第十四章通风机调节

1、第十四章 通风机调节 在开采过程中，通风网路参数或多或少地要发生变化。为了适应这种变化，通风机应当具有可以在宽广范围内进行凋节的性能。目前，国内、外使用的调节方法很多，分别讨论如下。1 节流调节如前述，工况是由风源特性和它对之工作的等效网路特性在同一坐标图上的交点所决定。因此改变其中之一，工况必然随之而变。所谓节流调节，就是在通风机设备中装有闸门的条件下，改变闸门的开启程度，以改变风源特性成等效网路阻力，从而改变工况的一种方法。 例如某通风系统用直径2.4m，转速为750r/min的轴流风机装置为风源。装置运行工况为A（图14-1），风量QA160m3/s，静压HzstA380daPa，静效率

2、zstA0.73。此风量大大超过了实际需要，若将风道中的闸门下落到适当程度，使等效网路特性由原来的OA变到OB，则工况点将移到B，风量减少到实际需要的QB130m3/s，相应的静压HzstB500daPa，静效率zstB0.8。 对比调节前、后工况，可看出调节后的风量减到了所需数值，而且静效率由原来的0.73提高到0.8。初看起来，调节的结果是满意的，但仔细分析起来，情况恰好相反。此，我们可以对比一下产生1m3/s风量所消耗的功率这就表明，调节后每产生1m3/s风量所消耗的功率要比调节前增多44。显然，这种调节方法是不经济的。其原因是由于闸门开启程度减小后，使网路阻力增加了H，克服此附加阻力做

3、了无益功。因此，长期采用这种调节方法，必然浪费大量能量，应当废止。只是为了应急作为暂时的措施才加以使用。 相反，在通风机已经发挥最大能力，而风量还不能满足要求的情况下，若采取措施降低网路或风机设备的内阻，降低等效网路阻力，使工况点朝大流量方向移动，达到加大风量的目的，则可能得到较好的经济效果。2 变换转速调节 某通风系统，初期等效网路特性为Q-A，作为风源的风机以转速nl工作时，工况点为点l，此时风量为Q1（图l4-2a）。若拟用改变转速的方法，将工况调节到风量等于Q2的工况2，必须将风机转速降到n2，n2的大小可用比例定律求出。在图所示情况下，没有自然风压，等效网路特性通过坐标原点。通过点2

4、的比例曲线与等效网路特性曲线重合，点1和2是比例曲线上两点，它们的参数必然满足比例定律。因此，调节后的转速为经过一段时期，网路阻力增加，等效网路特性演变为Q-A2。为保持风量Q2，必须的转速式中为比例曲线Q-A2与转速等于n1的风机风压特性交点3所标风量。 网路阻力继续增加，可再增加转速以适应新的要求。但不得超过说明书规定的最高转速。 若有自然风压，如图l4-2b所示，通过点2的比例曲线0-2与等效网路特性曲线C-Al不重合。应用比例定律时，首先要找到比例曲线与风机原特性的交点l，而后利用比例定律求得调节后必须的转速 调速的具体措施分为阶段调速和无级调速两种。对于用皮带传动的离心式通风机，可用

5、更换皮带轮的办法调节传动比，对于由电机通过联轴节直接传动的轴流式通风机或离心式通风机，可更换转速不同的电机或采用多速电机，实现阶段调速。实现无极调速的装置较多，如液力联轴节、无极调速的皮带轮以及目前应用较多的串激调速系统。串激调速系统，可以通应金属矿开采时，大爆破后要求加强通风的需要。 对于煤矿，通风网路阻力变化缓慢，不需要经常调节。但采用阶段调速时，在每一阶段的初期，为控制风量，往往需要附加节流调节浪费大量电能。采用串级调速时，可避免此项浪费，所需投资很快可以得到补偿。 转速调节，可以获得较宽广的调节范围。若调节前后的工况是彼此相似的，则效率不变或实际上变化甚微。总按最高转速所需功率配备电机

6、，在低速运行时，就可能出现电机不满载的情况。对于这些特征，应在确定选择转速调节方案时，予以充分注意。3 改变前导器角度调节 离心式和轴流式涡轮机理论压头方程式表明，风机产生的压头与入口旋绕速度有关。前导器是装在叶轮入口前的一种导流装置，利用这种装置，可以改变气流进入叶轮的旋绕速度，从而改变风机特性，达到调节的目的。 离心式通风机的前导器（图14-3），是由若干均布在风机进风管中的扇形叶片组成，各叶片可以同时绕自身轴旋转，旋转的方向和角度，由装在外壳上的操作手柄控制。这样，就可以在不停机的情况下进行调节。 当前导器叶片角为负值时，使经过它的气流，朝叶轮旋转方向旋转，形成-c1u，而且角度愈大，负

7、旋绕愈强，根据式（1-22），此时风压将降低。这可由图14-3中角度分别等于-6、-25、-40、-55和-70时的特性看出。 当前导器叶片角度为正值时，经过它的气流朝相反的方向旋绕，形成+c1u。根据式（1-22）此时风压上升。图中角度为+7时的特性表明了这种情况。试验证明，无论上调或下调，风机效率都有变化。装有前导器的两级轴流式通风机，如图14-4所示。前导器不随叶轮转动，它的叶片可制成弧形或机冀形，各叶片可以同时调节到需要的角度。前导器叶片分为两种可调型式。一种是轴向的，如图14-5a所示，可以左右偏转，产生反转向或顺转向旋绕。另一种是只能单向偏转的，如图14-5b和c所示。前导器角度不

8、同，风压特性也不同。图14-6表示这种变化情况，产生-c1u时，风压下降，最高效率也有所下降。4 改变叶片安装角调节 改变叶片安装角调节风机特性的方法，最先用于轴流式风机，后来又用于离心式风机，成为调节风机特性的一种普遍方法。 一、改变轴流式通风机叶片安装角 由轴流式风机叶轮速度图（图3-3）可以看出，改变叶片安装角时，出口相对气流速度w2的大小和方向发生变化，气流角2变化。根据轴流涡轮机特性方程式（1-53），当2R变化时，必然引起特性改变。图3-6给出了各种安装角时的实际特性，其风压特性接近平行。在网路特性曲线c不变的情况下，安装角由45调到40时，工况点由1移至2。随着安装角的减小，风压

9、和风量逐渐降低。 改变叶片安装角的方法很多。最原始的方法是在停止风机的情况下，旋松固定叶片的锁紧螺帽3（图14-7）。而后，人工搬动叶片，使其绕自身轴旋转到所需的角度。调行定位后，再拧紧螺帽。这样，一片一片地完成各叶片的调节工作。要紧的是，所有叶片都应当调到相同的角度。但是，实际上往往是困难的。 在停止风机情况下，同时调节各叶片安装角的机构很多。图14-8是其中的一种，在各叶片1的叶柄2上装有圆锥齿轮3，它与可以绕轴自由转动的齿轮4啮合。后者盘面上装有圆柱齿轮5与6啮合。齿轮6靠蜗杆传动机构传动。调整时，由机壳上的窗孔伸入操作手柄，转动机构7，各叶片同时转动。这种调节机构的优点是可以保证各叶片

10、角度相同。 昼夜间采煤量波动较大的矿井，其瓦斯含量波动很大。在这种情况下，如风量亦随之而变，不仅有利于井下环境，而且有利于节约能耗，提高效益。早在40年代末期，就开始研制在叶轮转动情况下，同时调节叶轮叶片安装角的机构。曾一度难以解决。后来，找到了叶轮旋转时产生的闭合力矩及其克服的方法，才使“动叶调节机构”得到发展。 动叶调节的原理是，过叶片叶柄轴线作垂直于翼型骨线的平面，分叶片为首、尾两部分。此两部分各具重心。当叶轮旋转时，由各叶首、尾两部分的离心力中，可以分解出使叶片安装角缩小的力矩，称为闭合力矩。如图l4-9所示，若在叶柄上加装平衡锤14，使其产生大小相等方向相反的力矩，以抵消闭合力矩，将

11、使叶片调节自如。 图14-9是利用液压调节叶片安装角的一种调节机构。各叶片叶柄2的尾部均装有曲柄3，曲柄的头部插入油缸4外圈表面上的环形凹槽内。当油缸沿主轴方向移动时，拨动曲柄绕柄轴转动，各叶片随之同时转动，改变了叶片安装角，达到了调节的目的。 油缸装在机构主轴5上，随叶轮转动的同时，还可以沿主轴滑动。缸内的盘塞6固定在主轴5上。盘塞将缸内空间分为左、右两腔。一侧进油时，另一侧回油，以完成油缸左右移动。 主轴内部有两条油路，分别通往两侧空腔。油路的另一端与控制头7内部的控制滑阀发生联系。滑阀阀芯处于图中位置时，由进油孔A进入的压力油，经阀芯内孔、芯表面上的环形槽、控制头内部右侧油路和主轴油孔输

12、向缸体左腔。右腔的油经主轴内油孔、控制头内部左侧油孔和阀芯左侧环形槽，最后经回油孔B回油。此时，缸体向左移动，叶片安装角增大。相反，当阀芯向右移动，使左侧环形槽与控制头右侧油路沟通时，控制头左侧油路与进油孔A沟通。此时，右腔进油，左腔回油，缸体右移，叶片安装角减小。输入轴9的端面上偏心装有销轴。销轴插在槽杆10的凹槽内。输入轴接收外部指令，转动一定角度时，销轴移动，推动槽杆移动。槽杆右端转轴上装有两圆柱齿轮，一大一小，构成一体，同心装在杆的转轴上。大、小齿轮分别与上、下两齿条啮合。假若移开齿条，齿轮可绕自身轴转动。下齿条是控制滑阀阀芯的尾杆。上齿条与位置反馈杆12制成一体。位置反馈杆是一根长杆

13、，穿过主轴中心孔，用螺帽和油缸端盖紧固在一起，随缸起移动。杆端齿条除与齿轮11啮合外，还与输出轨面上的齿轮啮合，后者端面上的显示器，可以显示叶片装置角大小。 假若叶片处于0位（图14-9），此时，阀芯的端部和中部圆柱表面分别堵住通向主轴内部的左、右两条油路。当输入轴接受外部指令并顺时针转动一定角度后，由于销轴的拨动使槽杆左移，大齿轮沿上齿条滚动，随之转动的小齿轮推动下齿条左移，阀芯让开两油路，压力油进入油缸左侧空腔，右侧空腔的油自回油孔回油，缸体左移，推动曲柄头向左转移，转动叶柄使叶片安装角加大。与缸体左移的同时，位置反馈杆随同左移，它的齿条一方面拉转输出轴齿轮显示叶片安装角的变化情况，一方面

14、拉转大齿轮绕自身轴旋转，小齿轮也随之逆时针旋转，推动下齿轮和阀芯复位到闭路状态。此时，油缸不再移动，叶片安装角转到确定位置，显示器显示当前角度值。 当输入轴得到相反指令时，叶片安装角减小。 由于此系统中有位置反馈装置，因而可以有效地控制调节量并保证调节的稳定性。 叶轮旋转时，除控制头以及与其固定在一起的其余部件，均随同叶轮一起旋转。因而，可以在不停机的情况下完成调节工作。 在油路闭塞情况下，缸内两空腔中的油压平衡。即使在操作情况下，系统中的液压力也不会传到风机主轴轴承上去。 操作机构所需的外加扭矩仅为2050NM。由于装了平衡锤。因此，即使油压降低，风机仍可运行。连结在输入轴上的伺服马达，可以

15、接受指令完成自动调节。也可以手动调节。二、改变离心式风机叶片襟翼角度 装有机翼型叶片的离心式风机叶轮之一种如图l4-10所示。其叶片可以分成两段，包括翼首在内的主要段固定在两底盘之间，不能调节；另一段，即包括翼尾的襟翼段，则是可以摆动的。摆角不同时，叶片出口角相应改变。根据离心涡轮机特性方程式（1-26）可知，当2变化时，特性将随之而变。图14-11给出了摆动角在+30-20范围内的实际特性。显然，这种调节方法使风机能得到宽广的调节范围。 调节襟翼角度的机构示于图14-10。襟翼4和它自身的空心轴5连成一体并借助转轴6摆动。转轴6的端部组装着调节装置I。空心轴位于两底盘之间，调节装置则位于底盘

16、外侧。由机构I的放大图可以看出，转轴6转动时，空心轴5和襟翼一起摆动，而转轴6的转动是靠齿轮8的转动完成的。齿轮8处于图示位置时，与内齿圈7啮合，内齿圈又是用螺钉固定在后底盘上。所以，这时襟翼被固定在某一确定位置上，不能动。调节时，首先将罩盖9卸下。而后拉动拧在齿轮8上的螺钉，使齿轮8顺转轴6的轴向向外滑动。当滑到脱离与齿7的啮合后，再把它转动到所需的角度。而后，再推回到齿圈7内，重新啮合。这时，襟翼调到了相应的位置上，完成了调节工作。最后将罩盖复位。 由于靠齿轮啮合定位，故只能按事先设计好的间隔角的整数倍调节。当需要提高风机产生的风压和风量时，可将襟翼向正位（+10，+20，+30）方向调；

17、减少风压和风量时，向负伍（-10，-20）方向调。除此之外，还可以对称地取掉4支襟翼，或全部取掉以增加调节的密度，相应的特性如图中标有“”和“”符号的曲线所示。 例题3-2 某风机装置对某网路通风，它们的特性示于图14-12。设原工况为A，现由于网路阻力增加，相应的特性变至OB，若保持原风量就需获得工况B，试求应调的叶片安装角。 解： 通过点B做平行于邻近已有曲线的假拟特性曲线，如图中点划线。然后，用内插法很容易求得必须的安装角37.5。此时，装置静效率约为0.76。5 改变叶片数目调节 相同的叶轮，叶片数目不一样时，叶片之间的距离不等，通过叶片间的气流要有变化。表现出实际特性也不相同。 轴流

18、式通风机，可以对称地取掉部分叶片进行调节。图14-13为某两级风机的类型特性，原机叶片共14支，其特性如图中实线所示。若对称地取掉一半，各级叶轮均保留7支叶片，其特性如图中点划线所示。通过对比，可以看出：当安装角较大时，特性有明显变化，随着安装角减小叶片数目的影响逐渐减弱。若保持首级叶轮不动，只减少次级叶轮叶片，其安装角为40时的风压特性如图中虚线，它介于全叶片曲线和半数叶片特性曲线之间。 减少叶片数目后，风机效率有所下降，但不明显。6 各种调节方法比较 改变前导器叶片角度调节的机构比较简单，可以在不停止风机的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目的，在网路特性不变的情况下调节时，效率有所变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调节的补充较为适宜。阶段性变转速调节的机构简单，必须在停机时操作，可实现阶段性调节，调节范围较宽，在网路特性不变的情况下调节时，效率不变。若补充其它可以在不停机时完成操作的调节机构，可弥补阶段之间的调节空挡，增加可调密度。图14-14示阶段调速配备前导器联合调节时的持性。由图可看出，n600r/min时，用前导器调节可以填补它与n515r/min之间的空挡。 均匀变速调节的当前措施是采用串激调速系统，可以在不停机情况下完成调节工作，网路定常情况下效率不变。调速范围较宽，但受调速系统的调速比限制。在可调