1、第十四章 通風機調(diào)節(jié) 在開采過程中，通風網(wǎng)路參數(shù)或多或少地要發(fā)生變化。為了適應(yīng)這種變化，通風機應(yīng)當具有可以在寬廣范圍內(nèi)進行凋節(jié)的性能。目前，國內(nèi)、外使用的調(diào)節(jié)方法很多，分別討論如下。1 節(jié)流調(diào)節(jié)如前述，工況是由風源特性和它對之工作的等效網(wǎng)路特性在同一坐標圖上的交點所決定。因此改變其中之一，工況必然隨之而變。所謂節(jié)流調(diào)節(jié)，就是在通風機設(shè)備中裝有閘門的條件下，改變閘門的開啟程度，以改變風源特性成等效網(wǎng)路阻力，從而改變工況的一種方法。 例如某通風系統(tǒng)用直徑2.4m，轉(zhuǎn)速為750r/min的軸流風機裝置為風源。裝置運行工況為A（圖14-1），風量QA160m3/s，靜壓HzstA380daPa，靜效率

2、zstA0.73。此風量大大超過了實際需要，若將風道中的閘門下落到適當程度，使等效網(wǎng)路特性由原來的OA變到OB，則工況點將移到B，風量減少到實際需要的QB130m3/s，相應(yīng)的靜壓HzstB500daPa，靜效率zstB0.8。 對比調(diào)節(jié)前、后工況，可看出調(diào)節(jié)后的風量減到了所需數(shù)值，而且靜效率由原來的0.73提高到0.8。初看起來，調(diào)節(jié)的結(jié)果是滿意的，但仔細分析起來，情況恰好相反。此，我們可以對比一下產(chǎn)生1m3/s風量所消耗的功率這就表明，調(diào)節(jié)后每產(chǎn)生1m3/s風量所消耗的功率要比調(diào)節(jié)前增多44。顯然，這種調(diào)節(jié)方法是不經(jīng)濟的。其原因是由于閘門開啟程度減小后，使網(wǎng)路阻力增加了H，克服此附加阻力做

3、了無益功。因此，長期采用這種調(diào)節(jié)方法，必然浪費大量能量，應(yīng)當廢止。只是為了應(yīng)急作為暫時的措施才加以使用。 相反，在通風機已經(jīng)發(fā)揮最大能力，而風量還不能滿足要求的情況下，若采取措施降低網(wǎng)路或風機設(shè)備的內(nèi)阻，降低等效網(wǎng)路阻力，使工況點朝大流量方向移動，達到加大風量的目的，則可能得到較好的經(jīng)濟效果。2 變換轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 某通風系統(tǒng)，初期等效網(wǎng)路特性為Q-A，作為風源的風機以轉(zhuǎn)速nl工作時，工況點為點l，此時風量為Q1（圖l4-2a）。若擬用改變轉(zhuǎn)速的方法，將工況調(diào)節(jié)到風量等于Q2的工況2，必須將風機轉(zhuǎn)速降到n2，n2的大小可用比例定律求出。在圖所示情況下，沒有自然風壓，等效網(wǎng)路特性通過坐標原點。通過點2

4、的比例曲線與等效網(wǎng)路特性曲線重合，點1和2是比例曲線上兩點，它們的參數(shù)必然滿足比例定律。因此，調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)速為經(jīng)過一段時期，網(wǎng)路阻力增加，等效網(wǎng)路特性演變?yōu)镼-A2。為保持風量Q2，必須的轉(zhuǎn)速式中為比例曲線Q-A2與轉(zhuǎn)速等于n1的風機風壓特性交點3所標風量。 網(wǎng)路阻力繼續(xù)增加，可再增加轉(zhuǎn)速以適應(yīng)新的要求。但不得超過說明書規(guī)定的最高轉(zhuǎn)速。 若有自然風壓，如圖l4-2b所示，通過點2的比例曲線0-2與等效網(wǎng)路特性曲線C-Al不重合。應(yīng)用比例定律時，首先要找到比例曲線與風機原特性的交點l，而后利用比例定律求得調(diào)節(jié)后必須的轉(zhuǎn)速 調(diào)速的具體措施分為階段調(diào)速和無級調(diào)速兩種。對于用皮帶傳動的離心式通風機，可用

5、更換皮帶輪的辦法調(diào)節(jié)傳動比，對于由電機通過聯(lián)軸節(jié)直接傳動的軸流式通風機或離心式通風機，可更換轉(zhuǎn)速不同的電機或采用多速電機，實現(xiàn)階段調(diào)速。實現(xiàn)無極調(diào)速的裝置較多，如液力聯(lián)軸節(jié)、無極調(diào)速的皮帶輪以及目前應(yīng)用較多的串激調(diào)速系統(tǒng)。串激調(diào)速系統(tǒng)，可以通應(yīng)金屬礦開采時，大爆破后要求加強通風的需要。 對于煤礦，通風網(wǎng)路阻力變化緩慢，不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)。但采用階段調(diào)速時，在每一階段的初期，為控制風量，往往需要附加節(jié)流調(diào)節(jié)浪費大量電能。采用串級調(diào)速時，可避免此項浪費，所需投資很快可以得到補償。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，可以獲得較寬廣的調(diào)節(jié)范圍。若調(diào)節(jié)前后的工況是彼此相似的，則效率不變或?qū)嶋H上變化甚微。總按最高轉(zhuǎn)速所需功率配備電機

6、，在低速運行時，就可能出現(xiàn)電機不滿載的情況。對于這些特征，應(yīng)在確定選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)方案時，予以充分注意。3 改變前導(dǎo)器角度調(diào)節(jié) 離心式和軸流式渦輪機理論壓頭方程式表明，風機產(chǎn)生的壓頭與入口旋繞速度有關(guān)。前導(dǎo)器是裝在葉輪入口前的一種導(dǎo)流裝置，利用這種裝置，可以改變氣流進入葉輪的旋繞速度，從而改變風機特性，達到調(diào)節(jié)的目的。 離心式通風機的前導(dǎo)器（圖14-3），是由若干均布在風機進風管中的扇形葉片組成，各葉片可以同時繞自身軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的方向和角度，由裝在外殼上的操作手柄控制。這樣，就可以在不停機的情況下進行調(diào)節(jié)。 當前導(dǎo)器葉片角為負值時，使經(jīng)過它的氣流，朝葉輪旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)，形成-c1u，而且角度愈大，負

7、旋繞愈強，根據(jù)式（1-22），此時風壓將降低。這可由圖14-3中角度分別等于-6、-25、-40、-55和-70時的特性看出。 當前導(dǎo)器葉片角度為正值時，經(jīng)過它的氣流朝相反的方向旋繞，形成+c1u。根據(jù)式（1-22）此時風壓上升。圖中角度為+7時的特性表明了這種情況。試驗證明，無論上調(diào)或下調(diào)，風機效率都有變化。裝有前導(dǎo)器的兩級軸流式通風機，如圖14-4所示。前導(dǎo)器不隨葉輪轉(zhuǎn)動，它的葉片可制成弧形或機冀形，各葉片可以同時調(diào)節(jié)到需要的角度。前導(dǎo)器葉片分為兩種可調(diào)型式。一種是軸向的，如圖14-5a所示，可以左右偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反轉(zhuǎn)向或順轉(zhuǎn)向旋繞。另一種是只能單向偏轉(zhuǎn)的，如圖14-5b和c所示。前導(dǎo)器角度不

8、同，風壓特性也不同。圖14-6表示這種變化情況，產(chǎn)生-c1u時，風壓下降，最高效率也有所下降。4 改變?nèi)~片安裝角調(diào)節(jié) 改變?nèi)~片安裝角調(diào)節(jié)風機特性的方法，最先用于軸流式風機，后來又用于離心式風機，成為調(diào)節(jié)風機特性的一種普遍方法。 一、改變軸流式通風機葉片安裝角 由軸流式風機葉輪速度圖（圖3-3）可以看出，改變?nèi)~片安裝角時，出口相對氣流速度w2的大小和方向發(fā)生變化，氣流角2變化。根據(jù)軸流渦輪機特性方程式（1-53），當2R變化時，必然引起特性改變。圖3-6給出了各種安裝角時的實際特性，其風壓特性接近平行。在網(wǎng)路特性曲線c不變的情況下，安裝角由45調(diào)到40時，工況點由1移至2。隨著安裝角的減小，風壓

9、和風量逐漸降低。 改變?nèi)~片安裝角的方法很多。最原始的方法是在停止風機的情況下，旋松固定葉片的鎖緊螺帽3（圖14-7）。而后，人工搬動葉片，使其繞自身軸旋轉(zhuǎn)到所需的角度。調(diào)行定位后，再擰緊螺帽。這樣，一片一片地完成各葉片的調(diào)節(jié)工作。要緊的是，所有葉片都應(yīng)當調(diào)到相同的角度。但是，實際上往往是困難的。 在停止風機情況下，同時調(diào)節(jié)各葉片安裝角的機構(gòu)很多。圖14-8是其中的一種，在各葉片1的葉柄2上裝有圓錐齒輪3，它與可以繞軸自由轉(zhuǎn)動的齒輪4嚙合。后者盤面上裝有圓柱齒輪5與6嚙合。齒輪6靠蝸桿傳動機構(gòu)傳動。調(diào)整時，由機殼上的窗孔伸入操作手柄，轉(zhuǎn)動機構(gòu)7，各葉片同時轉(zhuǎn)動。這種調(diào)節(jié)機構(gòu)的優(yōu)點是可以保證各葉片

10、角度相同。 晝夜間采煤量波動較大的礦井，其瓦斯含量波動很大。在這種情況下，如風量亦隨之而變，不僅有利于井下環(huán)境，而且有利于節(jié)約能耗，提高效益。早在40年代末期，就開始研制在葉輪轉(zhuǎn)動情況下，同時調(diào)節(jié)葉輪葉片安裝角的機構(gòu)。曾一度難以解決。后來，找到了葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的閉合力矩及其克服的方法，才使“動葉調(diào)節(jié)機構(gòu)”得到發(fā)展。 動葉調(diào)節(jié)的原理是，過葉片葉柄軸線作垂直于翼型骨線的平面，分葉片為首、尾兩部分。此兩部分各具重心。當葉輪旋轉(zhuǎn)時，由各葉首、尾兩部分的離心力中，可以分解出使葉片安裝角縮小的力矩，稱為閉合力矩。如圖l4-9所示，若在葉柄上加裝平衡錘14，使其產(chǎn)生大小相等方向相反的力矩，以抵消閉合力矩，將

11、使葉片調(diào)節(jié)自如。 圖14-9是利用液壓調(diào)節(jié)葉片安裝角的一種調(diào)節(jié)機構(gòu)。各葉片葉柄2的尾部均裝有曲柄3，曲柄的頭部插入油缸4外圈表面上的環(huán)形凹槽內(nèi)。當油缸沿主軸方向移動時，撥動曲柄繞柄軸轉(zhuǎn)動，各葉片隨之同時轉(zhuǎn)動，改變了葉片安裝角，達到了調(diào)節(jié)的目的。 油缸裝在機構(gòu)主軸5上，隨葉輪轉(zhuǎn)動的同時，還可以沿主軸滑動。缸內(nèi)的盤塞6固定在主軸5上。盤塞將缸內(nèi)空間分為左、右兩腔。一側(cè)進油時，另一側(cè)回油，以完成油缸左右移動。 主軸內(nèi)部有兩條油路，分別通往兩側(cè)空腔。油路的另一端與控制頭7內(nèi)部的控制滑閥發(fā)生聯(lián)系。滑閥閥芯處于圖中位置時，由進油孔A進入的壓力油，經(jīng)閥芯內(nèi)孔、芯表面上的環(huán)形槽、控制頭內(nèi)部右側(cè)油路和主軸油孔輸

12、向缸體左腔。右腔的油經(jīng)主軸內(nèi)油孔、控制頭內(nèi)部左側(cè)油孔和閥芯左側(cè)環(huán)形槽，最后經(jīng)回油孔B回油。此時，缸體向左移動，葉片安裝角增大。相反，當閥芯向右移動，使左側(cè)環(huán)形槽與控制頭右側(cè)油路溝通時，控制頭左側(cè)油路與進油孔A溝通。此時，右腔進油，左腔回油，缸體右移，葉片安裝角減小。輸入軸9的端面上偏心裝有銷軸。銷軸插在槽桿10的凹槽內(nèi)。輸入軸接收外部指令，轉(zhuǎn)動一定角度時，銷軸移動，推動槽桿移動。槽桿右端轉(zhuǎn)軸上裝有兩圓柱齒輪，一大一小，構(gòu)成一體，同心裝在桿的轉(zhuǎn)軸上。大、小齒輪分別與上、下兩齒條嚙合。假若移開齒條，齒輪可繞自身軸轉(zhuǎn)動。下齒條是控制滑閥閥芯的尾桿。上齒條與位置反饋桿12制成一體。位置反饋桿是一根長桿

13、，穿過主軸中心孔，用螺帽和油缸端蓋緊固在一起，隨缸起移動。桿端齒條除與齒輪11嚙合外，還與輸出軌面上的齒輪嚙合，后者端面上的顯示器，可以顯示葉片裝置角大小。 假若葉片處于0位（圖14-9），此時，閥芯的端部和中部圓柱表面分別堵住通向主軸內(nèi)部的左、右兩條油路。當輸入軸接受外部指令并順時針轉(zhuǎn)動一定角度后，由于銷軸的撥動使槽桿左移，大齒輪沿上齒條滾動，隨之轉(zhuǎn)動的小齒輪推動下齒條左移，閥芯讓開兩油路，壓力油進入油缸左側(cè)空腔，右側(cè)空腔的油自回油孔回油，缸體左移，推動曲柄頭向左轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)動葉柄使葉片安裝角加大。與缸體左移的同時，位置反饋桿隨同左移，它的齒條一方面拉轉(zhuǎn)輸出軸齒輪顯示葉片安裝角的變化情況，一方面

14、拉轉(zhuǎn)大齒輪繞自身軸旋轉(zhuǎn)，小齒輪也隨之逆時針旋轉(zhuǎn)，推動下齒輪和閥芯復(fù)位到閉路狀態(tài)。此時，油缸不再移動，葉片安裝角轉(zhuǎn)到確定位置，顯示器顯示當前角度值。 當輸入軸得到相反指令時，葉片安裝角減小。 由于此系統(tǒng)中有位置反饋裝置，因而可以有效地控制調(diào)節(jié)量并保證調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。 葉輪旋轉(zhuǎn)時，除控制頭以及與其固定在一起的其余部件，均隨同葉輪一起旋轉(zhuǎn)。因而，可以在不停機的情況下完成調(diào)節(jié)工作。 在油路閉塞情況下，缸內(nèi)兩空腔中的油壓平衡。即使在操作情況下，系統(tǒng)中的液壓力也不會傳到風機主軸軸承上去。 操作機構(gòu)所需的外加扭矩僅為2050NM。由于裝了平衡錘。因此，即使油壓降低，風機仍可運行。連結(jié)在輸入軸上的伺服馬達，可以

15、接受指令完成自動調(diào)節(jié)。也可以手動調(diào)節(jié)。二、改變離心式風機葉片襟翼角度 裝有機翼型葉片的離心式風機葉輪之一種如圖l4-10所示。其葉片可以分成兩段，包括翼首在內(nèi)的主要段固定在兩底盤之間，不能調(diào)節(jié)；另一段，即包括翼尾的襟翼段，則是可以擺動的。擺角不同時，葉片出口角相應(yīng)改變。根據(jù)離心渦輪機特性方程式（1-26）可知，當2變化時，特性將隨之而變。圖14-11給出了擺動角在+30-20范圍內(nèi)的實際特性。顯然，這種調(diào)節(jié)方法使風機能得到寬廣的調(diào)節(jié)范圍。 調(diào)節(jié)襟翼角度的機構(gòu)示于圖14-10。襟翼4和它自身的空心軸5連成一體并借助轉(zhuǎn)軸6擺動。轉(zhuǎn)軸6的端部組裝著調(diào)節(jié)裝置I。空心軸位于兩底盤之間，調(diào)節(jié)裝置則位于底盤

16、外側(cè)。由機構(gòu)I的放大圖可以看出，轉(zhuǎn)軸6轉(zhuǎn)動時，空心軸5和襟翼一起擺動，而轉(zhuǎn)軸6的轉(zhuǎn)動是靠齒輪8的轉(zhuǎn)動完成的。齒輪8處于圖示位置時，與內(nèi)齒圈7嚙合，內(nèi)齒圈又是用螺釘固定在后底盤上。所以，這時襟翼被固定在某一確定位置上，不能動。調(diào)節(jié)時，首先將罩蓋9卸下。而后拉動擰在齒輪8上的螺釘，使齒輪8順轉(zhuǎn)軸6的軸向向外滑動。當滑到脫離與齒7的嚙合后，再把它轉(zhuǎn)動到所需的角度。而后，再推回到齒圈7內(nèi)，重新嚙合。這時，襟翼調(diào)到了相應(yīng)的位置上，完成了調(diào)節(jié)工作。最后將罩蓋復(fù)位。 由于靠齒輪嚙合定位，故只能按事先設(shè)計好的間隔角的整數(shù)倍調(diào)節(jié)。當需要提高風機產(chǎn)生的風壓和風量時，可將襟翼向正位（+10，+20，+30）方向調(diào)；

17、減少風壓和風量時，向負伍（-10，-20）方向調(diào)。除此之外，還可以對稱地取掉4支襟翼，或全部取掉以增加調(diào)節(jié)的密度，相應(yīng)的特性如圖中標有“”和“”符號的曲線所示。 例題3-2 某風機裝置對某網(wǎng)路通風，它們的特性示于圖14-12。設(shè)原工況為A，現(xiàn)由于網(wǎng)路阻力增加，相應(yīng)的特性變至OB，若保持原風量就需獲得工況B，試求應(yīng)調(diào)的葉片安裝角。 解： 通過點B做平行于鄰近已有曲線的假擬特性曲線，如圖中點劃線。然后，用內(nèi)插法很容易求得必須的安裝角37.5。此時，裝置靜效率約為0.76。5 改變?nèi)~片數(shù)目調(diào)節(jié) 相同的葉輪，葉片數(shù)目不一樣時，葉片之間的距離不等，通過葉片間的氣流要有變化。表現(xiàn)出實際特性也不相同。 軸流

18、式通風機，可以對稱地取掉部分葉片進行調(diào)節(jié)。圖14-13為某兩級風機的類型特性，原機葉片共14支，其特性如圖中實線所示。若對稱地取掉一半，各級葉輪均保留7支葉片，其特性如圖中點劃線所示。通過對比，可以看出：當安裝角較大時，特性有明顯變化，隨著安裝角減小葉片數(shù)目的影響逐漸減弱。若保持首級葉輪不動，只減少次級葉輪葉片，其安裝角為40時的風壓特性如圖中虛線，它介于全葉片曲線和半數(shù)葉片特性曲線之間。 減少葉片數(shù)目后，風機效率有所下降，但不明顯。6 各種調(diào)節(jié)方法比較 改變前導(dǎo)器葉片角度調(diào)節(jié)的機構(gòu)比較簡單，可以在不停止風機的情況下完成操作，通常只能達到階段調(diào)節(jié)的目的，在網(wǎng)路特性不變的情況下調(diào)節(jié)時，效率有所變化。由于調(diào)節(jié)范圍比較窄，作為其它階段性調(diào)節(jié)的補充較為適宜。階段性變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的機構(gòu)簡單，必須在停機時操作，可實現(xiàn)階段性調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍較寬，在網(wǎng)路特性不變的情況下調(diào)節(jié)時，效率不變。若補充其它可以在不停機時完成操作的調(diào)節(jié)機構(gòu)，可彌補階段之間的調(diào)節(jié)空擋，增加可調(diào)密度。圖14-14示階段調(diào)速配備前導(dǎo)器聯(lián)合調(diào)節(jié)時的持性。由圖可看出，n600r/min時，用前導(dǎo)器調(diào)節(jié)可以填補它與n515r/min之間的空擋。 均勻變速調(diào)節(jié)的當前措施是采用串激調(diào)速系統(tǒng)，可以在不停機情況下完成調(diào)節(jié)工作，網(wǎng)路定常情況下效率不變。調(diào)速范圍較寬，但受調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速比限制。在可調(diào)