矿井通风与除尘(蒋仲安版) 4 矿井通风动力
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25
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
27
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。
28
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。
17
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。
29
对旋式轴流风机
屋顶风机
30
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
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：
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
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：
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:
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
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。
联通风，消除杂物扩大过风断面等。
14
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。
15
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。
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
21
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
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
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
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。
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
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。
Centrifugal fan 1－Air into room，2－Air inlet， 3－Impeller，4－Helicoid body 5－Main axial，6-Air outlet， 7－Outlet diffuser
19
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。
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。
（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
35
4.3.1 通风机的性能参数
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)。
34
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。
23
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
c2
w2
β2
u2
c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。
20
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。
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。
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。
31
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)
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：
12
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
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：
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
30
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
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：
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
② 当井深大于100m时
1 1 H n 0.0341 Kp0 z ( ) T1 T2
, Pa
z K 1 10000
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（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：
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:
c2
u2
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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
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。
联通风，消除杂物扩大过风断面等。
14
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。
15
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。
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
21
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
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
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
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。
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
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。
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。
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
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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。
（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
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。
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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
c2
w2
β2
u2
c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。
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。
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。
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4．2．2轴流式通风机的构造和工作原理
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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
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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)
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
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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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4．1．3 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
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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：