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通过对矿用风机噪声研究及其评估 矿用风机(对旋轴流风机)的优缺点

国外矿用风机的使用现状和发展趋势

矿用主通风机
(1)美国煤矿使用的主通风机以轴流式为主,
离心式风机所占比例不到3%,而且轴流式主通风机所占比例仍有继续增加的趋势,并将从单纯的风量控制向集中式环境控制系统发展。美国的矿用通风设备制造公司正在研制新式矿用粉尘、瓦斯、有毒有害气体、噪声等探测和控制设备。拟采用计算机控制的动叶可调轴流式或调速固定叶片轴流式或离心式主通风机,可根据井下探头提供的(粉尘、瓦斯、有毒有害气体、噪声)相关数据自动控制变频器来调节风量和压力,实现主通风机风量的按需调节。还可采用压入式主通风机与空调装置联机,使井下保持恒温环境。
轴流式风机转子的直径和重量要比同功率的离心式风机小或轻1/3~2/3,转速较高,惯性矩小,其加速性能和动态特性要优于离心式风机,无论是调速式还是动叶可调式轴流式风机的性能调节范围都比离心式风机的宽,运行效率比离心式风机高。
美国早在1987年就开始使用在运行中通过自动改变叶片角度的液压动叶可调式矿用主通风机。这种通风机的价格是普通通风机价格的5~7倍,价格虽然昂贵,但节能效果好。
(2)德国TLT(TurboLufttechnik)公司是欧洲一家有代表性的矿用风机制造公司,在矿用风机制造方面有70a历史,该公司在液压式动叶调节技术方面积累了丰富的经验。液压调节系统包括液压伺服机构和锁定系统,结构非常复杂,制造精度很高。
德国Turmag公司生产的矿用轴流主扇最大直径可达5m,风量达700m3/s,单级风压达4500Pa,还可按用户的需求单独设计。最高装置效率可达86%,高效性能区域宽广,覆盖面大。有多种调节动叶角度的方法可供选择:停机手动调节单个动叶角度,停机手动一次性同时调节全部动叶角度,在运行中或停机时采用液压机构一次性同时调节全部动叶角度。传动轴承的设计寿命都在10万工作小时以上,轴承的监控包括温度控制、振动控制和冲击脉测
定(SPM)系统。扩散塔有立式及卧式两种。立式布置时传动轴从风机扩散器出口端伸出,故来流可沿轴向较为均匀地进入风机,改善了风机的进气条件,有利于提高风机装置效率。在立式扩散塔底部设置90°弯头,内设弧形导风板,扩散塔直立伸向空中,这样一方面大大降低了90°弯头的局部阻力损失,另一方面主通风机的高频噪声得到了自然衰减。该公司特制的熔岩混凝土砖与消音织物一起作为扩散塔的衬里,用于隔音和消音,必要时,在扩散塔出口再安装消音器,使风机装置的出口噪声严格满足环境卫生要求。但其工程造价要比卧式的高一些。
(3)前苏联使用离心式矿用风机为主。20多年来,他们致力于改进离心式风机的气动性能,使最大静压效率从72%提高到88%,平均静压效率从52%提高到75%,最大风量从300m3/s增加到
700m3/s,最大功率从2000kW增加到5000kW。使用总功率增加了2.3倍,风机的外型尺寸却减小了1.5~2倍,取得了突出的成效。
近十几年来,前苏联顿涅茨煤炭机械制造设计局,据中央流体动力研究所等提出的气动略图研制的BOKⅡ型矿用轴流主通风机,效率比旧型号的提高10%~15%,风量可达600m3/s以上。用于深矿井的双级轴流式主通风机,叶轮圆周设计线速度都在100m/s以上,压力高达6kPa。
(4)日本原使用后向式叶片或多叶式通风机,现已完全由高效轴流式和高比转数机翼形叶片的离心式风机所代替,其中大多数是轴流式通风机。三井三池公司生产的轴流式矿用风机,叶片由硅铝硼合金或铝镁合金材料制成。用于海底煤田时,由于排气中含有腐蚀性湿气体,叶片则采用不锈钢材料制造,机壳为普通钢板焊接,内壁面涂刷环氧树脂。动叶调节技术与调节机构采用停机调节的简单结构,认为运行中动叶可调机构精密度过高,而矿井需风量的调节频度小,高精密的调节机构往往因粉尘附着或腐蚀性气体影响锈蚀而失灵,因此日本矿山很少采用运行中动叶可调结构的主通风机。
矿用局部通风机
矿用局部通风机所面临的主要改进问题,虽然是应尽量缩小风机体积、降低噪声和收集粉尘,但就矿山而言,局部通风机的总耗电量是相当大的,甚至超过主通风机的总耗电量,因此,也应该注意提高局部通风机的效率。
1前苏联
前苏联金属矿山大都是露天矿,只有煤矿才大量使用局扇,年使用量约15万台。目前多使用改进型的CBM型单级轴流式局扇,从1983年开始,着力推广20世纪70年代中期研制成功的BM型局扇,该产品曾荣获前苏联国家优质产品称号,具有如下特点。
(1)采用单级子午加速叶轮,局扇压力得以大幅度提高。
(2)在叶轮的前部,装置了分流器(即回流环),能及时地引走叶片顶部产生的涡流,从而消除轴流式风机性能曲线上普遍存在的驼峰区或压力凹陷区,扩大了风机的工况范围,为增加通风长度创造了条件。试验证明,这种结构可降低风机噪声。
(3)在BM№5以上机号的局扇上安装了可调试前导叶,可以根据风筒长度的大小进行压力调节,调节深度为±20%,采用可调式前导叶后,使局部通风更加有效,同时还可以节约通风电耗。
(4)叶轮叶片用卡普纶树脂和钢骨架制成,由螺栓将其固定在铸铝轮毂上,BM№12型局扇的叶片改成了钢质空心铆焊结构。
在掘进1500~2000m的长独头采准巷道时,使用了筒型离心式通风机,在离心式叶轮后面的筒形外壳里焊有20个径向叶片的整流器,将风流疏导成沿风机轴向流出,克服风筒的阻力。2 英国
英国Keith2Blackman公司是生产矿用局扇的专业化厂家。1958年第一次生产了混流式局扇,也就是子午加速式叶轮构成的局扇。该公司生产的68系列混流式局扇最高静压效率可超过75%,局扇叶片用低碳钢制成,焊接在锥弧形轮毂上,在叶轮后部安装有静止后导叶疏导风流,以提高局扇的静压效率。
Keith2Blackman公司还生产“C”系列矿用局部扇风机。这种局扇实质上就是离心式叶轮、轴向导流的筒形离心式风机结构,具有压力高、体积小、轴向导流、便于矿井使用的特点。局扇内安装离心式叶轮,噪声比较低,C40型局扇噪声仅为93dB(A)。机壳用钢板焊接而成,中部被分隔成为左、右两个流道,气流流入中部风筒入口处分为两支,并在筒体后部汇合成一支排出。电机设置在两支中部风筒形成的空间内,而不是设在局扇筒体内,通过联轴器和传动组与离心式叶轮连接在一起形成直连运转,这种结构如采用防爆叶轮和防爆电机就具备了防爆功能,且便于井下对电机接线、维修和保养。以叶轮直径为610mm的C40型局扇为例,当风量为2.5m3/s时,静压达2.7kPa,静压特性曲线无驼峰单调下降,局扇总长约1535mm,最大外缘直径为924mm,电机功率18.5kW,总重量约5kN。
Keith2Blackman公司还生产一种对旋式局扇,此局扇能在相对湿度100%、温度为270~40℃的环境下工作,并可随意安装。
英国Aerex公司生产的“B”系列局扇在前部安装喷雾腔,后部连接过滤器。使用时,含有粉尘的污风进入喷雾腔中被水雾湿润后,经叶轮、分叉式机壳进入过滤器。过滤器将污风中的粉尘过滤,集入集尘箱中。
英国Woods公司主要生产矿井和隧道中使用的风机,基本上是普通的轴流式风机。但是该公司生产大量的通风附属装置,比如风筒、手动闸门、消音器等配套产品。
3 瑞典
瑞典Flakt公司生产的2PMD对旋式局扇为非防爆型,一直用于瑞典和欧洲的许多矿井,我国上世纪60年代就曾引进,并据此成功研制了JFD局扇,广泛地应用于国内各金属矿山。近年来该公司仍在生产和销售这种风机。
4 日本
日本三井三池制作所是日本生产矿用局部通风机的主要公司之一,1990年的资料表明,已生产各种局部通风机1950台。在此之后,又研制出两种可更换吸声材料的低噪声高效局部通风机,一种是低噪声对旋式双级轴流通风机,另一种是低噪声单级混流式通风机。前者比原来的通风机提高风压10%~20%,零、部件通用化程度高(进出口吸声罩亦可通用),可组成多种规格的通风机。
低噪声混流式局部通风机,其压力范围介于单级轴流式风机和上述对旋式风机之间,风压值可达同直径单级轴流式风机的两倍,相当于普通双级串联轴流式风机。这种风机的叶轮根据不同使用要求可采用铝合金或铸钢材料制造,可通过改变轮毂比、叶片弦长和叶片安装角度来获得所需要的气动性能,该型局部通风机的最高效率接近80%。井下使用的局部通风机,由于风流的相对湿度大,粉尘附着,会导致吸声材料在一年甚至几个月内失效。上述两种新型局部通风机均采用易更换吸声材料的结构,可长期保持良好的消声效果。



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