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主通风机的能力及管理 通风系统的清洗方法

矿井对旋轴流通风机设计中存在的问题及解决方法

1    引言

        通风机堪称煤矿的“肺脏”,通风机的运行效率的高低以及可靠性型问题是煤矿关心的焦点。由于部分老矿井风机老化,运行效率低,正逐渐被高效节能风机所代替,各种各样的风机应运而生,对旋风机就是引进国外80年代新技术经消化吸收后研制生产的矿用通风机的更新换代产品。它以其压力高、流量大、高效、结构紧凑、反风容易的特点深受煤矿的青睐。但是,经过长期的实践证明,对旋轴流通风机还存在一些缺陷,本文针对这些问题提出整改措施。

2   结构特点

      对旋式轴流通风机一般由集流器、前后主风筒、扩散器组成。一级、二级叶轮直连在电机轴上,电机均置于风筒内,两级叶轮互为导叶,工作时两级叶轮反向旋转。


3    对旋轴流风机的优越性以及设计和使用注意问题

3.1   对旋风机的优越性

3.1.1    传动效率高。叶轮直接安装在电机轴上,改变了传统的传动结构,既避免了传动装置的频繁损坏,消除了能量损耗,也提高了风机装置的传动效率,同时也提高了使用效率。

3.1.2     对旋轴流通风机最高压力点的压力值较高,一般比普通带后导的轴流风机的压力高1.2~1.3倍[1]

3.1.3     静压效率高。由于采用对旋结构,减少了两级工作轮之间中的导叶,降低了风机内部阻力损失,提高了风机的静压效率。

3.1.4     最高效率高,高效运行范围广。对旋风机比前置导叶两级风机的最高效率高出约8%,比后置静叶型两级普通风机最高效率高4%~5%,其高效运行范围广[2]

3.1.5     轴流对旋风机使用灵活。对旋风机两级工作轮分别由两台电机驱动,因而对旋风机对应不同的使用状态,可进行各式各样的组合,使其中一级空转可组成前导加动叶级或动叶加后导叶级,亦可配备一个静叶作为附件,可以调节栅距以实现变风量调节。对旋风机可变转速和两转子的转速比来调节流量,这是对旋风机所特有的。

3.1.6     轴流对旋风机,有良好的逆向送风性能,回风量可达到60%~70%的送风量。由于对旋风机可以利用电机的反转反风,既不需建扩散器和扩散塔,也不需建风机房和反风道,施工工艺简单,因此可大大缩短工期。与其他风机相比,其辅助设备少,控制环节少,安全可靠性好,可节约70%的土建工程费。

3.2    对旋风机设计中存在的问题

3.2.1     对旋风机中电动机的散热问题。由于在对旋轴流式通风机中,电机是与叶轮直联,固定于风机中,电机工作在含有高瓦斯浓度的气体之中,所以就无法使用风机中自身风流来散热。而普通轴流式风机,电机置于自由大气中,可以充分利用这个得天独厚的条件。

3.2.2     电机的防爆问题。与普通轴流风机的电机放在风机外面相比,相当于把井上主扇送回到井下的恶劣环境中,因此电机要防爆。但是,风机的II级电机隔流腔内可能存在瓦斯超限。随着抽出式对旋风机的投入使用,发现其第一级风机的I级电动机隔流腔内瓦斯浓度达到0.1%~0.3%,与周围环境中的瓦斯浓度相同,不存在安全隐患;而其第二级风机的II级电动机隔流腔内瓦斯浓度达到2.2%~2.8%,存在着隔流腔内瓦斯浓度超限问题,造成II级电动机周围瓦斯聚集。

3.2.3      轴伸端轴承使用寿命短。由于风机叶片产生的轴向力、旋转系统的残余不平衡力、电磁拉力、风量风压变化将产生的推力等,这些风机运转中的径向力、轴向力形成当量动负荷,对轴承寿命威胁是致命的损坏因素。所以靠近电机轴伸端的轴承容易抱轴、烧毁,严重时整个定子绕组被烧毁,这不仅降低了轴承的使用寿命,同时降低了风机的使用寿命。这一点尤其在局扇上较为突出。

3.2.4     轴流式通风机后级电机容易烧坏。轴流通风机压力大,通风距离长,通风距离与流量成反比,只要通风距离稍微增大,如果两级叶轮设计的匹配性不好, II 级电机负载增加比第一级快,当达到一定通风距离时,虽然两级风机的总功率尚未达到单级的2倍,但是II级电机的负载已远远超出了额定功率,造成II级电机的超载运行,从而导致电机的烧毁。

3.2.5     如果没有消声装置,风机的噪声大。在煤矿因为风机的噪声大,而掩埋了其它设备不正常运转声音和其他的的报警声音,从而导致了不少的恶性事件。降低风机的噪声,势在必行。

4    针对以上问题的解决措施

4.1    针对对旋风机中电机散热的问题
        由风机的工作环境(含有大量瓦斯和煤尘,气体潮湿)决定了电机不能由风机的风流来冷却,而且电机还必须和风机内的爆炸性气体隔离,在这种情况下,经过专家的研究,采用了隔流腔结构。隔流腔的结构如图2。
        在图2的结构中,电机被一特殊的密闭腔密闭,使电机不仅能够通过进、出气翼管从风道之外获得新鲜风流来冷却,而且有效地防止了因电气火花点燃瓦斯而引起瓦斯煤尘爆炸事故。


4.2   针对电机的防爆问题

        针对对旋风机的工作环境,电机的防爆是最重要的问题。当然首先应该选用防爆电机,其次就是隔离电机。隔离同样采取上述结构图中的方式,相对I级主风流道而言,I级隔流腔内气体处于正压状态,主风流道的含瓦斯气体的污风不可能向I级隔流腔泄漏,I级隔流腔内的I级电动机始终处于新鲜风流下工作,不存在安全隐患;而II级主风流道的风流则处于正压状态,远高于II级隔流腔中的静压,因此,II级主风流道中含瓦斯气体的污风可能向II级隔流腔中泄漏,其泄漏有3 个途径 : ①隔流腔焊缝不连续、不严实,导致瓦斯从焊缝处内泄 ; ②电动机安装面及隔流腔后盖处密封不好,导致瓦斯内泄 ; ③电动机轴承处泄漏。前两种情况可以通过加强焊接质量、电动机安装面加强密封等技术措施解决,但对轴承处的泄漏,可以采用负压腔体结构,负压腔安装在II 级电动机轴伸端的轴承前端,通过负压腔的安装,可以使II级电机隔流腔内的气压大于流道内的压力,有效的防止了有害气体进入II级隔流腔,解决了II级隔流腔内瓦斯的超限问题 [5]

4.3   针对电动轴伸端轴承使用寿命短的问题

        经研究也提出了一些整改措施。对旋风机在运行时轴承不仅承受径向力,尤其对于高压风机轴承还承受着很大轴向力。长期在这种情况下工作就会导致轴承烧坏、抱轴的危险。通过合理设计轴承室的结构,改进轴承结构的方式,合理选用耐高温的润滑脂,来防止轴承的损坏,延长轴承的使用寿命,从而延长了风机的使用寿命。

4.4   针对轴流式通风机后级电机容易烧坏的问题

        后级电机容易烧坏,从现场电机烧毁的情况来看,主要原因 : 一是长距离送风时风量减少,电机冷却效果不好;二是长距离送风时,II级电机的负载增大,超载运行。因此,在解决电机烧毁问题时,必须从这三个方面入手 : 第一,可以通过提高电动机的散热效果着手,这一点,上面已经阐述过。第二,改进叶型结构,防止电机超载运行。第三,合理分配风机前后两级叶轮的压力负载。改进前后的风机性能功率曲线图3。由图中可以看出改进设计后,一级风机的最大功率有所增大,而二级风机的最大功率减少,减小的幅度大于一级叶轮增大的幅度。当通风阻力 ( 距离 ) 发生变化时,第一级风机的负载首先达到最大值,然后逐渐减小,而第二级风机的负载随通风距离的增大而增大,直至达到最大值,然后通风阻力再增大时,第二级风机的输出功率将逐渐减少,输出功率最大值不超过额定功率的95%,使II级电机输出功率永不过载[8]


4.5   针对如果没有消声装置 , 风机噪声大的问题

        风机只要运转,就会有噪声,风机的噪声的大小也是衡量一个风机好坏的标准。通风机在工作时,产生的噪声主要包括空气动力性噪声和机械性噪声。其中,空气动力性噪声的强度最大,是通风机噪声的主要成分。空气动力性噪声又包括旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声属于偶极子声源,它主要与叶片数和转速有关,其强度大致与速度的10次方成正比。涡流噪声的强度与气流速度的6次方成正比。从通风机噪声产生的机理及其特性可以看出,最优化的气动性能设计是获得最低空气动力性噪声的根本方法。此外,其通流部位的合理设计与匹配不但可以获得较高的效率,而且其噪声也可得到控制。可以通过增加叶栅气动力载荷,尽可能降低圆周速度,适当减小轮毂比,降低轴向速度,不等间距动叶和合理的叶片数,合理的轴向间隙和径向间隙,采用弯掠叶片的方法来降低风机噪声。上面是从声源上控制噪声,为了防止噪声的传播,可以从传播体途径上控制噪声。对于局扇,在通风机辐射的噪声中,其进出口部位辐射的噪声强度最大。抑制这部分噪声最有效的措施是在通风机的进出气口安装消声器。目前在市场上的消声器很多,对旋风机应用较多的是穿孔板消声器。消声材料夹放在风机的内筒和外筒之间,内筒为微穿孔板结构,内筒可以从外筒中抽出,方便消声材料的更换或者清洗。消声材料的安装如图 4 。

        对于主扇,一般采用加装隔声罩或盖风机房。加装隔声罩就是将通风机用密闭的罩包围起来,罩内可加吸声结构,噪声在罩内多次反射,大部分声能被吸收,使噪声大大降低。现场采用较多的是盖风机房,在房内采取隔声、加消声器等措施,这样机房内的噪声虽然较大,但外界噪声则小得多。


5    结论

        只有很好的掌握对旋风机的特点以及可能存在的问题,风机的设计才能优化,风机设计的优化不仅对煤矿的安全生产提供了有效的保障,同时也可以提高风机的效率,为国家节约了大量的不必要的浪费。本文所说的一些对旋风机的特点都是在实践应用中总结出来的,并且都得到了相应的解决。




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