第三章通风设备的选型计算

1第三章通风设备的选型计算为了使矿井有足够新鲜的气流通过，新建矿井都需要装设通风设备，而改建或延深的矿井，一般则需要更换或增设通风设备。根据矿井的具体条件，选择合适的通风设备，对于矿井的正常通风和保证通风机的经济合理运转，有着十分重要的意义。第一节选型设计的任务和原始资料一、选型设计的任务和要求(一)选型设计的任务1.选择通风机；2.通风机初、末期运行工况确定与验算；3.确定通风机性能调节方法；4.选择通风机的拖动电动机；5.进行通风设备运行经济性核算；6.设计方案的技术经济性论证；7.选择通风机的电气控制设备；8.通风机附属设备的设计(1)反风装置(2)消音器(3)扩散器(5)防爆门(6)控制风门及其启、闭绞车9.确定设备组合方案；10.通风机房机电设备布置要求及简图。(二)选型设计的要求(1)主要通风系统必须装置两套同等能力的通风机(包括电动机)，其中一套工作，一套备用。备用通风机必须能在lOmin内开动。(2)在一个井筒中应尽量采用单一通风机工作制。如因规格限制，设备供应困难，或在所需风量较大，网路阻力较小的矿井，可考虑两台同等能力的通风机(包括电动机)并联运转，另备用一台相同规格的通风机，但必须校验通风机工作的稳定性,并作出并联运转的特性曲线。(3)所选通风机应满足第一水平各个时期的负压变化，并适当照顾下一水平的通风要求。当负压变化较大时，可考虑分期选择电动机，但初装电动机的使用年限不宜少于10年。(4)所选用的通风机在整个服务年限内，不但能供给矿井所需风量，还应使其在较高效率下经济运转，并有一定的余量。轴流式通风机在最大设计负压和风量时，叶片安装角一般至少比允许范围小50；离心式通风机的设计转速一般应小于允许最大转速的90%。(5)通风设备(包括风道、风门)的漏风损失，当风井不作提升用途时，按需风量的10%～15%计算；以箕斗井回风时，按15%～20%计算；以罐笼井回风时，按25%～30%计算。通风设备各部阻力之和一般取100～200Pa。采用无风机式空气加热装置时，应计入该装置的负压损失。轴流式通风机采用消声装置后，应将风阻值增加50～80Pa。2(6)电动机的备用能力依轴功率的大小而异。当轴功率在150kw以下时，宜采用1.2倍计；当轴功率在150kW以上时，宜采用1.1倍计。在计算电动机容量时，还需计入机械传动效率(2K60型通风机例外)，当用联轴器直联时，ηc＝0.98，用三角皮带传动时，ηc＝0.95。(三)选型设计必须原始资料1.矿井沼气等级；2.矿井年产量；3.当地全年气候温度概况(是否需要加装空气加热装置)；4.矿井通风系统；5.矿井通风机工作方式(压入式、抽出式)；6.矿井各通风井初、末期所需风量和风压；7.矿井供电电压等级及电价；8.可供选择的机电设备产品样本；9.预定安装通风机的井口地面情况；10.矿井其它特殊要求。3第二节轴流式通风机的选型设计选型设计的方法和步骤既与通风机的类型(即性能曲线)有关，又受通风系统的影响，轴流式通风机，厂家主要提供的是静压特性曲线；离心式通风机，厂家既供给全压特性曲线，也提供类型特性曲线。因此两种类型通风机，在不同通风系统中的选型设计方法和步骤不完全相同，现分别介绍如下。一、中央式通风系统中通风机的选型设计1．通风机必须提供的风量的估算若已知矿井所需风量为Qk，则通风机必须产生的风量为Q=KQk式中k——通风设备的漏风系数。当风井不作提升井时，k＝1.1—1.15；兼作箕斗提升井时，k＝1.15—1.20；兼作罐笼提升井时，k＝1.25—1.30。2．通风机必须提供的风压估算轴流式通风机必须产生的静压为Hjmax=hmax+ΔhHjmin=hmin+Δh式中Hjmax、Hjmin——轴流式通风机必须产生的最大静压和最小静压，Pamin——矿井最大负压和最小负压，PaΔh——通风设备阻力。一般取100—200Pa；若井筒保暖采用无风机式空气加热装置，还应计入该装置的阻力；若装置有消声器，还应另加50一80Pa。3．预选通风机根据Hjmax、Hjmin和Q，从通风机产品样本中预选出较为合适的通风机。如同时有几种通风机都能满足要求，则应作方案比较。4．确定通风机的工况点按Hjmax、Hjmin和Q求出最大网路阻力损失系数Rjmax和最小网路阻力损失系数Rjmin为由Rjmax和Rjmax，可以确定出矿井开采末期与初期的网路特性曲线方程式分别为末期Hjmax=RjmaxQ24初期Hjmin=RjminQ2按公式，用描点作图法在所预选的通风机特性曲线图上，绘出末期和初期网路特性曲线，即得末期和初期的工况点。工况参数应满足矿井风量和负压的要求。选择得当，工况点应在通风机的高效区内。由于轴流式通风机的叶片安装角度的间隔为50，因此，当工况点不在50的整倍数角度上时，应偏大取与50成倍数的安装角。如图1所示，若根据矿井条件工况点应为A点，其安装角在200—250之间，按上述规定，应取安装角为的工况点B。图1叶片安装角的确定5．功率的计算(1)在开采初期和末期，通风机的轴功率为初期末期上两式中H,、H,,——开采初期和末期工况点所对应的静压Pa；Q,、Q,,——开采初期和末期工况点所对应的风量m3／s；ηj,,——开采初期和末期工况点所对应的静效率。(2)在开采初期和末期，电动机的输出功率为初期P''dmin=末期P''dmax=式中ηc——传动效率，ηc＝0.98。(3)电动机容量的确定当P'dmin＜0.6P''dmax时，说明在通风机的整个服务年限内，轴功率变化较大，若采用一台大容量的电动机，则长期不能满载运行。为了改5善功率因数，可选取两台容量不同的电动机，但初装电动机的服务年限不得少于10年。其初期和末期的电动机容量可分别按下式计算：初期末期式中Pdmin=(1.1-1.2)PdminPdmaxPdmaxPdmax=(1.Pdmax1.1—1.2——考虑预计通风阻力不精确的备用系数。当P'dmin＞0.6P''dmax时，说明通风机在整个服务年限内的轴功率变化不大，可按公式选用一台电动机。当选用同步电动机时，无论何种情况，电动机容量都按公式确定。6．年电耗量的计算通风机的平均年电耗按下式计算式中ηd——电动机效率，可取O.9或从电动机产品样本上查取；η——电网效率，一般取0.95。7．吨煤通风电耗量计算式中Wdm—吨煤通风电耗量kw.h/t；6第三节离心式通风机选型设计按类型特性曲线选择离心式通风机1．通风机风量的估算若已知矿井所需风量Qk，则通风机应产生的风量按前面公式计算，即2．通风机风压的估算因国产离心式通风机，制造厂不供应扩散器，且产品样本上提供的是全压特性曲线，所以在选型设计中应作出扩散器设计，同时考虑增设扩散器后的损失。因此，离心式通风机必须产生的最大全压和最小全压为一个设计合理的离心式通风机的扩散器，其阻力损失入一般不大于通风机全压的10％。根据1.1(hmax+Δh)和1.1(hmin+Δh)，可初步确定通风机的类型和机号，找出该通风机的出口面积厘(即扩散器的入口面积)，然后按下式计算出扩散器的阻力损失。式中ξk——扩散器损失系数，即装置扩散器后与装置扩散器前的损失比。根据扩散器设计理论可知，当扩散角a和扩散器出口与入口面积比n值一定时，ξk即为定值。当确定hqz后，按公式即可求得Hmax和Hmin。3．确定叶轮的外圆周速度由公式知，通风机叶轮的外圆周速度为式中u—通风机叶轮的外圆周速度HM—所选类型通风机在最高效率时的全压系数，可由类型特性曲线查取。4．确定通风机叶轮直径由公式知，通风机叶轮的直径为 QM—所选类型通风机在最高效率时的风量系数，可由类型特性曲线查取。7由上式计算得到叶轮直径D’后，再按通风机性能规格表选取标准通风机的叶轮直径D，但必须注意所选的通风机应与前面预选的机号一致。如不一致，则通风机的出口面积S与前述不同，因而使通风机的出口速度和扩散器的损失均有所变化。5．确定通风机的工况点由于使用的是通风机的类型特性曲线，故需先求得无因次网路特性曲线，然后才能求得工况点。按通风网路特性曲线方程式有Hmax=RmaxQ2式中Hmax——对应于通风机必须产生的最大全压Hmax下的风压系数；Rmax——对应于最大网路阻力损失系数Rmax下的无因次阻力系数； Q——通风机的风量系数。同理可得式中Hmin——对应于通风机必须产生的最小全压Hmin下的风压系数；Rmin——对应于最小网路阻力损失系数及Rmin下的无因次阻力系数，显然有公式即为对应于最大网路阻力和最小网路阻力的无因次网路特性曲线方程式。用描点作图法将它们绘于通风机的类型特性曲线图上，所得的两交点A、B(见图2，即为通风机的无因次工况点。8图2通风机的无因次工况点6．通风机转速的计算为了提高离心式通风机运转的经济性，一般采用改变转速法来调节通风机的工况点。因此，必须计算出对应于最大全压与最小全压的工况点时的转速。在图中，对应于工况点A的叶轮外圆周速度为式中uA通风机转速m/sHA——最大全压时，通风机无因次工况点A的风压系数。按公式所求得的叶轮外圆周速度uA应小于所选通风机最大允许速度物uy的0.9倍。对4—72—11型离心式通风机，当叶轮用的是锰钢材料时，吨为110m／s。对应于工况点A的通风机转速为式中nA对应于工况点A的通风机转速r/min对应于工况点B的叶轮外圆周速度为式中HB——最小全压时，通风机无因次工况点B的风压系数。对应于工况点B的通风机转速为7．功率的计算对应于工况点A和B的通风机轴功率分别为A点B点9axin——开采末期和初期工况点A和B所对应的全压PaQ,,、Q,——