第4章通風動力

1安全工程學院仲曉星礦井通風與安全

MineVentilationandSafety中國礦業(yè)大學多媒體教學課件2第4章通風動力3本章將就對通風動力（來自于自然風壓和機械風壓）對礦井通風的作用、影響因素、特性進行分析研究，以便合理地使用通風動力，從而使礦井通風達到技術先進、經(jīng)濟合理，安全可靠。44.1自然風壓4.2礦用通風機類型及構(gòu)造4.3通風機工作參數(shù)及個體特性曲線4.4比例定律與通風機類型特性曲線4.5礦井主要通風機附屬裝置4.6礦井主要通風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)4.7礦井主要通風機性能測定主要內(nèi)容5問題自然風壓是怎樣產(chǎn)生的？進、排風井井口標高相同的井巷系統(tǒng)內(nèi)是否會產(chǎn)生自然風壓？描述主要通風機特性的主要參數(shù)有哪些？其物理意義是什么？軸流式和離心式通風機的風壓和功率特性曲線各有什么特點？在啟動時應注意什么問題？何謂通風機的工況點？如何用圖解法求單一工作或聯(lián)合運轉(zhuǎn)通風機的工況點？6基本概念空氣在礦井中源源不斷地流動，須克服空氣沿井巷流動時所受到的阻力。這種克服通風阻力的能量或壓力叫通風動力。機械風壓和自然風壓均是礦井通風的動力，用以克服礦井的通風阻力，促使空氣流動。機械風壓——空氣能在井巷中流動，是由于風流的起末點間存在著能量差，由通風機造成的能量差自然風壓——由礦井自然條件產(chǎn)生的能量差74.1自然風壓4.1.1自然風壓及其形成和計算4.1.2自然風壓的變化規(guī)律及其影響因素4.1.3自然風壓的控制和利用4.1.4自然風壓測定□84.1.1自然風壓及其形成和計算

一種現(xiàn)象：在非機械通風的礦井常觀測到：風流從氣溫較低的井筒經(jīng)工作面流到氣溫較高的井筒。1、自然通風

由自然因素作用而形成的通風叫自然通風。

冬季：空氣柱0-1-2比5-4-3的平均溫度較低，平均空氣密度較大，導致兩空氣柱作用在2-3水平面上的重力不等。它使空氣源源不斷地從井口1流入，從井口5流出。夏季：相反。自然風壓：作用在最低水平兩側(cè)空氣柱重力差。進、出風井空氣柱由于密度不同引起的能量之差值，稱為自然通風的壓差或自然壓差。012345dzρ1dzρ2z9

如圖所示的井巷系統(tǒng)，1-4為水平線，2-3為水平巷道。(平硐及豎井開拓)p為井口的大氣壓，Pa；Z為井深，m；ρ為空氣密度，kg/m3，則自然風壓為：104.1.1自然風壓及其形成和計算2、自然風壓的計算根據(jù)自然風壓定義，右圖所示系統(tǒng)的自然風壓HN可用下式計算：為了簡化計算，一般采用測算出0-1-2和5-4-3井巷中空氣密度的平均值ρm1和ρm2，用其分別代替上式的ρ1和ρ2，則上式可寫為：

012345dzρ1dzρ2z注意：1）自然風壓的計算必須取一閉合系統(tǒng)。2）進風系統(tǒng)和回風系統(tǒng)必須取相同的標高。3）一般選取最低點作為基準面。114.1.2自然風壓的變化規(guī)律及其影響因素1、自然風壓的變化規(guī)律自然風壓的大小和方向，主要受地面空氣溫度變化的影響。如右圖，冬季地面氣溫低，空氣柱0-1-2比5-4-3重，風流由1流向2，經(jīng)出井口5排出；冬季地面氣溫高于井筒內(nèi)的平均氣溫，風流由2-1排出；春秋，地面氣溫和井筒內(nèi)空氣柱的平均氣溫相差不大，自然風壓很小，造成井下風流的停滯現(xiàn)象。012345dzρ1dzρ2z1432z在一些山區(qū)，地面氣溫在一晝夜之內(nèi)也有較大變化，所以自然風壓也會隨之發(fā)生變化，夜晚，1－2段進風；午間，2－1段出風。124.1.2自然風壓的變化規(guī)律及其影響因素1、自然風壓的變化規(guī)律對于淺井，夏季自然風壓出現(xiàn)負值；對于我國北部的深井，全年自然風壓均為正值。132、自然風壓影響因素

Hn=f(ρ,Z)=f[ρ(T,P,R,φ),Z]，即自然風壓受溫度、壓力、氣體常數(shù)、相對濕度及位置的影響。兩側(cè)空氣柱的溫度差

礦井某一回路中兩側(cè)空氣柱的溫差是影響自然風壓的主要因素（地面入風氣溫和風流與圍巖的熱交換）。其影響程度隨礦井的開拓方式、采深、地形和地理位置的不同而有所不同。礦井深度當兩側(cè)空氣柱溫差一定時，自然風壓與礦井或回路最高與最低點間的高差Z成正比。深1000m的礦井，“自然通風能”占總通風能量的30%。14主要通風機工作對自然風壓的大小和方向也有一定影響。由于風流與圍巖的熱交換，冬季回風井氣溫高于進風井，風機停轉(zhuǎn)或通風系統(tǒng)改變，這兩個井筒之間在一定時期內(nèi)仍存在溫差，從而仍有一定的自然風壓起作用，有時甚至會干擾通風系統(tǒng)改變后的正常通風工作。地面大氣壓、空氣成分和濕度影響空氣的密度，因而對自然風壓也有一定影響，但影響較小。154.1.3自然風壓的控制和利用自然風壓作用的兩面性－積極和消極措施：新設計礦井在選擇開拓方案、擬定通風系統(tǒng)時，應使在全年大部分時間內(nèi)自然風壓方向與機械通風風壓的方向一致，以便利用自然風壓。例如，在山區(qū)要盡量增大進、回風井井口的高差；進風井井口布置在背陽處等。

16適時調(diào)整主要通風機的工況點，使其既能滿足礦井通風需要，又可節(jié)約電能。例如在冬季自然風壓幫助機械通風時，可采用減小葉片角度或轉(zhuǎn)速方法降低機械風壓。（自然風壓和通風機的聯(lián)合作業(yè)）在建井時期，要注意因地制宜和因時制宜利用自然風壓通風，如在表土施工階段可利用自然通風；在主副井與風井貫通之后，有時也可利用自然通風；有條件時還可利用鉆孔構(gòu)成回路。利用自然風壓做好非常時期通風。一旦主要通風機因故遭受破壞時，便可利用自然風壓進行通風。17在多井口通風的山區(qū)，尤其在高瓦斯礦井，要防止因自然風壓作用造成某些巷道無風或反向而發(fā)生事故。四川某礦因自然風壓使風流反向示意圖abcdabcdefb’RDRCZab’c

ABB’CEFA系統(tǒng)的自然風壓為：

DBB’CED系統(tǒng)的自然風壓為：自然風壓與主要通風機作用方向相反。相當于在平硐口A和進風立井口D各安裝一臺抽風機（向外）。

18

設AB風流停滯，對回路ABDEFA和ABB’CEFA可分別列出壓力平衡方程：式中：HS—風機靜壓，Pa；

Q—DBB’C風路風量，m3/S;RD、RC—分別為DB和BB’C分支風阻，N·S2/m8。兩式相除：此即AB段風流停滯條件式。當上式變?yōu)?/p>

則AB段風流反向。

由此可知防止AB風路風流反向的措施有：（1）加大RD；（2）增大HS；（3）在A點安裝風機向巷道壓風。1919臨時風墻隔斷法主要通風機停止運轉(zhuǎn)后，在總風流通過的巷道中的任何適當?shù)攸c建立臨時風墻隔斷風流后，立即用壓差計測出風墻兩側(cè)的風壓差，即是自然風壓。風硐閘門隔斷法首先停止通風機運轉(zhuǎn)，立即將風硐內(nèi)的調(diào)節(jié)閘門全部關閉，隔斷自然風流，這時接入風硐閘門前的壓差計的讀數(shù)就是全礦的自然風壓。4.1.4自然風壓的測定204.2.1離心式通風機4.2.2軸流式通風機4.2.3對旋式通風機4.2礦用通風機類型及構(gòu)造21通風機類型按服務范圍分：主要通風機、輔助通風機與局部通風機。按構(gòu)造礦用通風機可分為離心式和軸流式通風機?！?2主要通風機擔負整個礦井或礦井的一翼或一個較大區(qū)域通風的通風機必須晝夜運轉(zhuǎn)，它對礦井安全生產(chǎn)和井下工作人員的身體健康、生命安全關系極大。一般安裝在地面上，也是礦井的重要耗電設備。所以對主要通風機的選用，必須從安全、技術、經(jīng)濟等方面進行綜合考慮。23輔助通風機用來幫助礦井主要通風機對一翼或一個較大區(qū)域克服通風阻力，增加風量的通風機。輔助通風機大多安裝在井下，目前已很少使用。局部通風機為滿足井下某一局部地點通風需要而使用的通風機。局部通風機主要用作井巷掘進通風，將在后續(xù)章節(jié)中討論。241、風機構(gòu)造離心式通風機的構(gòu)造及其在礦井通風井口安裝作抽出式通風的示意圖。離心式通風機主要由動輪（工作輪）、蝸殼體、主軸、錐形擴散器和電動機等部件構(gòu)成。4.2.1離心式通風機25

根據(jù)通風機的葉片角度的不同，離心式通風機可分為徑向式、后傾式和前傾式三種，β2為葉片出口的構(gòu)造角，即為風流沿葉片移動的切線W2與圓周速度u2的夾角。對于徑向式β2為90°，后傾式β2大于90°，而前傾式的β2則小于90°。

β2不同，通風機的性能也不同。礦用離心式風機多為后傾式（效率高）。262、工作原理風機葉輪轉(zhuǎn)動時，靠離心力作用（離心式通風機的命名由此而來），空氣由吸風口進入，經(jīng)前導器進入葉輪的中心部分，然后折轉(zhuǎn)90°沿徑向離開葉輪而流入機殼中，再經(jīng)擴散器排出，空氣經(jīng)過主要通風機后獲得能量，使出風側(cè)的壓力高于入風側(cè)，造成了壓差以克服井巷的通風阻力促使空氣流動，達到了通風的目的。4.2.1離心式通風機273常用型號目前我國礦山使用的離心式風機主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。這些品種通風機具有規(guī)格齊全、效率高和噪聲低等特點。型號參數(shù)的含義舉例說明如下：

G4—73—11№25D

代表通風機的用途表示傳動方式

K表示礦用通風機通風機葉輪直徑（25dm)G代表鼓風機設計序號(1表示第一次設計）表示通風機在最高效率點時表示進風口數(shù),1為單吸,0為雙吸全壓系數(shù)10倍化整表示通風機比轉(zhuǎn)速(ns)化整4.2.1離心式通風機28由動輪l，圓筒形機殼3、集風器4、整流器5、流線體6和環(huán)形擴散器7所組成。集風器是外殼呈曲線形且斷面收縮的風筒。流線體是一個遮蓋動輪輪轂部分的曲面圓錐形罩，它與集風器構(gòu)成環(huán)形入風口，以減少入口對風流的阻力。4.2.2軸流式通風機

動輪由固定在輪上的輪轂和等間距安裝的葉片2組成

1、風機構(gòu)造29一個動輪和它后面一個有固定葉片的整流器組成一段。整流器用來整理動輪流出的旋轉(zhuǎn)氣流，以減少渦流損失。為了提高通風機的風壓，有些軸流式通風機安裝兩段動輪。環(huán)形擴散器是軸流式通風機特有的部件，其作用是使環(huán)狀氣流過渡到柱狀氣流時，速壓逐漸減少，以減少沖擊損失，同時使靜壓逐漸增加。4.2.2軸流式通風機30

2、工作原理（1）特點：當動輪轉(zhuǎn)動時，氣流沿等半徑的圓柱面旋繞流出。（2）葉片安裝角：在葉片迎風側(cè)作一外切線稱為弦線。弦線與動輪旋轉(zhuǎn)方向（u）的夾角稱為葉片安裝角，以θ表示?？筛鶕?jù)需要在規(guī)定范圍內(nèi)調(diào)整。但每個動輪上的葉片安裝角θ必需保持一致。

通風機的風壓、風量的大小與θ角有關，所以工作時可根據(jù)所需要的風量、風壓調(diào)節(jié)θ的角度。國產(chǎn)軸流式通風機的葉片安裝角一般可調(diào)為15°、25°、30°、35°、40°和45°七種，使用時可以每隔2.5°調(diào)一次。uθ（3）工作原理當動輪旋轉(zhuǎn)時，翼柵即以圓周速度u移動。處于葉片迎面的氣流受擠壓，靜壓增加；與此同時，葉片背的氣體靜壓降低，翼柵受壓差作用，但受軸承限制，不能向前運動，于是葉片迎面的高壓氣流由葉道出口流出，翼背的低壓區(qū)“吸引”葉道入口側(cè)的氣體流入，形成穿過翼柵的連續(xù)氣流。3131

目前我國礦山常用的軸流式風機有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（對旋式）等系列。軸流式風機型號的一般含義是：

1K—58—4№25

通風機葉輪直徑（25dm)

表示葉輪級數(shù),1表示單級，2表示雙級表示設計序號表示用途，K表示礦用，

T表示通用表示通風機輪轂比,0.58化整

BDK658№24

防爆型葉輪直徑（24dm)

對旋結(jié)構(gòu)電機為8極（740r/min）表示用途，K為礦用輪轂比0.65的100倍化整3、常用型號4.2.2軸流式通風機32在構(gòu)造上屬于軸流式。近年來，BD（K）系列對旋式通風機發(fā)展迅速，特點是采用雙級雙電機驅(qū)動結(jié)構(gòu)，兩級葉輪相對并反向旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)相當于兩臺同型號軸流風機對接在一起串聯(lián)工作，因此被稱之為對旋式風機由于這種結(jié)構(gòu)可省去中間及后置固定導葉，且渦流損失較小，具有傳動損耗小、壓力高、高效范圍較寬、效率也較高的特點4.2.3對旋式通風機33對旋壓抽式軸流通風機結(jié)構(gòu)示意圖1-集流器2-前消聲器3-前機殼4-進氣翼5-電機6-Ⅰ級葉輪7-Ⅱ級葉輪8-出氣翼9-后機殼10-后消聲器34對旋式通風機作為目前我國礦用風機的新生代產(chǎn)品，國內(nèi)已有多家風機廠投入生產(chǎn)，結(jié)構(gòu)性能也不斷改進和提高，如湖南湘潭平安電氣、山西運城安瑞節(jié)能風機有限公司等廠家和西北工業(yè)大學合作研制的彎掠組合三維扭曲正交型葉片技術，使風機的靜壓效率、噪聲等性能指標均得到較大提高。354.3.1通風機工作的基本參數(shù)4.3.2通風機的個體特性曲線4.3.3通風機工礦點及合理工作范圍4.3通風機工作參數(shù)及個體特性曲線36通風機的特性參數(shù)有流量，壓力，功率和效率。用這四個參數(shù)可以描述通風機的整個特性。1、主要通風機的工作風量單位時間內(nèi)通過通風機的空氣體積，稱為通風機的流量，也稱為體積流量，Qf，其單位為m3/s、m3/min或m3/h?！?.3.1

通風機工作的基本參數(shù)372、主要通風機的工作風壓

（1）主風機全壓Hft通風機工作時，對每1m3空氣做的功，稱為風機全壓（N·m/m3

或Pa）。它用于克服管網(wǎng)阻力和消耗于出口處的動能損失。其值等于通風機出口斷面上空氣的絕對全壓

(Pt2)與通風機入口斷面上空氣的絕對全壓

(Pt1)之差：Hft

＝Pt2-Pt2實際運轉(zhuǎn)的通風機都裝有擴散器，把外接擴散器看作通風機的組成部分，總稱之為通風機裝置。用Hft’表示通風機裝置全壓，等于通風機擴散器出口斷面空氣的絕對全壓與通風機入口斷面空氣的絕對全壓之差。Hft和Hft’在數(shù)值上相差不大，在通風機選型計算中，可直接應用廠家提供的性能曲線所給出的數(shù)值。38（2）主風機靜壓Hfs通風機全壓中用來克服井巷通風阻力的部分，為通風機靜壓。（3）主風機動壓hfv通風機全壓中的出口斷面動能損失部分為通風機動壓，計算公式為：

hfv=Qf2×ρ/2sf2式中，ρ——空氣密度，kg/m3；

sf——風機出口斷面積，m2；

Qf——風機風量，m3/s。故主風機全壓還可表示成：Hft=Hfs＋hfv394、主要通風機的功率和效率（1）功率單位時間內(nèi)通過通風機的流量和通風機給予每1m3空氣的全部能量之乘積，稱為通風機的輸出功率由于通風機壓力有通風機全壓Ht和通風機靜壓Hs之分，所以通風機的輸出功率也分為通風機全壓輸出功率Nt和通風機靜壓輸出功率Ns

，即：

Nt

＝Ht.Qf/1000，kW

Ns

＝Hs.Qf/1000，kW

40（2）主要通風機的軸功率(或輸入功率)

電動機經(jīng)傳動部件輸入給主要通風機的功率叫軸功率，用N表示，單位為kW，主要通風機的軸功率可用下式計算：U——線電壓，V；I——線電流，A；cosψ——功率因數(shù)；ηd——電動機效率，％；ηc——傳動功率，％。41（3）通風機的效率通風機在運轉(zhuǎn)過程中，由于機械損失及空氣流動損失等原因，通風機軸上的功率不可能全部傳遞給空氣，也就是說通風機的軸功率必然要大于通風機的輸出功率，通風機輸出功率和通風機軸功率之比叫做通風機的效率，即：

ηt＝Nt/N＝HtQf/(1000N)

ηs＝Ns/N＝ＨsQf/(1000N)上式中ηt

和ηs

分別表示通風機的全壓效率和靜壓效率。通風機的效率是衡量每臺通風機工作性能的重要指標之一。反映了通風機工作的優(yōu)劣。425、電動機功率Nd為帶動風機運轉(zhuǎn)而消耗的功率即為電動機功率?？蓪嶋H測量或按下式計算：式中ηd、ηc

、——電動機效率和傳動效率。434.3.2

通風機的個體特性曲線通風機的個體特性曲線——將通風機裝在試驗管道(或礦井)上運轉(zhuǎn)，若不斷改變管道的風阻值，則可以測得一系列與風阻值相對應的Q、h、N和η值。如以Q為橫坐標，h為縱坐標，將上述測得的各對應的Q、h值描在坐標紙上，并連結(jié)各點，可以獲得風量—風壓曲線(簡稱風壓曲線)，用同樣方法可以得到功率、效率曲線。上述諸曲線即稱為通風機的個體特性曲線。44軸流式通風機個體特性曲線特點：（1）軸流式風機的風壓特性曲線一般都有馬鞍形駝峰存在。（2）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；（3）點Ｄ以左是不穩(wěn)定工作段，產(chǎn)生所謂喘振（或飛動）現(xiàn)象；（4）軸流式風機的葉片裝置角不太大時，在穩(wěn)定工作段內(nèi)，功率隨Ｑ增加而減小。

風機開啟方式：軸流式風機應在風阻最?。ㄩl門全開）時啟動，以減少啟動負荷。

說明：軸流式風機給出的大多是靜壓特性曲線。HtHsts/%Q/m3/sH/PaN/kWQ/m3/sGFDBRM45離心式通風機個體特性曲線

特點：（1）離心式風機風壓曲線駝峰不明顯，且隨葉片后傾角度增大逐漸減

小，其風壓曲線工作段較軸流式風機平緩；（2）當管網(wǎng)風阻作相同量的變化時，其風

量變化比軸流式風機要大。（3）離心式風機的軸功率Ｎ隨Ｑ增加而增大，只有在接近風流短路時功率才略有下降。

該類風機的特點是特性曲線較平緩、無駝峰、運行噪聲較小、效率高，且具有啟動功率較小等特點。風機開啟方式：為避免啟動負荷大引起的電流過大燒毀電動機，離心式風機在啟動時應將風硐中的閘門全閉，待風機達到正常轉(zhuǎn)速后再將閘門逐漸打開。說明：（1）離心式風機大多是全壓特性曲線。（2）當供風量超過需風量過大時，常常利用閘門加阻來減少工作風量，以節(jié)省電能。H/PaQ/m3/sN/kW/%HtHSNtS46個體特性曲線的應用1、對于抽出式通風礦井通風機裝置的全壓(Ht)是指通風機擴散器出風口斷面上空氣的絕對全壓與通風機入口斷面上空氣的絕對全壓之差：

Ht＝Pt3－Pt2＝(Ps3＋hv3)－(Ps2＋hv2)，PaPt2

，Pt3——分別為②，③斷面上的絕對全壓，Pa，

Ps2

，Ps3——分別為②、③斷面上的絕對靜壓，Pa

hv2

，hv3——分別為②、③斷面上的速壓，Pa47因為斷面③的絕對靜壓Ps3就是該斷面同標高的地面大氣壓P，即Ps3＝P，故上式可寫為：Ht＝(P－Ps2)+hv3－h(huán)v2，PaHt＝Ｈs2＋hv3－h(huán)v2，Pa式中Ｈs2——為②斷面上的相對靜壓，Pa。

上式表明，通風機裝置的全壓可以通過測定風峒內(nèi)某斷面上的相對靜壓Ｈs2、平均速壓hv2和擴散器出口斷面上的平均速壓hv3而獲得。48在礦山機械設備中，通常把通風機裝置的全壓分為靜壓Hs和速壓hv兩部分，并且把擴散器出口的平均速壓hv3作為通風機的速壓hv，即：

Ht＝Hs＋hv，Pa式中Hs——通風機裝置的靜壓。由于hv

＝hv3則：

Ht＝Hs＋hv3，Pa與Ht＝Ｈs2＋hv3－h(huán)v2對比則：

Hs＝Hs2－h(huán)v2，Pa主要通風機的靜壓等于通風機入口的相對靜壓與動壓之差49對圖中1,2兩點應用能量方程可以得到：hr1-2＝Hs2－h(huán)v2＋Hn，Pa→hr1-2

＝Hs＋Hn靜壓和礦井自然風壓共同作用，克服礦井井巷通風阻力hr1-2。因此，在抽出式通風時主要應用通風機靜壓。hv3只是將抽出的風流排入大氣。上式表明：對抽出式通風的礦井，通風機裝置的502．對于壓入式通風礦井通風機裝置全壓為通風機擴散器出風口斷面②與通風機入風口斷面①的全壓之差。即：

Ht＝Pt2－Pt1因Pt1＝P0，Pt2＝Ps2＋hv2

此外因hv1＝0故Ht＝Ps2＋hv2－P0＝Hs2＋hv2

上式表明，壓入式通風礦井通風機裝置的全壓，為通風機風峒內(nèi)某斷面上的相對靜壓Hs2與平均速壓hv2之和。51同樣對圖中2～3兩點應用能量方程，可得：

hr2-3＝Hs2＋hv2＋Z(γ'－

γ")－h(huán)v3

＝Hs2＋hv2

＋Hn－h(huán)v3，Pa與Ht＝Hs2＋hv2對比，得：Ht＋Hn

＝hr2-3

＋hv3，Pa

它表明，對壓入式通風礦井，通風機裝置全壓Ht和自然風壓Hn共同作用，克服了礦井的通風阻力以及由出風井口排入大氣的速壓損失。

52通風管道或礦井的通風阻力與風流的平方成正比。當通風機與通風管道或礦井相連時，通風機的個體風壓曲線與管道或礦井的風阻特性曲線就有一交點，這個交點就叫做通風機的工況點。4.3.3通風機的工況點及合理工作范圍53一、工況點的確定方法工況點：風機在某一特定轉(zhuǎn)速和工作風阻條件下的工作參數(shù)，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和Ｑ兩參數(shù)。求風機工況點的方法：1、圖解法

理論依據(jù)是：風機風壓特性曲線的函數(shù)式為Ｈ＝f(Ｑ)，管網(wǎng)風阻特性曲線函數(shù)式是h=ＲＱ2，風機風壓Ｈ是用以克服阻力h，所以Ｈ＝h，因此兩曲線的交點，即兩方程的聯(lián)立解?？梢妶D解法的前提是風壓與其所克服的阻力相對應。

方法：在風機風壓特性（Ｈ─Ｑ）曲線的坐標上，按相同比例作出工作管網(wǎng)的風阻曲線，與風壓曲線的交點之坐標值，即為通風機的工作風壓和風量。通過交點作Ｑ軸垂線，與Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲線相交，交點的縱坐標即為風機的軸功率Ｎ和效率η。54552、解方程法

隨著電子計算機的應用，復雜的數(shù)學計算已成為可能。風機的風壓曲線可用下面多項式擬合

式中a1、a2、a3──曲線擬合系數(shù)。對于某一特定礦井，可列出通風阻力方程

式中Ｒ為通風機工作管網(wǎng)風阻。聯(lián)立上述兩方程，即可得到風機工況點。56工況點所在位置決定了通風機的風壓和風量。在使用中，我們希望通風機能夠供給穩(wěn)定的風壓和風量，不至于由某些因素的影響致使風壓和風量產(chǎn)生較大的波動與變化。因此要求通風機的工況點處于通風機的合理工作范圍。57二、通風機工況點的合理工作范圍1、從經(jīng)濟角度，通風機的運轉(zhuǎn)效率（即靜壓效率）不低于70%（工作點在C以上）。2、從安全角度，工況點必須位于駝峰點右側(cè)，單調(diào)下降的直線段。3、實際工作風壓不得超過最高風壓的90％（工作點在B以下）。4、風機的運輪轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速。駝峰區(qū)所以，軸流式風機在風壓曲線上的合理工作范圍為BC段。58ABCD上下右左0.70.750.8153045Q/m3/sH/Pa軸流式通風機的合理工作范圍：左限：葉片安裝角θ的最小值，對一級葉輪為10°，二級葉輪為15°。右限：葉片安裝角θ的最大值為45°。上限：應在“駝峰”右側(cè)，實際應用的最大風壓值的0.9倍以下。下限：通風機的運轉(zhuǎn)效率，不得低于0.7。軸流式風機除了轉(zhuǎn)速有限制外，還有動輪葉片的安裝角θ的限制。59三、主要通風機工況點調(diào)節(jié)工況點調(diào)節(jié)方法主要有：1、改變風阻特性曲線當風機特性曲線不變時，改變工作風阻，工況點沿風機特性曲線移動。１）增風調(diào)節(jié)。為了增加礦井的供風量，可以采取下列措施：（１）減少礦井總風阻。（２）當?shù)孛嫱獠柯╋L較大時，可以采取堵塞地面的外部漏風措施。２）減風調(diào)節(jié)。當?shù)V井風量過大時，應進行減風調(diào)節(jié)。其方法有：（１）增阻調(diào)節(jié)。（２）對于軸流式通風機，可以用增大外部漏風的方法，減小礦井風量。

R1R1’R1”MM’M”QQ’Q”HH’H”60。2、改變風機特性曲線

這種調(diào)節(jié)方法的特點是礦井總風阻不變，改變風機特性，工況點沿風阻特性曲線移動。nn1n2MM1M2QQ2Q1HH1H2QH61調(diào)節(jié)方法有：１）軸流風機可采用改變?nèi)~片安裝角度達到增減風量的目的。２）裝有前導器的離心式風機，可以改變前導器葉片轉(zhuǎn)角進行風量調(diào)節(jié)。３）改變風機轉(zhuǎn)速。無論是軸流式風機還是離心式風機都可采用。調(diào)節(jié)的理論依據(jù)是相似定律，即

（１）改變電機轉(zhuǎn)速。（２）利用傳動裝置調(diào)速。

調(diào)節(jié)方法的選擇，取決于調(diào)節(jié)期長短、調(diào)節(jié)幅度、投資大小和實施的難易程度。調(diào)節(jié)之前應擬定多種方案，經(jīng)過技術和經(jīng)濟比較后擇優(yōu)選用。選用時，還要考慮實施的可能性。有時，可以考慮采用綜合措施。624.4通風機比例定律與類型特性曲線4.4.1無因次系數(shù)4.4.2比例定律4.4.3通風機類型特性曲線63影響通風機個體特性曲線的因素有：動輪葉片安裝角度(指軸流式通風機)前導器葉片角度通風機的新舊程度動輪的轉(zhuǎn)數(shù)動輪的直徑空氣的重率前3項只能通過試驗觀測確定。而后三項對個體特性曲線的影響，則可根據(jù)比例定律求出。

64本節(jié)主要分析同一類型或結(jié)構(gòu)相似的主要通風機的風量、風壓、功率及效率與尺寸（一般用動輪直徑代表）和轉(zhuǎn)速之間的關系。同一類型、同一系列或結(jié)構(gòu)相似的通風機，其風機內(nèi)部風流的運動符合流體相似模型的各項準則，具有運動相似和動力相似。同類型(又名同系列)的通風機是指符合幾何相似、運動相似和動力相似的一組通風機。654.4.1無因次系數(shù)1、通風機的相似條件兩個相似通風機內(nèi)的氣體流動過程相似，或者說它們之間在任一對應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)。同一系列風機在相應工況點的流動是彼此相似的，幾何相似是風機相似的必要條件，動力相似則是相似風機的充要條件。662023/2/3（1）幾何相似扇風機各個部件的對應邊成比例。D2,b2,D1,B2分別風機動輪外徑、出口寬度、入口直徑和入口寬度。67（2）運動相似對應點的速度成比例。68（3）動力相似對應點上各作用力成比例，比如慣性力成比例。692、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)?？捎孟率奖硎荆夯蛘撸?0（2）流量系數(shù)由幾何相似和運動相似可以推得

=常數(shù)式中

D、u——分別表示兩臺相似風機的葉輪外緣直徑、圓周速度，同系列風機的流量系數(shù)相等。71（3）功率系數(shù)

風機軸功率計算公式中H和Q分別用式和式代入得常數(shù)

同系列風機在相似工況點的效率相等，功率系數(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)724.4.2比例定律同類型風機在相似工況點的無因次系數(shù)，，和η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和空氣密度之間成一定比例，這種比例關系叫比例定律。73將圓周速度u=πDn/60代入上式得：74對于1、2兩個相似風機而言，,所以其壓力，風量和功率之間關系為75當轉(zhuǎn)數(shù)n、葉輪直徑D和空氣重率發(fā)生改變時，其風量、風壓、功率的改變可用以比例定律求出：上式表明：通風機的風量與葉輪直徑的三次方成正比，和轉(zhuǎn)數(shù)的一次方成正比。76上式表明：通風機的風壓和空氣重率的一次方成正比，和葉輪直徑的平方成正比，和轉(zhuǎn)數(shù)的平方成正比。上式表明：通風機的功率和空氣重率的一次方成正比，和葉輪直徑的五次方成正比，和轉(zhuǎn)數(shù)的三次方成正比。7778同類型通風機比例定律的應用應用比例定律的公式，可以根據(jù)一臺通風機的個體特性曲線推算、繪制轉(zhuǎn)數(shù)，葉輪直徑和空氣重率都不相同的另一臺同類型通風機的個體特性曲線。例如，已知某軸流式通風機的葉片安裝角為30°，轉(zhuǎn)數(shù)n1＝1500轉(zhuǎn)/分時的特性曲線。當其它條件不變時，利用比例定律可得轉(zhuǎn)數(shù)為n2＝1000轉(zhuǎn)/分時的特性曲線。其方法是：先在n1特性曲線上取1、2、3、4……等各點，并將各對應點的hfs1、Qf1、Nf1和η1等值記錄下來，根據(jù)比例定律求得各對應點的hfs2、Qf2、Nf2、η2等值，在同一坐標圖上描得各點，并連接成hfs2一Qf2、Nf2一Qf2和η2一Qf2曲線。即圖中的n2曲線。79804.4.3通風機類型特性曲線應用上述比例定律，可以根據(jù)模型試驗所得的結(jié)果，繪制同類型通風機的個體特性曲線。為了簡化特性曲線，常常采用通風機的類型特性曲線。類型特性曲線與個體特性曲線的區(qū)別，在于它只用一條曲線就能代表同類型通風機的工作特性。81要繪出某一類型的風機類型特性曲線，上式中流量系數(shù)和壓力系數(shù)可以利用同類型通風機的相似模型試驗獲得，即將風機模型與試驗管道相連接運轉(zhuǎn)，并利用試驗管道依次調(diào)節(jié)通風機的工況點，然后依次算出各工況點相對應的、值。如以橫坐標，為縱坐標，將各工況點所對應、各值繪于同一坐標紙上，并連各點即為該通風機類型特性曲線中的—

曲線。同樣可得—

曲線和η—

曲線。此曲線為該系列風機的類型特性曲線，又稱為通風機的無因次特性曲線和抽象特性曲線。82下圖分別為4-72和4-62型離心式風機的類型特性曲線。通過比較可以看出；4-72型風機的工作范圍大，效率高。因此，4-62通風機被4-72型所代替而不再生產(chǎn)。83類型特性曲線的用途：使通風機的特性曲線簡化；可以比較不同類型的通風機的工作性能；根據(jù)類型特性曲線可以選取最有利的通風機。84利用類型特性曲線選擇最優(yōu)通風機的方法是：首先，根據(jù)已知的礦井最大風壓hmax計算動輪的圓周速度：由：得：，m/s式中——風壓系數(shù)，采用類型曲線中效率最高點所對應的數(shù)值，對于4-72型離心式通風機，＝0.4；對于G4-73型離心式通風機，=0.44；對于70B2型軸流式通風機，二級動輪的：＝0.45，一級動輪的：＝0.23。其它符號意義同前。85其次，根據(jù)已知的風量Q和圓周速度u，計算最優(yōu)動輪直徑。因故有：，m式中——流量系數(shù)，采用類型曲線中效率最高點所對應的數(shù)值，對于4-72型離心式通風機：＝0.22；對于G4-73型離心式通風機，=0.23；對于70B2型軸流式通風機：＝0.19。根據(jù)計算的D值，在通風機產(chǎn)品目錄中選擇接近此值的標準動輪直徑(即機號)。第三，根據(jù)動輪直徑D和圓周速度u，計算所需轉(zhuǎn)數(shù)n：86

例題:

某礦使用主要通風機為4-72-11№20B離心式風機，圖上給出三種不同轉(zhuǎn)速n的Ht--Q曲線。轉(zhuǎn)速為n1=630r/min,風機工作風阻R=0.0547×9.81=0.53657N．s2/m8，工況點為M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后來，風阻變?yōu)镽’=0.7932N．s2/m8，礦風量減小不能滿足生產(chǎn)要求，擬采用調(diào)整轉(zhuǎn)速方法保持風量Q=58m3/s，求轉(zhuǎn)速調(diào)至多少？

解：同型號風機，故其直徑相等。由比例定律有：

n2＝n1Q2/Q1

＝630×58/51.5

＝710r/min

即轉(zhuǎn)速應調(diào)至n2=710r/min，可滿足供風要求。M0QHn=630n=710n=560R=0.5367R’=0.7932M15851.5874.5礦井主要通風機附屬裝置通風機的附屬裝置包括：反風裝置防爆門風峒擴散器88反風就是使正常風流反向。當進風井筒附近和井底車場發(fā)生火災或瓦斯煤塵爆炸時，會產(chǎn)生大量的一氧化碳和二氧化碳等有害氣體。為了避免災害擴大，就得利用主要通風機s的反風裝置迅速將風流方向反轉(zhuǎn)過來?！兑?guī)程》規(guī)定：要求在10min內(nèi)能把礦井風流方向反轉(zhuǎn)過來，而且要求反風后的風量不小于正常風量的40%；每季度至少要檢查一次反風設施，每年應進行一次反風演習，當?shù)V井通風系統(tǒng)有較大變化時，也應進行一次反風演習?！?.5.1反風裝置894.5.1反風裝置反風方法因風機的類型和結(jié)構(gòu)不同而異。目前的反風方法主要有：設專用反風道反風；利用備用風機做反風道反風；風機反轉(zhuǎn)反風和調(diào)節(jié)動葉安裝角反風。90利用反風道反風是一種常用的可靠方法，能滿足反風的時間和風量要求。下圖為軸流式主要通風機抽出式通風時的反風示意圖，圖A為正常通風時反風門1和2的位置，通風機由井下吸風，然后排至大氣，若將反風門1、2改變?yōu)閳DB中的位置，風流從大氣吸入通風機內(nèi)，再經(jīng)反風道壓入井下，使井下風流的方向改變。

91離心式通風機的反風情況如圖4-12所示，正常通風時，反風門1和2為實線位置，反風時，反風門1提起，而將反風門2放下，風流自反風門2進入通風機，再從反風門1進入反風道3，經(jīng)風井壓入井下。92《規(guī)程》規(guī)定：裝有主要通風機的出風井口，應安裝防爆門。防爆門不得小于出風井口的斷面積，并正對出風口的風流方向。當井下發(fā)生瓦斯爆炸時，爆炸氣浪將防爆門掀起，從而起到保護主要通風機免受損壞。在正常情況下，防焊門是氣密的，嚴防風流短路。防爆門(井蓋)應設計合理、結(jié)構(gòu)嚴密、維護良好、動作可靠。4.5.2防爆門93風峒是主要通風機和出風井之間的一段聯(lián)絡巷道。由于通過風峒的風量很大，內(nèi)外的壓力差較大，因此應特別注意降低風峒阻力和減少漏風。風峒設計時應滿足：風硐斷面不宜過小，使其風速＜10m/s，最大不超過15m/s；風硐風阻應不大于0.0196N·s2/m8，通風阻力應不大于100~200Pa。因此風硐不宜過長，拐彎部分應呈圓弧形，內(nèi)壁應光滑，且應經(jīng)常保持其中無堆積物。為盡量降低通風阻力，在拐彎處應安設導流葉片；風硐及其閘門等裝置的結(jié)構(gòu)要嚴密，防止漏風；風硐內(nèi)應安設測量風速及風流壓力的裝置。為此，風硐和主要通風機相聯(lián)的一段長度應不小于10~12D（D為主要通風機工作輪直徑）。風硐直線部分要有流水坡度，以防積水。4.5.3風峒944.5.4擴散器在通風機出風口外，聯(lián)接一段斷面逐漸擴大的風道稱為擴散器。其作用是減少出風口的速壓損失，以提高通風機的靜壓。擴散器出口要與由混凝土砌筑成的外接擴散器相連。外接擴散器總的原則是：阻力小，出口動壓損失小并且無回流（渦流）現(xiàn)象。95軸流式通風機的擴散器由圓錐形內(nèi)筒和外筒構(gòu)成的環(huán)狀擴散器。外圓錐體的敞角可取7～12°，內(nèi)圓錐體的敞角可取3～4°。離心式主要通風機的擴散器是長方形，其敞角取8～10°，出風口斷面(S3)與入風口斷面(S2)之比約為3～4。

軸流式通風機擴散器

離心式通風機擴散器4.5.4擴散器964.5.5消音裝置通風機在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生噪音，特別是大直徑軸流式通風機的噪音更大，以致影響工業(yè)場地和居民區(qū)的工作和休息，為了保護環(huán)境，需要采取有效措施，把噪音降低到人們感覺正常的程度。我國規(guī)定通風機的噪音不得超過90dB。速度較大的風流在通風機內(nèi)和高速旋轉(zhuǎn)的動輪葉片迅猛沖擊，產(chǎn)生空氣動力噪音，同時機件振動產(chǎn)生機械噪音。當通風機的圓周速度大于20m/s時，空氣動力噪音占主要地位。正對通風機出口方向的噪音最大，側(cè)向逐漸減少。97消音裝置分為主動式與反射式，前者的作用是吸收聲音的能量，后者是把聲能反射回聲源。通風機多采用主動式消音裝置，風流通過多孔性材料裝成的通道時，其噪音被吸收。對不同頻率的噪音消音器，消音效果不同。為了更有效地降低高頻率的噪音，消音板要有足夠的厚度。也可制成空心消音板，以節(jié)省材料。984.6礦井主要通風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)

井下的通風阻力是經(jīng)常發(fā)生變化，當用單臺風機作業(yè)不能滿足生產(chǎn)對通風的要求時，就必須使用多臺風機通風，形成多風機在通風網(wǎng)路中聯(lián)合作業(yè)。因此，一臺以上的風機在同一網(wǎng)路上的工作叫風機的聯(lián)合工作。風機聯(lián)合工作的情況與一個風機單獨工作有些不同。如果風機聯(lián)合工作問題處理的不好，將會事與愿違，后果不良，甚至損壞風機。因此，分析風機聯(lián)合運轉(zhuǎn)的特點、效果、穩(wěn)定性和合理性是非常必要的。風機聯(lián)合工作可分為串聯(lián)和并聯(lián)兩大類。99

一個風機的吸風口直接或通過一段巷道（或管道）聯(lián)結(jié)到另一個風機的出風口上同時運轉(zhuǎn)，稱為風機串聯(lián)工作。特點：1、通過管網(wǎng)的總風量等于每臺風機的風量，即Q=Q1=Q2

。

2、兩臺風機的工作風壓之和等于所克服的網(wǎng)路總阻力，即H＝H1＋H2

。F1F24.6.1風機串聯(lián)工作12100通風機串聯(lián)工作可分為集中串聯(lián)和間隔串聯(lián)兩種。集中串聯(lián)抽出式間隔串聯(lián)壓入式間隔串聯(lián)當通風網(wǎng)路的阻力較大，一臺通風機不能滿足需要時，應采用通風機串聯(lián)工作。作串聯(lián)工作的較少，一般用于長距離掘進通風。101（一）不同型號的通風機集中串聯(lián)工作（二）相同型號的通風機集中串聯(lián)工作（三）不同型號的通風機間隔串聯(lián)工作（四）自然風壓與主要通風機串聯(lián)工作102l1l2l3l4l5FECDBAM0R1?ⅡⅢM’ⅠMⅠM’ⅡhQMⅡh0h’?h’??h?h??Q’ⅡQ’ⅠQ0=QⅠ=QⅡ...........2、風機的實際工況點在風阻為R1管網(wǎng)上風機串聯(lián)工作，各風機的實際工況點按下述方法求得：串聯(lián)等效風機的工況點是等效風機特性曲線Ⅰ+Ⅱ（串聯(lián)）與管網(wǎng)風阻特性曲線R1的交點為M0；根據(jù)風量相等的特點，過M0作橫坐標垂線，分別與曲線Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此兩點即是串聯(lián)工作時，兩風機的實際工況點。（一）不同型號通風機集中串聯(lián)工作分析

1、串聯(lián)風機的等效特性曲線

作圖方法：按“風量相等，風壓疊加”的原則。103考慮：風機串聯(lián)聯(lián)合作業(yè)比單臺風機單獨作業(yè)有什么效果？104若通風機Ⅰ和Ⅱ單獨工作，則其工況點分別為M'Ⅰ和M'Ⅱ，這時其風壓分別為h'Ⅰ和h'Ⅱ，風量分別為Q'Ⅰ和Q'Ⅱ?？梢?，Q0>Q'Ⅰ，Q0>Q'Ⅱ，說明串聯(lián)工作效果較好，這種情況在網(wǎng)路風阻R越大時，越顯著。所以，通風機串聯(lián)工作，適合于通風阻力大的通風網(wǎng)路。l1l2l3l4l5FECDBAM0R1?ⅡⅢM’ⅠMⅠM’ⅡhQMⅡh0h’?h’??h?h??Q’ⅡQ’ⅠQ0=QⅠ=QⅡ...........串聯(lián)效果分析－1105是不是任一不同風機聯(lián)合串聯(lián)工作都能起到增加風壓的效果嗎？106當風阻由R1降為R2，工況點為B時，則hⅢ＝hⅠ而hⅡ＝0，說明串聯(lián)后的風壓與單獨開動通風機Ⅰ時的風壓相等，Ⅱ號通風機雖在運轉(zhuǎn)，但產(chǎn)生的風壓為零。所以B點稱為串聯(lián)工作時的極限點（或臨界點）。l1l2l3l4l5FECDBAM0R1R2?ⅡⅢM’ⅠMⅠM’ⅡhQMⅡh0h’?h’??h?h??Q’ⅡQ’ⅠQ0=QⅠ=QⅡ...........串聯(lián)效果分析－2107當風路風阻由R2降到R3時，聯(lián)合工作點位于極限點B的右側(cè)，此時的聯(lián)合風壓和風量均小于通風機Ⅰ工單獨工作時的風壓和風量。顯然，這時通風機串聯(lián)工作是不合理的。l1l2l3l4l5FECDBAM0R1R2R3?ⅡⅢM’ⅠMⅠM’ⅡhQMⅡh0h’?h’??h?h??Q’ⅡQ’ⅠQ0=QⅠ=QⅡ...........串聯(lián)效果分析－3108

衡量串聯(lián)工作的效果，可用串聯(lián)工作時等效風機產(chǎn)生的風量Q0與能力較大風機的F1單獨工作產(chǎn)生風量Q’I之差表示。（1）R=R1>R2,工況點位于B點以上，ΔQ=Q0-Q’I>0，則表示串聯(lián)有效；（2）R=R2，工況點與B點重合，ΔQ=Q0-Q’I=0，則串聯(lián)無增風；（3）R=R3<R2,工況點位于B點以下，ΔQ=Q0-Q’I<0，則表示串聯(lián)有害。串聯(lián)效果分析－4l1l2l3l4l5FECDBAM0R1R2?ⅡⅢM’ⅠMⅠM’ⅡhQMⅡh0h’?h’??h?h??Q’ⅡQ’ⅠQ0=QⅠ=QⅡ...........R3109（二）相同型號通風機集中串聯(lián)工作由圖可見：兩臺特性曲線相同的風機串聯(lián)工作時，臨界點A位于Q軸上。這就意味著在整個合成曲線范圍內(nèi)串聯(lián)工作都是有效的，不過工作風阻不同增風效果不同而已。HQⅠ/ⅡMAⅠ+ⅡR1QHQ1R2Q’Q2110（三）不同型號通風機間隔串聯(lián)工作分析方法：按等風壓條件下，風機風壓與各自風路的阻力相減的原則，求風機為各自風路服務后的剩余特性曲線，最終轉(zhuǎn)化為集中式串聯(lián)進行分析。111說明：

通風機間隔串聯(lián)時，各通風機風量相等，且等于管道的風量；各通風機風壓之和的總風壓用來克服各段管道的通風阻力之和的總阻力。在聯(lián)合工況點M的位置情況下，小通風機F1的風壓在克服R1段的通風阻力后，還有剩余風壓，這個剩余風壓和大通風機F2的風壓之和用來克服R2段的通風阻力。顯然，在此情況下，通風機間隔串聯(lián)工作是有效的。112“風機串聯(lián)”結(jié)論：1、風機串聯(lián)工作適用于因風阻大而風量不足的管網(wǎng)；2、風壓特性曲線相同的風機串聯(lián)工作較好；3、串聯(lián)合成特性曲線與工作風阻曲線相匹配，才會有較好的增風效果。4、串聯(lián)工作的任務是增加風壓，用于克服管網(wǎng)過大阻力，保證按需供風。113（四）自然風壓與主要通風機串聯(lián)工作1、自然風壓特性自然風壓特性是指自然風壓與風量之間的關系。自然風壓隨風量增大略有增大。風機停止工作時自然風壓依然存在。故一般用平行Q軸的直線表示自然風壓的特性。2、自然風壓對風機工況點影響自然風壓對機械風壓的影響，類似于兩個風機串聯(lián)工作。

114ⅠⅡRⅢhQl1l2l3l4l5l6l7.........串聯(lián)聯(lián)合工況點M0，而通風機的實際工作點為M1’。表明通風機提供的風壓加上自然風壓用來克服礦井通風阻力；若無自然風壓作用時，通風機單獨工作的工況點為MⅠ；Q0’<Q0，說明自然風壓為正值時，礦井自然風壓幫助機械通風，提高了通風機的通風能力。M’1自然風壓為正（Hn>0）115ⅠⅡRⅡ’Ⅲ’ⅢhQl1l2l3l4l5l6l7................串聯(lián)聯(lián)合工況點為A，此時主要通風機的總風量為QA，通風機的實際風壓與自然風壓之差用以克服礦井通風阻力。自然風壓為負時削弱機械通風。自然風壓為負（Hn<0）結(jié)論：當自然風壓為正時，機械風壓與自然風壓共同作用克服礦井通風阻力，使風量增加；當自然風壓為負時，成為礦井通風阻力。116單一通風機風壓不能滿足礦井需要通風機聯(lián)合串聯(lián)工作單一通風機風量不能滿足礦井需要？通風機聯(lián)合并聯(lián)工作1171）定義：兩臺風機的吸風口直接或通過一段巷道連結(jié)在一起工作叫通風機并聯(lián)。風機并聯(lián)分為：集中并聯(lián)（兩臺通風機在同一井口并聯(lián)）和對角并聯(lián)（兩臺通風機分別在井田兩翼的兩個井口上并聯(lián)）。

2）特點:a.

通過網(wǎng)路的總風量等于每臺風機的工作風量之和；即Q=Q1+Q2

b.

網(wǎng)路總阻力等于每臺風機的工作風壓，即H=H1=H24.6.2通風機并聯(lián)工作當?shù)V井僅用一臺主要通風機工作不能滿足礦井所需風量時，可用兩臺或兩臺以上主要通風機并聯(lián)工作來增加礦井風量。118通風機并聯(lián)工作的形式a-主要通風機集中并聯(lián)工作；b-主要通風機對角并聯(lián)工作；c-多井口多臺主要通風機并聯(lián)工作119（一）集中并聯(lián)特性分析（二）對角并聯(lián)特性分析風壓特性曲線不同（不同型號）風壓特性曲線相同（相同型號）1201）作圖方法（等效特性曲線）

原則：“風壓相等，風量相加”的原則。

方法：根據(jù)上述原則在同一坐標系中將兩條風機特性曲線（I，II）合成。2）風機實際工況點確定F1F2Q1Q2Q（一）不同型號風機集中并聯(lián)工作

1212）并聯(lián)風機實際工況點分析hⅢ=h0=hⅠ=hⅡQⅢ=Q0=QⅠ+QⅡM0為并聯(lián)作業(yè)時工況點MⅠ’,MⅡ’為風機的實際工況點N1,N2為風機單獨運行的工況點Q0<(Q1＋Q2)合成特征曲線122任一不同風機聯(lián)合并聯(lián)工作都能起到增加風量的效果嗎？123

若礦井風阻由R增加到R‘，并與曲線Ⅲ交于A點，這時A對應的Ⅱ號通風機的風量QⅡ＝0，表明Ⅱ號通風機為無效運轉(zhuǎn)。故A點稱為并聯(lián)運轉(zhuǎn)的極限點或分界點。R’為臨界風阻。

AC合成特征曲線并聯(lián)效果分析-1124AA’若礦井風阻由R’再增加到R“，與Ⅲ的交點為A’，A’位于A點的左側(cè)。此時Ⅱ號通風機產(chǎn)生的風量為負值(－Q”Ⅱ)。這說明，該通風機不僅不起作用，反而成了Ⅰ號通風機的進風通路，從而減少了礦井的總進風量，這是不允許存在的。但在兩臺型號相同的通風機并聯(lián)工作時，這種情況是不會出現(xiàn)的。并聯(lián)效果分析-2125AA’

并聯(lián)工作的效果可用并聯(lián)等效風機產(chǎn)生的風量Q與能力較大風機FⅠ單獨工作產(chǎn)生風量QⅠ之差來分析。當工況點M位于臨界點A右側(cè)時，ΔQ＝Q－Q1＞0，并聯(lián)有效；當管網(wǎng)風阻(稱為臨界風阻)通過A點時，ΔQ=0，則并聯(lián)增風無效；當管網(wǎng)風阻＞臨界風阻，工況點位于A點左側(cè)時，ΔQ＜0，即并聯(lián)小風機不但不能增風反而反向進風，對系統(tǒng)有害。并聯(lián)效果分析-3126每臺主要通風機單獨運轉(zhuǎn)時，其風量分別為Q1，Q2，且表明：多臺通風機并聯(lián)作業(yè)時，不能充分發(fā)揮每臺通風機的風量作用；礦井總風阻越大，上式兩邊的差值就越大，并聯(lián)作業(yè)的效果越差；反之，礦井總風阻越小，并聯(lián)作業(yè)的效果越好；通風機并聯(lián)作業(yè)只適用于風網(wǎng)阻力較小的情況。Q1+Q2>Q（QⅠ+QⅡ）并聯(lián)效果分析-4127hⅢ=h0

=hⅠ=hⅡQⅢ=Q0

=QⅠ+QⅡ合成特征曲線M0為并聯(lián)工作時工況點N’為風機的實際工況點（二）相同型號風機集中并聯(lián)工作

128相同通風機集中并聯(lián)后，其風量與通風機單獨運行時風量的變化是個什么情況呢？

129風機并聯(lián)工況點與單獨工況點比較：hⅢ=hⅠ=hⅡQⅢ=QⅠ+QⅡ合成特征曲線Q0>QN，但Q0<2QN

N風機單獨工況點如果每一臺通風機單獨在網(wǎng)路上工作，其工況點為N，對應的風量為QN。從圖中可以看出：Q>QN＝Q1=Q2

，但Q<2QN。這是因為通風機并聯(lián)后，使網(wǎng)路的總風量增加的同時，網(wǎng)路的總阻力也由h1增為hⅡ，因而使風量減小。這種現(xiàn)象在網(wǎng)路風阻增加時更為明顯。130當風阻由R1增加為R2時，Q‘M<<2Q’N；只有當網(wǎng)路風阻變?yōu)?時，通風機并聯(lián)工作的總風量才能等于單獨運轉(zhuǎn)時風量的二倍。由此得出結(jié)論；通風機并聯(lián)工作效果與通風網(wǎng)路的風阻有關，風阻越小，效果越好。否則并聯(lián)沒有意義。

131由于軸流式通風機的特性曲線存在馬鞍形區(qū)段，因此合成曲線在小風量時比較復雜，當管網(wǎng)風阻R較大時，風機可能出現(xiàn)不穩(wěn)定工作。QRMm1m2MⅠQ=QⅠ+QⅡQ1QⅠR’R”HⅠⅠ+ⅡⅡA(M’)Q=Q1QⅡM”MⅡ此外：132

兩臺不同型號風機F1和F2的特性曲線分別為Ⅰ、Ⅱ，各自單獨工作的管網(wǎng)分別為OA（風阻為R1）和OB（風阻為R2），共同工作于公共風路OC（風阻為R0）。ACBF1F2R1R0R2OCF’1F’2ABOF1-R1=F1’F2-R2=F2’分析方法：按等風量條件下把風機的風壓與各自風路的阻力相減的原則，求風機為各自風路服務后的剩余特性曲線，最終轉(zhuǎn)化為集中式并聯(lián)進行分析。（三）風機對角并聯(lián)工作特性分析

1331330Ⅰ’+Ⅱ’R0Ⅰ’

Ⅰ‘Ⅱ’’0R0AR0R2ⅡⅠR10BC圖解步驟:(1)把風機I

、Ⅱ變位，移至O點。由于巷道BO中的風量即為風機I的風量，通風阻力是由風機I克服的。所以按照風量相等，風壓相減()可得出變位的風機曲線I’，同理，Ⅱ的風壓減掉R2曲線上的風壓得出曲線Ⅱ’。

(2)根據(jù)等風壓而風量相加的原則，將曲線I’和Ⅱ’的風量相加，得出曲線I’

+

Ⅱ’。這就是一臺等值風機在O點作業(yè)，僅負擔風阻R0運轉(zhuǎn)。曲線I’

+

Ⅱ’與R0的交點M就是等值“單機”的工況點。

(3)從工況點M出發(fā)作平行于Q軸的水平線,相交曲線I’和Ⅱ’于M1’和M2’，它們分別是變位風機I’與Ⅱ’的工況點。按等風量從M1’

，M2’

作Q軸的垂線，交曲線I，Ⅱ分別于M1

，M2

，它們分別是風機I和Ⅱ在并聯(lián)運轉(zhuǎn)過程中的實際工況點。134F1-ｈ1=F1’F2-ｈ2=F2’hⅢ=hⅠ=hⅡQⅢ=QⅠ+QⅡ合成特征曲線M1M2M1’M2’ⅡⅡ’ⅢM0為風機對角并聯(lián)工況點，M1、M2為風機的實際工況點135每臺風機的實際工況點MⅠ和MⅡ，既取決于各自風路的風阻，又取決于公共風路的風阻。當各分支風路的風阻一定時，公共段風阻增大，兩臺風機的工況點上移；當公共段風阻一定時，某一分支的風阻增大，則該系統(tǒng)的工況點上移，另一系統(tǒng)風機的工況點下移，反之亦然。這說明兩臺風機的工況點是相互影響的。因此，采用軸流式通風機做并聯(lián)通風的礦井，要注意防止因一個系統(tǒng)的風阻減小引起另一系統(tǒng)的風機風壓增加，進入不穩(wěn)定區(qū)工作。136“風機并聯(lián)”結(jié)論：1、風機并聯(lián)工作適用于因風機能力小，風阻小而風量不足的管網(wǎng)；2、風壓特性曲線相同的風機并聯(lián)工作較好；3、并聯(lián)合成特性曲線與工作風阻曲線相匹配，才會有較好的增風效果。4、并聯(lián)工作的任務是增加風量，用于風機能力小，保證按需供風。

137137（1）并聯(lián)作業(yè)用于管網(wǎng)風阻較小，但因風機能力小而風量不足的情況；（2）影響穩(wěn)定性運轉(zhuǎn)的因素有三：a)網(wǎng)絡風阻；b)風機個性特性曲線；c)并聯(lián)合成曲線的形狀。風阻愈小愈好。后傾葉片離心式風機最適于并聯(lián)（因其個性曲線為單斜狀）。風壓特性曲線相同的離心式風機并聯(lián)工作效果較好。軸流式風機的并聯(lián)作業(yè)在風阻過大時有可能工作不穩(wěn)定，因此在考慮并聯(lián)效果的同時，尚要進行穩(wěn)定性分析。（3）自然風壓的出現(xiàn)，可能使風機的H－Q曲線或風阻曲線變化，也可能影響并聯(lián)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。（4）為保證風機并聯(lián)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和有效性，可采取如下措施：

降低公共端的風阻；盡可能使兩翼風機的風量、風壓相等；調(diào)整風機轉(zhuǎn)速，葉片安裝角時，必要時應兩臺風機同時調(diào)整。（5）單機運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，并聯(lián)后不一定穩(wěn)定?！帮L機并聯(lián)”注意事項：138

從穩(wěn)定性角度來看，并聯(lián)時風機工作在較高壓力區(qū)，若是軸流式風機則可能發(fā)生不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)；從功率消耗的角度來看，若是離心式風機則并聯(lián)功率消耗較小，若是軸流式風機，則因功率特性曲線的形狀和工況點位置不同而異。若工作風阻為R1，則并聯(lián)的工況點為A，串聯(lián)的工況點為F，顯然并聯(lián)比串聯(lián)的增風效果要好。當工作風阻為R3時，串聯(lián)的工況點為C，并聯(lián)的工況點為E，串聯(lián)的增風效果較好。

所以選擇風機聯(lián)合運行時，不僅要考慮管網(wǎng)風阻對工況點的影響，而且還要考慮增風效果及風機的軸功率大小等因素，進行全面分析比較。串聯(lián)并聯(lián)4.6.3并聯(lián)與串聯(lián)工作的比較139對比結(jié)論：

風機并聯(lián)工作適用于管網(wǎng)風阻較小，但單個風機風量偏小而供風不足的條件；串聯(lián)工作適合于管網(wǎng)風阻大，因風機風壓不足而供風不滿足要求的條件；軸流式風機在進行并聯(lián)作業(yè)時，除要考慮聯(lián)合運行的效果，還應進行穩(wěn)定性分析。

140一、離心式通風機國產(chǎn)離心式通風機類型較多，其中4-72-11型的全壓效率最高達91％，較為常用。其符號的意義舉例如下：4-72-11No.10C

表示通風機的轉(zhuǎn)動方式表示通風機的機號，即為葉輪直徑D2(m))×10

表示通風機的設計順序為第一次表示通風機進口為單吸口表示通風機在最高效率點時的比轉(zhuǎn)數(shù)表示通風機在最高效率點時的全壓系數(shù)乘10倍的化整數(shù)通風機設備選型141傳動方式分為A、B、C、D四段，其中：A一表示無軸承箱裝置，與電動機直接傳動；B——表示懸臂支承裝置，皮帶傳動，皮帶輪在通風機軸承中間；C——表示懸臂支承裝置，皮帶傳動，皮帶輪在通風機軸承外側(cè)；D——表示懸臂支承裝置，用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)結(jié)傳動。比轉(zhuǎn)數(shù)是表示同類型通風機在效率最高時風壓系數(shù)與風量系數(shù)的關系的一個常數(shù)。比轉(zhuǎn)數(shù)越大，風量越高。14214362A14—11No.24

表示通風機的機號，即動輪直徑(m)的10倍表示該型通風機第—次設計結(jié)構(gòu)表示該型通風機為一級動輪表示該型通風機之葉形第14次設計應用表示該型通風機的輪葉為扭曲機翼形表示該型通風機的轂輪比的100倍取整數(shù)

這種通風機動輪的葉片是扭曲形，共16片。在不同轉(zhuǎn)數(shù)、不同輪葉數(shù)以及γ＝11.76N／m3時，個體特性曲線分別如圖4-32至圖4-39所示。這些圖的左下角是動輪反轉(zhuǎn)時特性曲線。從這些曲線看出，這種通風機反轉(zhuǎn)后的風量較小，較難滿足反風要求。二、軸流式通風機

144145

另一種新型軸流式通風機是2K60—4型，共有N0.18、24、28、30等幾個機號。其符號意義舉例如下：

2K60—1No.18

通風機的機號即為動輪直徑的10倍結(jié)構(gòu)設計的順序號輪轂比的100倍礦井通風用兩級動輪

這種通風機有兩級動輪，14片扭曲形的動輪葉片，中間和后面整流器的葉片也是扭曲形，并有改變整流器葉片角度的裝置，及時改變這種葉片角度，可使動輪反轉(zhuǎn)后的風量較大，能基本符合反風要求。146147三、離心式和軸流式通風機的比較結(jié)構(gòu)方面：軸流式通風機的優(yōu)點是比較緊湊，體積小，轉(zhuǎn)速高。其缺點是結(jié)構(gòu)比較復雜，噪音大，故障較多。離心式通