第十六章礦用通風(fēng)機構(gòu)造

1、第十六章 礦用通風(fēng)機構(gòu)造§1 離心式通風(fēng)機構(gòu)造 離心式通風(fēng)機的主要氣動部件是葉輪，集流器和外殼。用于礦井通風(fēng)的離心式風(fēng)機屬于中、低壓風(fēng)機。過去，它的葉輪葉型多采用圓弧形；近年來，代以機翼型葉片。圖16-l和16-2分別給出了可用于礦井通風(fēng)的4-72和4-73模型風(fēng)機的翼型。中、低壓風(fēng)機葉輪多采用后彎葉片，葉片安裝角在108165°之間，4-72和4-73模型機的安裝角一致，均為135°。葉輪的葉片數(shù)目，與葉片安裝角以及葉輪外徑對內(nèi)徑的比值有關(guān)，通過試驗可以找到某一最佳值，4-72和4-73模型風(fēng)機的葉輪葉片數(shù)目均為10片。 集流器的作用是保證氣流平穩(wěn)地進入葉輪，使

2、葉輪得到良好的進氣條件，而且還應(yīng)盡量減少在集流器中的流動損失。4-72和4-73模型機的集流器是錐弧形的，它的前部分是圓錐形的收斂段，后部是近似雙曲線的擴散段，前后兩段之間的過渡段，是收斂度較大的喉部。氣流進入這種集流器后，首先是緩慢加速，在喉部形成高速氣流，而后又均勻擴散，均勻地充滿整個葉輪葉道。集流器的喉部形狀和喉部直徑，對風(fēng)機效率有較大影響。集流器與葉輪入口部分之間的間隙形式和大小，對容積損失和流動損失有重要影響。4-72和4-73模型機采用徑向間隙，通過這種間隙的泄漏氣流方向，與主氣流方向一致，不會干擾主氣流。此外，為了減少容積損失，在工藝允許的條件下，應(yīng)盡可能采用較小的間隙尺寸。風(fēng)機

3、外殼的作用是匯集從葉輪流出的氣流，并輸送到外殼的出口。外殼截面呈矩形，型線呈螺殼狀。假定氣流在所有徑向截面中的流速保持常數(shù)，其螺殼的型線應(yīng)是阿基米德螺線；或假定葉輪出口絕對速度在圓周方向的分量，即旋繞速度c2u的分布規(guī)律為c2uR常數(shù)，則螺殼的型線為對數(shù)蝸旋線。對于這兩種型線，均可用結(jié)構(gòu)方形法近似地繪出。如圖16-2所示，以螺殼的開度A64的1/4為邊長作結(jié)構(gòu)方形，分別以方形的四個頂點為圓心，以，和為半徑作圓弧，即得外殼的型線。式中的r2為葉輪外緣半徑。至于外殼的舌部與葉輪外緣之間的間隙s，若過大，將產(chǎn)生大量的回流；若過小，使效率下降，噪音加大。通常取s/D20.050.10。 雙進風(fēng)的離心式

4、風(fēng)機，在入口處裝有進風(fēng)箱，如圖16-3中的4所示。進風(fēng)箱的作用是將外界氣流導(dǎo)入風(fēng)機入口，其幾何形狀對葉輪入口速度場有較大影響。舊式進風(fēng)箱一般用矩形截面的直角彎頭，常出現(xiàn)渦流區(qū)，內(nèi)阻大。圖16-4是一種新型結(jié)構(gòu)的進風(fēng)箱，在轉(zhuǎn)彎處裝了一塊傾斜30°的復(fù)板（圖中部件A），箱外側(cè)采用后斜平板。這種進風(fēng)箱使氣流平穩(wěn)進入葉輪，阻力較小。 中、小型礦井用的4-72-11型風(fēng)機和G4-73型風(fēng)機是按4-72和4-73空氣動力略圖制造的。4-72-11型風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖16-5所示，主要結(jié)構(gòu)是焊接的，機翼型葉片用優(yōu)質(zhì)錳鋼板制成。礦山常用的16（16表示葉輪直徑1600mm）和20的外殼可拆成三部分，上下可

5、分開，上半部又可左右分開，各部分之間用螺栓連接，拆卸方便，易于檢修。為適應(yīng)在各種條件下應(yīng)用，外殼的出口可以位于軸下部，水平向外；可位于軸上部，垂直向上；亦可位于軸上部，水平向外。除此之外，葉輪還分為右旋和左旋兩種。風(fēng)機與電動機的聯(lián)結(jié)方式分為，無軸承箱直聯(lián)或采用滾動軸承支承，用聯(lián)軸器聯(lián)接，適用于礦井通風(fēng)用的l6和20的傳動方式為皮帶傳動，風(fēng)機端的皮帶輪，采用兩端支承。 風(fēng)機的類型特性如圖16-6。其中標有5的各條曲線，用于機號5、6、8風(fēng)機，標有10的各條曲線，用于機號10、12、16和20風(fēng)機。 G 4-73-11型風(fēng)機結(jié)構(gòu)示于圖16-7（G表示鍋爐用）與4-72-11相較，裝有前導(dǎo)器，可在0

6、°到60°范圍內(nèi)調(diào)整。其風(fēng)壓和風(fēng)量較4-72-11大，效率達93。其類型特性示于圖16-8。 大型礦井通風(fēng)用的離心式K 4-73-01型風(fēng)機結(jié)構(gòu)示于圖16-9。風(fēng)機系雙入口，葉輪、集流器、進風(fēng)箱和外殼的上半部用鋼板焊接。傳動實心短軸用優(yōu)質(zhì)鋼制成，各軸承采用靜阻力矩較小的滾動軸承。由于葉輪軸兩側(cè)出頭，故電機可以隨意裝在任一側(cè)。這樣一來，在開采末期更換大電機時，不必停車，即可事先在另一側(cè)裝好電機，等待聯(lián)結(jié)。風(fēng)機外殼下半部由用戶用混凝土制成。此類風(fēng)機的類型特性如圖16-10。§2 軸流式通風(fēng)機構(gòu)造 一般的礦用軸流式通風(fēng)機如圖16-11所示。它的主要氣動部件有葉輪、前導(dǎo)葉

7、、中導(dǎo)葉、后導(dǎo)葉、外殼、集流器、疏流罩以及出口處的擴散器。 葉輪是風(fēng)機的主要部件，決定著風(fēng)機性能的主要因素是風(fēng)機翼型、葉輪外徑、外徑對輪轂直徑的比值（輪轂比）和葉輪轉(zhuǎn)速。適用于礦用風(fēng)機的翼型有對稱翼型、CLARK-Y冀型和RAF-6E翼型等（參照附錄）。葉輪外徑和風(fēng)機軸轉(zhuǎn)速決定圓周速度，直接影響到風(fēng)機全壓。輪轂比與風(fēng)機比轉(zhuǎn)速有關(guān)。一般來說，輪轂比大時，軸向速度ca增大，葉片數(shù)目z和葉片相對寬度b/l（b為弦長，l為葉展）也相應(yīng)增大，風(fēng)機的風(fēng)壓系數(shù)提高；反之，輪轂比小，多數(shù)取0.6，風(fēng)壓系數(shù)也較低。葉輪葉片安裝角直接影響旋繞速度的增量，影響風(fēng)機全壓。通常，可在1045°范圍內(nèi)調(diào)整。 在

8、多級軸流式通風(fēng)機中，級間設(shè)置中導(dǎo)葉。它的作用是將前級葉輪的流出氣流方向，轉(zhuǎn)為軸向流入后級葉輪。如圖16-11所示，前級葉輪出流以速度c2流向中導(dǎo)葉，在中導(dǎo)葉中轉(zhuǎn)為軸向c1流出，使兩級葉輪獲得同樣的入口條件。導(dǎo)葉通常采用圓弧型葉片。 后導(dǎo)葉的作用是將最后一級葉輪的出流方向轉(zhuǎn)為接近軸向流出。剩余的旋統(tǒng)速度使氣流不僅沿軸向，而且是沿螺線方向在擴散器中流動，有利于改善擴散器的工作。 擴散器的作用是把風(fēng)機出口動壓的一部分轉(zhuǎn)換為靜壓，以提高風(fēng)機的靜效率。 風(fēng)機外殼呈圓筒形，重要的是葉輪外緣與外殼內(nèi)表面的徑向間隙應(yīng)盡可能地減小。通常（s 徑向間隙，l 葉片展長）在0.0l0.06之間。 某些風(fēng)機設(shè)有前導(dǎo)葉，

9、用以控制進入葉輪的氣流方向，達到調(diào)節(jié)特性的目的。此導(dǎo)葉可分為兩段，頭部固定不動，足部可以擺動。這樣，外界氣流可以較小的沖擊進入前導(dǎo)葉，而后改變方向進入葉輪。前導(dǎo)葉的數(shù)目（以及中導(dǎo)葉和后導(dǎo)葉）應(yīng)與葉輪葉片數(shù)互為質(zhì)數(shù)，以避免氣流通過時產(chǎn)生同期擾動。 集流器和整流罩的作用是，使氣流順利地進入風(fēng)機的環(huán)形入口通道，并在葉輪入口處，形成均勻的速度場。目前，礦用軸流風(fēng)機集流器型線為圓弧型，整流罩的型面為球面或橢球面。 國產(chǎn)2K 60型風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖16-12所示。葉輪葉片為機翼型呈扭曲狀，中、后導(dǎo)葉亦為機翼型呈扭曲狀。葉輪和各導(dǎo)葉之間的配置參看圖16-23a。葉輪的輪轂為板結(jié)構(gòu)。支承主軸的軸承采用滾動軸承，用

10、油脂潤滑。傳動軸兩端用齒輪聯(lián)軸節(jié)分別與風(fēng)機和電動機聯(lián)結(jié)。該類風(fēng)機除調(diào)節(jié)葉片安裝角外，還可采用調(diào)節(jié)葉片數(shù)目方法，調(diào)節(jié)風(fēng)機特性。圖16-13即為該類風(fēng)機及其調(diào)節(jié)時的特性。除此之外，該類風(fēng)機還可以采用改變中、后導(dǎo)葉角度的力法，使反轉(zhuǎn)反風(fēng)且超過60的正常風(fēng)量。 GAF型礦井軸流式通風(fēng)機的整體結(jié)構(gòu)與日本的MFA型類似。如圖16-13所示，兩級葉輪裝在主軸承箱10的兩端，傳動軸11是用鋼板彎焊的空心軸，由風(fēng)機的出風(fēng)側(cè)伸出，與電動機聯(lián)結(jié)。風(fēng)機采用彎頭式擴散器，在轉(zhuǎn)彎處裝有整流葉柵，擴散器內(nèi)壁上分段設(shè)置消音板，出口處加裝了排行式消音器。裝在初級葉輪端頭的部件16是動葉調(diào)節(jié)裝置的控制頭。根據(jù)用戶的需要，也可以配

11、置靜止調(diào)節(jié)葉片安裝角的機構(gòu)。 該風(fēng)機的特性示于圖16-14。風(fēng)量和風(fēng)壓均以額定值的百分數(shù)表示。在風(fēng)壓特性上標注的角度值為動葉調(diào)節(jié)時的角度。由特性可看出該風(fēng)機有較高的效率，而且在網(wǎng)路特性不變的情況下，作動葉調(diào)節(jié)時，風(fēng)機的效率基本保持不變。 兩級對旋軸流式通風(fēng)機的葉輪，分別有各自的電機拖動，轉(zhuǎn)動方向相反。兩葉輪之間不須裝中間導(dǎo)葉片，如圖16-15所示。當風(fēng)機以正常方式工作時，兩葉輪的周速相同，均為u，但方向相反。氣流以軸向速度c11ca流入前級葉輪，進口處的相對速度為w11氣流在葉輪中獲得能量后，以相對速度w21和絕對速度c21流出前級葉輪，出口處的旋繞速度為c21u。氣流以絕對速度c12(c21

12、)進入次級葉輪，相對速度為w22，氣流在次級葉輪中繼續(xù)獲得能量后，到達出口時的相對速度為w22，絕對速度為c22，旋繞速度為c22u。當風(fēng)機處于最佳工況運行時，脫離次級葉輪時的氣流方向基本為軸向。此時，兩級葉輪中的氣流旋繞速度增量基本相等，從而風(fēng)壓增量也相同，風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓在各級中各占一半。 蘇聯(lián)阿爾捷莫夫機器制造廠（按照圖16-16帶有進風(fēng)彎道、出口擴散器和出風(fēng)箱的裝置略圖）制造的BO型直徑1.6m的對旋風(fēng)機裝置特性示于圖16-17。為了獲得最佳工況，兩葉輪的葉片安裝角應(yīng)按特性圖上的匹配值調(diào)整。若不按匹配值調(diào)整時，可將第二級葉輪葉片安裝角固定在27(°)位置，而后只調(diào)節(jié)前級葉輪葉片

13、安裝角，此時風(fēng)壓調(diào)節(jié)深度不變，而流量的可調(diào)幅度變窄了。若將拖動兩級葉輪的電動機中的任一個斷電，并讓其轉(zhuǎn)子自由旋轉(zhuǎn)，則風(fēng)量約為正常風(fēng)量的4050。 當兩級葉輪葉片安裝角為4044°時，次級葉輪功耗為前級葉輪功耗的1.3倍。在其余安裝角時，兩級功耗大體相同，選擇電動機功率時應(yīng)注意。這種風(fēng)機的最大特點是，反風(fēng)時無需其它操作，只要兩葉輪都反轉(zhuǎn)即可完成反風(fēng)任務(wù)，反風(fēng)量達正常風(fēng)量的6473。近年來，引起人們注意的是子午加速型，如圖16-18的示，這種風(fēng)機不同于一般的軸流風(fēng)機，氣流途徑的通道子午截面顯著縮小，使氣流在子午面中加速運動。由它的速度角形可以看出，其出、入口處的軸向分速度不等，c2ac1

14、a。由于子午加速，氣流在葉柵流道內(nèi)的擴壓效應(yīng)減弱，允許選用較大的2角從而獲得較高的旋繞速度增量cu(c2u-c1u)，得到較高的風(fēng)壓系數(shù)。一般軸流風(fēng)機的風(fēng)壓系數(shù)，離心風(fēng)機的風(fēng)壓系數(shù)，而子午加速風(fēng)機的風(fēng)壓系數(shù)可達，接近離心式風(fēng)機。其流量系數(shù)仍為一般軸流風(fēng)機。這類風(fēng)機效率可達8889。因此，子午加速風(fēng)機兼有軸流式和離心式風(fēng)機的特點。蘇聯(lián)生產(chǎn)的BM-6型子午加速局部通風(fēng)機結(jié)構(gòu)及其特性，分別示于圖16-19和圖16-20。這種風(fēng)機葉輪葉片角度不可調(diào)，通常都是利用前導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，它是機翼型葉片，材質(zhì)有彈性，以便通過操作機構(gòu)使其襟翼在+40-45°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。國內(nèi)已有相應(yīng)地產(chǎn)品出現(xiàn)。 還有一種葉輪為

15、離心式，而導(dǎo)流器和外殼呈軸向流出的局部通風(fēng)機（圖16-21）。這種風(fēng)機與風(fēng)筒直徑大體相同的子午加速風(fēng)機相較，其風(fēng)量少30，而風(fēng)壓則高約60，適合于斷面較小的長巷道的獨頭通風(fēng)。 蘇聯(lián)制造的-7型風(fēng)機（圖l6-21）直徑為750mm，所需風(fēng)筒直徑為800mm。額定工況風(fēng)量為6.75m3/s，風(fēng)壓為515daPa，可用于斷面面積10m2的2300m長巷道的通風(fēng)。§3 軸流式通風(fēng)機逆轉(zhuǎn)反風(fēng) 按照我國煤礦安全規(guī)程的規(guī)定，主扇風(fēng)機在接到反風(fēng)流命令后，必須在10分鐘內(nèi)改變巷道中的風(fēng)流方向，而且反風(fēng)量不應(yīng)小于正常風(fēng)量的60。 軸流式通風(fēng)機的舊式反風(fēng)措施是利用反風(fēng)道和一系列反風(fēng)門，這種方法操作時間長，

16、有時機構(gòu)失靈，并且建筑費用高。因此人們研究提高風(fēng)機本身的逆轉(zhuǎn)反風(fēng)能力，試驗了許多方案。 圖16-22中的1方案，是兩級軸流式風(fēng)機在保持各葉片角度不變的情況下，逆轉(zhuǎn)反風(fēng)情況。此時，反風(fēng)量僅為正常風(fēng)量的25。顯然，不能滿足規(guī)定的反風(fēng)量要求。 2方案是在保持中、后導(dǎo)葉角度不變的情況下，將葉輪葉片安裝角由原來的實線位置調(diào)到虛線位置。此時，逆轉(zhuǎn)時的反風(fēng)量可達正常風(fēng)量的90。國產(chǎn)GAF風(fēng)機采用此方案，利用其機械調(diào)節(jié)機構(gòu)，在停機情況下，將葉輪葉片角調(diào)到反風(fēng)位置，產(chǎn)生不低于60正常風(fēng)量的反風(fēng)量。 BOKP風(fēng)機的反風(fēng)方案是在逆轉(zhuǎn)前，將中導(dǎo)葉的凸凹面變換到虛線位置。逆轉(zhuǎn)時的反風(fēng)量可達正常風(fēng)量的60以上。其中導(dǎo)葉片

17、，是用有彈性的橡膠類材質(zhì)制作的，反風(fēng)時利用裝在外殼外表面上的機構(gòu)，一次將所有的中導(dǎo)葉凸凹面變換到虛線位置。 BO對旋式風(fēng)機反風(fēng)時，無需附加其它機構(gòu)，只需將兩葉輪都逆轉(zhuǎn)，即可使反風(fēng)量達正常風(fēng)量的60以上。 OB-103型兩級軸流風(fēng)機的兩級葉輪葉片布置方式不同，前級葉輪葉片按正常通風(fēng)設(shè)計，次級葉輪則按逆轉(zhuǎn)反風(fēng)要求設(shè)計。倒轉(zhuǎn)反風(fēng)時，只需將中、后導(dǎo)葉位置調(diào)到虛線位置，即可得到近于正常風(fēng)量的反風(fēng)量。這種風(fēng)機的效率較低。 國產(chǎn)2K 60風(fēng)機采用了改變中、后導(dǎo)葉角度的方案，將逆轉(zhuǎn)反風(fēng)量提高到正常風(fēng)量的60以上。圖16-23a示各葉片角度。正常通風(fēng)時，各葉片處于實線位置。反風(fēng)時，中、后導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動150°，調(diào)整到虛線所示位置。很明顯，逆轉(zhuǎn)時風(fēng)機反向，原前級葉輪轉(zhuǎn)為次級；次級葉輪轉(zhuǎn)為前級；后導(dǎo)葉則起前導(dǎo)葉的作用。 葉片的轉(zhuǎn)動是靠繩輪系統(tǒng)完成的。如圖16-23b所示，導(dǎo)葉的葉柄穿過外殼，在柄尾裝6繩輪，繩輪分為兩組，奇數(shù)號為一組，偶數(shù)號為另一組，組與組之間的葉片相間布置。每組繩輪用一條鋼繩連成一體，組成一個單獨系統(tǒng)。圖中只繪出了一組繩輪，在停