高和动 能增加。
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4． 2． 1
离心式通风机的工作原理
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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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4．1．3 自然风压的控制和利用
ABB'CEFA 系统的自然风压为
H nA Zg ( CB ' FA )
DBB ' CED 系统的自然风压为
H nD Zg ( CB ' EB )
图4-3 自然风压使风流反向示意图
设AB风流停滞
H nA H nD RDQ 2 2 H S H nA RC Q

4．2．1 离心式通风机的构造和工作原理

4．2．2 轴流式通风机的构造和工作原理
18
4． 2． 1

离心式通风机的工作原理
离心式通风机的主要结构部件为叶轮、机壳、进气口、出 气口，如图7-1所示。
叶轮安装在蜗壳4内，当叶 轮旋转时，气体经过进气口2 轴向吸入，然后气体约转 90°流经叶轮叶片构成的流 道间，而蜗壳将叶轮甩出的 气体集中、导流，从通风机 出口6或出口扩散器7排出。
4．1．1 自然风压及其形成和计算
（2）自然风压的计算 若设Pa为井口大气压，Z为井深，ρ为空气密度，则自然风 压为
1 4 1 4
z
2
z
3
2 3
Hn p1 p2 pa 1gZ pa 2 gZ Zg1 2
若考虑标高向上为正，上 式写成积分形式：
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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
2 3 2 gdZ Hn g dZ 1 1 4
6
Hn Zg ( m1 m2 )
（2）自然风压的计算
① 当井深小于100m时
H n 0 gz0 1gz1 2 gz2 , Pa


10
4．1．3 自然风压的控制和利用

自然风压既是通风动力，也可能是阻力，是事故的肇
因。因此，研究自然风压的利用与控制很有现实意义。根
据矿山生产的经验和对自然通风规律的认识，可以考虑从 以下几个方面来利用和控制自然风压。


（1）设计和建立合理的通风系统
（2）降低风阻 （3）人工调整进回风井内空气的温差 （4）解决高温季节下行自然风流的问题
H s H n RQ
2
然后，停止主通风机运转，当仍有自然通风风流流过全矿 且稳定时，立即在风硐内或其它总风流中测出自然通风量 Q，则可列出方程式为：
H n RQ2
8
4．1．2 自然风压的影响因素
Hn Zg ( m1 m2 )
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和相对湿度 等因素影响。因此，影响自然风压的因素可用下式表示：
Hn f ( Z ) f [ (T , P, R, )Z ]
（1）矿井某一回路中两侧空气柱的温差。
图4-2 自然风压变化示意图
9
4．1．2 自然风压的影响因素

（2）空气成份和湿度影响空气密度，因而对 自然风压也有一定影响，但影响不大。 （3）井深 。空气压力和密度均随井深增加而 增加。 （4）主要通风机工作对自然风压的大小和方 向也有一定影响。
16
4.2 矿用通风机的类型及构造


矿井通风的主要动力是通风机。通风机是矿井的“肺脏”， 其日夜不停地运转，加之其功率大，因此其能耗很大，所 以合理地选择和使用通风机，不仅关系到矿井的安全生产 和职工的身体健康，而且对矿井的主要技术经济指标也有 一定影响。 矿用通风机按其服务范围可分为三种：




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4． 2． 1

离心式通风机的工作原理
在目前风机生产中，大型的离心式通风机，为了增加 效率和降低噪声，几乎都采用后向式叶轮。 而一些中小型风机，特别对风压要求较高时，则采用 前向式叶轮； 从防磨损和减少积尘角度看，选用径向式叶轮较为有 利。
β2
w2


c2
w2
c2wenku.baidu.com
w2
β2
u2
c2u
u2
β2
② 当井深大于100m时
1 1 H n 0.0341 Kp0 z ( ) T1 T2
, Pa
z K 1 10000
7
（3）矿井自然风压的测定 ① 直接测量法
② 间接测定法 在有主通风机工作的矿井， 首先，当主通风机正常运转时， 测出其总风量Q及主扇的有效静 测定全矿井自然风压 压H，则可列出方程为：
β2
w2 u2
c2
w2
c2u
β2
c2
u2
β2
w2
c2
u2
(a) Forward-curved-blade (b) Backward-curved-blade，(c) Radial blade
图4-5 叶轮叶型与出口安装角
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离心风机叶片出口角
22
几种不同叶片型式的叶轮性能比较：

① 从气体获得压力看，前向式叶轮最大，径向式叶轮


通风机在单位时间内所输送的气体体积称为风量， 又称流量。通常指的是工作状态下的气体量 (m3/h 或 m3/s) ，而在风机铭牌上有时标出的是标准状态 下的风量(Nm3/h或Nm3/s)。
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4.3.1 通风机的性能参数

（2）风压(Pressure of Air)

通风机出口气体全压与进口气体全压之差 ( 或进、 出口全压绝对值之和 ) 称为风机的风压，也就是气 体进入风机后所升高的压力，其单位为Pa。
稍次，后向式叶轮最小。

② 从效率观点看，后向式叶轮效率最大，径向式叶轮 居中，前向式叶轮效率最低。 ③ 从结构尺寸看，当风量和转速一定时，在达到相同 的风压前提下，前向式叶轮直径最小，径向式叶轮直径 次之，后向式叶轮直径最大。 ④ 从风机噪声方面看，前向式叶轮噪声最大，径向式 叶轮适中，后向式叶轮的噪声较小。
11
4．1．3 自然风压的控制和利用

（1）设计和建立合理的通风系统
一般来说，平硐开拓的矿井，上行自然通风比下行自 然通风的时间多。因此，拟定通风系统时，必须充分利用 低温季节的上行自然风流，而对高温季节的下行自然风流 采取适当的限制措施。

在丘陵和平缓地带用井筒开拓的矿井，尽可能利用进风 与回风井口的高差。进风井的标高应低些，回风井的标高 应高些。井口平硐口尽可能朝着常年主导风向。另进风井 口可设在背阳处。
H nA H ND RD H S H nA RC
H nA H nD RD H S H nA RC
防止风流反向措施：
①加大 RD ②增大 H S ③在A点安装风机向巷道压风
13
AB段风流反向
4．1．3 自然风压的控制和利用

（2）降低风阻

在一定时期、一定范围内自然风压基本上是定 值，则降低风阻就能提高风量。主要措施有：并

4
4.1 自然风压

4．1．1 自然风压及其形成和计算
（1）自然风压与自然通风
如图所示的井巷系统，1-4为水平线，2-3为水平巷道。 (平硐及竖井开拓)
1 4 1 4
z
2
z
3
2 3
冬季：风流方向为1-2-3-4
夏季：风流方向为4-3-2-1
5
这种由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。

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4．2．2轴流式通风机的构造和工作原理
32
4.3 通风机的性能参数与特性曲线 4.3.1 通风机的性能参数

4.3.2 通风机的特性曲线
4.3.3 通风机特性曲线的合理工况范围
33
4.3.1 通风机的性能参数

风量Q、风压P、转速n、功率N及效率η 是表示 通风机性能的主要参数。 （1）风量(Air Flow、Volume of Airflow)