礦井通風(fēng)機特性曲線

1、第四節(jié) 通風(fēng)機的實際特性曲線第四節(jié)   通風(fēng)機的實際特性曲線    一、通風(fēng)機的工作參數(shù)    表示通風(fēng)機性能的主要參數(shù)是風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、風(fēng)機軸功率N、效率h和轉(zhuǎn)速n等。    （一）風(fēng)機(實際)流量Q    風(fēng)機的實際流量一般是指實際時間內(nèi)通過風(fēng)機入口空氣的體積，亦稱體積流量（無特殊說明時均指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下），單位為, 或。    （二）風(fēng)機(實際)全壓Hf與靜壓Hs    通風(fēng)機的全壓Ht是通風(fēng)

2、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(fēng)機出口風(fēng)流的全壓與入口風(fēng)流全壓之差。在忽略自然風(fēng)壓時，Ht用以克服通風(fēng)管網(wǎng)阻力hR和風(fēng)機出口動能損失hv，即                  Ht=hR+hV,                

3、60;        441克服管網(wǎng)通風(fēng)阻力的風(fēng)壓稱為通風(fēng)機的靜壓HS，Pa                      HS=hR=RQ2              &#

4、160;      4-4-2因此              Ht=HS+hV                      4-4-3    (三）通風(fēng)機的功率  

5、;  通風(fēng)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                454   

6、用風(fēng)機靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率NS，即                       NS=HSQ×103                     4-4-5

7、0;   因此，風(fēng)機的軸功率，即通風(fēng)機的輸入功率N（kW）                      ,               456或       &#

8、160;                               4-4-7式中  ht、 hS分別為風(fēng)機折全壓和靜壓效率。    設(shè)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    

9、0;                               4-4-8    二、通風(fēng)系統(tǒng)主要參數(shù)關(guān)系和風(fēng)機房水柱計（壓差計）示值含義    掌握礦井主要通風(fēng)機與通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)之間關(guān)系，對于礦井通風(fēng)的科學(xué)管理至關(guān)重要。 

10、60; 為了指示主要通風(fēng)機運轉(zhuǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的狀況，在風(fēng)硐中靠近風(fēng)機入口、風(fēng)流穩(wěn)定斷面上安裝測靜壓探頭，通過膠管與風(fēng)機房中水柱計或壓差計（儀）相連接，測得所在斷面上風(fēng)流的相對靜壓h。在離心式通風(fēng)機測壓探頭應(yīng)安裝在立閘門的外側(cè)。水柱計或壓差計的示值與通風(fēng)機壓力和礦井阻力之間存在什么關(guān)系？它對于通風(fēng)管理有什么實際意義？下面就此進行討論。    1、抽出式通風(fēng)    1）水柱（壓差）計示值與礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機靜壓之間關(guān)系    如圖4-4-1，水柱計示值為4斷面相對靜壓h4，h4（負壓）=P4-P04(P4為4斷

11、面絕對壓力，P04為與4斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。         圖441      沿風(fēng)流方向，對1、4兩斷面列伯努力方程    hR14=(P1+hv1+m12 gZ12)- (P4+hv4+m34 gZ34)              式中 hR141至4斷面通風(fēng)阻力，Pa ;   

12、  P1、P4分別為1、4斷面壓力，Pa；     hv1、hv4分別為1、4斷面動壓，Pa；     Z12、Z34分別為12、34段高差，m；     m12、m34分別為12、34段空氣柱空氣密度平均值，kg/m3；    因風(fēng)流入口斷面全壓Pt1等于大氣壓力P01，即     P1+hv1=Pt1=P01，    又因1與4斷面同標(biāo)高，故1斷面的同標(biāo)高大氣壓P

13、01與4斷面外大氣壓P04相等。又 m12gZ12m34gZ34=HN 故上式可寫為              hR14=P04-P4-hv4+HN                           

14、;          hR14=|h4|-hv4+HN                          即           |h4|=hR14+hv4-H

15、N                         4-4-9  根據(jù)通風(fēng)機靜壓與礦井阻力之間的關(guān)系可得           HS+HN =|h4|hv4=ht4       &#

16、160;               4-4-10    式4-4-9和式4410，反映了風(fēng)機房水柱計測值h4與礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力、通風(fēng)機靜壓及自然風(fēng)壓之間的關(guān)系。通常hv4數(shù)值不大，某一段時間內(nèi)變化較小，HN隨季節(jié)變化，一般礦井，其值不大，因此，|h4|基本上反映了礦井通風(fēng)阻力大小和通風(fēng)機靜壓大小。如果礦井的主要進回風(fēng)道發(fā)生冒頂堵塞，則水柱計讀數(shù)增大；如果控制通風(fēng)系統(tǒng)的主要風(fēng)門開啟。風(fēng)流短路，則水柱計讀數(shù)減小，因此，它是通風(fēng)管

17、理的重要監(jiān)測手段。    2）風(fēng)機房水柱計示值與全壓Ht之間關(guān)系。    與上述類似地對4、5斷面(擴散器出口）列伯努力方程，便可得水柱計示值與全壓之間關(guān)系               Ht =|h4|hv4+hRd+hv5即              |h4|=Ht+

18、hv4-hRd-hv5           4411式中 hRd擴散器阻力，Pa ;     hv5擴散器出口動壓，Pa；    根據(jù)式4411可得           Ht=hR12+ hRd+hv4          

19、0;  Ht+HN=hR14+ hRd+hv5                 4412    2、壓入式通風(fēng)的系統(tǒng)     如圖4-4-2，對1、2兩斷面列伯努力方程得：           hR12=(P1+hv1+m1gZ1)-(P2+hv2+m2gZ2)

20、0;   因風(fēng)井出口風(fēng)流靜壓等于大氣壓，即P2=P02；1、2斷面同標(biāo)高，其同標(biāo)高的大氣壓相等，即P01-P02，故P1-P2= P1-P01=h1又 m1gZ1-m2gZ2=HN     故上式可寫為              hR12=h1+hV1-hv2+HN所以風(fēng)機房水柱計值      h1=hR12+hv2-hV1-HN又  

21、Ht=Pt1-Pt1=Pt1-P0=P1+hv1-P0=h1+hv1   Ht+HN=hR12+hv2                    4413由式4412和式4413可見，無論何種通風(fēng)方式，通風(fēng)動力都是克服風(fēng)道的阻力和出口動能損失，不過抽出式通風(fēng)的動能損失在擴散器出口，而壓入式通風(fēng)時出口動能損失在出風(fēng)井口，兩者數(shù)值上可能不等，但物理意義相同。   &

22、#160;                                 圖442      三、通風(fēng)機的個體特性曲線    當(dāng)風(fēng)機以某一轉(zhuǎn)速、在風(fēng)阻的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓、風(fēng)量、功率、和效

23、率，這就是該風(fēng)機在管網(wǎng)風(fēng)阻為時的工況點。改變管網(wǎng)的風(fēng)阻，便可得到另一組相應(yīng)的工作參數(shù)，通過多次改變管網(wǎng)風(fēng)阻，可得到一系列工況參數(shù)。將這些參數(shù)對應(yīng)描繪在以為橫坐標(biāo)，以、和為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系上，并用光滑曲線分別把同名參數(shù)點連結(jié)起來，即得、和曲線，這組曲線稱為通風(fēng)機在該轉(zhuǎn)速條件下的個體特性曲線。有時為了使用方便，僅采用風(fēng)機靜壓特性曲線(S)。    為了減少風(fēng)機的出口動壓損失，抽出式通風(fēng)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(fēng)機的組成部分，總稱之為通風(fēng)機裝置。通風(fēng)機裝置的全壓t為擴散器出口與風(fēng)機入口風(fēng)流的全壓之差，與風(fēng)機的全壓t之關(guān)系為 

24、60;                                         4-4-14式中    hd擴散器阻力。通風(fēng)機裝置靜壓sd因擴散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格

25、不同而有變化，嚴(yán)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(dāng)hd+hVd<hV時，才有

26、sd>s，即通風(fēng)機裝置阻力與其出口動能損失之和小于通風(fēng)機出口動能損失時，通風(fēng)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。    圖443表示了t、td、s和sd之間的相互關(guān)系，由圖可見，安裝了設(shè)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(shè)計不合理。             &#

27、160;            圖 4-4-3 t、td、s和sd之間的相互關(guān)系圖    安裝擴散器后回收的動壓相對于風(fēng)機全壓來說很小，所以通常并不把通風(fēng)機特性和通風(fēng)機裝置特性嚴(yán)加區(qū)別。    通風(fēng)機廠提供的特性曲線往往是根據(jù)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(yīng)能根據(jù)具體條件掌握它們的換算關(guān)系。    圖444和圖445分別為軸

28、流式和離心式通風(fēng)機的個體特性曲線示例。軸流式通風(fēng)機的風(fēng)壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。而且同一臺通風(fēng)機的駝峰區(qū)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(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段；點以左是不穩(wěn)定工作段，風(fēng)機在該段工作，有時會引起風(fēng)機風(fēng)量、風(fēng)壓和電動機功率的急劇波動，甚至機體發(fā)生震動，發(fā)出不正常噪音，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動）現(xiàn)象，嚴(yán)重時會破壞風(fēng)機。離心式通風(fēng)機風(fēng)壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減小，其風(fēng)壓曲線工作段較軸流式通風(fēng)機平緩；當(dāng)管網(wǎng)風(fēng)阻作相同量的變化時，其風(fēng)量變化比軸流式通風(fēng)機要大。    離心式通風(fēng)機的軸功率又隨增加而增大，只有在接近風(fēng)流

29、短路時功率才略有下降。因而，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(fēng)機在啟動時應(yīng)將風(fēng)硐中的閘門全閉，待其達到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。當(dāng)供風(fēng)量超過需風(fēng)量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風(fēng)量，以節(jié)省電能。    軸流式通風(fēng)機的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率N隨Q增加而減小。所以軸流式通風(fēng)機應(yīng)在風(fēng)阻最小時啟動，以減少啟動負荷。      圖5-4-4   軸流式個體特性曲線   圖5-4-5  離心式通風(fēng)機個體特性曲線 

30、0;  在產(chǎn)品樣本中，大、中型礦井軸流式通風(fēng)機給出的大多是靜壓特性曲線；而離心式通風(fēng)機大多是全壓特性曲線。    對于葉片安裝角度可調(diào)的軸流式通風(fēng)機的特性曲線，通常以圖472的形式給出，曲線只畫出最大風(fēng)壓點右邊單調(diào)下降部分，且把不同安裝角度的特性曲線畫在同一坐標(biāo)上，效率曲線是以等效率曲線的形式給出。    四、無因次系數(shù)與類型特性曲線    目前風(fēng)機種類較多，同一系列的產(chǎn)品有許多不同的葉輪直徑，同一直徑的產(chǎn)品又有不同的轉(zhuǎn)速。如果僅僅用個體特性曲線表示各種通風(fēng)機性能，就顯得過于復(fù)雜。還有，在設(shè)計大

31、型風(fēng)機時，首先必須進行模型實驗。那么模型和實物之間應(yīng)保持什么關(guān)系？如何把模型的性能參數(shù)換算成實物的性能參數(shù)？這些問題都要進行討論。    （一） 無因次系數(shù)    通風(fēng)機的相似條件    兩個通風(fēng)機相似是指氣體在風(fēng)機內(nèi)流動過程相似，或者說它們之間在任一對應(yīng)點的同名物理量之比保持常數(shù)，這些常數(shù)叫相似常數(shù)或比例系數(shù)。同一系列風(fēng)機在相應(yīng)工況點的流動是彼此相似的，幾何相似是風(fēng)機相似的必要條件，動力相似則是相似風(fēng)機的充要條件，滿足動力相似的條件是雷諾數(shù)e（=）和歐拉數(shù)Eu=（）分別相等。同系列風(fēng)機在相似的工況點符合

32、動力相似的充要條件。    2、無因次系數(shù)無因次系數(shù)主要有：（1）壓力系數(shù)  同系列風(fēng)機在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)。可用下式表示：                 ，                4-4-16或  &

33、#160;                                 4-4-17式中 和叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)。為壓力系數(shù)，u為圓周速度。    （2）流量系數(shù)   由幾何相似和運動相似可以推得  

34、60;                                   4-4-18    式中   D、u、分別表示兩臺相似風(fēng)機的葉論外緣直徑、圓周速度，同系列風(fēng)機的流量系數(shù)相等。  

35、   （3）功率系數(shù)   風(fēng)機軸功率計算公式中的H和Q分別用式4-4-17和式4-4-18代入得                                4-4-19    同系列風(fēng)機在相似工況點的效率相等，功率系

36、數(shù)為常數(shù)。   、三個參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。    （二）類型特性曲線    、和可用相似風(fēng)機的模型試驗獲得，根據(jù)風(fēng)機模型的幾何尺寸、實驗條件及實驗時所得的工況參數(shù)Q、H、N和。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計算出該系列風(fēng)機的、和。然后以為橫坐標(biāo)，以、和為縱坐標(biāo)，繪出-、-和-曲線，此曲線即為該系列風(fēng)機的類型特性曲線，亦叫通風(fēng)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(fēng)機的類型曲線，2K60型類型風(fēng)機的類型曲線如圖4-

37、7-2（a)、(b)所示?？筛鶕?jù)類型曲線和風(fēng)機直徑、轉(zhuǎn)速換算得到個體特性曲線。需要指出的是，對于同一系列風(fēng)機，當(dāng)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(shù)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(fēng)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446    

38、0;              圖447    五、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(fēng)機在相似工況點的無因次系數(shù)、和是相等的。它們的壓力H、流量Q和功率N與其轉(zhuǎn)速n、尺寸D和空氣密度成一定比例關(guān)系，這種比例關(guān)系叫比例定律。將轉(zhuǎn)速u=Dn/60代入式4-4-17、4-4-18和4-4-19得            對于1、2兩個相似風(fēng)機而言，、，所以其壓力、風(fēng)量和功率之間關(guān)系為：                    4-4-20