5第五章矿井通风网络中风量分配与调节2ppt课件

1、第五章第五章 矿井通风网络中风量分配与调节矿井通风网络中风量分配与调节本章主要内容及重点和难点本章主要内容及重点和难点1 1、风量分配基本定律、风量分配基本定律-三大定律三大定律2 2、网络图及网络特性、网络图及网络特性1)1)简单网络简单网络2)2)角联及复杂网络角联及复杂网络3 3、网络的动态分析、网络的动态分析4 4、矿井风量调节、矿井风量调节5 5、计算机解算复杂、计算机解算复杂 网络网络第五章第五章 矿井通风网络中风量分配与调节矿井通风网络中风量分配与调节 矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。用图论的矿井通风系统是由纵横交错的井巷构成的一个复杂系统。用图论的方法对通风系

2、统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其方法对通风系统进行抽象描述，把通风系统变成一个由线、点及其属性组成的系统，称为通风网络。属性组成的系统，称为通风网络。 第一节第一节 风量分配基本规律风量分配基本规律一、矿井通风网络与网络图一、矿井通风网络与网络图( (一矿井通风网络一矿井通风网络通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。通风网络图：用直观的几何图形来表示通风网络。 1. 1. 分支边、弧）：表示一段通风井巷的有向线分支边、弧）：表示一段通风井巷的有向线 段，线段的方向代表井巷中的风流方向。每条分段，线段的方向代表井巷中的风流方向。每条分 支可有一个编号，称为分支号。支可有一个编

3、号，称为分支号。2. 2. 节点结点、顶点）：是两条或两条以上分支的交点。节点结点、顶点）：是两条或两条以上分支的交点。 3. 3. 路通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路通路、道路）：是由若干条方向相同的分支首尾相连而成的线路。如图中，路。如图中，1 12 25 5、1 12 24 46 6和和1 13 36 6等均是通路。等均是通路。4. 4. 回路：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。回路：由两条或两条以上分支首尾相连形成的闭合线路称为回路。 如图中，如图中，2 24 43 3、2 25 56 63 3和和1 13 36 67 734215123456

4、7 5 5、 树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊树：是指任意两节点间至少存在一条通路但不含回路的一类特殊图。由于这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树图。由于这类图的几何形状与树相似，故得名。树中的分支称为树枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。枝。包含通风网络的全部节点的树称为其生成树，简称树。（二矿井通风网络图（二矿井通风网络图 特点：通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，特点：通风网络图只反映风流方向及节点与分支间的相互关系，节点位置与分支线的形状可以任意改变。节点位置与分支线的形状可以任意改变。 能清楚地反映风流的方向和分合关

5、系，并且是进行各种通风计算能清楚地反映风流的方向和分合关系，并且是进行各种通风计算的基础，因此是矿井通风管理的一种重要图件。的基础，因此是矿井通风管理的一种重要图件。网络图两种类型：一种是与通风系统图形状基本一致的网络图，如图网络图两种类型：一种是与通风系统图形状基本一致的网络图，如图5-1-35-1-3所示；另一种是曲线形状的网络图，如图所示；另一种是曲线形状的网络图，如图5-1-45-1-4所示。但一般所示。但一般常用曲线网络图。绘制步骤：常用曲线网络图。绘制步骤：(1) (1) 节点编号节点编号 在通风系统图上给井巷的交汇点标上特定的节点号。在通风系统图上给井巷的交汇点标上特定的节点号。

6、(2) (2) 绘制草图绘制草图 在图纸上画出节点符号，并用单线条直线或弧线在图纸上画出节点符号，并用单线条直线或弧线连接有风流连通的节点。连接有风流连通的节点。(3) (3) 图形整理图形整理 按照正确、美观的原则对网络图进行修改。按照正确、美观的原则对网络图进行修改。 通风网络图的绘制原则：通风网络图的绘制原则： (1) (1) 用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风节点在用风地点并排布置在网络图中部，进风节点位于其下边；回风节点在网络图的上部，风机出口节点在最上部；网络图的上部，风机出口节点在最上部； (2)(2)分支方向基本都应由下至上；分支方向基本都应由下至上； (3

7、) (3) 分支间的交叉尽可能少；分支间的交叉尽可能少； (4) (4) 网络图总的形状基本为网络图总的形状基本为“椭圆形。椭圆形。 (5)(5)合并节点，某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为一个节点。合并节点，某些距离较近、阻力很小的几个节点，可简化为一个节点。 (6)(6)合并分支，并联分支可合并为一条分支。合并分支，并联分支可合并为一条分支。二、风量平衡定律二、风量平衡定律 风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质风量平衡定律是指在稳态通风条件下，单位时间流入某节点的空气质量等于流出该节点的空气质量；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量等于流出该节点的空气质量

8、；或者说，流入与流出某节点的各分支的质量流量的代数和等于零，即量流量的代数和等于零，即 0iM 若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积若不考虑风流密度的变化，则流入与流出某节点的各分支的体积流量风量的代数和等于零，即：流量风量的代数和等于零，即：如图如图a a，节点，节点4 4处的风量平衡方程为：处的风量平衡方程为： 将上述节点扩展为无源回路，则上述风量平衡定律依然成立。如将上述节点扩展为无源回路，则上述风量平衡定律依然成立。如图图b b所示，回路所示，回路2-4-5-7-22-4-5-7-2的各邻接分支的风量满足如下关系：的各邻接分支的风量满足如下关系：0iQ0645443

9、4241QQQQQ087654321QQQQ16523图a2178356图b三、能量平衡定律三、能量平衡定律 假设：回路中分支风流方向为顺时针时，假设：回路中分支风流方向为顺时针时， 其阻力取其阻力取“”，逆时针时，其阻力取逆时针时，其阻力取“”。 （一无动力源（一无动力源Hn HfHn Hf） 通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和通风网路图的任一回路中，无动力源时，各分支阻力的代数和为零，即：为零，即： 如图，对回路如图，对回路 -6-6中有：中有：（二有动力源（二有动力源 设风机风压设风机风压Hf Hf ，自然风压，自然风压HN HN 。 如图，对回路如图，对回路 2 2

10、3 34-5-14-5-1中有：中有：一般表达式为：一般表达式为：即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力即：能量平衡定律是指在任一闭合回路中，各分支的通风阻力代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。代数和等于该回路中自然风压与通风机风压的代数和。234560Rih02436RRRRhhhh54321RRRRRNfhhhhhHHRiNfhHH第二节第二节 简单网络特性简单网络特性一、基本概念一、基本概念1 1、串联风路、串联风路 由两条或两条以上分支彼此首由两条或两条以上分支彼此首尾相连，中间没有风流分汇尾相连，中间没有风流分汇点的线路称为串联风路。如下图，点的线路称为串

11、联风路。如下图，由由1 1，2 2，3 3，4 4，5 5五条分支组成串联风路。五条分支组成串联风路。4581236791234567892 2、并联风网、并联风网 由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成的由两条或两条以上具有相同始节点和末节点的分支所组成的通风网络，称为并联风网。如图所示并联风网由通风网络，称为并联风网。如图所示并联风网由5 5条分支并联。条分支并联。12346123453 3、角联风网、角联风网 角联风网：是指内部存在角联分支的网络。角联风网：是指内部存在角联分支的网络。 角联分支对角分支）：是指位于风网的任意两条角联分支对角分支）：是指位于风网的任意两条有向通

12、路之间、且不与两通路的公共节点相连的分支。有向通路之间、且不与两通路的公共节点相连的分支。 简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。简单角联风网：仅有一条角联分支的风网。 复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。复杂角联风网：含有两条或两条以上角联分支的风网。213456 复杂角联复杂角联简单角联简单角联1二、串联风路、并联风网特性的比较二、串联风路、并联风网特性的比较( (一一) )风量特性风量特性串联：串联： 总风量等于各分支的风量，即总风量等于各分支的风量，即 当各分支的空气密度相等时，当各分支的空气密度相等时， 并联：总风量等于各分支的风量之和，即并联：总风量等于各分支的风量之和

13、，即 当各分支的空气密度相等时当各分支的空气密度相等时, , niinsMMMMM121458123679123456789 niinsQQQQQ1211234612345nsMMMM 21nsQQQQ 21( (二二) ) 风压特性风压特性串联：串联： 总风压阻力等于各分支风压阻力之和，即总风压阻力等于各分支风压阻力之和，即: :并联：总风压等于各分支风压，即：并联：总风压等于各分支风压，即： niinshhhhh121nshhhh 21（三风阻特性（三风阻特性 串联：总风阻等于各分支风阻之和，即：串联：总风阻等于各分支风阻之和，即： 并联：并联风网总风阻与各分支风阻的关系并联：并联风网总风

14、阻与各分支风阻的关系 niinsnsssRRRRQhhhQhR1212212.2SssQRhsssRhQnSQQQQ.21nsRRRR1111.212211111 nsRRRRnnssRhRhRhRh.2211又 在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联与并联风网。在矿井在任何一个矿井通风网络中，都同时存在串联与并联风网。在矿井的进、回风风路多为串联风路，而采区之间多为并联风网。的进、回风风路多为串联风路，而采区之间多为并联风网。例如：假设例如：假设 R1=R2=0.04 kg/m7R1=R2=0.04 kg/m7， 串联：串联：RsRs= R1+ R2= 0.08 kg/m7= R1+ R2

15、= 0.08 kg/m7 并联：并联： Rs Rs ：RsRs： 即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的即在相同风量情况下，串联的能耗为并联的 8 8 倍。在同样的分支倍。在同样的分支风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。风阻条件下，分支并联时的总风阻小于串联时的总风阻。704. 0104. 01112/01. 02)(12)(121mkgRRRS1R1R22112R1R2（四等积孔关系（四等积孔关系串联：串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系串联：串联风路等积孔与各分支等积孔间的关系 并联：并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即并联：并联风网等积孔等于各分支等积孔之和，即22221

16、1111nsAAAAiRiA19.12219.1iAiR222119. 119. 119. 1119. 1iiisAARRsAnsAAAA 21).(19. 111119. 121nsRRRRsA（五）（五） 并联风网的风量分配并联风网的风量分配 若已知并联风网的总风量，在不考虑其若已知并联风网的总风量，在不考虑其它通风动力及风流密度变化时，可由下式计它通风动力及风流密度变化时，可由下式计算出分支算出分支i i的风量。的风量。 即即sihh22ssiiQRQRSRRiQQis).(12111nRRRiSsisRQRRQiQR1R2.RiRnQS三、串联风路、并联风网的等效阻力特性曲线的绘制三、

17、串联风路、并联风网的等效阻力特性曲线的绘制（一串联风路等效阻力特性曲线的绘制（一串联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲根据以上串联风路的特性，可以绘制串联风路等效阻力特性曲线。线。 方法：方法： 、首先在、首先在hQhQ坐标图上分别作出串联风路坐标图上分别作出串联风路1 1、2 2的阻力特性曲的阻力特性曲线线R1R1、R2R2； 、根据串联风路、根据串联风路“风量相等，阻力叠加的原则，作平行于风量相等，阻力叠加的原则，作平行于h h轴的若干条等风量线，在等风量线上将轴的若干条等风量线，在等风量线上将1 1、2 2分支阻力分支阻力h1h1、h2h2

18、叠加，叠加，得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点；得到串联风路的等效阻力特性曲线上的点； 、将所有等风量线上的点联成曲线、将所有等风量线上的点联成曲线R3R3，即为串联风路的等效，即为串联风路的等效阻力特性曲线。阻力特性曲线。1R1R2R1R2R1+R2QH（二并联风路等效阻力特性曲线的绘制（二并联风路等效阻力特性曲线的绘制 根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。根据以上并联风路的特性，可以绘制并联风路等效阻力特性曲线。方法：方法：、首先在、首先在hQhQ坐标图上分别作出并联风路坐标图上分别作出并联风路1 1、2 2的阻力特性曲线的阻力特性曲线R1R1、R2R2；、根据并联

19、风路、根据并联风路“风压阻力相等，风量叠加的原则，作平行于风压阻力相等，风量叠加的原则，作平行于Q Q轴的轴的若干条等风压线，在等阻力线上将若干条等风压线，在等阻力线上将1 1、2 2分支风量分支风量Q1Q1、Q2Q2叠加，得到并联风叠加，得到并联风路的等效阻力特性曲线上的点；路的等效阻力特性曲线上的点； 、将所有等阻力线上的点联成曲线、将所有等阻力线上的点联成曲线R3R3，即为并联风路的等效阻力特性曲线。，即为并联风路的等效阻力特性曲线。2112R1R2R1R2R1+R2QH四、角联分支风向判别四、角联分支风向判别 准绳：分支的风向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节准绳：分支的风

20、向取决于其始、末节点间的压能值。风流由能位高的节点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低点流向能位低的节点；当两点能位相同时，风流停滞；当始节点能位低于末节点时，风流反向。于末节点时，风流反向。 判别式以简单角联为例）：判别式以简单角联为例）： 1 1、 分支分支5 5中无风中无风 Q5 = 0Q5 = 0 Q1 = Q3 , Q2 = Q4 Q1 = Q3 , Q2 = Q4 由风压平衡定律：由风压平衡定律： h1 = h2 , h3 = h4h1 = h2 , h3 = h4 由阻力定律：由阻力定律： 两式相比得：两式相比得： 即即 或写为：或写为：222211QRQ

21、R244233QRQR244222233211QRQRQRQR4231RRRR13241RRRRK11、当分支、当分支5 5中风向由中风向由2323 节点节点的压能高于节点的压能高于节点，那么，那么 hR2 hR2 hR1 hR1 即：即： 同理，同理， hR3 hR3 hR4hR4即即又又 或写为：或写为：211222QRQR244233QRQR222112QQRR242334QQRR2143QQQQ122221242334RRQQQQRR13241RRRRK1234RRRR风流11、分支、分支5 5中的风向由中的风向由3232 同理可得：同理可得： 或写为：或写为： 改变角联分支两侧的边缘

22、分支的风阻就可以改变角联分支的风向。改变角联分支两侧的边缘分支的风阻就可以改变角联分支的风向。对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：对图示简单角联风网，可推导出如下角联分支风流方向判别式：111234RRRR13241RRRRK风流。中风向由，分支中风流停滞；，分支；中风向由，分支32515123513241RRRRK第三节第三节 矿井风量调节矿井风量调节 随着生产的发展和变化，工作面随着生产的发展和变化，工作面的推进和更替，巷道风阻、网络结构的推进和更替，巷道风阻、网络结构及所需的风量均在不断变化，要求及及所需的风量均在不断变化，要求及时进行风量调节。时进行风量调节。 调节

23、措施：从调节设施来看，有调节措施：从调节设施来看，有通风机、射流器、风窗、风幕和增加通风机、射流器、风窗、风幕和增加并联井巷或扩大通风断面等。按其调并联井巷或扩大通风断面等。按其调节的范围，可分为局部风量调节与矿节的范围，可分为局部风量调节与矿井总风量调节。从通风能量的角度看，井总风量调节。从通风能量的角度看，可分为增能调节、耗能调节和节能调可分为增能调节、耗能调节和节能调节。节。一、局部风量调节一、局部风量调节 局部风量调节是指在采区内部各局部风量调节是指在采区内部各工作面间，采区之间或生产水平之间工作面间，采区之间或生产水平之间的风量调节。调节方法：增阻法、减的风量调节。调节方法：增阻法、

24、减阻法及增能法。阻法及增能法。( (一一) ) 增阻调节法增阻调节法 增阻调节法是在通过在巷道中安设增阻调节法是在通过在巷道中安设调节风窗等设施，增大巷道中的局部调节风窗等设施，增大巷道中的局部阻力，从而降低与该巷道处于同一通阻力，从而降低与该巷道处于同一通路中的风量，或增大与其并联的通路路中的风量，或增大与其并联的通路上的风量。增阻调节是一种耗能调节上的风量。增阻调节是一种耗能调节法法 主要措施：主要措施：(1)(1)调节风窗；调节风窗；(2)(2)临时风临时风帘；帘；(3)(3)空气幕调节装置等。使用最空气幕调节装置等。使用最多的是调节风窗。多的是调节风窗。风窗调节法原理分析风窗调节法原理

25、分析 如图如图 ，分支风阻分别，分支风阻分别为为 R1R1和和R2R2，风量分别为，风量分别为Q1,Q2Q1,Q2。则两分支的阻力为：则两分支的阻力为：h1=R1Q12h1=R1Q12 h2=R2Q22 h2=R2Q22，且，且 h1= h2h1= h2 若分支风量不足。可在若分支风量不足。可在分支中设置调节窗。设调节风分支中设置调节窗。设调节风窗产生的局部风阻为窗产生的局部风阻为R R。 (R1+ (R1+ R)Q12= R2Q22R)Q12= R2Q22 但增阻后，并联系统总风阻增大。使但增阻后，并联系统总风阻增大。使QQQ Q，由于，由于QQ未知，实际计算过程未知，实际计算过程中，假设中

26、，假设QQQ Q。知。知, , R R后，可计算调节风窗面积。后，可计算调节风窗面积。使用条件：增阻分支风量有富余。使用条件：增阻分支风量有富余。特点：增阻调节法具有简单、方便、易行、见效快等优点；但增阻调节法会增加特点：增阻调节法具有简单、方便、易行、见效快等优点；但增阻调节法会增加矿井总风阻，减少总风量。矿井总风阻，减少总风量。122122RRRQQR1Q1R2Q2Q2R1+ RQ1R2Q2Q2调节风窗开口面积计算：调节风窗开口面积计算：当当 Sc/SSc/S0.5 0.5 时，时，当当 Sc/S Sc/S 0.5 0.5 时，时，ScSc调节风窗的断面积，调节风窗的断面积，m2m2；SS

27、巷道的断面积，巷道的断面积，m2m2；QQ通达风量，通达风量，m3/sm3/s；hchc调节风窗阻力，调节风窗阻力，PaPa；RcRc调节风窗的风阻，调节风窗的风阻，Ns2/m8Ns2/m8；RcRchc /Q2hc /Q2。 cchSQQSS84.065.0ccRSSS84.065.0cchSQQSS759.0ccRSSS759.01 ( (二二) )减阻调节法减阻调节法减阻调节法是在通过巷道中采取降阻措施，降低巷道的通风阻减阻调节法是在通过巷道中采取降阻措施，降低巷道的通风阻力，从而增大与该巷道处于同一通路中的风量，或减小与力，从而增大与该巷道处于同一通路中的风量，或减小与其关联通路上的风

28、量。其关联通路上的风量。主要措施：主要措施：(1)(1)扩大巷道断面；扩大巷道断面；(2)(2)降低摩擦阻力系数；降低摩擦阻力系数；(3)(3)清清除巷道中的局部阻力物；除巷道中的局部阻力物；(4)(4)采用并联风路；采用并联风路；(5)(5)缩短风流缩短风流路线的总长度等。路线的总长度等。特点：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但降阻措施特点：可以降低矿井总风阻，并增加矿井总风量；但降阻措施的工程量和投资一般都较大，施工工期较长，所以一般在的工程量和投资一般都较大，施工工期较长，所以一般在对矿井通风系统进行较大的改造时采用。对矿井通风系统进行较大的改造时采用。( (三三) )增能调节法增能调节法增能调节法主要是采用辅助通风机等增加通风能量的方法，增增能调节法主要是采用辅助通风机等增加通风能量的方法，增加局部地点的风量。加局部地点的风量。主要措施：主