第十六章矿用通风机构造.docx

第十六章矿用通风机构造.docx

《第十六章矿用通风机构造.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十六章矿用通风机构造.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第十六章矿用通风机构造

第十六章矿用通风机构造

§1离心式通风机构造

离心式通风机的主要气动部件是叶轮，集流器和外壳。

用于矿井通风的离心式风机属于中、低压风机。

过去，它的叶轮叶型多采用圆弧形；近年来，代以机翼型叶片。

图16-l和16-2分别给出了可用于矿井通风的4-72和4-73模型风机的翼型。

中、低压风机叶轮多采用后弯叶片，叶片安装角在108~165°之间，4-72和4-73模型机的安装角一致，均为135°。

叶轮的叶片数目，与叶片安装角以及叶轮外径对内径的比值有关，通过试验可以找到某一最佳值，4-72和4-73模型风机的叶轮叶片数目均为10片。

集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，使叶轮得到良好的进气条件，而且还应尽量减少在集流器中的流动损失。

4-72和4-73模型机的集流器是锥弧形的，它的前部分是圆锥形的收敛段，后部是近似双曲线的扩散段，前后两段之间的过渡段，是收敛度较大的喉部。

气流进入这种集流器后，首先是缓慢加速，在喉部形成高速气流，而后又均匀扩散，均匀地充满整个叶轮叶道。

集流器的喉部形状和喉部直径，对风机效率有较大影响。

集流器与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小，对容积损失和流动损失有重要影响。

4-72和4-73模型机采用径向间隙，通过这种间隙的泄漏气流方向，与主气流方向一致，不会干扰主气流。

此外，为了减少容积损失，在工艺允许的条件下，应尽可能采用较小的间隙尺寸。

风机外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，并输送到外壳的出口。

外壳截面呈矩形，型线呈螺壳状。

假定气流在所有径向截面中的流速保持常数，其螺壳的型线应是阿基米德螺线；或假定叶轮出口绝对速度在圆周方向的分量，即旋绕速度c2u的分布规律为c2uR＝常数，则螺壳的型线为对数蜗旋线。

对于这两种型线，均可用结构方形法近似地绘出。

如图16-2所示，以螺壳的开度A＝64的1/4为边长作结构方形，分别以方形的四个顶点为圆心，以

，

，

和

为半径作圆弧，即得外壳的型线。

式中的r2为叶轮外缘半径。

至于外壳的舌部与叶轮外缘之间的间隙s，若过大，将产生大量的回流；若过小，使效率下降，噪音加大。

通常取s/D2＝0.05~0.10。

双进风的离心式风机，在入口处装有进风箱，如图16-3中的4所示。

进风箱的作用是将外界气流导入风机入口，其几何形状对叶轮入口速度场有较大影响。

旧式进风箱一般用矩形截面的直角弯头，常出现涡流区，内阻大。

图16-4是一种新型结构的进风箱，在转弯处装了一块倾斜30°的复板（图中部件A），箱外侧采用后斜平板。

这种进风箱使气流平稳进入叶轮，阻力较小。

中、小型矿井用的4-72-11型风机和G4-73型风机是按4-72和4-73空气动力略图制造的。

4-72-11型风机结构如图16-5所示，主要结构是焊接的，机翼型叶片用优质锰钢板制成。

矿山常用的№16（16表示叶轮直径1600mm）和№20的外壳可拆成三部分，上下可分开，上半部又可左右分开，各部分之间用螺栓连接，拆卸方便，易于检修。

为适应在各种条件下应用，外壳的出口可以位于轴下部，水平向外；可位于轴上部，垂直向上；亦可位于轴上部，水平向外。

除此之外，叶轮还分为右旋和左旋两种。

风机与电动机的联结方式分为，无轴承箱直联或采用滚动轴承支承，用联轴器联接，适用于矿井通风用的№l6和№20的传动方式为皮带传动，风机端的皮带轮，采用两端支承。

风机的类型特性如图16-6。

其中标有№5的各条曲线，用于机号№5、6、8风机，标有№10的各条曲线，用于机号№10、12、16和20风机。

G4-73-11型风机结构示于图16-7（G—表示锅炉用）与4-72-11相较，装有前导器，可在0°到60°范围内调整。

其风压和风量较4-72-11大，效率达93％。

其类型特性示于图16-8。

大型矿井通风用的离心式K4-73-01型风机结构示于图16-9。

风机系双入口，叶轮、集流器、进风箱和外壳的上半部用钢板焊接。

传动实心短轴用优质钢制成，各轴承采用静阻力矩较小的滚动轴承。

由于叶轮轴两侧出头，故电机可以随意装在任一侧。

这样一来，在开采末期更换大电机时，不必停车，即可事先在另一侧装好电机，等待联结。

风机外壳下半部由用户用混凝土制成。

此类风机的类型特性如图16-10。

§2轴流式通风机构造

一般的矿用轴流式通风机如图16-11所示。

它的主要气动部件有叶轮、前导叶、中导叶、后导叶、外壳、集流器、疏流罩以及出口处的扩散器。

叶轮是风机的主要部件，决定着风机性能的主要因素是风机翼型、叶轮外径、外径对轮毂直径的比值（轮毂比）和叶轮转速。

适用于矿用风机的翼型有对称翼型、CLARK-Y冀型和RAF-6E翼型等（参照附录）。

叶轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机全压。

轮毂比与风机比转速有关。

一般来说，轮毂比大时，轴向速度ca增大，叶片数目z和叶片相对宽度b/l（b为弦长，l为叶展）也相应增大，风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，多数取0.6，风压系数也较低。

叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风机全压。

通常，可在10~45°范围内调整。

在多级轴流式通风机中，级间设置中导叶。

它的作用是将前级叶轮的流出气流方向，转为轴向流入后级叶轮。

如图16-11所示，前级叶轮出流以速度c2流向中导叶，在中导叶中转为轴向c1流出，使两级叶轮获得同样的入口条件。

导叶通常采用圆弧型叶片。

后导叶的作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流出。

剩余的旋统速度

使气流不仅沿轴向，而且是沿螺线方向在扩散器中流动，有利于改善扩散器的工作。

扩散器的作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风机的静效率。

风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的径向间隙应尽可能地减小。

通常

（s—径向间隙，l—叶片展长）在0.0l~0.06之间。

某些风机设有前导叶，用以控制进入叶轮的气流方向，达到调节特性的目的。

此导叶可分为两段，头部固定不动，足部可以摆动。

这样，外界气流可以较小的冲击进入前导叶，而后改变方向进入叶轮。

前导叶的数目（以及中导叶和后导叶）应与叶轮叶片数互为质数，以避免气流通过时产生同期扰动。

集流器和整流罩的作用是，使气流顺利地进入风机的环形入口通道，并在叶轮入口处，形成均匀的速度场。

目前，矿用轴流风机集流器型线为圆弧型，整流罩的型面为球面或椭球面。

国产2K60型风机结构如图16-12所示。

叶轮叶片为机翼型呈扭曲状，中、后导叶亦为机翼型呈扭曲状。

叶轮和各导叶之间的配置参看图16-23a。

叶轮的轮毂为板结构。

支承主轴的轴承采用滚动轴承，用油脂润滑。

传动轴两端用齿轮联轴节分别与风机和电动机联结。

该类风机除调节叶片安装角外，还可采用调节叶片数目方法，调节风机特性。

图16-13即为该类风机及其调节时的特性。

除此之外，该类风机还可以采用改变中、后导叶角度的力法，使反转反风且超过60％的正常风量。

GAF型矿井轴流式通风机的整体结构与日本的MFA型类似。

如图16-13所示，两级叶轮装在主轴承箱10的两端，传动轴11是用钢板弯焊的空心轴，由风机的出风侧伸出，与电动机联结。

风机采用弯头式扩散器，在转弯处装有整流叶栅，扩散器内壁上分段设置消音板，出口处加装了排行式消音器。

装在初级叶轮端头的部件16是动叶调节装置的控制头。

根据用户的需要，也可以配置静止调节叶片安装角的机构。

该风机的特性示于图16-14。

风量和风压均以额定值的百分数表示。

在风压特性上标注的角度值为动叶调节时的角度。

由特性可看出该风机有较高的效率，而且在网路特性不变的情况下，作动叶调节时，风机的效率基本保持不变。

两级对旋轴流式通风机的叶轮，分别有各自的电机拖动，转动方向相反。

两叶轮之间不须装中间导叶片，如图16-15所示。

当风机以正常方式工作时，两叶轮的周速相同，均为u，但方向相反。

气流以轴向速度c11＝ca流入前级叶轮，进口处的相对速度为w11气流在叶轮中获得能量后，以相对速度w21和绝对速度c21流出前级叶轮，出口处的旋绕速度为c21u。

气流以绝对速度c12（＝c21）进入次级叶轮，相对速度为w22，气流在次级叶轮中继续获得能量后，到达出口时的相对速度为w22，，绝对速度为c22，旋绕速度为c22u。

当风机处于最佳工况运行时，脱离次级叶轮时的气流方向基本为轴向。

此时，两级叶轮中的气流旋绕速度增量基本相等，从而风压增量也相同，风机产生的风压在各级中各占一半。

苏联阿尔捷莫夫机器制造厂（按照图16-16带有进风弯道、出口扩散器和出风箱的装置略图）制造的BOд型直径1.6m的对旋风机装置特性示于图16-17。

为了获得最佳工况，两叶轮的叶片安装角应按特性图上的匹配值调整。

若不按匹配值调整时，可将第二级叶轮叶片安装角固定在27（°）位置，而后只调节前级叶轮叶片安装角，此时风压调节深度不变，而流量的可调幅度变窄了。

若将拖动两级叶轮的电动机中的任一个断电，并让其转子自由旋转，则风量约为正常风量的40~50％。

当两级叶轮叶片安装角为40~44°时，次级叶轮功耗为前级叶轮功耗的1.3倍。

在其余安装角时，两级功耗大体相同，选择电动机功率时应注意。

这种风机的最大特点是，反风时无需其它操作，只要两叶轮都反转即可完成反风任务，反风量达正常风量的64~73％。

近年来，引起人们注意的是子午加速型，如图16-18的示，这种风机不同于一般的轴流风机，气流途径的通道子午截面显著缩小，使气流在子午面中加速运动。

由它的速度角形可以看出，其出、入口处的轴向分速度不等，c2a＞c1a。

由于子午加速，气流在叶栅流道内的扩压效应减弱，允许选用较大的β2角．从而获得较高的旋绕速度增量∆cu＝（c2u-c1u），得到较高的风压系数。

一般轴流风机的风压系数

，离心风机的风压系数

，而子午加速风机的风压系数可达

，接近离心式风机。

其流量系数仍为一般轴流风机

。

这类风机效率可达88~89％。

因此，子午加速风机兼有轴流式和离心式风机的特点。

苏联生产的BM-6м型子午加速局部通风机结构及其特性，分别示于图16-19和图16-20。

这种风机叶轮叶片角度不可调，通常都是利用前导叶调节，它是机翼型叶片，材质有弹性，以便通过操作机构使其襟翼在+40~-45°范围内调节。

国内已有相应地产品出现。

还有一种叶轮为离心式，而导流器和外壳呈轴向流出的局部通风机（图16-21）。

这种风机与风筒直径大体相同的子午加速风机相较，其风量少30％，而风压则高约60％，适合于断面较小的长巷道的独头通风。

苏联制造的ВЦ-7型风机（图l6-21）直径为750mm，所需风筒直径为800mm。

额

定工况风量为6.75m3/s，风压为515daPa，可用于断面面积10m2的2300m长巷道的通风。

§3轴流式通风机逆转反风

按照我国《煤矿安全规程》的规定，主扇风机在接到反风流命令后，必须在10分钟内改变巷道中的风流方向，而且反风量不应小于正常风量的60％。

轴流式通风机的旧式反风措施是利用反风道和一系列反风门，这种方法操作时间长，有时机构失灵，并且建筑费用高。

因此人们研究提高风机本身的逆转反风能力，试验了许多方案。

图16-22中的№1方案，是两级轴流式风机在保持各叶片角度不变的情况下，逆转反风情况。

此时，反风量仅为正常风量的25％。

显然，不能满足规定的反风量要求。

№2方案是在保持中、后导叶角度不变的情况下，将叶轮叶片安装角由原来的实线位置调到虚线位置。

此时，逆转时的反风量可达正常风量的90％。

国产GAF风机采用此方案，利用其机械调节机构，在停机情况下，将叶轮叶片角调到反风位置，产生不低于60％正常风量的反风量。

BOKP风机的反风方案是在逆转前，将中导叶的凸凹面变换到虚线位置。

逆转时的反风量可达正常风量的60％以上。

其中导叶片，是用有弹性的橡胶类材质制作的，反风时利用装在外壳外表面上的机构，一次将所有的中导叶凸凹面变换到虚线位置。

BOд对旋式风机反风时，无需附加其它机构，只需将两叶轮都逆转，即可使反风量达正常风量的60％以上。

OB-103型两级轴流风机的两级叶轮叶片布置方式不同，前级叶轮叶片按正常通风设计，次级叶轮则按逆转反风要求设计。

倒转反风时，只需将中、后导叶位置调到虚线位置，即可得到近于正常风量的反风量。

这种风机的效率较低。

国产2K60风机采用了改变中、后导叶角度的方案，将逆转反风量提高到正常风量的60％以上。

图16-23a示各叶片角度。

正常通风时，各叶片处于实线位置。

反风时，中、后导叶转动150°，调整到虚线所示位置。

很明显，逆转时风机反向，原前级叶轮转为次级；次级叶轮转为前级；后导叶则起前导叶的作用。

叶片的转动是靠绳轮系统完成的。

如图16-23b所示，导叶的叶柄穿过外壳，在柄尾装6绳轮，绳轮分为两组，奇数号为一组，偶数号为另一组，组与组之间的叶片相间布置。

每组绳轮用一条钢绳连成一体，组成一个单独系统。

图中只绘出了一组绳轮，在停机情况下，伺服电机接受指令转动后，通过链条7拖动链轮6转动。

绳轮（图16-23c）是双槽的，轮边上有一切面，切面上固定着两支双头螺栓。

由上槽引入绳轮的钢绳左方绕过两螺栓后，过渡到下槽引出绳轮。

绳上有一块压板7，压住钢绳并用螺帽固紧，以防止绳与轮之间滑动，保证准确定位。

两绳轮组不能同时操作，只能在一组完成转动后，再转动另一组。

否则，相邻叶片将相互碰撞。

后导叶的下半周叶片受轴承支架的限制不能调整。

上半部叶片，同样也分成两组，相间操作转动。

一切操作都是在停机情况下进行的。

操作过程中有闭销装置，防止风机启动。

操作系统可由电动操作转换为手动操作。