1、安全工程学院安全工程学院 Mine Ventilation and Safety中国矿业大学多媒体教学课件第第4章章 通风动力通风动力中国矿业大学多媒体教学课件上一章内容上一章内容 第第3章章 矿井通风阻力矿井通风阻力 3.1 风流的流动状态风流的流动状态 3.2 摩擦阻力摩擦阻力 3.3 局部阻力局部阻力 3.4 通风阻力定律和特性通风阻力定律和特性 3.5 通风阻力测量通风阻力测量 上一章内容上一章内容第第4章章 通风动力通风动力 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气沿井巷流动时所受到的阻力
2、。这种克服通风阻力的能量或压力叫能量或压力叫通风动力通风动力。由第二章可知，。由第二章可知，通风机风压通风机风压和自然风压均是矿井通风的动力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、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。使矿井通风达到技术先进、经济合理，安全可靠。 4.1 自然风压自然风压 4.2 矿用通风机类型及构造矿用通风机类型及构造4.3 通风机工作参数及个体特性曲线通风机工作参数及个体特性曲线4.4 比例
3、定律与通风机类型特性曲线比例定律与通风机类型特性曲线4.5 矿井主要通风机附属装置矿井主要通风机附属装置4.6 矿井主要通风机联合运转矿井主要通风机联合运转4.7 矿井主要通风机性能测定矿井主要通风机性能测定第第4章章 通风动力通风动力Homework 自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高自然风压是怎样产生的？进、排风井井口标高相同的井巷系统内是否会产生自然风压？相同的井巷系统内是否会产生自然风压？ 何谓通风机的工况点？如何用图解法求单一工何谓通风机的工况点？如何用图解法求单一工作或联合运转通风机的工况点，举例说明。作或联合运转通风机的工况点，举例说明。 描述主要通风机特性的主要参数有哪些
4、？其物描述主要通风机特性的主要参数有哪些？其物理意义是什么？理意义是什么？ 轴流式和离心式通风机的风压和功率特性曲线轴流式和离心式通风机的风压和功率特性曲线各有什么特点？在启动时应注意什么问题？各有什么特点？在启动时应注意什么问题？通风动力的基本概念通风动力的基本概念 机械风压机械风压 空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间空气能在井巷中流动，是由于风流的起末点间存在着能量差，由通风机造成的能量差，为存在着能量差，由通风机造成的能量差，为 自然风压自然风压 由矿井自然条件产生的能量差，则为由矿井自然条件产生的能量差，则为 机械风压和自然风压机械风压和自然风压均是矿井通风的动力，均是矿井通风的
5、动力，用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动用以克服矿井的通风阻力，促使空气流动4.1自然风压自然风压 自然通风的基本概念自然通风的基本概念 自然通风特性自然通风特性 自然风压参数计算自然风压参数计算 自然风压测定自然风压测定自然通风的基本概念自然通风的基本概念 一种现象一种现象 在非机械通风的矿井常观测到：风流从气温较低的在非机械通风的矿井常观测到：风流从气温较低的井筒经工作面流到气温较高的井筒。井筒经工作面流到气温较高的井筒。 基本原因基本原因 由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得由于风流流过井巷时与岩石发生了热量交换，使得进、回风井内的气温出现差异，回风井里面的空气进、回风井内的气
6、温出现差异，回风井里面的空气密度比进风井里的空气密度较小，因而两个井筒底密度比进风井里的空气密度较小，因而两个井筒底部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。部的空气压力不相等，其压差就是自然风压。 自然通风自然通风 在自然风压作用下，风流不断流过矿井的现象在自然风压作用下，风流不断流过矿井的现象p为井口的大气压，为井口的大气压，Pa；Z为井深，为井深，m；为空为空气密度，气密度，kg/m3，则自然风压为：，则自然风压为：)gZ(pph432- 12104.1.1 自然通风特性自然通风特性 生产实践表明，自然通风对矿井有效通风的影响，生产实践表明，自然通风对矿井有效通风的影响，有时表现为有时表现
7、为积极积极的一面，有时却表现为的一面，有时却表现为消极消极的一面。的一面。这就是事物的两面性。我们的任务就是深入认识矿这就是事物的两面性。我们的任务就是深入认识矿井自然通风的特性，以更好地利用和控制自然通风。井自然通风的特性，以更好地利用和控制自然通风。v影响自然风压大小和方向的因素影响自然风压大小和方向的因素1）地表气温的变化 对于山区平硐开拓的矿井，或深部露天转地下对于山区平硐开拓的矿井，或深部露天转地下的矿井，或井筒开拓的浅矿井，自然风压受地的矿井，或井筒开拓的浅矿井，自然风压受地表气温变化的影响较大。表气温变化的影响较大。 对于竖井开拓的深矿井，地温随深度增加而增大，地对于竖井开拓的深
8、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，方向不变比较小，自然风压的大小虽有改变，方向不变 2)矿井深度矿井深度 近似认为自然风压的大小与矿并深度成正比。深近似认为自然风压的大小与矿并深度成正比。深1000m的矿井，的矿井，“自然通风能自然通风能”占总通风能量的占总通风能量的30 3)地面大气压地面大气压 地面大气压变化不大，对自然风压的影响较小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，需要考虑反矿井通风设计
9、中选择主通风机的风压，需要考虑反抗它工作的自然风压；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。自然风压。gdzhn4.1.3自然风压测定自然风压测定在矿井中任一地点制做临时密闭，堵截风流，主要通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，即为该矿的为该矿的hn。要求是密闭不漏风，否则测值不准。要求是密闭不漏风，否则测值不准。直接测定法直接测定法4.2矿用通风机类型及构造矿用通风机类型及构造通风用的机械称为通风机（或通风机），通
10、风用的机械称为通风机（或通风机），按服务范围分为主要通风机、辅助通风机与局部通风机。按服务范围分为主要通风机、辅助通风机与局部通风机。 （1）主要通风机）主要通风机 担负整个矿井或矿井的一翼或一担负整个矿井或矿井的一翼或一个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通风机。个较大区域通风的通风机，称为矿井的主要通风机。 主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和井下主要通风机必须昼夜运转，它对矿井安全生产和井下工作人员的身体健康、生命安全关系极大。工作人员的身体健康、生命安全关系极大。 主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要耗电主要通风机一般安装在地面上，也是矿井的重要耗电设备。所以对主要通风机
11、的选用，必须从安全、技术、设备。所以对主要通风机的选用，必须从安全、技术、经济等方面进行综合考虑。经济等方面进行综合考虑。 （2）辅助通风机）辅助通风机 用来帮助矿井主要通风机对一翼用来帮助矿井主要通风机对一翼或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，或一个较大区域克服通风阻力，增加风量的通风机，称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装称为主要通风机的辅助通风机。辅助通风机大多安装在井下，目前已很少使用。在井下，目前已很少使用。 （3）局部通风机）局部通风机 为满足井下某一局部地点通风需为满足井下某一局部地点通风需要而使用的通风机，称为局部通风机。局部通风机主要而使用的通风机，称为局
12、部通风机。局部通风机主要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。要用作井巷掘进通风，将在后续章节中讨论。 本章重点讨论主要通风机。矿用主要通风机按其构造本章重点讨论主要通风机。矿用主要通风机按其构造和工作原理不同，可分为离和工作原理不同，可分为离心式通风机心式通风机和和轴流式通风轴流式通风机机两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋两大类，其中轴流式通风机又可分为普通式和对旋式两种。式两种。 一、离心式通风机一、离心式通风机 离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽离心式通风机的构造及其在矿井通风井口安装作抽出式通风的示意图。离心式通风机主要由动轮（工出式通风的示意图。离心式通风机主要由
13、动轮（工作轮）、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等部作轮）、蜗壳体、主轴、锥形扩散器和电动机等部件构成。件构成。return 当叶轮转动时，靠当叶轮转动时，靠离心力作用离心力作用，空气由吸风口，空气由吸风口12进进入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后折转入，经前导器进入叶轮的中心部分，然后折转90沿径向离开叶轮而流入机壳沿径向离开叶轮而流入机壳2中，再经扩散器中，再经扩散器3排出排出. 空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的压力高空气经过主要通风机后获得能量，使出风侧的压力高于入风侧，造成了压差以克服井巷的通风阻力促使空于入风侧，造成了压差以克服井巷的通风阻力促使空气流动，达到了通风的目的。
14、气流动，达到了通风的目的。 我国矿井使用的离心式风机主要有我国矿井使用的离心式风机主要有G4-73、K4-73 、Y4-73和和4-72等系列，该类风机的特点是特性曲线较等系列，该类风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高，且具有启动功率较小等特点。功率较小等特点。 运行时调节门（前导器）可在运行时调节门（前导器）可在070范围内调节，范围内调节，用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或用以改变运行工况，还可通过配置不同转速的电机或电机调速来改变其运行工况，适应性较好。电机调速来改变其运行工况，适应性较好。 其中其中4-72系
15、列离心式风机主要用于风量和通风阻力不系列离心式风机主要用于风量和通风阻力不是太大的中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机是太大的中小型矿井。我国小型煤矿使用该系列风机较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用较多，由于机型小，配置电机的容量也小，可配用380 V或或660 V电压的电机，适用于低压供电的矿井。电压的电机，适用于低压供电的矿井。轴流式通风机轴流式通风机:由动轮由动轮l，圆筒形机壳，圆筒形机壳3、集风器、集风器4、整流器整流器5、流线体、流线体6和环形扩散器和环形扩散器7所组成。集风器所组成。集风器是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是一是外壳呈曲线形且断面收缩的风筒。流线体是
16、一个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风个遮盖动轮轮毂部分的曲面圆锥形罩，它与集风器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。器构成环形入风口，以减少入口对风流的阻力。4.2.2 轴流式通风机动轮由固定在动轮由固定在轮轴上的轮毂轮轴上的轮毂和等间距安装和等间距安装的叶片的叶片2组成。组成。 叶片的安装角叶片的安装角可以根据需要来调整，国产轴流可以根据需要来调整，国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调为式通风机的叶片安装角一般可调为15、25、30、35、40和和45七种，使用时可以每隔七种，使用时可以每隔2.5调一次。调一次。 叶片按等间距叶片按等间距t安装在动轮上，当动轮的机翼形叶安装在动轮
17、上，当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此一压一吸便造成空气流动。一压一吸便造成空气流动。 一个动轮和它后面一个有固定叶片的一个动轮和它后面一个有固定叶片的整流器组成一段。整流器用来整理动轮流整流器组成一段。整流器用来整理动轮流出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提出的旋转气流，以减少涡流损失。为了提高通风机的风压，有些轴流式通风机安装高通风
18、机的风压，有些轴流式通风机安装两段动轮。两段动轮。环形扩散器是轴流式通风机特有的部件，环形扩散器是轴流式通风机特有的部件，其作用是使环状气流过渡到柱状气流时，其作用是使环状气流过渡到柱状气流时，速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使速压逐渐减少，以减少冲击损失，同时使静压逐渐增加。静压逐渐增加。(构造图构造图) 目前我国生产的轴流式主要通风机有目前我国生产的轴流式主要通风机有2BY、2K系列、系列、GAF、BD(K)、KZS系列等。叶轮直径从系列等。叶轮直径从1.2 m4.2 m，可满足不同，可满足不同大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机翼型扭曲叶大小井型的需要。该系列风机均为双级叶轮，机
19、翼型扭曲叶片，叶片角度可在较大范围内进行有级（片，叶片角度可在较大范围内进行有级（2K58）或无级）或无级（2K56、2K60）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用）调节，且均可直接反转反风，是我国煤矿用量较大的一类风机。量较大的一类风机。 GAF系列风机系列风机是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际是在引进国外技术的基础上，结合国内的实际情况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、情况加以改型改造的轴流式风机。具有风量风压调节范围宽、静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点，特别适用于需要经常改变运行工况的矿井使用。由于叶片
20、角度调整方于需要经常改变运行工况的矿井使用。由于叶片角度调整方便，这类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要便，这类风机可通过改变风叶角度实现风机反风，既不需要反风道，也不需要风机反转控制装置。反风道，也不需要风机反转控制装置。4.2.3 对旋式通风机 对旋式通风机对旋式通风机在构造上属于轴流式。近年来，在构造上属于轴流式。近年来，BD（K）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风机的特）系列对旋式通风机发展迅速，该系列风机的特点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相对并反向点是采用双级双电机驱动结构，两级叶轮相对并反向旋转，其结构相当于两台同型号轴流风机对接在一起旋转，其结构相当于两台同型号轴
21、流风机对接在一起串联工作，因此被称之为对旋式风机。串联工作，因此被称之为对旋式风机。 由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且由于这种结构可省去中间及后置固定导叶，且涡流损涡流损失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、失较小，具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点效率也较高的特点，其结构如图，其结构如图4-2-6。 图图4-2-6 对旋压抽式轴流通风机结构示意图对旋压抽式轴流通风机结构示意图 1-集流器集流器 2-前消声器前消声器 3-前机壳前机壳 4-进气翼进气翼 5-电机电机 6-级叶轮级叶轮 7-级叶轮级叶轮 8-出气翼出气翼 9-后机壳后机壳 10-后消声器后消声
22、器 对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新生代产品，对旋式通风机作为目前我国矿用风机的新生代产品，国内已有多家风机厂投入生产，结构性能也不断改进国内已有多家风机厂投入生产，结构性能也不断改进和提高，如湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能风和提高，如湖南湘潭平安电气、山西运城安瑞节能风机有限公司等厂家和西北工业大学合作研制的弯掠组机有限公司等厂家和西北工业大学合作研制的弯掠组合三维扭曲正交型叶片技术，使风机的静压效率、噪合三维扭曲正交型叶片技术，使风机的静压效率、噪声等性能指标均得到较大提高。声等性能指标均得到较大提高。4.3通风机工作参数及个体特性曲线通风机工作参数及个体特性曲线 一、通风机工作的
23、基本参数一、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。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。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主要通风机的工作风量Q 单位时间内通过通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。其单位为表示。其单位为m3/s、 m3/min或或m3/h 。在矿井。在矿井通风中，通过通风机的流量，也就是通通风中，通过通风机的流量，也就是通风机送入风机送入井下或从井下排出的空气量。因此，井下或从井下排出的空气量。因此，通通风机的流
24、风机的流量是一个重要参数。量是一个重要参数。2主要通风机的工作风压主要通风机的工作风压 通风机工作时，叶轮给予每通风机工作时，叶轮给予每1米米3空气的全部能量，即每空气的全部能量，即每1米米3空气通过通风机后所增加空气通过通风机后所增加的全部能量，称为通风机全压或通风压力，一般用的全部能量，称为通风机全压或通风压力，一般用hft表示。表示。其单位为其单位为Pa。 通风机全压通风机全压(hft )，是指通风机出口断面上空气的绝对，是指通风机出口断面上空气的绝对全压全压 (P2+hv2)与通风机入口断面上空气的绝对全压与通风机入口断面上空气的绝对全压 (P1+hv1)之差。之差。 hft 一般在通
25、风机制造厂所提一般在通风机制造厂所提供的特性曲线或性能供的特性曲线或性能表中给出。表中给出。hft(P2+hv2) (P1+hv1) 3.主要通风机装置的风压主要通风机装置的风压 实际运转的通风机都装有扩实际运转的通风机都装有扩散器，用散器，用hft表示通风机装置全压。它指通风机扩散器出表示通风机装置全压。它指通风机扩散器出口断面空气的绝对全压与通风机入口断面空气的绝对全压口断面空气的绝对全压与通风机入口断面空气的绝对全压之差。之差。 通风机装置的全压通风机装置的全压hft与通风机的安装质量和与通风机的安装质量和扩散器的优劣等因素有关，因此，扩散器的优劣等因素有关，因此， hft需对实际运需对
26、实际运转的通风机进行实测获得。转的通风机进行实测获得。 通风机全压通风机全压(hft)和通风机装置全压和通风机装置全压(hft)，在数，在数值上一般相差不大，所以，在通风机选型计算中，值上一般相差不大，所以，在通风机选型计算中，可直接用厂家提供的性能曲线所给出的数值。可直接用厂家提供的性能曲线所给出的数值。 对于抽出式通风，通风机装置全压对于抽出式通风，通风机装置全压hft，主要，主要用来克服矿井的通风阻力和排入大气时的速压损用来克服矿井的通风阻力和排入大气时的速压损失。通风机失。通风机用来克服井巷通风阻力的那部分通风用来克服井巷通风阻力的那部分通风压力，称为通风机静压，用压力，称为通风机静压
27、，用hfs 表示，而排入大气表示，而排入大气时的速压损失则为出口速压：时的速压损失则为出口速压：hft hfshv4. 主要通风机的功率和效率主要通风机的功率和效率（1）功率）功率单位时间内通过通风机的流量和通单位时间内通过通风机的流量和通风机给予每风机给予每1米米3空气的全部能量之乘积，称空气的全部能量之乘积，称为通风机的输出功率为通风机的输出功率由于通风机压力有通风机全压由于通风机压力有通风机全压hft和通风机静和通风机静压压hfs之分，所以通风机的输出功率也分为通之分，所以通风机的输出功率也分为通风机全压输出功率风机全压输出功率Nfot和通风机静压输出功率和通风机静压输出功率Nfos ，
28、即：，即： Nfot hft.Qf/1000，kW Nfos hfs.Qf/1000，kW （2）主要通风机的轴功率）主要通风机的轴功率(或输入功率或输入功率) 电动机经传动部件输入给主要通风机的功率叫轴功率，用电动机经传动部件输入给主要通风机的功率叫轴功率，用N表表示，单位为示，单位为KW，主要通风机的轴功率可用下式计算：，主要通风机的轴功率可用下式计算： 式中式中 U线电压，线电压，V； I线电流，线电流，A； cos功率因数；功率因数； d电动机效率，；电动机效率，； c传动功率，。传动功率，。cdUIN1000cos3（3）通风机的效率）通风机的效率 通风机在运转过程中，由于通风机在运
29、转过程中，由于机械损失及空气流动损失等原因，通风机轴上的机械损失及空气流动损失等原因，通风机轴上的功率不可能全部传递给空气，也就是说通风机的功率不可能全部传递给空气，也就是说通风机的轴功率必然要大于通风机的输出功率，通风机输轴功率必然要大于通风机的输出功率，通风机输出功率和通风机轴功率出功率和通风机轴功率N轴轴之比，之比， 叫做通风机的效叫做通风机的效率，即：率，即： ftNft/N轴轴hftQf/(1000 N轴轴) fsNfs/ N轴轴hfsQf/(1000 N轴轴) 上式中上式中ft 和和fs 分别表示通风机的全压效率和分别表示通风机的全压效率和静压效率。静压效率。 通风机的效率是衡量每
30、台通风机工作性能的重通风机的效率是衡量每台通风机工作性能的重要指标之一。要指标之一。 5、电动机功率、电动机功率Nd 为带动风机运转而消耗的功率即为电动机功率。可实为带动风机运转而消耗的功率即为电动机功率。可实际测量或按下式计算：际测量或按下式计算： 式中式中 d、c 、电动机效率和传动效率。电动机效率和传动效率。cdsfscdtftcddQHQHNN10001000二、通风机个体特性曲线二、通风机个体特性曲线通风机的个体特性曲线通风机的个体特性曲线 将通风机装在试验管道将通风机装在试验管道(或矿井或矿井)上运转，若不断改上运转，若不断改变管道的风阻值，则可以测得一系列与风阻值相对应的变管道的
31、风阻值，则可以测得一系列与风阻值相对应的Q、h、N和和值。如以值。如以Q为横坐标，为横坐标，h为纵坐标，将上述为纵坐标，将上述测得的各对应的测得的各对应的Q、h值描在坐标纸上，并连结各点，值描在坐标纸上，并连结各点，可以获得风量可以获得风量风压曲线风压曲线(简称风压曲线简称风压曲线) ，用同样方法，用同样方法可以得到功率、效率曲线。上述诸曲线即称为通风机的可以得到功率、效率曲线。上述诸曲线即称为通风机的个体特性曲线。个体特性曲线。 离心式通风机离心式通风机的的风压曲线比较平缓，风压曲线比较平缓，当风量变化时，风压当风量变化时，风压变化不大；变化不大；在其稳定工作区内，在其稳定工作区内，功率随风
32、量的增加而功率随风量的增加而增加，为避免启动负增加，为避免启动负荷大引起的电流过大荷大引起的电流过大烧毁电动机，所以烧毁电动机，所以离离心式通风机启动时，心式通风机启动时，应将闸门关闭，应将闸门关闭，待通待通风机启动正常后再逐风机启动正常后再逐渐打开闸门渐打开闸门。 轴流式通风机轴流式通风机的的风压曲线比较陡，并风压曲线比较陡，并有一个类似有一个类似“马鞍形马鞍形”的驼峰区，当风量变的驼峰区，当风量变化时，风压变化较大。化时，风压变化较大。轴流式通风机的功率轴流式通风机的功率曲线，在其稳定工作曲线，在其稳定工作区内，功率随着风量区内，功率随着风量的增加而减少，为减的增加而减少，为减少启动负荷，
33、故少启动负荷，故轴流轴流式通风机启动时，不式通风机启动时，不能关闭闸门能关闭闸门。个体特性曲线的应用个体特性曲线的应用1对于抽出式通风矿井对于抽出式通风矿井 通风机装置的全压通风机装置的全压(hft)是指通风机扩散器出风口断面上空气的绝对全压是指通风机扩散器出风口断面上空气的绝对全压与通风机入口断面上空气的绝对全压之差：与通风机入口断面上空气的绝对全压之差： hftPt3Pt2(Ps3hv3)一一(Ps2hv2)， Pa式中式中 Pt2 ，Pt3分别为分别为，断面上的绝对全压，断面上的绝对全压，Pa， Ps2 ，Ps3分别为分别为、断面上的绝对静压，断面上的绝对静压，Pa hv2 ，hv3分别
34、为分别为、断面上的速压，断面上的速压，Pa 因为断面因为断面的绝对静压的绝对静压Ps3就是该断面同标就是该断面同标高的地面大气压高的地面大气压P，即，即Ps3P，故上式可写为：，故上式可写为： hft(PPs2)+hv3hv2 ， Pa hfths2hv3hv2， Pa 式中式中 hs2为为断面上的相对静压，断面上的相对静压，Pa。 上式表明，通风机上式表明，通风机装置的全压可以通过测装置的全压可以通过测定风峒内某断面上的相定风峒内某断面上的相对静压对静压hs2、平均速压、平均速压hv2和扩散器出口断面和扩散器出口断面上的平均速压上的平均速压hv3而获而获得。得。 在矿山机械设备中，通常把通风
35、机装置的全在矿山机械设备中，通常把通风机装置的全压分为静压压分为静压hfs和速压和速压hfv两部分，并且把扩散器出两部分，并且把扩散器出口的平均速压口的平均速压hv3作为通风机的速压作为通风机的速压hfv，即，即 ： hfthfshfv，Pa式中式中 hfs通风机装置的静压。通风机装置的静压。 由于由于hfv hv3则：则： hfthfshv3，Pa与与 hfths2hv3hv2对比则：对比则： hfshs2hv2，Pa对图中对图中1,2两点应用能量方程可以得到：两点应用能量方程可以得到：hr1-2 hs2hv2 hn ，Pa hr1-2 hfshn静压和矿井自然风压共静压和矿井自然风压共同作
36、用，克服同作用，克服矿井井巷矿井井巷通风阻力通风阻力hr1-2。因此，。因此，在抽出式通风时主要应在抽出式通风时主要应用通风机静压。用通风机静压。 hv3只只是将抽出的风流排入大是将抽出的风流排入大气。气。上式表明：对抽出式通风的矿井，通风机装置的上式表明：对抽出式通风的矿井，通风机装置的2对于压入式通风矿井对于压入式通风矿井，通风机装置全压为通，通风机装置全压为通风机扩散器出风口断面风机扩散器出风口断面与通风机入风口断面与通风机入风口断面的全压之差。即：的全压之差。即： hftPt2Pt1 因因 Pt1P0，Pt2Ps2hv2 此外因此外因hv10故故 hftPs2hv2P0hs2hv2 上
37、式表明，压上式表明，压入式通风矿井通风入式通风矿井通风机装置的全压，为机装置的全压，为通风机风峒内某断通风机风峒内某断面上的相对静压面上的相对静压hs2与平均速压与平均速压hv2之和。之和。同样对图中同样对图中23两点应用能量方程，可得：两点应用能量方程，可得： hr2-3hs2hv2Z(一一)hv3 hs2 hv2 hnhv3，Pa与与hfths2hv2对比对比 ，得：，得：hft hn hr2-3 hv3，Pa 它表明，对压入它表明，对压入式通风矿井，通风机式通风矿井，通风机装置全压装置全压hft和自然风和自然风压压hn共同作用，克服共同作用，克服了矿井的通风阻了矿井的通风阻力以力以及由出
38、风井口排入大及由出风井口排入大气的速压损失。气的速压损失。 通风管道或矿井的通风阻力与风流的平方成正比：通风管道或矿井的通风阻力与风流的平方成正比：h=RQ2。 风量越大，通风阻力越高。当通风机与通风管道或矿井相风量越大，通风阻力越高。当通风机与通风管道或矿井相连时，通风机的个体风压曲线与管道或矿井的风阻特性曲连时，通风机的个体风压曲线与管道或矿井的风阻特性曲线就有一交点，这个交点就叫做通风机的工况点。如图所线就有一交点，这个交点就叫做通风机的工况点。如图所示，示，a、a1和和a2为管道或矿井的风阻由为管道或矿井的风阻由R变为变为R1和和R2时，所时，所对应的工况点。对应的工况点。 工况点所对
39、应的风量就是此工况点所对应的风量就是此时通过管道或矿井的实际风时通过管道或矿井的实际风量，对应的风压就是用以克量，对应的风压就是用以克服管道或矿井通风阻力的通服管道或矿井通风阻力的通风压力。对应的功率和效率风压力。对应的功率和效率值也是通风机此时的功率和值也是通风机此时的功率和效率。效率。三、三、 通风机的工况点及合理工作范围通风机的工况点及合理工作范围工况点所在位置决定了工况点所在位置决定了通风机的风压和风量。通风机的风压和风量。在使用中，我们希望通在使用中，我们希望通风机能够供给稳定的风风机能够供给稳定的风压和风量，不至于由某压和风量，不至于由某些因素的影响致使风压些因素的影响致使风压和风
40、量产生较大的波动和风量产生较大的波动与变化。与变化。因此要求通风机的工况因此要求通风机的工况点处于通风机的合理工点处于通风机的合理工作范围。作范围。通风机工况点的合理范围通风机工况点的合理范围 为了使通风机运转稳定，保证通风机的工况为了使通风机运转稳定，保证通风机的工况点处于一个合理的工作范围之内，对任何通风机点处于一个合理的工作范围之内，对任何通风机都有如下规定：都有如下规定：1.实际应用的风压不能超过最大风实际应用的风压不能超过最大风压的压的0.9倍倍； 2.通风机动轮的转数通风机动轮的转数不能超过它的额不能超过它的额定转数定转数。 3.主要通风机的静压效率不应低于主要通风机的静压效率不应
41、低于0.7。左限：左限：叶片安装角叶片安装角的的最小值，对一级叶轮为最小值，对一级叶轮为10，二级叶轮为，二级叶轮为15。右限：右限：叶片安装角叶片安装角的的最大值，对一级叶轮为最大值，对一级叶轮为40，二级叶轮为，二级叶轮为45。轴流式通风机的合理工作范围：轴流式通风机的合理工作范围：上限：应在上限：应在“驼峰驼峰”右侧，实际应用的最大风压右侧，实际应用的最大风压值值 的的0.9倍以下。倍以下。下限：下限：通风机的运转效率，不得低于通风机的运转效率，不得低于0.7。影响通风机个体特性曲线的因素有：影响通风机个体特性曲线的因素有： 1.动轮叶片安装角度动轮叶片安装角度(指轴流式通风机指轴流式通
42、风机)； 2.前导器叶片角度；前导器叶片角度； 3.通风机的新旧程度；通风机的新旧程度； 4.动轮的转数；动轮的转数； 5.动轮的直径；动轮的直径； 6.空气的重率。空气的重率。 前前3项只能通过试验观测确定。而后三项对个体特项只能通过试验观测确定。而后三项对个体特性曲线的性曲线的影响，则可根据比例定律求出。影响，则可根据比例定律求出。 4.44.4比例定律与通风机类型特性曲线比例定律与通风机类型特性曲线 本节主要分析同一类型或结构相似的主要通风机的风本节主要分析同一类型或结构相似的主要通风机的风量、风压、功率及效率与尺寸（一般用动轮直径代表）量、风压、功率及效率与尺寸（一般用动轮直径代表）和
43、转速之间的关系。和转速之间的关系。 同一类型、同一系列或结构相似的通风机，其风机内同一类型、同一系列或结构相似的通风机，其风机内部风流的运动符合流体相似模型的各项准则，具有运部风流的运动符合流体相似模型的各项准则，具有运动相似和动力相似。动相似和动力相似。一、无因次系数（一、无因次系数（P75） 1、通风机的相似条件、通风机的相似条件 两个相似通风机内的气体流动过程相似，或者说它们两个相似通风机内的气体流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。常数叫相似常数或比例系数。 同一系列风机在相应工况点
44、的流动是彼此相似的，几同一系列风机在相应工况点的流动是彼此相似的，几何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风何相似是风机相似的必要条件，动力相似则是相似风机的充要条件。机的充要条件。 2、无因次系数、无因次系数 无因次系数主要有：无因次系数主要有： （1）压力系数）压力系数 同系列风机在相似工况点的全压和同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数。可用下式表示：静压系数均为一常数。可用下式表示： 或者：或者：ttHuH2sHuHs2常数 HuH2 （2）流量系数）流量系数 由几何相似和运动相似可以推得由几何相似和运动相似可以推得 =常数常数 （4-4-3） 式中式中 D、u分别表示
45、两台相似风机的叶轮外缘分别表示两台相似风机的叶轮外缘直径、圆周速度，同系列风机的流量系数相等。直径、圆周速度，同系列风机的流量系数相等。QuDQ24 （3）功率系数）功率系数 风机轴功率计算公式风机轴功率计算公式 中中 的的H和和Q分别用式分别用式 和式和式 代入得代入得 常数常数 （4-4-4） 同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。数。 、 、 三个参数都不含有因次，因此叫无因次三个参数都不含有因次，因此叫无因次系数系数1000HQN QuDQ24常数 HuH2NHQuDN3241000QHN二、同类型通风机的比例定律二、同类型通风
46、机的比例定律 同类型同类型(又名同系列又名同系列)的通风机是指符合几何相的通风机是指符合几何相似、运动相似和动力相似的一组通风机。似、运动相似和动力相似的一组通风机。同类型风机在相似工况点的无因次系数同类型风机在相似工况点的无因次系数 ， ，和和是相等的。它们的压力是相等的。它们的压力H、流、流 量量Q和功率和功率N与其转速与其转速n、尺寸、尺寸D和空气密度之间成一定比例，和空气密度之间成一定比例，这种比例关系叫比例定律。这种比例关系叫比例定律。QHN 将圆周速度将圆周速度u=Dn/60代入式代入式(4-4-2)、式、式(4-4-3)和式和式(4-4-4)得得 HnDH2200274. 0Qn
47、DQ304108. 0NnDN35710127. 1HuH2QuDQ24NHQuDN3241000 对于对于1、2两个相似风机而言，两个相似风机而言， ,所以其压力，风量和功率之间关系为所以其压力，风量和功率之间关系为21212_1NNHHQQ、HnDH2200274. 0QnDQ304108. 0NnDN35710127. 1221221212222221213112100274. 000274. 0nnDDHnDHnDHH21321223211312104108. 004108. 0nnDDQnDQnDQQ32152121232522713151172110127. 110127. 1nn
48、DDNnDNnDNN当转数当转数n、叶轮直径、叶轮直径D和空气重率发生改变时，和空气重率发生改变时，其风量、风压、功率的改变可用以比例定律求其风量、风压、功率的改变可用以比例定律求出：出： 3212121)(DDnnQQ上式表明：通风机的风量与叶轮直径的三次上式表明：通风机的风量与叶轮直径的三次方成正比，和转数的一次方成正比。方成正比，和转数的一次方成正比。 2212212121)()(DDnnhh上式表明：通风机的风压和空气重率的一次方上式表明：通风机的风压和空气重率的一次方成正比，和叶轮直径的平方成正成正比，和叶轮直径的平方成正此，和转数的此，和转数的平方成正比。平方成正比。 521321
49、2121)()(DDnnNN上式表明：通风机的功率和空气重率的一次方上式表明：通风机的功率和空气重率的一次方成正比，和叶轮直径的五次方成正成正比，和叶轮直径的五次方成正比，和转数比，和转数的三次方成正比。的三次方成正比。 同类型通风机比例定律的应用同类型通风机比例定律的应用 应用比例定律的公式，可以根据一台通风机应用比例定律的公式，可以根据一台通风机的个体特性曲线推算、绘制转数，叶轮直径和空的个体特性曲线推算、绘制转数，叶轮直径和空气重率都不相同的另一台同类型通风机的个体特气重率都不相同的另一台同类型通风机的个体特性曲线。例如，已知某轴流式通风机的叶片安装性曲线。例如，已知某轴流式通风机的叶片
50、安装角为角为30，转数，转数n11500转转/分时的特性曲线，分时的特性曲线，如如图所示图所示。当其它条件不变时，利用比例定律可得。当其它条件不变时，利用比例定律可得转数为转数为n21000转转/分时的特性曲线。其方法是：分时的特性曲线。其方法是：先在先在n1特性曲线上取特性曲线上取1、2、3、4等各点，并将等各点，并将各对应点的各对应点的hfs1、Qf1、Nf1和和1等值记录下来，根据等值记录下来，根据比例定律求得各对应点的比例定律求得各对应点的hfs2、Qf2、Nf2 、2等值，等值，在同一坐标图上描得各点，并连接成在同一坐标图上描得各点，并连接成hfs2一一Qf2、Nf2一一Qf2和和2
