矿井主通风机性能监测系统设计.docx

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矿井主通风机性能监测系统设计

1绪论

1.1课题研究的意义

随着中国煤炭工业的不断发展，国家对安全生产治理力度的加大，煤矿企业对矿井通风设备提出了更高的要求。

鉴于通风机的重要性，它工作的可靠性深受科技人员和煤矿管理人员的重视，因此近年来，矿井主通风机的监测监控技术取得了前所未有的发展。

本课题利用WinCC组态软件对矿井主通风机在线监测系统作了全面的设计。

主通风机是矿井四大固定设备之一,担负着向井下输送新鲜空气,排出粉尘和污浊气流,确保矿井安全生产的重任。

另外,主通风机由于功率大,昼夜连续运转,因而又有一个耗电大户。

据统计,主风通机的耗电量一般约占全矿总耗电的15%～20%,有的高达30%以上。

因此,对生产部门来说,及时正确地掌握主通风机的运转特性,在保障安全生产和提高经济效益两方面都有十分重要的意义。

目前我国煤矿主通风机一般都带在线监测与通讯系统（以下简称监测系统）,实现矿井含尘、潮湿、气流脉动的恶劣通风环境下远离煤矿管理部门的井田边缘,通风设备的管理成为煤矿自动化管理的薄弱环节。

因此,解决主通风机性能的在线监测和远距离通讯,已成为大型现代化矿井自动化管理的关键环节。

为此,本课题对大型矿井风机AGF606型轴流式通风机的性能在线监测各方面有所创新。

1.2我国矿井主通风机设备的现状及发展

为了冲淡和排除井下的有害气体和粉尘,为井下各巷道及采、掘工作面提供新鲜风流,保证井下工作人员有足够数量、符合要求的空气供呼吸,确保井下工作人员的人身安全,改善井下工作环境,在煤矿生产中必须不间断地向井下供给大量的新鲜空气。

煤矿用主通风机就是向井下输送空气的设备,通常情况井下每采1t煤炭就要向井下输送4～6t新鲜空气,它是煤矿井下通风不可缺少的安全设备,也是矿井的关键设备。

在通风设备的选择设计时,对其可靠性必须予以足够的重视。

随着世界范围内能源短缺和经济增长对能源需求的增加,迫切要求人们节约能源和保护环境。

而矿井主通风机每天都必须运行,选择节电、低噪型通风机就显得非常重要。

20世纪80年代后,由于采用了新技术、新工艺,通风机的效率提高了5%～10%,扩大了调节范围,提高变负荷条件下通风机的运行效率,是通风机运行的重要方面。

有的国家还应用电脑优化控制调节,成为代表世界科技进步的趋势之一。

随着社会的不断发展,矿井主通风机会更加具备安全可靠、高效节能、低噪、自动化程度高和安装简便等特点,矿井理想的主通风设备会越来越多。

1.2.1国内外发展历史概述

世界各主要产煤国对矿井通风机需求逐年增加。

原苏联主要产品Bц15型离心式通风机和BOц—18型轴流式通风机,离心式通风机直径达3.2～4.7m,效率84%～86%,轴流式通风机直径达1.8～4m,效率80%。

美国矿井用的通风机以轴流式通风机为主,因为其调节范围宽,加速性能、动态性能和运行效率优于离心式通风机。

其叶轮最大直径达4.27m,最大功率7600kW,最高转速3600r/min,动叶单独可调。

德国TLT公司生产的GAF系列轴流式通风机分别有卧式和立式布置,电动机有内置式和外置式,调节方式有停车动叶可调和液压动叶可调,叶轮最大直径达6.3m,运行效率在83%～88%,转子叶片用高强度铝合金制成,重量轻,防火防爆性能好。

我国淮南矿物局引进过该型通风机两台,直径4.25m,功率2400kW,合同保证工况点装置效率不小于85%,而对应点的实测装置效率为74.8%。

现场性能鉴定的通风机最高效率为79.2%,装置最高效率为76%。

英国Howden公司的最新产品AJN型轴流矿井通风机,代表了20世纪90年代末期世界通风设备先进技术,风机性能好,无负偏差,曲线准确,结构合理,反转反风,全压效率高,其维护和安装与对旋风机相同。

该产品配带闸阀、消音器等,成套性强,噪音小,占地面积较少易于场地布置。

该公司是全球最大的通风企业,产品占全球50%以上。

对旋式主通风机在苏联、波兰的有关文献均有介绍,使用广泛的OBB—79—80型,效率为80.5%;OBB—76ц—91型,效率为83%,最高点效率为86%;而OBB—84—84B型,其效率为78%。

我国矿井大量使用矿用通风机有轴流、离心式两种。

矿井用轴流通风机老式的有BY型和70B2型,这种通风机是20世纪50年代的老产品,效率较低,最高静压效率仅70%。

近年来,不断出现了新型高效率的轴流通风机,如2K60、1K58、2K58、2K56、GAF、BD（K）等轴流通风机,最高静压效率达86%,已被矿井广泛使用。

国内使用的BD（K）对旋式主通风机呈增长的趋势,最大直径达4.0m,最高效率75%～86%,而实际运行效率为50%～78%。

目前,在用的矿井轴流通风机和离心通风机运行效率低于40%占20%左右,这部分通风机主要是老式的70B2型、BY型和老式的G系列离心式通风机;还有一部分是选型不当,高效通风机低效运行;还有的是由于变频和调速所致;及少数是通风机技术的限制,如大柳塔矿的低压大流量通风机。

通风机运行效率高于70%的不足10%。

选型不当的原因主要是考虑的储备系数太大,有的考虑了20年甚至30年以上的开采需要,贪大、贪图一劳永逸,与日新月异的科技不相适应,如20世纪80年代以前的主通风机及驱动电动机大部分已进入了淘汰产品的范围;其次设计人员无法准确把握现场的要求,用户对自己的需求留多大的富余空间合适也存在诸多的不可预测性因素。

此外受加工工艺和生产成本的限制,一个模子多用也是导致低效的原因。

如2K56、2K58、2K60、KZS等。

近年,被广泛推广使用的BD、BDK系列通风机具有传动损耗小,压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点。

但也存在着单级运行效率低的缺点。

因此，一种利用航天技术制造的AGF606型风机也开始了在现代自动化大型矿井的应用。

AGF606型风机具有效率高、噪声低、气动性能好、结构合理、工作安全可靠、经济效益高、工作范围广、运行平稳等优点。

在煤矿行业有良好的应用前景。

1.2.2国内使用的矿井主通风机

目前,我国煤矿使用的主要通风机种类繁多,性能参差不齐。

由于多种原因,20世纪60年代生产的70B2系列通风机还在一些煤矿使用,给矿井安全生产及经济效益带来不利的影响。

近几年随着煤矿经济形势的好转,以及国家对煤矿安全技改资金投入的增大,不少矿务局开始新建接替矿井以及对现有生产矿井主要通风机进行改造,使得通风机进入了一个相对的高峰期。

如何从技术、经济角度选购适合自己矿井条件的通风机是广大通风机用户的共同期盼。

我国煤矿在役的主要通风机，以下几个系列的使用占有90%以上。

这对有些矿井在通风机能力不足时的改造、对设计及现场选购通风机、对现有通风机改造起到参考和帮助的作用。

（1）2K系列通风机

2K系列轴流通风机按轮毂比不同分为2K56、1K58、2K58、2K60和KZS等几个系列,主要由沈阳鼓风机厂、沈阳风机厂和吉林鼓风机厂生产。

叶轮直径从1.2m～3.6m,可满足不同大小矿井的需要。

该系列通风机均为单、双级叶轮,机翼为扭曲叶片,叶片角度可在较大范围内进行有级（1K58、2K58、KZS）或无级（2K56、2K60）调节,且均可直接反转反风。

这是我国煤矿以前用量较大、较多的一类通风机。

可以满足多数矿井对通风机低压力、大风量的需要,刹车、测温、测震基座等附属装置也较为齐全。

现场实测表明其静压效率可达75%以上,但气动噪声大。

该系列通风机除适用于新建和改扩建矿井外,由于其外形与我国较早使用的70B2和2By型轴流通风机相近,更适用于对这类通风机的改造,可较大幅度的节约改造费用,缩短改造时间。

（2）BD（K）系列通风机

BD（K）系列通风机近年来发展很快,生产厂家也较多,主要有湘潭平安、南阳、燕京等厂家,该系列通风机最大已经生产到了4m。

该风机采用双级双电动机驱动结构,两级叶轮相对并反向旋转,其结构相当于两台同型号轴流通风机对接在一起串联工作,因此被广泛称之为对旋通风机。

由于这种结构可省去中间及后置固定导叶,且涡流损失较小,具有传动损耗小、压力高、高效范围较宽、效率也较高的特点。

厂家提供的通风机最大静压效率可达86%,现场实测其装置静压效率可达77%。

该系列通风机除了可在较大范围内调整叶片角度外,还可对前后级安装角度进行适当组合,并可单级运行,因此可调范围更宽。

但实测结果表明:

单级运行时通风机的效率太低,仅有50%左右,不宜长期使用。

此外,由于该系列通风机结构的整体性和密闭性均较好,且可以实现反转反风,使用该系列通风机可以不建通风机房,不用反风道,具有基建工期短、节省基建费用等优越性,适合于要求尽快投产的新建风井。

　（3）GAF系列通风机

GAF系列通风机是在引进国外技术的基础上,结合国内的实际情况加以改型改造的轴流通风机。

该通风机具有风量风压调节范围宽、静压效率高、叶片角度调节自动化程度高等优点,尤其是采用液压调节和涡轮涡杆同步调节装置调整叶片的通风机,改变叶片运行角度非常容易,特别适用于需要经常改变运行工况的矿井使用。

此外,GAF系列通风机的叶轮直径、轮毂比分档较多,再加上叶片数和转速等的变化,可形成上千种基本型号,上万种标准产品,为用户根据技术参数和使用要求进行量体裁衣式的选型提供了方便。

由于叶片角度调整方便,这类通风机可通过改变风叶角度实现通风机反风,既不需要反风道,也不需要通风机反转控制装置,且反风量也满足规程要求。

但该类通风机与同等能力的其他系列通风机相比,初期投资较大。

（4）G4—73、4—72系列离心式通风机

我国矿井使用的离心式通风机主要就是这两个系列,生产厂家较多。

G4—73系列离心式通风机最初是为锅炉通风（引风）设计的,后来被引用到矿井通风中并拥有一定的市场占有量。

该系列离心式通风机的特点是特性曲线较平缓、无驼峰、运行噪声较小、效率高。

启动时关闭调节门（也叫前导器）,具有启动功率较小,启动容易的特点。

运行时调节门可在0°～70°范围内调节,用以改变运行工况,还可通过配置不同转速的电动机来改变其运行工况,适应性较好。

4—72系列通风机的特性曲线较平缓,运行噪声较小,效率高,适用于通风阻力不是太大的中小型矿井。

我国地方煤矿的矿井中使用该系列通风机较多,由于机型小,配置电动机的容量也小,可配用380V或660V电压的电动机,特别适用于无高压（6000V）供电的矿井使用。

但对初、后期风压变化大的矿井,离心通风机的调节性能差。

1.2.3发展趋势小议

BD（K）系列轴流通风机正是在传统轴流通风机的基础上,应用航空动力学理论,采用全新的风机设计技术———弯掠组合三维扭曲正交型技术,通过叶片弯掠量等多参数控制风机流道中的气流速度分布、分离,涡流强度,二次流强度等与流动损失相关的次流流动,从而最大限度地减少能量损失,提高风机的气动性能和声学性能,达到提高风机效率和降低噪声的目的。

BD（K）系列弯掠组合正交型对旋通风机作为矿井主要通风机的新产品,其先进的本体结构、高效环保的性能优势已逐步被广大同行所肯定。

为了使该通风机更好地满足现场,建议在以下几个方面进行探索和改进:

（1）进一步强化管理,改进工艺流程,提高精机加工水平,改善通风机的外观质量,解决设备加工粗糙问题。

（2）逐步实现在线监测,充分应用当前国内成熟的监测设备,并辅以智能化管理软件,实时监测通风机运行中的相关参数（电动机轴承温度、通风机通过风量、通风机装置静压和有关电参数）,并能对异常发出警报,提供故障判断。

（3）进一步解决通风机与风网的匹配问题,要根据矿井风网的具体特点进行通风机的设计与制作。

要针对有些矿井“大风量、低风阻”,“小风量、高风阻”风网的特点,通过技术攻关,解决通风机的高效运行问题,争取使通风机全压效率达到80%以上。

1.3矿井主通风机在线监测监控现状及展望

通风机向井下提供新鲜风流，以冲淡并排出井下的毒性、窒息性、爆炸性气体和粉尘，保证井下风流的质量（成分、温度和速度）和数量符合国家安全卫生标准，造成良好的工作环境，防止各种伤害和爆