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、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M效率力和轉(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ih，星/血口|或胭晝。（二）風(fēng)機（實際）全壓H與靜壓HS通風(fēng)機的全壓H是通風(fēng)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41Ht=hR+hv,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_

2、2Hs=hr=RQ24-4-2因此Ht=Hs+hv4-4-3Nt,用下式計算:）通風(fēng)機的功率通風(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=HQX10-3454用風(fēng)機靜壓計算輸出功率，稱為靜壓功率降，即_3Ns=HSQX1034-4-5因此，風(fēng)機的軸功率，即通風(fēng)機的輸入功率N（kWN一M一HtQ%1000?456或二：二4-4-7式中小、飛分別為風(fēng)機折全壓和靜壓效率。設(shè)電動機的效率為小,傳動效率為。時，電動機的輸入功率為Nm,則nk=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。為了指示主

3、要通風(fēng)機運轉(zhuǎn)以及通風(fēng)系統(tǒng)的狀況，在風(fēng)洞中靠近風(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ho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(jìn)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(fù)壓）=P4-P04（P4為4斷面絕對壓力，P04為與4斷面同標(biāo)高的大氣壓力）。圖441hR14=(Pl+hvl+pm12gZl2)-(P4+hv，+pm34gZ

4、s4)式中hRi41至4斷面通風(fēng)阻力，Pa;Pi、P4一分別為1、4斷面壓力，Pa；hvi、hv4一分別為1、4斷面動壓，Pa；Z12、Z34分別為12、34段局差，m；Pm12、pm34一分別為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P01，與4斷面外大氣壓P04相等。又pm12gZ12，一pm34gZ34=Hm故上式可寫為hR14=P04-P4-hv4+HNhR14=|h4khv4+Hm即|h4|=hR14+hv4-HN4-4-9根據(jù)通風(fēng)機靜壓與礦井阻力之間的關(guān)系可

5、得Hs+Hn=|h4|hv4=ht44-4-10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(jìn)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)管理的重要監(jiān)測手段。2 )風(fēng)機房水柱計示值與全壓H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|

6、h41=Ht+hv4-hRd-hv54411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=hRi2+hRd+hv4Ht+HN=hR14+hRd+hv544122、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+Pm1gZ1)-(P2+hv2+Pm2gZ2)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Pi-P2=P1-P01=h1又Pm1gZ1-PwgZ2=H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

7、Ht=Pt1-Pt1=Pt1-P0=P1+hv1-P0=h1+hv1Ht+HN=hR12+hv24413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。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R的管網(wǎng)上工作時、可測算出一組工作參數(shù)風(fēng)壓H、風(fēng)量Q、功率N、和效率刀，這就是該風(fēng)機在管網(wǎng)風(fēng)阻為R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Q為橫坐標(biāo)，以H

8、、N和刀為縱坐標(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HQ、NQ和n一Q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（H>Q）。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Ht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Ht之關(guān)系為一!二4-4-14式中hd擴散器阻力。通風(fēng)機裝置靜壓Hsd因擴散器的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格不同而有變化，嚴(yán)格地說H這二%也不乩4-4-15式中hvd擴散器出口動壓。比較式4410與式4415可見，

9、只有當(dāng)hd+hvd<hv時，才有Hsd>Hs,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Ht、Htd、Hs和Hsd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Htd一Q曲線低于HtQ曲線，但由于hd+hvd<hv,故HsdQ曲線高于HsQ曲線（工況點由A變至A'）。若hd+hv4hv,則說明了擴散器設(shè)計不合理。圖4-4-3Ht、Htd、Hs和Hsd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

10、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4-4-5分別為軸流式和離心式通風(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D以右的特性曲線為單調(diào)下降區(qū)段，是穩(wěn)定工作段;點D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

11、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N又隨Q增加而增大，只有在接近風(fēng)流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(fù)荷過大而燒壞電機，離心式通風(fēng)機在啟動時應(yīng)將風(fēng)洞中的閘門全閉,待其達(dá)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。N隨Q增加而減小軸流式通風(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(fù)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

12、特性曲線在產(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，HQ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)計大型風(fēng)機時，首先必須進(jìn)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

13、進(jìn)行討論。(一)無因次系數(shù)L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til竺要條件，滿足動力相似的條件是雷諾數(shù)Re(=T)和歐拉數(shù)E二(4)分別相等。同系列風(fēng)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(shù)無因次系數(shù)主要有：(1)壓力系數(shù)耳同系列風(fēng)機在相似工況點的全壓和靜壓系數(shù)均為一常數(shù)?？捎孟率奖聿唬篔L-=h4-4-16二常數(shù)或''4-4-17式中和必叫全壓系數(shù)和靜壓系數(shù)

14、。H為壓力系數(shù)，u為圓周速度。(2)流量系數(shù)Q_由幾何相似和運動相似可以推得0-二常數(shù)-D2u44-4-18式中D、u、一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。（3）功率系數(shù)萬風(fēng)機軸功率計算公式1000彳中的H和Q分別用式4-4-17和式4-4-18代入得1000/7"常數(shù)4-4-19同系列風(fēng)機在相似工況點的效率相等，功率系數(shù)又三個參數(shù)都不含有因次，因此叫無因次系數(shù)。（二）類型特性曲線0、R和刀可用相似風(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和刀。利用式4-4-17、4-4-18和4-4-19計算出該系列風(fēng)

15、機的0、及、加和刀。然后以0為橫坐標(biāo)，以N、N和刀為縱坐標(biāo)，繪出瓦-a、瓦_(dá)-a和a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4-7-2（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

16、，可按不同直徑尺寸而選用。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)Q、耳、N和刀是相等的。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P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=nDn/60代入式4-4-17、4-4-18和4-4-19得月二OOQ274/百0=0041080?7=1127xlO73Ar對于1、2兩個相似風(fēng)機而言，0二口、山二Ha、N1S,所以其壓力、風(fēng)量和功率之間關(guān)系為：&_0.00274*4）：用_p、0,00274的凡p24-4-20Qi_0.041084%豆_（

17、馬）CL0410犯也以"其4-4-21N、_Pi(D；瓦”27口也片瓦一石4-4-22各種情況下相似風(fēng)機的換算公式如表4-4-1所示。由比例定律知，同類型同直徑風(fēng)機的轉(zhuǎn)速變化時，其相似工況點在等風(fēng)阻曲線上變化。表4-41兩臺相似風(fēng)機H、Q、和N的換算。1*4Pi*Pi%二D2i=A將1#月2Pl-P1月】二君？Pi-Pi壓力起電一換算Y1=Y2效率換算例題某礦使用主要通風(fēng)機為4-72-11用20B離心式通風(fēng)機，其特性曲線如圖4-4-7所示，圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的H-Q曲線，四條等效率曲線。轉(zhuǎn)速為ni=630r/min,風(fēng)機工作風(fēng)阻R=0.0547X9.81=0.53657N.s2/m8,工況點為M(Q=58r3/s,Ht=1805Pa),后來，風(fēng)阻變?yōu)镽=0.7932N.s2/m8,礦風(fēng)量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風(fēng)量Q=58nVs,求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？解因管網(wǎng)風(fēng)阻已變，故應(yīng)先將新風(fēng)阻R=0.7932N.s2/m8的曲線繪制在圖中，得其與n1=630r/min曲線的交點為M,其風(fēng)量Q=51.5n3/s。在