礦井通風(fēng)機(jī)械現(xiàn)狀及發(fā)展山東肥礦技師學(xué)院馬始興手機(jī)、國(guó)外礦用風(fēng)機(jī)的使用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（一）、礦用主通風(fēng)機(jī)(1)美國(guó)煤礦使用的主通風(fēng)機(jī)以軸流式為主,離心式風(fēng)機(jī)所占比例不到3%,而且軸流式主通風(fēng)機(jī)所占比例仍有繼續(xù)增加的趨勢(shì),并將從單純的風(fēng)量控制向集中式環(huán)境控制系統(tǒng)發(fā)展。美國(guó)的礦用通風(fēng)設(shè)備制造公司正在研制新式礦用粉塵、瓦斯、有毒有害氣體、噪聲等探測(cè)和控制設(shè)備。擬采用計(jì)算機(jī)控制的動(dòng)葉可調(diào)軸流式或調(diào)速固定葉片軸流式或離心式主通風(fēng)機(jī),可根據(jù)井下探頭提供的(粉塵、瓦斯、有毒有害氣體、噪聲)相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)控制變頻器來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)量和壓力,實(shí)現(xiàn)主通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的按需調(diào)節(jié)。還可采用壓入式主通風(fēng)機(jī)與空調(diào)裝置聯(lián)機(jī),使井下保持恒溫環(huán)境。軸流式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑和重量要比同功率的離心式風(fēng)機(jī)小或輕1/3～2/3,轉(zhuǎn)速較高,慣性矩小,其加速性能和動(dòng)態(tài)特性要優(yōu)于離心式風(fēng)機(jī),無(wú)論是調(diào)速式還是動(dòng)葉可調(diào)式軸流式風(fēng)機(jī)的性能調(diào)節(jié)范圍都比離心式風(fēng)機(jī)的寬,運(yùn)行效率比離心式風(fēng)機(jī)高。美國(guó)早在1987年就開始使用在運(yùn)行中通過(guò)自動(dòng)改變?nèi)~片角度的液壓動(dòng)葉可調(diào)式礦用主通風(fēng)機(jī)。這種通風(fēng)機(jī)的價(jià)格是普通通風(fēng)機(jī)價(jià)格的5～7倍,價(jià)格雖然昂貴,但節(jié)能效果好。(2)德國(guó)TLT(TurboLufttechnik)公司是歐洲一家有代表性的礦用風(fēng)機(jī)制造公司,在礦用風(fēng)機(jī)制造方面有70a歷史,該公司在液壓式動(dòng)葉調(diào)節(jié)技術(shù)方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括液壓伺服機(jī)構(gòu)和鎖定系統(tǒng),結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,制造精度很高。德國(guó)Turmag（哈澤瑪格）公司生產(chǎn)的礦用軸流主扇最大直徑可達(dá)5m,風(fēng)量達(dá)700m3/s,單級(jí)風(fēng)壓達(dá)4500Pa,還可按用戶的需求單獨(dú)設(shè)計(jì)。最高裝置效率可達(dá)86%,高效性能區(qū)域?qū)拸V,覆蓋面大。有多種調(diào)節(jié)動(dòng)葉角度的方法可供選擇:停機(jī)手動(dòng)調(diào)節(jié)單個(gè)動(dòng)葉角度,停機(jī)手動(dòng)一次性同時(shí)調(diào)節(jié)全部動(dòng)葉角度,在運(yùn)行中或停機(jī)時(shí)采用液壓機(jī)構(gòu)一次性同時(shí)調(diào)節(jié)全部動(dòng)葉角度。傳動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)壽命都在10萬(wàn)工作小時(shí)以上,軸承的監(jiān)控包括溫度控制、振動(dòng)控制和沖擊脈測(cè)定(SPM-便箋式存儲(chǔ)器高速暫存存儲(chǔ)器)系統(tǒng)。擴(kuò)散塔有立式及臥式兩種。立式布置時(shí)傳動(dòng)軸從風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器出口端伸出,故來(lái)流可沿軸向較為均勻地進(jìn)入風(fēng)機(jī),改善了風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣條件,有利于提高風(fēng)機(jī)裝置效率。在立式擴(kuò)散塔底部設(shè)置90°彎頭,內(nèi)設(shè)弧形導(dǎo)風(fēng)板,擴(kuò)散塔直立伸向空中,這樣一方面大大降低了90°彎頭的局部阻力損失,另一方面主通風(fēng)機(jī)的高頻噪聲得到了自然衰減。該公司特制的熔巖混凝土磚與消音織物一起作為擴(kuò)散塔的襯里,用于隔音和消音,必要時(shí),在擴(kuò)散塔出口再安裝消音器,使風(fēng)機(jī)裝置的出口噪聲嚴(yán)格滿足環(huán)境衛(wèi)生要求。但其工程造價(jià)要比臥式的高一些。(3)前蘇聯(lián)使用離心式礦用風(fēng)機(jī)為主。20多年來(lái),他們致力于改進(jìn)離心式風(fēng)機(jī)的氣動(dòng)性能,使最大靜壓效率從72%提高到88%,平均靜壓效率從52%提高到75%,最大風(fēng)量從300m3/s增加到700m3/s,最大功率從2000kW增加到5000kW。使用總功率增加了2.3倍,風(fēng)機(jī)的外型尺寸卻減小了1.5～2倍,取得了突出的成效。近十幾年來(lái),前蘇聯(lián)頓涅茨煤炭機(jī)械制造設(shè)計(jì)局,據(jù)中央流體動(dòng)力研究所等提出的氣動(dòng)略圖研制的BOKⅡ型礦用軸流主通風(fēng)機(jī),效率比舊型號(hào)的提高10%～15%,風(fēng)量可達(dá)600m3/s以上。用于深礦井的雙級(jí)軸流式主通風(fēng)機(jī),葉輪圓周設(shè)計(jì)線速度都在100m/s以上,壓力高達(dá)6kPa。(4)日本原使用后向式葉片或多葉式通風(fēng)機(jī),現(xiàn)已完全由高效軸流式和高比轉(zhuǎn)數(shù)機(jī)翼形葉片的離心式風(fēng)機(jī)所代替,其中大多數(shù)是軸流式通風(fēng)機(jī)。三井三池公司生產(chǎn)的軸流式礦用風(fēng)機(jī),葉片由硅鋁硼合金或鋁鎂合金材料制成。用于海底煤田時(shí),由于排氣中含有腐蝕性濕氣體,葉片則采用不銹鋼材料制造,機(jī)殼為普通鋼板焊接,內(nèi)壁面涂刷環(huán)氧樹脂。動(dòng)葉調(diào)節(jié)技術(shù)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)采用停機(jī)調(diào)節(jié)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),認(rèn)為運(yùn)行中動(dòng)葉可調(diào)機(jī)構(gòu)精密度過(guò)高,而礦井需風(fēng)量的調(diào)節(jié)頻度小,高精密的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)往往因粉塵附著或腐蝕性氣體影響銹蝕而失靈,因此日本礦山很少采用運(yùn)行中動(dòng)葉可調(diào)結(jié)構(gòu)的主通風(fēng)機(jī)。（二）礦用局部通風(fēng)機(jī)礦用局部通風(fēng)機(jī)所面臨的主要改進(jìn)問(wèn)題,雖然是應(yīng)盡量縮小風(fēng)機(jī)體積、降低噪聲和收集粉塵,但就礦山而言,局部通風(fēng)機(jī)的總耗電量是相當(dāng)大的,甚至超過(guò)主通風(fēng)機(jī)的總耗電量,因此,也應(yīng)該注意提高局部通風(fēng)機(jī)的效率。前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)金屬礦山大都是露天礦,只有煤礦才大量使用局扇,年使用量約15萬(wàn)臺(tái)。目前多使用改進(jìn)型的CBM型單級(jí)軸流式局扇,從1983年開始,著力推廣20世紀(jì)70年代中期研制成功的BM型局扇,該產(chǎn)品曾榮獲前蘇聯(lián)國(guó)家優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品稱號(hào),具有如下特點(diǎn)。(1)采用單級(jí)子午加速葉輪,局扇壓力得以大幅度提高。(2)在葉輪的前部,裝置了分流器(即回流環(huán)),能及時(shí)地引走葉片頂部產(chǎn)生的渦流,從而消除軸流式風(fēng)機(jī)性能曲線上普遍存在的駝峰區(qū)或壓力凹陷區(qū),擴(kuò)大了風(fēng)機(jī)的工況范圍,為增加通風(fēng)長(zhǎng)度創(chuàng)造了條件。試驗(yàn)證明,這種結(jié)構(gòu)可降低風(fēng)機(jī)噪聲。(3)在BM№5以上機(jī)號(hào)的局扇上安裝了可調(diào)試前導(dǎo)葉,可以根據(jù)風(fēng)筒長(zhǎng)度的大小進(jìn)行壓力調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)深度為±20%,采用可調(diào)式前導(dǎo)葉后,使局部通風(fēng)更加有效,同時(shí)還可以節(jié)約通風(fēng)電耗。(4)葉輪葉片用卡普綸樹脂和鋼骨架制成,由螺栓將其固定在鑄鋁輪轂上,BM№12型局扇的葉片改成了鋼質(zhì)空心鉚焊結(jié)構(gòu)。在掘進(jìn)1500～2000m的長(zhǎng)獨(dú)頭采準(zhǔn)巷道時(shí),使用了筒型離心式通風(fēng)機(jī),在離心式葉輪后面的筒形外殼里焊有20個(gè)徑向葉片的整流器,將風(fēng)流疏導(dǎo)成沿風(fēng)機(jī)軸向流出,克服風(fēng)筒的阻力。

2英國(guó)英國(guó)Keith2Blackman公司是生產(chǎn)礦用局扇的專業(yè)化廠家。1958年第一次生產(chǎn)了混流式局扇,也就是子午加速式葉輪構(gòu)成的局扇。該公司生產(chǎn)的68系列混流式局扇最高靜壓效率可超過(guò)75%,局扇葉片用低碳鋼制成,焊接在錐弧形輪轂上,在葉輪后部安裝有靜止后導(dǎo)葉疏導(dǎo)風(fēng)流,以提高局扇的靜壓效率。Keith2Blackman公司還生產(chǎn)“C”系列礦用局部扇風(fēng)機(jī)。這種局扇實(shí)質(zhì)上就是離心式葉輪、軸向?qū)Я鞯耐残坞x心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu),具有壓力高、體積小、軸向?qū)Я?、便于礦井使用的特點(diǎn)。局扇內(nèi)安裝離心式葉輪,噪聲比較低,C40型局扇噪聲僅為93dB(A)。機(jī)殼用鋼板焊接而成,中部被分隔成為左、右兩個(gè)流道,氣流流入中部風(fēng)筒入口處分為兩支,并在筒體后部匯合成一支排出。電機(jī)設(shè)置在兩支中部風(fēng)筒形成的空間內(nèi),而不是設(shè)在局扇筒體內(nèi),通過(guò)聯(lián)軸器和傳動(dòng)組與離心式葉輪連接在一起形成直連運(yùn)轉(zhuǎn),這種結(jié)構(gòu)如采用防爆葉輪和防爆電機(jī)就具備了防爆功能,且便于井下對(duì)電機(jī)接線、維修和保養(yǎng)。以葉輪直徑為610mm的C40型局扇為例,當(dāng)風(fēng)量為2.5m3/s時(shí),靜壓達(dá)2.7kPa,靜壓特性曲線無(wú)駝峰單調(diào)下降,局扇總長(zhǎng)約1535mm,最大外緣直徑為924mm,電機(jī)功率18.5kW,總重量約5kN。Keith2Blackman公司還生產(chǎn)一種對(duì)旋式局扇,此局扇能在相對(duì)濕度100%、溫度為270～40℃的環(huán)境下工作,并可隨意安裝。英國(guó)Aerex公司生產(chǎn)的“B”系列局扇在前部安裝噴霧腔,后部連接過(guò)濾器。使用時(shí),含有粉塵的污風(fēng)進(jìn)入噴霧腔中被水霧濕潤(rùn)后,經(jīng)葉輪、分叉式機(jī)殼進(jìn)入過(guò)濾器。過(guò)濾器將污風(fēng)中的粉塵過(guò)濾,集入集塵箱中。英國(guó)Woods公司主要生產(chǎn)礦井和隧道中使用的風(fēng)機(jī),基本上是普通的軸流式風(fēng)機(jī)。但是該公司生產(chǎn)大量的通風(fēng)附屬裝置,比如風(fēng)筒、手動(dòng)閘門、消音器等配套產(chǎn)品。3瑞典瑞典Flakt公司生產(chǎn)的2PMD對(duì)旋式局扇為非防爆型,一直用于瑞典和歐洲的許多礦井,我國(guó)上世紀(jì)60年代就曾引進(jìn),并據(jù)此成功研制了JFD局扇,廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)各金屬礦山。近年來(lái)該公司仍在生產(chǎn)和銷售這種風(fēng)機(jī)。4日本日本三井三池制作所是日本生產(chǎn)礦用局部通風(fēng)機(jī)的主要公司之一,1990年的資料表明,已生產(chǎn)各種局部通風(fēng)機(jī)1950臺(tái)。在此之后,又研制出兩種可更換吸聲材料的低噪聲高效局部通風(fēng)機(jī),一種是低噪聲對(duì)旋式雙級(jí)軸流通風(fēng)機(jī),另一種是低噪聲單級(jí)混流式通風(fēng)機(jī)。前者比原來(lái)的通風(fēng)機(jī)提高風(fēng)壓10%～20%,零、部件通用化程度高(進(jìn)出口吸聲罩亦可通用),可組成多種規(guī)格的通風(fēng)機(jī)。低噪聲混流式局部通風(fēng)機(jī),其壓力范圍介于單級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)和上述對(duì)旋式風(fēng)機(jī)之間,風(fēng)壓值可達(dá)同直徑單級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)的兩倍,相當(dāng)于普通雙級(jí)串聯(lián)軸流式風(fēng)機(jī)。這種風(fēng)機(jī)的葉輪根據(jù)不同使用要求可采用鋁合金或鑄鋼材料制造,可通過(guò)改變輪轂比、葉片弦長(zhǎng)和葉片安裝角度來(lái)獲得所需要的氣動(dòng)性能,該型局部通風(fēng)機(jī)的最高效率接近80%。井下使用的局部通風(fēng)機(jī),由于風(fēng)流的相對(duì)濕度大,粉塵附著,會(huì)導(dǎo)致吸聲材料在一年甚至幾個(gè)月內(nèi)失效。上述兩種新型局部通風(fēng)機(jī)均采用易更換吸聲材料的結(jié)構(gòu),可長(zhǎng)期保持良好的消聲效果。二、國(guó)產(chǎn)礦井通風(fēng)機(jī)目前國(guó)內(nèi)在運(yùn)行的煤礦主要通風(fēng)機(jī)規(guī)格、型號(hào)如下：

(1)電動(dòng)機(jī)外置式單級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)(GAF單級(jí)，K40，K54，K55，K58，K61，K65)。

(2)電動(dòng)機(jī)外置式雙級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)(70B，2K56，2K58，2K60，GAF雙級(jí))。

(3)對(duì)旋通風(fēng)機(jī)(BD40，54，56，58，60，65，66)。(4)離心通風(fēng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)外置)(K4－72，K4－2×73)。“十二五”規(guī)劃的指導(dǎo)思想、發(fā)展思路與目標(biāo)指導(dǎo)思想近年來(lái)，伴隨著計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已將全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)與改造中，并指導(dǎo)和推動(dòng)葉片調(diào)節(jié)技術(shù)、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)和運(yùn)行控制技術(shù)的應(yīng)用，從而大幅度提高了礦用風(fēng)機(jī)的節(jié)能技術(shù)水平。另一方面，由于技術(shù)研究投入少和自主創(chuàng)新能力差，我國(guó)礦用風(fēng)機(jī)總體設(shè)計(jì)及節(jié)能技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，大量陳舊產(chǎn)品仍在運(yùn)行中。例如，我國(guó)目前重點(diǎn)煤礦使用的主通風(fēng)機(jī)共有1000余臺(tái)，平均運(yùn)行效率不到60%，而我國(guó)目前非重點(diǎn)煤礦共有主通風(fēng)機(jī)約15000臺(tái)，平均運(yùn)行效率不足50%，這同西方發(fā)達(dá)國(guó)家約85%的平均運(yùn)行效率相差甚遠(yuǎn)。由于礦用風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)及節(jié)能技術(shù)水平低，較大一部分電能轉(zhuǎn)化為噪聲，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)環(huán)境和人們的身心健康。不僅如此，由于礦用風(fēng)機(jī)效率低、通風(fēng)能力差，煤礦安全生產(chǎn)事故頻繁發(fā)生，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。因此開展礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)研究在節(jié)能、安全、環(huán)保三方面具有重要意義。發(fā)展思路1.深入煤礦和礦用風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，進(jìn)一步收集整理我國(guó)在役的7個(gè)系列（BY、70B2、G4-73、4-72、2K、BD(K)和GAF系列）礦用主通風(fēng)機(jī)、5個(gè)系列（YBT、JBT、BKJ、BDJ、DSF系列）局部通風(fēng)機(jī)、5類礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（中央式、對(duì)角式、分區(qū)式、區(qū)域式和混合式通風(fēng)系統(tǒng)）及運(yùn)行控制系統(tǒng)（包括葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)系統(tǒng)等）的有關(guān)資料和詳細(xì)技術(shù)參數(shù)。2.利用全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)深入開展老式一級(jí)、二級(jí)礦用軸流主通風(fēng)機(jī)（BY、70B2系列）、老式礦用離心主通風(fēng)機(jī)（G4-73、4-72系列）、80年代以后研制的礦用軸流主通風(fēng)機(jī)和對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)（2K、BD(K)、GAF系列）各系列礦用主通風(fēng)機(jī)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)損失機(jī)理、流動(dòng)控制方法及變工況特性的研究，在此技術(shù)上開展葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉輪有優(yōu)化設(shè)計(jì)和通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；通過(guò)全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)揭示和預(yù)測(cè)采用葉片調(diào)節(jié)技術(shù)、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)后風(fēng)機(jī)本體、系統(tǒng)及運(yùn)行特性；通過(guò)以上研究，掌握礦用主通風(fēng)機(jī)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，并為礦用風(fēng)機(jī)集成技術(shù)研究與自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的研制提供基礎(chǔ)。3.利用全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)深入開展老式單級(jí)、雙級(jí)軸流局部通風(fēng)機(jī)（YBT、JBT系列）、70年代以后的子午加速局部通風(fēng)機(jī)（如BKJ、BDJ系列等）、斜流局部通風(fēng)機(jī)（如YBT系列）和90年代以來(lái)研制的對(duì)旋局部通風(fēng)機(jī)（如DSF系列）各系列礦用局部通風(fēng)機(jī)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)損失機(jī)理、流動(dòng)控制方法及變工況特性的研究，在此技術(shù)上開展葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉輪有優(yōu)化設(shè)計(jì)和通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等；通過(guò)全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)揭示和預(yù)測(cè)采用葉片調(diào)節(jié)技術(shù)、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)后風(fēng)機(jī)本體、系統(tǒng)及運(yùn)行特性；通過(guò)以上研究，掌握礦用局部通風(fēng)機(jī)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，并為礦用風(fēng)機(jī)集成技術(shù)研究與自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的研制提供基礎(chǔ)。4.利用全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)深入開展中央式、對(duì)角式、分區(qū)式、區(qū)域式和混合式等5類典型的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部全三維流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)損失機(jī)理、流動(dòng)控制方法及變工況特性的研究；研究10種典型的由外擴(kuò)散器、導(dǎo)風(fēng)葉片、消聲板、內(nèi)部擴(kuò)散器、主通風(fēng)機(jī)、風(fēng)門、風(fēng)硐及其他復(fù)雜形狀管道組成的主通風(fēng)機(jī)裝置系統(tǒng)內(nèi)部全三維流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、流動(dòng)損失機(jī)理、流動(dòng)控制方法及變工況特性的研究；在滿足通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)通風(fēng)流量、壓力要求的基礎(chǔ)上，提出減少管網(wǎng)阻力的多種節(jié)能技術(shù)改進(jìn)措施，進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)；通過(guò)以上研究，掌握礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，并為礦用風(fēng)機(jī)集成技術(shù)研究與自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的研制提供基礎(chǔ)。5.選擇5～8個(gè)煤礦，利用全三維計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)針對(duì)各煤礦現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)及通風(fēng)要求開展采用葉片優(yōu)化、葉輪優(yōu)化、通流部分優(yōu)化、葉片調(diào)節(jié)、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化等各種節(jié)能技術(shù)集成的研究與性能預(yù)測(cè)，并通過(guò)研究選定與風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)相匹配的主通風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率，為煤礦節(jié)能集成技術(shù)的應(yīng)用提供技術(shù)依據(jù)和改造方案；在以上技術(shù)研究基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)機(jī)節(jié)能集成技術(shù)設(shè)計(jì)及加工，為開展節(jié)能技術(shù)示范提供硬件支持。6.為實(shí)現(xiàn)礦用風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)在各種工況下均自動(dòng)運(yùn)行在最高效率區(qū)，需實(shí)時(shí)調(diào)整葉片安裝角、電機(jī)變頻調(diào)速、導(dǎo)風(fēng)葉片角度等，以全三維計(jì)算流體力學(xué)的計(jì)算與分析為指導(dǎo)研制運(yùn)行控制調(diào)整與專家分析系統(tǒng)，建立礦用風(fēng)機(jī)智能安全運(yùn)行節(jié)能控制模塊；在煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院進(jìn)行關(guān)鍵部件節(jié)能技術(shù)驗(yàn)證；在有條件進(jìn)行試驗(yàn)煤礦進(jìn)行具有智能安全運(yùn)行控制系統(tǒng)的礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能集成技術(shù)示范。規(guī)劃目標(biāo)1.為我國(guó)在役的12個(gè)系列礦用風(fēng)機(jī)的葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)、通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)等風(fēng)機(jī)本體節(jié)能技術(shù)改造提供核心技術(shù)和解決方案，大幅度提高我國(guó)礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)水平。2.通過(guò)對(duì)5種類型的煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的全三維粘性流動(dòng)數(shù)值分析與動(dòng)態(tài)特性分析，提出安全高效煤礦通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)準(zhǔn)則，大幅度減少通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的阻力損失，并為風(fēng)機(jī)選型、風(fēng)機(jī)與系統(tǒng)管網(wǎng)匹配設(shè)計(jì)提供依據(jù)。3.建立集葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)、通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉片調(diào)節(jié)技術(shù)、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)等為一體的全三維粘性數(shù)值分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，掌握礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)集成的關(guān)鍵技術(shù)。4.研制成功礦用風(fēng)機(jī)智能運(yùn)行控制模塊，進(jìn)行具有智能運(yùn)行控制系統(tǒng)的礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)集成技術(shù)系統(tǒng)示范，該系統(tǒng)運(yùn)行效率達(dá)到85%以上，噪音降為85dB以下，通風(fēng)量提高10～20%?！笆濉币?guī)劃的發(fā)展方向和主要任務(wù)（一）煤礦通風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向1.大型風(fēng)機(jī)容量繼續(xù)增大大型風(fēng)機(jī)容量繼續(xù)增大。隨著國(guó)家政策及各個(gè)煤礦的整合，大型煤礦不斷增多，需要通風(fēng)能力越來(lái)越大，大型風(fēng)機(jī)容量繼續(xù)增大，因此，大機(jī)號(hào)的風(fēng)機(jī)在未來(lái)幾年在市場(chǎng)中將會(huì)受到歡迎。2.高效化正在進(jìn)一步研究三元流動(dòng)理論,擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。在透平壓縮機(jī)方面,隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展及三元?dú)饬鹘馕龅膽?yīng)用,三元流動(dòng)葉輪理論研究,已從準(zhǔn)三元流動(dòng)葉輪發(fā)展到全三元流動(dòng)葉輪。三元流動(dòng)分析法不僅用于葉輪設(shè)計(jì),還發(fā)展到葉片擴(kuò)壓器靜止元件設(shè)計(jì)中,以期達(dá)到最高的機(jī)組效率。三元流動(dòng)葉輪在離心通風(fēng)機(jī)中,也將得到越來(lái)越多的運(yùn)用。擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍,提高變負(fù)荷條件下風(fēng)機(jī)的效率,即運(yùn)行效率是風(fēng)機(jī)高效化的重要方面。在所有調(diào)節(jié)方法中,以離心式通風(fēng)機(jī)變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),軸流式通風(fēng)機(jī)的動(dòng)、靜葉片角度調(diào)節(jié)及鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)為最佳方式。3.高速小型化各類風(fēng)機(jī)采用三元流動(dòng)葉輪后,在提高效率的同時(shí),壓力也可提高,所以在同等條件下,葉輪直徑可減少10%～30%,這樣就取得了縮小體積和減輕重量的明顯效果。提高轉(zhuǎn)速也是風(fēng)機(jī)小型化的重要途徑之一。4.低噪聲化風(fēng)機(jī)的噪聲是工業(yè)生產(chǎn)中噪聲污染最主要的來(lái)源之一。風(fēng)機(jī)大型化和高速化使噪聲問(wèn)題更加突出。風(fēng)機(jī)的噪聲主要是氣動(dòng)噪聲，氣動(dòng)噪聲包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。對(duì)不同種類的風(fēng)機(jī)，采用不同的降噪方式，對(duì)于低頻噪聲風(fēng)機(jī)主要通過(guò)改進(jìn)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低本體噪聲。如仍達(dá)不到環(huán)保要求，則要配置消聲裝置。5.智能化計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)中得以廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展，使得風(fēng)機(jī)制造廠普遍采用計(jì)算機(jī)各種單元技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上致力于企業(yè)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，帶動(dòng)了工業(yè)自動(dòng)控制水平的不斷提高。隨著各種產(chǎn)業(yè)裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制的要求，已從過(guò)去的單一工況參數(shù)控制發(fā)展到多工況參數(shù)控制，這樣便可更好地滿足生產(chǎn)工藝流程的要求，并從原有對(duì)具體設(shè)備的控制轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)整個(gè)裝置的綜合控制。煤礦通風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)主要任務(wù)1.開展7個(gè)系列礦用主通風(fēng)機(jī)和5個(gè)系列局部通風(fēng)機(jī)流動(dòng)損失機(jī)理及控制技術(shù)的研究。2.開展5類典型通風(fēng)方式和10種典型主通風(fēng)機(jī)裝置系統(tǒng)的礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)部流動(dòng)損失機(jī)理與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。3.開展葉片優(yōu)化、葉輪優(yōu)化、通流部分優(yōu)化、葉片調(diào)節(jié)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、電機(jī)變頻調(diào)速、電機(jī)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)匹配等節(jié)能技術(shù)集成研究。4.研制礦用風(fēng)機(jī)智能運(yùn)行控制模塊，進(jìn)行具有智能運(yùn)行控制功能的礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)集成示范。保障措施和條件1.外部條件隨著煤炭市場(chǎng)的復(fù)蘇，煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況逐步好轉(zhuǎn)，但安全狀況不容樂(lè)觀，特別是通風(fēng)安全方面，事故層出不斷。針對(duì)這一情況，國(guó)家加大了“一通三防”的投入，連續(xù)幾年投入數(shù)十億國(guó)債資金進(jìn)行技術(shù)改造，煤礦有了充足的資金進(jìn)行主通風(fēng)機(jī)的改造，緩解了由于資金投入限制通風(fēng)機(jī)低效、帶病運(yùn)行的狀況。從節(jié)能方面考慮，據(jù)多方調(diào)查，我國(guó)現(xiàn)有通風(fēng)機(jī)平均運(yùn)行效率低于60％，原因是多方面的，如通風(fēng)機(jī)本身效率低、風(fēng)機(jī)性能曲線與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)特征不匹配、通風(fēng)機(jī)服務(wù)年限超期帶病運(yùn)行等。本項(xiàng)目研制成功后，將大大的提高了通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率和節(jié)能技術(shù)水平。2.內(nèi)部措施國(guó)家煤礦防塵通風(fēng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心掛靠在本單位，建有完善的風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能試驗(yàn)裝置，擔(dān)負(fù)著煤炭行業(yè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品安全標(biāo)志檢測(cè)任務(wù)。在公平公正的基礎(chǔ)上，代表國(guó)家對(duì)行業(yè)風(fēng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量實(shí)施監(jiān)督、管理職責(zé)。重慶煤科研究院先后承擔(dān)完成了國(guó)家重大科技攻關(guān)、行業(yè)重點(diǎn)及省市科研720余個(gè)項(xiàng)目，其中210余項(xiàng)獲國(guó)家發(fā)明獎(jiǎng)和國(guó)家、部省市科技進(jìn)步獎(jiǎng)，30余項(xiàng)獲國(guó)家專利，初步形成瓦斯治理及突出防治、瓦斯抽放及利用、氣體粉塵爆炸防治、火災(zāi)防治、塵害治理、礦井通風(fēng)、安全防護(hù)、安全評(píng)價(jià)、資源開發(fā)與利用等配套的技術(shù)和裝備。自九十年代初，安全裝備所開發(fā)研制了葉輪直徑從φ300mm到φ1120mm，裝機(jī)容量從2×2.2kW到2×110kW礦用對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)。其中FD-1№6.3/2×30kW型低噪聲對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)于1996年獲煤炭工業(yè)部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，產(chǎn)品暢銷至今。局部通風(fēng)機(jī)的三大行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT422、MT500、MT755均由我院負(fù)責(zé)起草。同時(shí)開展了對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)的研究，開發(fā)研制出葉輪直徑從φ1000mm到φ2800mm，裝機(jī)容量從2×7.5kW到2×450kW數(shù)十種產(chǎn)品，其中煤礦地面用防爆抽出式軸流通風(fēng)機(jī)1996年獲得四川省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，無(wú)駝峰軸流風(fēng)機(jī)2001年獲得江蘇省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，均被列為第一批煤礦安全儀器裝備定點(diǎn)生產(chǎn)單位和產(chǎn)品目錄。由于本所從事應(yīng)用型技術(shù)研究，在流體力學(xué)理論研究尚顯不足。風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能設(shè)計(jì)理論還停留在準(zhǔn)三維無(wú)粘流動(dòng)基礎(chǔ)上，希望通過(guò)本課題研究，趕上并超過(guò)當(dāng)今世界先進(jìn)水平。離心式風(fēng)機(jī)工作原理當(dāng)電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片流道間的空氣隨葉片旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，獲得離心力。經(jīng)葉端被拋出葉輪，進(jìn)入機(jī)殼。在機(jī)殼內(nèi)速度逐漸減小，壓力升高，然后經(jīng)擴(kuò)散器排出。與此同時(shí)，在葉片入口（葉根）形成較低的壓力（低于吸風(fēng)口壓力），于是，吸風(fēng)口的風(fēng)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(xù)的流動(dòng)。常用型號(hào)目前我國(guó)煤礦使用的離心式風(fēng)機(jī)主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。這些品種通風(fēng)機(jī)具有規(guī)格齊全、效率高和噪聲低等特點(diǎn)。型號(hào)參數(shù)的含義舉例說(shuō)明如下：

G4—73—11№25D代表通風(fēng)機(jī)的用途，K表示表示傳動(dòng)方式礦用通風(fēng)機(jī)，G代表鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)機(jī)葉輪直徑（25dm)

表示通風(fēng)機(jī)在最高效率點(diǎn)時(shí)設(shè)計(jì)序號(hào)(1表示第一次設(shè)計(jì)）全壓系數(shù)10倍化整表示通風(fēng)機(jī)比轉(zhuǎn)速(ns)化整表示進(jìn)風(fēng)口數(shù),1為單吸,0為雙吸軸流式風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理1、風(fēng)機(jī)構(gòu)造主要由進(jìn)風(fēng)口、葉輪、整流器、風(fēng)筒、擴(kuò)散（芯筒）器和傳動(dòng)部件等部分組成。葉輪有一級(jí)和二級(jí)兩種2、工作原理（1）特點(diǎn)：在軸流式風(fēng)機(jī)中，風(fēng)流流動(dòng)的特點(diǎn)是，當(dāng)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出。常用型號(hào)目前我國(guó)煤礦在用的軸流式風(fēng)機(jī)有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（對(duì)旋式）等系列軸流式風(fēng)機(jī)。軸流式風(fēng)機(jī)型號(hào)的一般含義是：

1K—58—4№25

表示表示葉輪級(jí)數(shù),1表示通風(fēng)機(jī)葉輪直徑（25dm)

單級(jí)，2表示雙級(jí)表示設(shè)計(jì)序號(hào)表示用途，K表示礦用，

T表示通用表示通風(fēng)機(jī)輪轂比,0.58化整

BDK658№24

防爆型葉輪直徑（24dm)

對(duì)旋結(jié)構(gòu)電機(jī)為8極（740r/min）

表示用途，K為礦用輪轂比0.65的100倍化整對(duì)旋風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)一級(jí)葉輪和二級(jí)葉輪直接對(duì)接，旋轉(zhuǎn)方向相反；機(jī)翼形葉片的扭曲方向也相反，兩級(jí)葉片安裝角一般相差3o；電機(jī)為防爆型安裝在主風(fēng)筒中的密閉罩內(nèi)，與通風(fēng)機(jī)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(dá)到散熱目的。三通風(fēng)機(jī)電氣控制部分

礦井主通風(fēng)機(jī)一般設(shè)計(jì)為兩臺(tái)（一用一備），采用兩回路供電，一般由礦井35kV變電所供電（采用架空線或電纜）。主通風(fēng)機(jī)電控系統(tǒng)主要包括主電動(dòng)機(jī)、高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)（PLC）。（一）通風(fēng)機(jī)主電機(jī)電動(dòng)機(jī)是煤礦應(yīng)用最為廣泛的電氣設(shè)備。礦井通風(fēng)機(jī)常配有交流異步電動(dòng)機(jī)和交流同步電動(dòng)機(jī)。同步電動(dòng)機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)在定子結(jié)構(gòu)上沒有本質(zhì)的不同，但同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子完全不同。低壓電動(dòng)機(jī)一般不采用同步電動(dòng)機(jī)。大型通風(fēng)機(jī)功率在400kW以上時(shí)，為了提高礦井的功率因數(shù)，應(yīng)優(yōu)先選用6kV高壓同步電動(dòng)機(jī)。1、異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1)鼠籠型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)(1)直接啟動(dòng)：電動(dòng)機(jī)在全壓下啟動(dòng)，是一種最簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方法，但電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很大，可達(dá)額定電流的5-7倍，啟動(dòng)時(shí)將使供電系統(tǒng)的電壓降低很多，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)電動(dòng)機(jī)的電源變壓器也要求有較大的容量。(2)降壓?jiǎn)?dòng)：電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓比額定電壓低，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)回路中接有降低電壓用的降壓設(shè)備，如自耦變壓器、電抗器等。啟動(dòng)設(shè)備較復(fù)雜，降低電壓后電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩降低很多，使啟動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)，增加了啟動(dòng)電耗。所以只要供電系統(tǒng)的條件許可，應(yīng)盡量采用直接啟動(dòng)。2)繞線型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)繞線型異步電動(dòng)機(jī)采用三相啟動(dòng)變阻器啟動(dòng)，變阻器通過(guò)電刷與滑環(huán)串聯(lián)在轉(zhuǎn)子電路中。啟動(dòng)前，將變阻器調(diào)到最大位置，使電阻全部接入轉(zhuǎn)子電路，然后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸升高，將啟動(dòng)電阻逐級(jí)切除，并將轉(zhuǎn)子繞組短接，直到啟動(dòng)完畢。2、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與控制1)同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)必須采取輔助啟動(dòng)方法，主要有輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法，調(diào)頻啟動(dòng)法和異步啟動(dòng)法。同步電動(dòng)機(jī)一般采用異步啟動(dòng)。其原理為在同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上設(shè)有近似鼠籠的啟動(dòng)繞組，啟動(dòng)時(shí)在繞組內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲得啟動(dòng)力矩，轉(zhuǎn)子上還繞有勵(lì)磁繞組，啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁繞組通過(guò)放電電阻（附加電阻）構(gòu)成通路，以減低勵(lì)磁繞組中的感應(yīng)電勢(shì)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)單軸力矩。當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速時(shí)，（同步轉(zhuǎn)速的95％），在勵(lì)磁繞組中通入直流電流，轉(zhuǎn)子被牽入同步，達(dá)到等速運(yùn)行。它的啟動(dòng)方法同鼠籠型電動(dòng)機(jī)，可以直接啟動(dòng)，也可以降壓?jiǎn)?dòng)。啟動(dòng)設(shè)備也同鼠籠電動(dòng)機(jī)。2)同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁設(shè)備一般有兩種：一是采用勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁，即勵(lì)磁發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)同軸，勵(lì)磁機(jī)采用分勵(lì)式或他勵(lì)式直流發(fā)電機(jī)，用磁場(chǎng)變阻器調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，來(lái)獲得需要的勵(lì)磁電壓。二是用晶閘管勵(lì)磁裝置（如KGLF系列）。主回路有三相全控橋或三相半控橋