1、第四章 通風動力一、教學目的要求 熟悉自然風壓的概念及其對礦井通風的影響，熟悉通風機的類型。了解主要通風機附屬裝置，熟悉通風機實際特性曲線。掌握通風機的工況點及其經濟運行，熟悉通風機的聯合運轉。熟悉礦井通風設備選型方法，掌握主要通風機性能測試方法，了解噪聲控制措施。二、重點難點1）自然風壓的產生、計算、利用與控制2）軸流式和離心式主要通風機特性3）主要通風機的聯合運轉4）主要通風機的合理工作范圍三、學時分配第1節 2課時 第2-3節 2課時第4節 2課時第5-6節 2課時第7-8節 2課時四、教學內容與過程 欲使空氣在礦井中源源不斷地流動，就必須克服空氣沿井巷流動時所受到的阻力。這種克服通風阻

2、力的能量或壓力叫通風動力。由第二章可知，通風機風壓和自然風壓均是礦井通風的動力。本章將就。對這兩種壓力對礦井通風的作用、影響因素、特性進行分析研究，以便合理地使用通風動力，從而使礦井通風達到技術先進、經濟合理，安全可靠。第一節 自然風壓 一、 自然風壓及其形成和計算圖4-1-1 簡化礦井通風系統 自然風壓與自然通風 圖4-1-1為一個簡化的礦井通風系統，2-3為水平巷道，0-5為通過系統最高點的水平線。如果把地表大氣視為斷面無限大，風阻為零的假想風路，則通風系統可視為一個閉合的回路。在冬季，由于空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導致兩空氣柱作用在2-3水平面上的重力

3、不等。其重力之差就是該系統的自然風壓。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5流出。在夏季時，若空氣柱5-4-3比0-1-2溫度低，平均密度大，則系統產生的自然風壓方向與冬季相反。地面空氣從井口5流入，從井口1流出。這種由自然因素作用而形成的通風叫自然通風。 由上述例子可見，在一個有高差的閉合回路中，只要兩側有高差巷道中空氣的溫度或密度不等，則該回路就會產生自然風壓。根據自然風壓定義，圖4-1-1所示系統的自然風壓HN可用下式計算： 4-1-1式中 Z礦井最高點至最低水平間的距離，m； g重力加速度，m/s2； 1、2分別為0-1-2和5-4-3井巷中dz段空氣密度，kg/m3。 由于空氣密度

4、受多種因素影響，與高度Z成復雜的函數關系。因此利用式4-2-1計算自然風壓較為困難。為了簡化計算，一般采用測算出0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值m1和m2，用其分別代替式411中的1和2，則(4-1-1)可寫為： 4-1-2 二、 自然風壓的影響因素及變化規律 自然風壓影響因素 由式4-1-1可見，自然風壓的影響因素可用下式表示： HN=f(Z）=f(T,P,R，)Z 4-1-3 影響自然風壓的決定性因素是兩側空氣柱的密度差，而影響空氣密度又由溫度T、大氣壓力P、氣體常數R和相對濕度等因素影響。圖4-1-2 1、礦井某一回路中兩側空氣柱的溫差是影響HN的主要因素。影響氣溫差的主要因

5、素是地面入風氣溫和風流與圍巖的熱交換。其影響程度隨礦井的開拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。大陸性氣候的山區淺井，自然風壓大小和方向受地面氣溫影響較為明顯；一年四季，甚至晝夜之間都有明顯變化。由于風流與圍巖的熱交換作用使機械通風的回風井中一年四季中氣溫變化不大，而地面進風井中氣溫則隨季節變化，兩者綜合作用的結果，導致一年中自然風壓發生周期性的變化。圖4-1-2曲線1所示為某機械通風淺井自然風壓變化規律示意圖。對于深井，其自然風壓受圍巖熱交換影響比淺井顯著，一處四季的變化較小，有的可能不會出現負的自然風壓，如圖4-1-2曲線2所示。 2、空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對自然風壓也

6、有一定影響，但影響較小。 3、井深。由式4-1-2可見，當兩側空氣柱溫差一定時，自然風壓與礦井或回路最高與最低點（水平）間的高差Z成正比。 4、主要通風機工作對自然風壓的大小和方向也有一定影響。因為礦井主要通風機工作決定了主風流的方向，加之風流與圍巖的熱交換，使冬季回風井氣溫高于進風井，在進風井周圍形成了冷卻帶以后，即使風機停轉或通風系統改變，這兩個井筒之間在一定時期內仍有一定的氣溫差，從而仍有一定的自然風壓起作用。有時甚至會干擾通風系統改變后的正常通風工作，這在建井時期表現尤其明顯。如淮南潘一礦及浙江長廣一號井在建井期間改變通風系統時都曾遇到這個問題。 三、自然風壓的控制和利用 自然風壓既是

7、礦井通風的動力，也可能是事故的肇因。因此，研究自然風壓的控制和利用具有重要意義。 1、新設計礦井在選擇開拓方案、擬定通風系統時，應充分考慮利用地形和當地氣候特點，使在全年大部分時間內自然風壓作用的方向與機械通風風壓的方向一致，以便利用自然風壓。例如，在山區要盡量增大進、回風井井口的高差；進風井井口布置在背陽處等。 2、根據自然風壓的變化規律，應適時調整主要通風機的工況點，使其既能滿足礦井通風需要，又可節約電能。例如在冬季自然風壓幫助機械通風時，可采用減小葉片角度或轉速方法降低機械風壓。 3、在多井口通風的山區，尤其在高瓦斯礦井，要掌握自然風壓的變化規律，防止因自然風壓作用造成某些巷道無風或反向

8、而發生事故。 圖4-1-3a是四川某礦因自然風壓使風流反向示意圖。該礦為抽出式通風，風機型號為BY-2-28，冬季AB平硐和BD立井進風，QAB=2000m3/min，夏季平硐自然風壓作用方向與主要通風機相反，平硐風流反向，出風量Q=300m3/min，反向風流把平硐某處涌出的瓦斯帶至硐口的給煤機附近，因電火花引起瓦斯爆炸。下面就此例分析平硐AB風流反向的條件及其預防措施。如圖4-1-3b所示，對出風井來說夏季存在兩個系統自然風壓。圖4-1-3 自然風壓使風流反向示意圖 ABBCEFA系統的自然風壓為 DBBCED系統的自然風壓為 式中 rCB、rAF和rBE分別為CB、AF和BE空氣柱的平均

9、密度，kg/m3. 自然風壓與主要通風機作用方向相反，相當于在平硐口A和進風立井口D各安裝一臺抽風機（向外）。設AB風流停滯，對回路ABDEFA和ABBCEFA可分別列出壓力平衡方程： 4-1-6式中 HS風機靜壓，Pa； QDBBC風路風量，m3/S; RD、RC分別為DB和BBC分支風阻，N·S2/m8。 方程組4-1-6中兩式相除，得 4-1-7 此即AB段風流停滯條件式。 當上式變為 4-1-8 則AB段風流反向。根據式4-1-8，可采用下列措施防止AB段風流反向：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A點安裝風機向巷道壓風。 為了防止風流反向，必須做好調查研究和現場實測工

10、作，掌握礦井通風系統和各回路的自然風壓和風阻，以便在適當的時候采取相應的措施。 4、在建井時期，要注意因地制宜和因時制宜利用自然風壓通風，如在表土施工階段可利用自然通風；在主副井與風井貫通之后，有時也可利用自然通風；有條件時還可利用鉆孔構成回路，形成自然風壓，解決局部地區通風問題。5、利用自然風壓做好非常時期通風。一旦主要通風機因故遭受破壞時，便可利用自然風壓進行通風。這在礦井制定事故預防和處理計劃時應予以考慮。152346789101125-300-230四、自然風壓測定1、平均密度測算法 密度變化大的地方井口、井底、傾斜巷道上、下，風溫變化較大，變坡布置測點。較短時間測定：P，t，t，i若

11、高差相等：若高差不等：圖4-1-4示意圖例 如圖4-1-4所示的通風系統，在利用氣壓計法測定該系統通風阻力的同時，測得了圖中各測點的空氣密度如表4-1-1，求此系統自然風壓HN。表4-1-1測點1234567891011標高25-60-150-220-300-300-250-200-130-13025密度1.2151.2291.2431.2751.2991.2871.2461.2311.2011.1991.177解：2、直接測定 1)有閘門 2)井下密閉墻152346789101125-300-230HN密閉墻HN 3、停主要通風機測定 測定總回風量Q，HN=RQ24、簡略計算法新井或延深，估

12、算 1)以該區域最冷或最熱月份平均氣溫作為最冷或最熱進風溫度； 2)井底溫度比原巖溫度低34， 3)回風井按每上升100m降低1 估算平均值，第二節 通風機的類型及構造 礦井通風的主要動力是通風機。通風機是礦井的“肺臟”。其日夜不停地運轉，加之其功率大，因此其能耗很大。據統計，全國部屬煤礦主要通機平均電耗約占礦井電耗的16%。所以合理地選擇和使用通風機，不僅關系到礦井的安全生產和職工的身體健康，而且對礦井的主要技術經濟指標也有一定影響。 礦用通風機按其服務范圍可分為三種： 1、主要通風機，服務于全礦或礦井的某一翼（部分）； 2、輔助通風機，服務于礦井網絡的某一分支（采區或工作面），幫助主要通風

13、機通風，以保證該分支風量； 3、局部通風機，服務于獨頭掘進井巷道等局部地區。 按通風機的構造和工作原理可分為離心式通風機和軸流式通風機兩種。 一、離心式通風機的構造和工作原理 風機構造。離心式通風機一般由進風口、工作輪（葉輪）、螺形機殼和前導器等部分組成。圖4-2-1是G4-73-11型離心式通風機的構造。工作輪是對空氣做功的部件，由呈雙曲線型的前盤、呈平板狀的后盤和夾在兩者之間的輪轂以及固定在輪轂上的葉片組成。風流沿葉片間流道流動，在流道出口處，風流相對速度W2的方向與圓周速度u2的反方向夾角稱為葉片出口構造角，以2表示。根據出口構造角2的大小，離心式通風機可分為前傾式（2>90

14、86;)、徑向式（2=90º)和后傾式（2<90º)三種，如圖4-2-2。2不同，通風機的性能也不同。礦用離心式通風機多為后傾式。圖4-2-1 離心式通風機 圖4-2-2 葉片出口構造角與風流速度圖 進風口有單吸和雙吸兩種。在相同的條件下雙吸風機葉（動）輪寬度是單吸風機的兩倍。在進風口與葉（動）輪之間裝有前導器（有些通風機無前導器），使進入葉（動）輪的氣流發生預旋繞，以達到調節性能之目的。 工作原理。當電機通過傳動裝置帶動葉輪旋轉時，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉而旋轉，獲得離心力。經葉端被拋出葉輪，進入機殼。在機殼內速度逐漸減小，壓力升高，然后經擴散器排出。與此同時，在

15、葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于進風口壓力），于是，進風口的風流便在此壓差的作用下流入葉道，自葉根流入，在葉端流出，如此源源不斷，形成連續的流動。常用型號。目前我國煤礦使用的離心式通風機主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。這些品種通風機具有規格齊全、效率高和噪聲低等特點。型號參數的含義舉例說明如下： G 4 73 1 1 25 D代表通風機的用途，K表示 表示傳動方式 礦用通風機，G代表鼓風機 通風機葉輪直徑（25dm) 表示通風機在最高效率點時 全壓系數10倍化整 設計序號(1表示第一次設計） 表示通風機比轉速(ns)化整 表示進風口數,1為單吸,0為雙吸 說明：（1）比轉數n

16、s是反映通風機Q、H和n等之間關系的綜合特性參數。式中Q、H分別表示全壓效率最高時的流量和壓力。相似通風機的比轉數相同。 （2）離心式通風機的傳動方式有六種：A表示無軸承電機直聯傳動；B表示懸臂支承皮帶輪在中間；C表示懸臂支承皮帶輪在軸承外側；D表示懸臂支承聯軸器傳動；E表示雙支承皮帶輪在外側；F表示雙支承聯軸器傳動。 二、軸流式通風機的構造和工作原理如圖4-2-3，軸流式通風機主要由進風口、葉輪、整流器、風筒、擴散（芯筒）器和傳動部件等部分組成。 圖4-2-3 軸流式通風機 進風口是由集流器與疏流罩構成斷面逐漸縮小的進風通道，使進入葉輪的風流均勻，以減小阻力，提高效率。 葉輪是由固定在軸上的

17、輪轂和以一定角度安裝其上的葉片組成。葉片的形狀為中空梯形，橫斷面為翼形。沿高度方向可做成扭曲形，以消除和減小徑向流動。葉輪的作用是增加空氣的全壓。葉輪有一級和二級兩種。二級葉輪產生的風壓是一級兩倍。整流器安裝在每級葉輪之后，為固定輪。其作用是整直由葉片流出的旋轉氣流，減小動能和渦流損失。環形擴散（芯筒）器是使從整流器流出的氣流逐漸擴大到全斷面，部分動壓轉化為靜壓。 工作原理。在軸流式通風機中，風流流動的特點是，當葉（動）輪轉動時，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出。用與機軸同心、半徑為R的圓柱面切割葉（動）輪葉片，并將此切割面展開成平面，就得到了由翼剖面排列而成的翼柵。如圖4-2-4。 在葉片迎風側

18、作一外切線稱為弦線。弦線與葉(動)輪旋轉方向（u)的夾角稱為葉片安裝角，以表示。葉(動)輪上葉片的安裝角可根據需要在規定范圍內調整，但必需保持一致。 當葉（動）輪旋轉時，翼柵即以圓周速度u移動。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；與此同時，葉片背的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運動，于是葉片迎面的高壓氣流由葉道出口流出，翼背的低壓區“吸引”葉道入口側的氣體流入，形成穿過翼柵的連續氣流。常用型號。我國煤礦在用的軸流式通風機有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（對旋式）等系列軸流式通風機。在用的60年代產品70B2。軸流式通風機型號的一般含義是： 1 K 58 4 25

19、表示表示葉輪級數,1表示 通風機葉輪直徑（25dm) 單級，2表示雙級 表示設計序號 表示用途，K表示礦用， T表示通用 表示通風機輪轂比,0.58化整 B D K 65 8 24 防爆型 葉輪直徑（24dm) 對旋結構 電機為8極（740r/min） 表示用途，K為礦用 輪轂比0. 65的100倍化整 對旋式軸流風機的特點是，一級葉輪和二級葉輪直接對接，旋轉方向相反；機翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級葉片安裝角一般相差3º；電機為防爆型安裝在主風筒中的密閉罩內，與通風機流道中的含瓦斯氣流隔離，密閉罩中有扁管與大氣相通，以達到散熱目的。此種通風機可進行反轉反風。第三節 通風機附屬裝置

20、礦山使用的通風機，除了主機之外尚有一些附屬裝置。主機和附屬裝置總稱為通風機裝置。附屬裝置的設計和施工質量，對通風機工作風阻、外部漏風以其工作效率均有一定影響。因此，附屬裝置的設計和施工質量應予以充分重視。 一、風硐 風硐是連接風機和井筒的一段巷道。由于其通過風量大、內外壓差較大，應盡量降低其風阻，并減少漏風。在風硐的設計和施工中應注意下列問題：斷面適當增大，使其風速10m/s，最大不超過15m/s；轉彎平緩，應成圓弧形；風井與風硐的連接處應精心設計，風硐的長度應盡量縮短，并減少局部阻力；風硐直線部分要有一定的坡度，以利流水；風硐應安裝測定風流壓力的測壓管。施工時應使其壁面光滑，各類風門要嚴密，

21、使漏風量小。 二、擴散器(擴散塔) 無論是抽出式還是壓入式通風，無論是離心式通風機還是軸流式通風機，在風機的出口都外接一定長度、斷面逐漸擴大的構筑物擴散器。其作用是降低出口速壓以提高風機靜壓。小型離心式通風機的擴散器由金屬板焊接而成，擴散器的擴散角(敞角)不宜過大，以阻止脫流，一般為810°；出口處斷面與入口處斷面之比約為34。擴散器四面張角的大小應視風流從葉片出口的絕對速度方向而定。大型的離心式通風機和大中型的軸流式通風機的外接擴散器，一般用磚和混凝土砌筑。其各部分尺寸應根據風機類型、結構、尺寸和空氣動學特性等具體情況而定，總的原則是，擴散器的阻力小，出口動壓小并無回流。(可參考有

22、關標準設計。) 三、防爆門(防爆井蓋) 出風井的上口，必須安裝防爆設施，在斜井井口安設防爆門，在立井井口安設防爆井蓋。其作用是，當井下一旦發生瓦斯或煤塵爆炸時，受高壓氣浪的沖擊作用，自動打開，以保護主要通風機免受毀壞；在正常情況下它是氣密的，以防止風流短路。圖4-3-1所示為不提升的通風立井井口的鐘形防爆井蓋。井蓋用鋼板焊接而成，其下端放入凹槽中，槽中盛油密封(不結冰地區用水封)，槽深與負壓相適應；在其四周用四條鋼絲繩繞過滑輪用重錘配重；井口壁四周還應裝設一定數量的壓腳，在反風時用以壓住井蓋，防止掀起造成風流短路。裝有提升設備的井筒設井蓋門，一般為鐵木結構。與門框接合處要加嚴密的膠皮墊層。 防

23、爆門(井蓋)應設計合理，結構嚴密、維護良好、動作可靠。 圖4-3-1 立井井口防爆蓋示意圖 1 .防爆井蓋 2.密封液槽 3 .滑輪 4.平衡重錘 5.壓角 6.風硐 四、反風裝置和功能 反風裝置是用來使井下風流反向的一種設施，以防止進風系統發生火災時產生的有害氣體進入作業區；有時為了適應救護工作也需要進行反風。 反風方法因風機的類型和結構不同而異。目前的反風方法主要有：設專用反風道反風；利用備用風機作反風道反風；風機反轉反風和調節動葉安裝角反風。 設專用反風道反風 圖4-3-2為軸流式通風機作抽出式通風時利用反風道反風的示意圖。反風時，風門、5、7打開，新鮮風流由風門經反風門進入風硐，由通風

24、機排出，然后經反風門進入反風繞道，再返回風硐送入井下。正常通通風時，風門、均處于水平位置，井下的污濁風流經風硐直接進入通風機，然后經擴散器排到大氣中。圖4-3-2 軸流式通風機作抽出式通風時利用專用反風道反風示意圖 圖4-3-3為離心式通風機作抽出式通風時利用反風道反風的示意圖。通風機正常工作時反風門和在實線位置。反風時，風門提起，風門放下，風流自反風門進入通風機，再從反風門進入反風道，經風井流入井下。圖4-3-3 離心式通風機作抽出式通風時利用反風道反風示意圖 2 軸流式通風機反轉反風 調換電動機電源的任意兩項接線，使電動機改變轉向，從而改變通風機葉（動）輪的旋轉方向，使井下風流反向。此種方

25、法基建費較小，反風方便。但反風量較小。 3 利用備用風機的風道反風(無地道反風)。如圖4-3-4所示，當兩臺軸流式通風機并排布置時，工作風機(正轉)可利用另一臺備用風機的風道作為“反風道”進行反風。圖中號風機正常通風時，分風風門、入風門、和反風門處于實線位置。反風時風機停轉，將分風風門、反風門拉到虛線位置，然后開啟入風門、，壓緊入風門、，再妄動啟動號風機，便可實現反風。圖4-3-4 軸流式風機無地道反風 調整動葉安裝角進行反風。對于動葉可同時轉動的軸流式通風機，只要把所有葉片同時偏轉一定角度(大約120º)，不必改變葉（動）輪轉向就可以實現礦井風流反向，如圖4-3-5。我國上海鼓風機

26、廠生產GAF型風機，結構上具有這種性能。國外此種風機較多。圖4-3-5 調整動葉安裝角反風反風裝置應滿足下列要求：定期進行檢修，確保反風裝置處于良好狀態；動作靈敏可靠，能在10min內改變巷道中風流方向；結構要嚴密，漏風少；反風量不應小于正常風量的40%；每年至少進行一次反風演習。第四節 通風機的實際特性曲線 一、通風機的工作參數 表示通風機性能的主要參數是風壓H、風量Q、風機軸功率N、效率h和轉速n等。 （一）風機(實際)流量Q 風機的實際流量一般是指實際時間內通過風機入口空氣的體積，亦稱體積流量（無特殊說明時均指在標準狀態下），單位為, 或。 （二）風機(實際)全壓Hf與靜壓Hs 通風機的

27、全壓Ht是通風機對空氣作功，消耗于每1m3空氣的能量（N·m/m3或Pa），其值為風機出口風流的全壓與入口風流全壓之差。在忽略自然風壓時，Ht用以克服通風管網阻力hR和風機出口動能損失hv，即 Ht=hR+hV, 4-4-1克服管網通風阻力的風壓稱為通風機的靜壓HS，Pa HS=hR=RQ2 4-4-2因此 Ht=HS+hV 4-4-3 (三）通風機的功率 通風機的輸出功率（又稱空氣功率）以全壓計算時稱全壓功率Nt，用下式計算： Nt=HtQ×10-3 4-4-4 用風機靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率NS，即 NS=HSQ×103 4-4-5 因此，風機的軸功率，

28、即通風機的輸入功率N（kW） , 4-4-6或 4-4-7式中 ht、 hS分別為風機折全壓和靜壓效率。 設電動機的效率為hm,傳動效率為htr時，電動機的輸入功率為Nm,則 4-4-8 二、通風機的個體特性曲線 當風機以某一轉速、在風阻的管網上工作時、可測算出一組工作參數風壓、風量、功率、和效率，這就是該風機在管網風阻為時的工況點。改變管網的風阻，便可得到另一組相應的工作參數，通過多次改變管網風阻，可得到一系列工況參數。將這些參數對應描繪在以為橫坐標，以、和為縱坐標的直角坐標系上，并用光滑曲線分別把同名參數點連結起來，即得、和曲線，這組曲線稱為通風機在該轉速條件下的個體特性曲線。有時為了使用

29、方便，僅采用風機靜壓特性曲線(S)。 為了減少風機的出口動壓損失，抽出式通風時主要通機的出口均外接擴散器。通常把外接擴散器看作通風機的組成部分，總稱之為通風機裝置。通風機裝置的全壓t為擴散器出口與風機入口風流的全壓之差，與風機的全壓t之關系為 4-4-14式中 hd擴散器阻力。通風機裝置靜壓sd因擴散器的結構形式和規格不同而有變化，嚴格地說 4-4-15式中 hVd擴散器出口動壓。 比較式410與式415可見，只有當hd+hVd<hV時，才有sd>s，即通風機裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風機出口動能損失時，通風機裝置的靜壓才會因加擴散器而有所提高，即擴散器起到回收動能的作用。

30、圖443表示了t、td、s和sd之間的相互關系，由圖可見，安裝了設計合理的擴散器之后，雖然增加了擴散器阻力，使td曲線低于t曲線，但由于hd+hVd<hV，故sd曲線高于s曲線（工況點由變至）。若hd+hVd>hV，則說明了擴散器設計不合理。圖 4-4-3 t、td、s和sd之間的相互關系圖 安裝擴散器后回收的動壓相對于風機全壓來說很小，所以通常并不把通風機特性和通風機裝置特性嚴加區別。 通風機廠提供的特性曲線往往是根據模型試驗資料換算繪制的，一般是未考慮外接擴散器。而且有的廠方提供全壓特性曲線，有的提供靜壓特性曲線，讀者應能根據具體條件掌握它們的換算關系。 圖4-4-4和圖4-4

31、-5分別為軸流式和離心式通風機的個體特性曲線示例。軸流式通風機的風壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺通風機的駝峰區隨葉片裝置角度的增大而增大。駝峰點以右的特性曲線為單調下降區段，是穩定工作段；點以左是不穩定工作段，風機在該段工作，有時會引起風機風量、風壓和電動機功率的急劇波動，甚至機體發生震動，發出不正常噪音，產生所謂喘振（或飛動）現象，嚴重時會破壞風機。離心式通風機風壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風壓曲線工作段較軸流式通風機平緩；當管網風阻作相同量的變化時，其風量變化比軸流式通風機要大。 離心式通風機的軸功率又隨增加而增大，只有在接近風流短路時功率才略有下降。因

32、而，為了保證安全啟動，避免因啟動負荷過大而燒壞電機，離心式通風機在啟動時應將風硐中的閘門全閉，待其達到正常轉速后再將閘門逐漸打開。當供風量超過需風量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風量，以節省電能。 軸流式通風機的葉片裝置角不太大時，在穩定工作段內，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風機應在風阻最小時啟動，以減少啟動負荷。 圖4-4-4 軸流式個體特性曲線 圖4-4-5 離心式通風機個體特性曲線 在產品樣本中，大、中型礦井軸流式通風機給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通風機大多是全壓特性曲線。 對于葉片安裝角度可調的軸流式通風機的特性曲線，通常以圖4-7-2的形式給出，曲線只畫出最大風壓點右

33、邊單調下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。 三、無因次系數與類型特性曲線 目前風機種類較多，同一系列的產品有許多不同的葉輪直徑，同一直徑的產品又有不同的轉速。如果僅僅用個體特性曲線表示各種通風機性能，就顯得過于復雜。還有，在設計大型風機時，首先必須進行模型實驗。那么模型和實物之間應保持什么關系？如何把模型的性能參數換算成實物的性能參數？這些問題都要進行討論。 （一） 無因次系數 通風機的相似條件 兩個通風機相似是指氣體在風機內流動過程相似，或者說它們之間在任一對應點的同名物理量之比保持常數，這些常數叫相似常數或比例系數。同一系列風機在相應工況點

34、的流動是彼此相似的，幾何相似是風機相似的必要條件，動力相似則是相似風機的充要條件，滿足動力相似的條件是雷諾數e（=）和歐拉數Eu=（）分別相等。同系列風機在相似的工況點符合動力相似的充要條件。 2、無因次系數無因次系數主要有：（1）壓力系數 同系列風機在相似工況點的全壓和靜壓系數均為一常數。可用下式表示： ， 4-4-16或 4-4-17式中 和叫全壓系數和靜壓系數。為壓力系數，u為圓周速度。 （2）流量系數 由幾何相似和運動相似可以推得 4-4-18 式中 D、u、分別表示兩臺相似風機的葉論外緣直徑、圓周速度，同系列風機的流量系數相等。 （3）功率系數 風機軸功率計算公式中的H和Q分別用式4

35、-4-17和式4-4-18代入得 4-4-19 同系列風機在相似工況點的效率相等，功率系數為常數。 、三個參數都不含有因次，因此叫無因次系數。 （二）類型特性曲線 、和可用相似風機的模型試驗獲得，根據風機模型的幾何尺寸、實驗條件及實驗時所得的工況參數Q、H、N和。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計算出該系列風機的、和。然后以為橫坐標，以、和為縱坐標，繪出-、-和-曲線，此曲線即為該系列風機的類型特性曲線，亦叫通風機的無因次特性曲線和抽象特性曲線。圖4-4-6和力圖4-4-7分別為4-72-11和G4-73-11型離心式通風機的類型曲線，2K60型類型風機的類型曲線如圖4-7-2（

36、a)、(b)所示。可根據類型曲線和風機直徑、轉速換算得到個體特性曲線。需要指出的是，對于同一系列風機，當幾何尺寸（D）相差較大時，在加工和制造過程中很難保證流道表面相對粗糙度、葉片厚度以及機殼間隙等參數完全相似，為了避免因尺寸相差較大而造成誤差，所以有些風機（4-72-11系列）的類型曲線有多條，可按不同直徑尺寸而選用。 圖4-4-6 圖4-4-7 四、比例定律與通用特性曲線 1、比例定律 由式4-4-17、4-4-18和4-4-19可見，同類型風機在相似工況點的無因次系數、和是相等的。它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉速n、尺寸D和空氣密度成一定比例關系，這種比例關系叫比例定律。將轉速u=D

37、n/60代入式4-4-17、4-4-18和4-4-19得 對于1、2兩個相似風機而言，、，所以其壓力、風量和功率之間關系為： 4-4-20 4-4-21 4-4-22各種情況下相似風機的換算公式如表441所示。 由比例定律知，同類型同直徑風機的轉速變化時，其相似工況點在等風阻曲線上變化。 表4-4-1 兩臺相似風機H、Q、和N的換算壓力換算風量換算功率換算效率換算1=2 例題 某礦使用主要通風機為4-72-1120B離心式通風機，其特性曲線如圖4-4-7所示，圖上給出三種不同轉速n的Ht-Q曲線，四條等效率曲線。轉速為n1=630r/min,風機工作風阻R=0.0547×9.81=0

38、.53657Ns2/m8，工況點為M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后來，風阻變為R=0.7932 Ns2/m8，礦風量減小不能滿足生產要求，擬采用調整轉速方法保持風量Q=58 m3/s，求轉速調至多少？ 解 因管網風阻已變，故應先將新風阻R=0.7932 Ns2/m8的曲線繪制在圖中，得其與n1=630r/min曲線的交點為M1，其風量Q1=51.5 m3/s。在此風阻下風量增至Q2=58 m3/s的轉速n2，可按下式求得： n2=n1 Q2/Q1=630×58/51.5=710r/min 即轉速應調至n2=710r/min，可滿足供風要求。 圖4-4-8 4-72=1

39、120B離心式通風機特性曲線 2、通用特性曲線 為了便于使用，根據比例定律，把一個系列產品的性能參數，如壓力H、風量Q、和轉速n、直徑D、功率N和效率等相互關系同畫在一個坐標圖上，這種曲線叫通用特性曲線。圖4-7-3為G4-73系列離心式通風機的對數坐標曲線，在對數坐標圖中，風阻R曲線為直線，與Q軸夾角為63.°,與機號線平行，大大簡化了作風阻曲線的步驟。 第五節 通風機工況點及其經濟運行 一、工況點的確定方法 所謂工況點，即是風機在某一特定轉速和工作風阻條件下的工作參數，如、和等，一般是指和兩參數。 已知通風機的特性曲線，設礦井自然風壓忽略不計，則可用下列方法求風機工況點。 圖解法

40、 當管網上只有一臺通風機工作時，只要在風機風壓特性（）曲線的坐標上，按相同比例作出工作管網的風阻曲線，與風壓曲線的交點之坐標值，即為通風機的工作風壓和風量。通過交點作軸垂線，與和曲線相交，交點的縱坐標即為風機的軸功率和效率。 圖解法的理論依據是：風機風壓特性曲線的函數式為f()，管網風阻特性（或稱阻力特性)曲線函數式是h=2，風機風壓是用以克服阻力h，所以h，因此兩曲線的交點，即兩方程的聯立解。可見圖解法的前提是風壓與其所克服的阻力相對應。 以抽出式通風礦井（安有外接擴散器）為例，如已知通風機裝置靜壓特性曲線S，則對應地要用礦井系統總風阻S（包括風硐風阻）作風阻特性曲線，求工況點。 若使用廠家

41、提供的不加外接擴散器的靜壓特性曲線s，則要考慮安裝擴散器所回收的風機出口動能的影響，此時所用的風阻S應小于m，即 4-5-1式中 v相當于風機出口動能損失的風阻， V風機出口斷面，即外接擴散器入口斷面； d擴散器風阻； Vd相當于擴散器出口動能損失的風阻， Vd為擴散器出口斷面。 若使用通風機全壓特性曲線t，則需用全壓風阻t作曲線，且 4-5-2 若使用通風機裝置全壓特性曲線td，則裝置全壓風阻應為td，且 4-5-3 應當指出，在一定條件下運行時，不論是否安裝外接擴散器，通風機全壓特性曲線是唯一的，而通風機裝置的全壓和靜壓特性曲線則因所安擴散器的規格、質量而有所變化。 解方程法 隨著電子計算

42、機的應用，復雜的數學計算已成為可能。風機的風壓曲線可用下面多項式擬合 4-5-4 式中 a1、a2、a3曲線擬合系數。曲線的多項式次數根據計算精度要求確定，一般取3，精度要求較高時也可取5。 在風機風壓特性曲線的工作段上選取i 個有代表性的工況點（i、i），一般取i。通常用最小二乘法求方程中各項系數，也可將已知的i、i值代入上式，即得含i個未知數的線性方程，解此聯立線性方程組，即得風壓特性曲線方程中的各項擬合系數。 對于某一特定礦井，可列出通風阻力方程 4-5-5式中 為通風機工作管網風阻，可根據上述方法確定。解式454、455兩聯立方程，即可得到風機工況點。 如果礦井自然風壓不能忽略，用圖解

43、法求工況點的方法見本章第六節中通風機的自然風壓串聯工作。 若井口漏風較大，通風系統因外部漏風通道并聯而風阻減小，此時應算出考慮外部漏風后的礦井系統總風阻，然后按上述方法求工況點。 二、通風機工況點的合理工作范圍 為使通風機安全、經濟地運轉，它在整個服務期內的工況點必須在合理的范圍之內。 從經濟的角度出發，通風機的運轉效率不應低于；從安全方面來考慮，其工況點必須位于駝峰點的右下側、單調下降的直線段上。由于軸流式通風機的性能曲線存在馬鞍形區段，為了防止礦井風阻偶爾增加等原因，使工況點進入不穩定區，一般限定實際工作風壓不得超過最高風壓的，即S.Smax。 軸流式通風機的工作范圍如圖5的陰影部分所示。

44、上限為最大風壓.倍的連線，下限為.的等效曲線 圖4-5-1 軸流式通風機的合理工作范圍 通風機葉（動）輪的轉速不應超過額定轉速。 分析主要通風機的工況點合理與否，應使用實測的風機裝置特性曲線。因廠方提供之曲線一般與實際不符，應用時會得出錯誤的結論。 三、主要通風機工況點調節 在煤礦中，通風機的工況點常因采掘工作面的增減和轉移、瓦斯涌出量等自然條件變化和風機本身性能變化（如磨損）而改變。為了保證礦井的按需供風和風機經濟運行，需要適時地進行工況點調節。實質上，工況點調節就是供風量的調節。由于風機的工況點是由風機和風阻兩者的特性曲線決定的，所以，欲調節工況點只需改變兩者之一或同時改變即可。據此，工點

45、調節方法主要有： 改變風阻特性曲線 當風機特性曲線不變時，改變其工作風阻，工況點沿風機特性曲線移動。 ）增風調節。為了增加礦井的供風量，可以采取下列措施： （）減少礦井總風阻。在礦井（或系統）的主要進、回風道采取增加并聯巷道、縮短風路、擴刷巷道斷面、更換摩擦阻力系數小的支架（護）、減小局部阻力等措施，均可收到一定效果。這種調節措施的優點是，主要通風機的運轉費用經濟，但有時工程費用較大。 （）當地面外部漏風較大時，可以采取堵塞地面的外部漏風措施。這樣做，通風機的風量雖然因其工作風阻增大而減小，但礦井風量卻會因有效風量率的提高而增大。這種方法實施簡單，經濟效益較好，但調節幅度不大。 ）減風調節。當

46、礦井風量過大時，應進行減風調節。其方法有： （）增阻調節。對于離心式通風機可利用風硐中閘門增阻（減小其開度）。這種方法實施較簡單，但因無故增阻而增加附加能量損耗。調節時間不宜過長，只能作為權宜之計。（）對于軸流式通風機，當其曲線在工作段具有單調下降特點時，因種種原因不能實施低轉速和減少葉片安裝角度時，可以用增大外部漏風的方法，來減小礦井風量。這種方法比增阻調節要經濟，但調節幅度較小。 改變風機特性曲線 這種調節方法的特點是礦井總風阻不變，改變風機特性，工況點沿風阻特性曲線移動。調節方法有：）軸流風機可采用改變葉安裝角度達到增減風量的目的。但要注意的是，防止因增大葉片安裝角度而導致進入不穩定區運

47、行。對于有些軸流式通風機還可以改變葉片數改變風機的特性。圖4-7-2a和圖4-7-2b分別為型風機不同葉片數的特性曲線。改變葉片數時，應按說明書規定進行。對于能力過大的雙級葉（動）輪風機，還可以減少葉（動）輪級數，減少供風。目前，有些從國外進口的風機能夠在風機運轉時，自動調節葉片安裝角。如淮南礦務局潘一礦和謝橋礦從德國進口的GVI軸流式通風機，自帶狀態監測和控制計算機。只需向計算機輸入要求的風機工作風量，計算機就能自動選擇并調節到合適的葉片安裝角。 ）裝有前導器的離心式通風機，可以改變前導器葉片轉角進行風量調節。風流經過前導器葉片后發生一定預旋，能在很小或沒有沖角的情況下進入風機。前導葉片角由

48、°變到°時，風壓曲線降低，風機效率也有所降低。但調節幅度不大（以上）時，比增阻調節經濟。圖4-4-7是風機調節范圍在°時的類型特性曲線。 ）改變風機轉速。無論是軸流式通風機還是離心式通風機都可采用。調節的理論依據是相似定律，即 4-5-6 （）改變電機轉速。可采用可控硅串級調速；更換合適轉速的電動機和采用變速電機（此種電機價格貴）等方法。 （）利用傳動裝置調速。如，利用液壓聯軸器調速。其原理是，改變聯軸器工作室內的液體量來調節風機轉速；利用皮帶輪傳動的風機可以更換不同直徑的皮帶輪，改變傳動比。這種方法只適用于小型離心式通風機。 調節轉速沒有額外的能量損耗，對風機的效率影響不大，因此是一種較經濟的調節方法，當調節期長，調節幅度較大時應優先考慮。但要注意，增大轉速時可能會使風機震動增加，噪音增大、軸承溫度升高和發生電動機超載等問題。調節方法的選擇，取決于調節期長短、調節幅度、投資大小和實施的難易程度。調節之前應擬定多種方案，經過技術和經濟比較后擇優選用。選用時，還要考慮實施的可能性。有時，可以考慮采用綜合措施。第六節 通風機的聯合運轉 在煤礦生產和建設時期，通風系統的阻力是經常變化的。當管網的阻力變