矿井通风与安全课件通风部分第四章 矿井通风动力

1、1郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-141第四章第四章 矿井通风动力矿井通风动力 我省煤矿地处丘陵地带，大多采用平峒、暗斜井开拓，我省煤矿地处丘陵地带，大多采用平峒、暗斜井开拓，进回风井标高差较大，自然风压较高，对煤矿的正常通风有进回风井标高差较大，自然风压较高，对煤矿的正常通风有举足轻重的作用。所以，这部分内容对福建煤矿而言比较重举足轻重的作用。所以，这部分内容对福建煤矿而言比较重要。要。本章重点与难点本章重点与难点1 1、自然风压的产生、计算、利用与控制、自然风压的产生、计算、利用与控制2 2、轴流式和离心式主要通风机特性、轴流式和离心式主要通风机特性3 3、主要通风机的联合运转、主要

2、通风机的联合运转4 4、主要通风机的合理工作范围、主要通风机的合理工作范围第四章 矿井通风动力 2郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-142第一节第一节 自然风压自然风压 一、一、 自然风压及其形成和计算自然风压及其形成和计算1 1、自然通风、自然通风 由自然因素作用而形成的通风叫由自然因素作用而形成的通风叫自然通风自然通风。 冬季冬季：空气柱：空气柱0-1-20-1-2比比5-4-35-4-3的平均温度较低，的平均温度较低，平均平均 空气密度较大，导致两空气柱作用空气密度较大，导致两空气柱作用在在2-32-3水平面上的重力不等。水平面上的重力不等。它使它使 空气源源不断地从井空气源源不断地

3、从井口口1 1流入，从井口流入，从井口5 5流出。流出。 夏季夏季：相反。：相反。自然风压：自然风压：作用在最低水平两侧空气柱重力差作用在最低水平两侧空气柱重力差012345dz1dz2z第四章 矿井通风动力 3郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1432 2、自然风压的计算、自然风压的计算 根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压h hn n可用下式计算：可用下式计算： 为了简化计算，一般采用测算出为了简化计算，一般采用测算出0-1-20-1-2和和5-4-35-4-3井巷中空气密度井巷中空气密度的平均值的平均值m1m1和和m2m2，用其分别代替上式

4、的，用其分别代替上式的1 1和和2 2，则上式可，则上式可写为：写为： 注意注意：1 1）自然风压的计算必须取一闭合系统。）自然风压的计算必须取一闭合系统。 2 2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。）进风系统和回风系统必须取相同的标高。 3 3）一般选取最低点作为基准面。）一般选取最低点作为基准面。gdzgdzhzn53201)(21mmnzgh第四章 矿井通风动力 4郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-144二、二、 自然风压的影响因素及变化规律自然风压的影响因素及变化规律 自然风压影响因素自然风压影响因素 h hn n=f (z=f (z）=f (t,p,r,)=f (t,p,r,)

5、，z z 1 1、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响、矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响h hn n的主要因素。的主要因素。2 2、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。一定影响，但影响较小。第四章 矿井通风动力 5郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-145 3 3、井深。、井深。hnhn与矿井或回路最高与最低点间的高差与矿井或回路最高与最低点间的高差z z成正比。成正比。4 4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。三、自然风压的控制和利用三

6、、自然风压的控制和利用1 1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。虑利用地形和当地气候特点。 1012 1234 5678911 12月份hn第四章 矿井通风动力 6郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1462 2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。3 3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然

7、风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。成回路。4 4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。受破坏时，便可利用自然风压进行通风。5 5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反压的变化规律，防止因自然风

8、压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意向而发生事故。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。图。第四章 矿井通风动力 7郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-147 abbabbcefacefa系统的自然风压为：系统的自然风压为： dbbdbbcedced系统的自然风压为：系统的自然风压为： 自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐自然风压与主要通风机作用方向相反。相当于在平硐口口a a和进风立井口和进风立井口d d各安装一台抽风机（向外）。各安装一台抽风机（向外）。 abcdabcdefbrdrcz)( afcbnazgh)( becbndzg

9、h第四章 矿井通风动力 8郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-148 设设abab风流停滞，对回路风流停滞，对回路abdefaabdefa和和abbcefaabbcefa可分别列出压可分别列出压力平衡方程：力平衡方程： 式中：式中： h hs s 风机静压，风机静压，papa； q q dbbc dbbc风路风量，风路风量，m m3 3/s;/s; r rd d、r rc c分别为分别为dbdb和和bbcbbc分支风阻，分支风阻，n ns s2 2/m/m8 8。 22qrhhqrhhcnasdndna第四章 矿井通风动力 9郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-149两式相除：两式相除：

10、此即此即abab段风流停滞条件式段风流停滞条件式。 当上式变为当上式变为 则则abab段风流反向。段风流反向。 由此可知防止由此可知防止abab风路风流反向的措施有风路风流反向的措施有：（：（1 1）加大）加大r rd d；（2 2）增大）增大h hs s；（；（3 3）在）在a a点安装风机向巷道压风。点安装风机向巷道压风。cdnasndnarrhhhhcdnasndnarrhhhh第四章 矿井通风动力 10郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1410第二节第二节 矿用通风机的类型及构造矿用通风机的类型及构造矿用通风机按其服务范围可分为三种：矿用通风机按其服务范围可分为三种：1 1、主要通

11、风机，、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）；服务于全矿或矿井的某一翼（部分）； 2 2、辅助通风机，、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量；3 3、局部通风机，、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。服务于独头掘进井巷道等局部地区。按构造和工作原理可分为：按构造和工作原理可分为： 离心式通风机离心式通风机和和轴流式通风机。轴流式通风机。第四章 矿井通风动力 11郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1411一、离心式通风机的构造和工作原理一、离心式通

12、风机的构造和工作原理1 1、 风机构造。风机构造。 离心式通风机一般由：离心式通风机一般由：进风口进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器器。 吸风口有：吸风口有：单吸和双吸单吸和双吸两种。两种。第四章 矿井通风动力 12郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1412叶片出口构造角：叶片出口构造角：风流相对速度风流相对速度w w2 2的方向与圆周速度的方向与圆周速度u u2 2的反方的反方向夹角称为向夹角称为叶片出口构造角叶片出口构造角，以，以2 2表示。表示。离心式风机可

13、分为：离心式风机可分为：前倾式（前倾式（2 290)90)、径向式（、径向式（2 2=90)=90)和和后倾式（后倾式（2 290)90)三种。三种。2 2不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。不同，通风机的性能也不同。矿用离心式风机多为后倾式。w2c2u2c2u2w2c2u22u2c2w22第四章 矿井通风动力 13郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14132 2、工作原理、工作原理 当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。经叶端被抛出空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进

14、入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高，叶轮，进入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。第四章 矿井通风动力 14郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14143 3、常用型号、常用型号 目前我国煤矿使用的离心式风机主要有目前我国煤矿使用的

15、离心式风机主要有g4-73g4-73、4-734-73型和型和k4-73k4-73型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。声低等特点。 型号参数的含义举例说明如下：型号参数的含义举例说明如下： g 4 g 4 73 73 1 1 25 d 1 1 25 d代表通风机的用途，代表通风机的用途，k k表示表示 表示传动方式表示传动方式矿用通风机，矿用通风机，g g代表鼓风机代表鼓风机 通风机叶轮直径（通风机叶轮直径（25dm) 25dm) 表示通风机在最高效率点时表示通风机在最高效率点时 设计序号设计序号(1(1表示第一次设计）表示第一次

16、设计） 全压系数全压系数1010倍化整倍化整 表示通风机比转速表示通风机比转速(n(ns s) )化整化整 表示进风口表示进风口数数,1,1为单吸为单吸,0,0为双吸为双吸第四章 矿井通风动力 15郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1415二、轴流式风机的构造和工作原理二、轴流式风机的构造和工作原理1 1、风机构造、风机构造 主要由主要由进风口进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器器和传动部和传动部件等部分组成。叶轮有件等部分组成。叶轮有一级一级和和二级二级两种两种第四章 矿井通风动力 16郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14162 2、工作原理、工

17、作原理（1 1）特点：特点：在轴流式风机中，风流流动的特点是，当动在轴流式风机中，风流流动的特点是，当动轮转动时，气流沿等半径的圆柱面旋绕流出。轮转动时，气流沿等半径的圆柱面旋绕流出。（2 2）叶片安装角）叶片安装角 在叶片迎风侧作一外切线称为在叶片迎风侧作一外切线称为弦线弦线。弦线与动轮旋转。弦线与动轮旋转方向（方向（u)u)的夹角称为的夹角称为叶片安装角叶片安装角，以，以表示。表示。u第四章 矿井通风动力 17郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1417 可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角角必需保持一致。必需保持一致。（

18、3 3）工作原理）工作原理 当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u u 移动。处于叶片迎移动。处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。流。第四章 矿井通风动力 18郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-

19、14183、常用型号 目前我国煤矿在用的轴流式风机有1k58、2k58、gaf和bd或bdk（对旋式）等系列轴流式风机。轴流式风机型号的一般含义是： 1 k 58 4 25 表示表示叶轮级数,1表示 通风机叶轮直径（25dm) 单级，2表示双级 表示设计序号 表示用途，k表示矿用， t表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整 b d k 65 8 24 防爆型 叶轮直径（24dm) 对旋结构 电机为8极（740r/min） 表示用途，k为矿用 轮毂比0. 65的100倍化整第四章 矿井通风动力 19郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14194 4、对旋风机的特点、对旋风机的特点 一级叶轮和

20、二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方向也相反，两级叶片安装角一般相差形叶片的扭曲方向也相反，两级叶片安装角一般相差33；电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内，与通；电机为防爆型安装在主风筒中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管与大风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管与大气相通，以达到散热目的。气相通，以达到散热目的。第四章 矿井通风动力 20郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1420第三节第三节 通风机附属装置通风机附属装置一、风硐一、风硐 风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压风硐是连接风

21、机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风。差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风。二、扩散器二、扩散器( (扩散塔扩散塔) ) 作用作用：是降低出口速压以提高风机静压。：是降低出口速压以提高风机静压。 扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。总的原则是向而定。总的原则是，扩散器的阻力小，出口动压小并无回，扩散器的阻力小，出口动压小并无回流流。第四章 矿井通风动力 21郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1421三、防爆门三、防爆门( (防爆井盖防爆井盖) ) 在斜井井口安设防爆门，在立井在斜井

22、井口安设防爆门，在立井 井口安设防爆井盖。井口安设防爆井盖。 作用：作用：当井下一旦发生瓦斯或煤尘当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆炸时，受高压气浪的冲击作用，自爆炸时，受高压气浪的冲击作用，自动打开，以保护主通风机免受毁坏；动打开，以保护主通风机免受毁坏；在正常情况下它是气密的，以防止风在正常情况下它是气密的，以防止风流短路。流短路。 第四章 矿井通风动力 22郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1422四、反风装置和功能四、反风装置和功能 作用：作用：使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工

23、作也需要进行反风。生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。 反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有： 1 1）设专用反风道反风；）设专用反风道反风； 2 2）利用备用风机作反风道反风；）利用备用风机作反风道反风； 3 3）轴流式风机反转反风）轴流式风机反转反风 4 4）调节动叶安装角反风。）调节动叶安装角反风。 要求：要求： 定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在10min10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少

24、；反风量不应内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的小于正常风量的40%40%；每年至少进行一次反风演习。；每年至少进行一次反风演习。第四章 矿井通风动力 23郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1423要求： 定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏定期进行检修，确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠，能在可靠，能在10min10min内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏内改变巷道中风流方向；结构要严密，漏风少；反风量不应小于正常风量的风少；反风量不应小于正常风量的40%40%；每年至少进行一次；每年至少进行一次反风演习。反风演习。n作业作业 :4-1,4

25、-3,4-4第四章 矿井通风动力 24郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1424 第四节第四节 通风机实际特性曲线通风机实际特性曲线一、通风机的工作参数一、通风机的工作参数 表示通风机性能的主要参数是风压表示通风机性能的主要参数是风压h h、风量、风量q q、风机轴功、风机轴功率率n n、效率、效率 和转速和转速n n等。等。（一）风机（一）风机( (实际实际) )流量流量q q 风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为的体积，亦称体积流量。单位为 m m3 3/h,m/h,m3 3/min /min 或或

26、m m3 3/s /s 。第四章 矿井通风动力 25郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1425（二）风机（二）风机( (实际实际) )全压全压h hf f与静压与静压h hs s 全压全压h ht t: :是通风机对空气作功，消耗于每是通风机对空气作功，消耗于每1m1m3 3 空气的能量空气的能量（n nm/mm/m3 3 或或papa），其值为风机出口风流的全压与入口），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。风流全压之差。 忽略自然风压时，忽略自然风压时，h ht t用以克服通风管网阻力用以克服通风管网阻力h hk k 和风机和风机出口动能损失出口动能损失h hv v，即，即: h

27、: ht t=h=hr r+h+hv v,pa,pa 静压静压: :克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压h hs s（papa）。）。 h hs s=h=hr r=rq=rq2 2 因此因此 h ht t=h=hs s+h+hv v第四章 矿井通风动力 26郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1426( (三）通风机的功率三）通风机的功率 全压功率：全压功率：通风机的输出功率以全压计算时称全压功率通风机的输出功率以全压计算时称全压功率n nt t。计算式：。计算式： n nt t=h=ht tq q1010-3 -3 kwkw 静压功率静压功率：用风机

28、静压计算输出功率，称为静压功率：用风机静压计算输出功率，称为静压功率n ns s。计算式：计算式： n ns s=h=hs sq q10103 3 kw kw第四章 矿井通风动力 27郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1427风机的轴功率风机的轴功率，即通风机的输入功率，即通风机的输入功率n n（kwkw）。计算式：）。计算式： 或或 式中式中 t t、 s s分别为风机的全压和静压效率。分别为风机的全压和静压效率。 电动机的输入功率（电动机的输入功率（ n nm m ）：）： 设电动机的效率为设电动机的效率为 m m, ,传动效率为传动效率为 trtr时时, ,则则tttnn1000qh

29、 tsssnn1000qhs,1000trmtttrmmqhnn第四章 矿井通风动力 28郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1428二、通风系统主要参数关系二、通风系统主要参数关系 风机房水柱计示值含义风机房水柱计示值含义1 1、抽出式通风矿井、抽出式通风矿井（1 1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系 水柱计示值水柱计示值: :即为即为 4 4 断面相对静压断面相对静压h h4 4 故故 h h4 4（负压）（负压）= p= p4 4 - p- p0404 沿风流方向，对沿风流方向，对1 1、4 4两断面两断面 z123

30、56h44456第四章 矿井通风动力 29郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1429列伯努力方程列伯努力方程: : h hr14r14=(p=(p1 1+h+hv1v1+m12 m12 gzgz1212) ) - (p - (p4 4+h+hv4v4+m34 m34 gzgz3434) ) 由风流入口边界条件：由风流入口边界条件：p pt1t1p p0101， 即即 p p1 1+h+hv1v1= p= pt1t1=p=p0101， 又因又因1 1与与4 4断面同标高，所以断面同标高，所以 p p0101p p0404且：且：m12m12gzgz1212m34m34gzgz3434 = h

31、 = hn n 第四章 矿井通风动力 30郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1430 故上式可写为故上式可写为: : h hr14r14= p= p04 04 - p- p4 4- h- hv4 v4 + h+ hn n h hr14r14=|h=|h4 4|- h|- hv4 v4 + h+ hn n 即即 |h|h4 4|= h|= hr14 r14 + h+ hv4 v4 - h- hn n 即：即：风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。数的关系。第四章 矿井通风动力 31郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-143

32、1（2）风机房水柱计示值与风机风压之间关系 类似地对4、5断面(扩散器出口）列伯努力方程，忽略两断面之间的位能差。 扩散器的阻力 hrd (p5 + hv5)-(p6 + hv6 ) 风流出口边界条件：p6 p06 p05p04 故 hrd (p5 + hv5 )-(p04 + hv6 )pt5- p04 hv6 即 pt5 hrd p04hv6 因为 风机全压 htpt5-pt4 =(hrdp04hv6 )-(p4+hv4) ht = |h4|hv4+hrd+hv6第四章 矿井通风动力 32郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1432 若忽略若忽略 h hrdrd 不计，则不计，则 h h

33、t t |h |h4 4| |h hv4v4+ h+ hv6v6 风机静压风机静压 h hs s |h|h4 4| | h hv4v4（3 3） h ht t、 h hn n、h hr r 之间的关系之间的关系 综合上述两式：综合上述两式： h ht t |h|h4 4|- h|- hv4v4+h+hrdrd+h+hv6v6（ h hr14r14+h+hv4v4-h-hn n ）- h- hv4v4+h+hrdrd+h+hv6v6 h hr14 r14 + h+ hrd rd + h+ hv6 v6 - h- hn n 即即 h ht t h hn n h hr14 r14 + h+ hrd

34、rd + h+ hv6v6 表明：表明：扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力，以及扩器出口动能损失。的阻力，以及扩器出口动能损失。第四章 矿井通风动力 33郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14332 2、压入式通风的系统、压入式通风的系统 对对1 1、2 2两断面列伯努力方程得：两断面列伯努力方程得： h hr12r12=(p=(p1 1+h+hv1v1+m1m1gzgz1 1)- (p)- (p2 2+h+hv2v2+m2m2gzgz2 2) ) 边界条件及边界条件及1 1、2 2同标高：同标高： p p2 2 = p= p

35、02 02 p p0101 故有：故有： p p1 1-p-p2 2= p= p1 1-p-p0101= h= h1 1 m1m1gzgz1 1-m2m2gzgz2 2=h=hn n 1z22h1m1m211第四章 矿井通风动力 34郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1434故上式可写为故上式可写为 h hr12r12=h=h1 1+h+hv1v1-h-hv2v2+ h+ hn n 即即 h h1 1= h= hr12r12+ h+ hv2v2- h- hv1v1-h-hn n 又又 h ht t= p= pt1t1-p-pt1t1= p= pt1t1-p-p0101 = p= p1 1+

36、h+hv1v1-p-p0101= = h h1 1+h+hv1v1 同理可得：同理可得：h ht t+ h+ hn n = h= hr12 r12 + h+ hv2v2第四章 矿井通风动力 35郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1435三、通风机的个体特性曲线三、通风机的个体特性曲线 1 1、工况点工况点：当风机以某：当风机以某一转速一转速、在、在风阻的管网风阻的管网上工作时、可测算出一组工作参数（风压、风量上工作时、可测算出一组工作参数（风压、风量、功率、和效率、功率、和效率） ，这就是该风机在管网，这就是该风机在管网风阻为时的工况点。风阻为时的工况点。 2 2、个体特性曲线个体特性曲线

37、：不断改变：不断改变r r，得到许多的，得到许多的q q、h h、n n、。以。以q q为横坐标，分别以为横坐标，分别以h h、n n、为纵坐标，为纵坐标，将同名的点用光滑的曲线相连，即得到个体特性曲将同名的点用光滑的曲线相连，即得到个体特性曲线。线。第四章 矿井通风动力 36郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14363 3、通风机装置、通风机装置：把外接扩散器看作通风机的组成部分，总：把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。称之为通风机装置。 4 4、通风机装置的全压、通风机装置的全压tdtd：扩散器出口与风机入口风流扩散器出口与风机入口风流的全压之差，与风机的全压的全压之

38、差，与风机的全压t t之关系为：之关系为： 式中式中 h hd d扩散器阻力。扩散器阻力。 5 5、通风机装置的静压、通风机装置的静压sdsd：dttdhhh)(vddtvdtdsdhhhhhh第四章 矿井通风动力 37郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14376 6、h hs s 和和 h hsdsd 的关系的关系 而而 h hs sh ht th hvdvd 只有当只有当 h hd d+h+hvdvdh s s， 即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所动能损失时，通风机装置的静

39、压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。提高，即扩散器起到回收动能的作用。)(vddtvdtdsdhhhhhh第四章 矿井通风动力 38郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14387 7、 h ht t、 h htdtd、 h hs s 和和 h hsdsd 之间的关系图之间的关系图qhht-qhtd-qhs-qhsd-q第四章 矿井通风动力 39郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14398 8、离心式通风机个体特性曲线、离心式通风机个体特性曲线 特点特点：（：（1 1）离心式风机风压曲线驼峰）离心式风机风压曲线驼峰 不明显，且随叶片后倾角度不明显，且随叶片后倾角度 增大

40、逐渐减小，其风压曲线增大逐渐减小，其风压曲线 工作段较轴流式风机平缓；工作段较轴流式风机平缓； （2 2）当管网风阻作相同量的）当管网风阻作相同量的 变化时，其风量变化比轴变化时，其风量变化比轴 流式风机要大。流式风机要大。 （3 3）离心式风机的轴功率）离心式风机的轴功率 随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降随增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。h/dapaq/m3/sn/kw/%hthsnts第四章 矿井通风动力 40郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1440风机开启方式：风机开启方式：离心式风机在启动时应将风硐中的离心式风机在启动时应将风硐中的闸门全闭闸门全闭

41、，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。说明：说明：（1 1）离心式风机大多是全压特性曲线。（）离心式风机大多是全压特性曲线。（2 2）当供风）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。以节省电能。第四章 矿井通风动力 41郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14419 9、轴流式通风机个体特性曲线、轴流式通风机个体特性曲线 特点特点：（：（1 1）轴流式风机的风压特性）轴流式风机的风压特性 曲线一般都有马鞍形驼峰存在。曲线一般都有马鞍形驼峰存在。 （2 2）驼峰点以右的特性）驼

42、峰点以右的特性 曲线为单调下降区段，是稳定曲线为单调下降区段，是稳定 工作段；工作段； （3 3）点以左是不稳定工作段，）点以左是不稳定工作段， 产生所谓喘振（或飞动）现象；产生所谓喘振（或飞动）现象； （4 4）轴流式风机的叶片装置角）轴流式风机的叶片装置角 不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。不太大时，在稳定工作段内，功率随增加而减小。 hthsts/%q/m3/sh/dapan/kwq/m3/sgfdbrm第四章 矿井通风动力 42郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1442风机开启方式：风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（轴流式风机应在风阻最小（闸门全开闸门全开）时启动，以

43、减少启动负荷。时启动，以减少启动负荷。 说明说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。三、无因次系数与类型特性曲线三、无因次系数与类型特性曲线（一）（一） 无因次系数无因次系数第四章 矿井通风动力 43郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1443通风机的相似条件通风机的相似条件 比例系数：比例系数：两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。常数，这些常数叫相似常数或比例系数。 几何相

44、似几何相似是风机相似的必要条件，是风机相似的必要条件，动力相似动力相似则是相似风机则是相似风机的充分条件。的充分条件。第四章 矿井通风动力 44郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14442 2、无因次系数、无因次系数（1 1）压力系数）压力系数 同系列风机同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数，可在相似工况点的全压和静压系数均为一常数，可用下式表示：用下式表示： 式中：式中： u u为圆周速度，为圆周速度， 为压力系数。为压力系数。（2 2）流量系数）流量系数h常数huh2hq常数qudq24第四章 矿井通风动力 45郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1445（3 3）功率系

45、数）功率系数 风机轴功率风机轴功率 计算公式中的计算公式中的 h h 和和 q q 分别上式分别上式代入得：代入得：同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。 、 、 三个参数都不含有因次，因此叫三个参数都不含有因次，因此叫无因次无因次系数系数。1000hqn 常数nhqudn3241000nnqh第四章 矿井通风动力 46郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1446（二）类型特性曲线（二）类型特性曲线 根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数况参数q q、h h、n n和

46、和。利用上三式计算出该系列风机。利用上三式计算出该系列风机的的 、 、 和和。然后以。然后以 为横坐标，以为横坐标，以 、 和和为纵坐标，绘出为纵坐标，绘出 - - - - 和和- - 曲线，此曲线，此曲线即为该系列风机的曲线即为该系列风机的类型特性曲线类型特性曲线，见书见书p67p67图图4-4-64-4-6和图和图4-4-74-4-7hqnqhnhqqqn第四章 矿井通风动力 47郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1447四、比例定律与通用特性曲线1、比例定律 同类型风机它们的压力h、流量q和功率n与其转速n、尺寸d和空气密度成一定比例关系，这种比例关系叫比例定律。 将转速 u=dn/

47、60 代入无因次系数关系式得：nndnqndqhndh35732210127.104108.000274.0第四章 矿井通风动力 48郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1448对于对于1 1、2 2两个相似风机而言，两个相似风机而言， 21qq21hh21nn 221221212222221212112100274.000274.0nnddhndhndhh21321223211312104108.004108.0nnddqndqndqq3215212123252213151121127.1127.1nnddnndnndnn第四章 矿井通风动力 49郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-14

48、492 2、通用特性曲线、通用特性曲线 根据比例定律，把一个系列产品的性能参数根据比例定律，把一个系列产品的性能参数h h、q q、n n、d d、n n、和、和 等相互关系同画在一个坐标图上，叫通用曲等相互关系同画在一个坐标图上，叫通用曲线线例题例题 某矿使用主要通风机为某矿使用主要通风机为4-72-1120b4-72-1120b离心式风机，离心式风机，图上给出三种不同转速图上给出三种不同转速n n的的h ht t-q-q曲线。转速为曲线。转速为n n1 1=630r/min,=630r/min,风机工作风阻风机工作风阻r=0.0547r=0.05479.81=0.53657n9.81=0.

49、53657ns s2 2/m/m8 8，工况点为，工况点为m m0 0（q=58mq=58m3 3/s,h/s,ht t=1805pa)=1805pa)，后来，风阻变为，后来，风阻变为r=0.7932 r=0.7932 n ns s2 2/m/m8 8，矿风量减小不能满足生产要求，拟采用调整，矿风量减小不能满足生产要求，拟采用调整转速方法保持风量转速方法保持风量q=58 mq=58 m3 3/s/s，求转速调至多少？，求转速调至多少？第四章 矿井通风动力 50郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1450 解：同型号风机，故其解：同型号风机，故其 直径相等。由比例定律有：直径相等。由比例定律有

50、： n n2 2n n1 1 q q2 2/q/q1 1 63063058/51.558/51.5 710r/min710r/min 即转速应调至即转速应调至n n2 2=710r/min=710r/min， 可满足供风要求。可满足供风要求。m0qhn =630n =710n =560r=0.5367r=0.7932m15851.5第四章 矿井通风动力 51郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1451第五节第五节 通风机工况点及其经济运行通风机工况点及其经济运行一、工况点的确定方法一、工况点的确定方法工况点工况点：风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，：风机在某一特定转速和工作风阻条

51、件下的工作参数，如、和如、和等，一般是指和两参数。等，一般是指和两参数。求风机工况点的方法：求风机工况点的方法：1 1、图解法、图解法 第四章 矿井通风动力 52郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1452理论依据是理论依据是：风机风压特性曲线的函数式为风机风压特性曲线的函数式为f(f() )，管网，管网风阻特性曲线函数式是风阻特性曲线函数式是h=h=2 2，风机风压是用以克服阻，风机风压是用以克服阻力力h h，所以，所以h h，因此两曲线的交点，即两方程的联立解。，因此两曲线的交点，即两方程的联立解。可见图解法的前提是风压与其所克服的阻力相对应可见图解法的前提是风压与其所克服的阻力相对应。

52、 方法：方法：在风机风压特性（在风机风压特性（）曲线的坐标上，按相同比）曲线的坐标上，按相同比例作出工作管网的风阻曲线，与风压曲线的交点之坐标值，例作出工作管网的风阻曲线，与风压曲线的交点之坐标值，即为通风机的工作风压和风量。通过交点作轴垂线，与即为通风机的工作风压和风量。通过交点作轴垂线，与和和曲线相交，交点的纵坐标即为风机的轴功率曲线相交，交点的纵坐标即为风机的轴功率和效率和效率。第四章 矿井通风动力 53郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1453若若使用厂家提供的不加外接扩散器的静压特性曲线使用厂家提供的不加外接扩散器的静压特性曲线s s，则，则要考虑安装扩散器所回收的风机出口动能的

53、影响，此时所用的风要考虑安装扩散器所回收的风机出口动能的影响，此时所用的风阻阻s s应小于应小于m m，即，即 式中式中 v v相当于风机出口动能损失的风阻，相当于风机出口动能损失的风阻， v v风机出口断面，即外接扩散器入口断面；风机出口断面，即外接扩散器入口断面； d d扩散器风阻；扩散器风阻； vdvd相当于扩散器出口动能损失的风阻，相当于扩散器出口动能损失的风阻， vdvd为扩散器出口断面。为扩散器出口断面。)(vddvmsrrrrr22vvsr22vdvdsr第四章 矿井通风动力 54郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1454n若若使用通风机全压特性曲线使用通风机全压特性曲线tt

54、，则需用全压风阻，则需用全压风阻t t作曲线，且作曲线，且n若使用通风机装置全压特性曲线若使用通风机装置全压特性曲线tdtd，则装置全，则装置全压风阻应为压风阻应为tdtd，且，且n应当指出，在一定条件下运行时，不论是否安装外接应当指出，在一定条件下运行时，不论是否安装外接扩散器，通风机扩散器，通风机全压特性曲线是唯一全压特性曲线是唯一的，的，而通风机装而通风机装置的全压和静压特性曲线则因所安扩散器的规格、质置的全压和静压特性曲线则因所安扩散器的规格、质量而有所变化量而有所变化。vddmtdrrrr第四章 矿井通风动力 55郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1455 2 2、解方程法、解方

55、程法 随着电子计算机的应用，复杂的数学计算已成为可能。随着电子计算机的应用，复杂的数学计算已成为可能。 风机的风压曲线可用下面多项式拟合风机的风压曲线可用下面多项式拟合 式中式中 a a1 1、a a2 2、a a3 3曲线拟合系数。曲线拟合系数。 对于某一特定矿井，可列出通风阻力方程对于某一特定矿井，可列出通风阻力方程 式中式中 为通风机工作管网风阻。联立上述两方程，即可为通风机工作管网风阻。联立上述两方程，即可得到风机工况点。得到风机工况点。332210qaqaqaah2rqh 第四章 矿井通风动力 56郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1456二、通风机工点的合理工作范围二、通风机工

56、点的合理工作范围1 1、从经济角度从经济角度，通风机的运转效率不低于，通风机的运转效率不低于60 %60 %。2 2、从安全角度从安全角度，工况点必须位于驼峰点右侧，工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。单调下降的直线段。3 3、实际工作风压不得超过最高风压的、实际工作风压不得超过最高风压的9090。4 4、风机的运轮转速不得超过额定转速。、风机的运轮转速不得超过额定转速。三、主要通风机工况点调节三、主要通风机工况点调节工点调节方法主要有：工点调节方法主要有：1 1、改变风阻特性曲线、改变风阻特性曲线当风机特性曲线不变时，改变工作风阻，当风机特性曲线不变时，改变工作风阻，工况点沿风机特性

57、曲线移动。工况点沿风机特性曲线移动。 abcd上下右左0.60.650.7153045q/m3/sh/par1r1r1”mmm”qqq”hhh”第四章 矿井通风动力 57郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1457）增风调节）增风调节。为了增加矿井的供风量，可以采取下列。为了增加矿井的供风量，可以采取下列措施：措施：（）减少矿井总风阻。（）减少矿井总风阻。（）当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外（）当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。部漏风措施。第四章 矿井通风动力 58郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1458）减风调节）减风调节。当矿井风量过大时，应进行减风调

58、节。其方法。当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：有：（）增阻调节。（）增阻调节。（）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小（）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小矿井风量。矿井风量。、改变风机特性曲线、改变风机特性曲线 这种调节方法的特点是矿井这种调节方法的特点是矿井总风阻不变，改变风机特性，总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性曲线移动。工况点沿风阻特性曲线移动。nn1n2mm1m2qq2q1hh1h2qh第四章 矿井通风动力 59郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1459调节方法有：调节方法有：）轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的）轴流风机可

59、采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的。目的。）装有前导器的离心式风机，可以改变前导器叶片转）装有前导器的离心式风机，可以改变前导器叶片转角进行风量调节。角进行风量调节。第四章 矿井通风动力 60郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1460）改变风机转速。无论是轴流式风机还是离心式风机）改变风机转速。无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用。调节的理论依据是相似定律，即都可采用。调节的理论依据是相似定律，即 （）改变电机转速。（）改变电机转速。（）利用传动装置调速。（）利用传动装置调速。 调节方法的选择，取决于调节期长短、调节幅度、投调节方法的选择，取决于调节期长短、调节幅度、投资大小和实施的

60、难易程度。调节之前应拟定多种方案，资大小和实施的难易程度。调节之前应拟定多种方案，经过技术和经济比较后择优选用。选用时，还要考虑经过技术和经济比较后择优选用。选用时，还要考虑实施的可能性。有时，可以考虑采用综合措施。实施的可能性。有时，可以考虑采用综合措施。30000nnhhqqnn第四章 矿井通风动力 61郭玉森郭玉森 教授教授2021-11-1461第六节第六节 通风机的联合运转通风机的联合运转 两台或两台以上风机在同一管网上工作。叫风机联两台或两台以上风机在同一管网上工作。叫风机联合工作。风机联合工作可分为合工作。风机联合工作可分为串联串联和和并联并联两大类。两大类。一、风机串联工作一、