生产矿井GAF型主通风机现场性能测试.pdf

生产矿井G A F 型主通风机现场性能测试 中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室 卢平刘泽功范维澄廖光煊 淮南矿业集团公司潘三煤矿朱贵旺 方恩才 摘要根据G A F 型主通风机的结构特点和风流流动特征，提出了静压差法测试风机风量的方法；针对该 类型风机的地面布置，提出了风机现场性能的测试方法；根据测试结果，结台矿井实际，指出该类型主通风机性 能测试中应注意的闸题。 关键词G A F 主通风机性能测试 ‘j ’驴Z t 弓 G A F 主通风机是上海鼓风机厂引进德国T L T 公司先进技术生产的适合矿山使用的高效风机，其 风机叶片角度调节方便，调节范围大，具有高负压、 大风量、运行效率高等特点，在我国矿山应用较为广 泛的一种通风机。煤矿安全规程规定矿井必须 按实际供风量核定矿井产量，矿井主通风机每5 年 必须进行一次性能鉴定。因此．为实现矿井主通风 机安全、经济运行。保证矿井的安全高效生产，必须 掌握主通风机的实际运行性能曲线。 主通风机性能测试是日常通风管理的一个重要 环节，掌握矿井主通风机的实际运行性能是实现矿 井安全管理和风机经济运行的关键。测试方法的选 择对掌握主通风机的实际性能是十分重要的。不同 类型主通风机的布置是有差异的，应根据矿井主通 风机的布置来优化选择矿井主通风机的测试方案。 1G A F 主通风机的结构及其装置布 置特征 图1 是生产矿井G A F 主通风机典型的安装布 置示意图。对生产矿井来说。G A F 型轴流式主通风 机具有以下特点 1 按设计要求，风机人口整流部件 也称集流 器．I 断面至导流叶片 的全长大于1 倍的动轮直 径，集流器为椭圆锥形，人口I 断面为空心圆，平直 段Ⅱ断面为圆环形，两断面变化较大，且距离较短 小于3 m 。在风流稳定前提条件下，可以利用两断 面静压变化测量风机的过风量“。。】。 2 G A Y “ 型风机采用调整风机动叶片角 a R 调至 1 1 6 。～1 2 4 。 来实现反风的 图2 ，一般在叶片角1 2 4 。 * 卢平博士后安徽台肥2 3 0 0 2 6 时．反风量约为7 0 ％；在反风角度范围内，反风量随‰ 的增大而减小，随‰的减小而增大，因而反风量总是 可以达到6 0 ％以至更大，只受到电机功率的限制 ⋯。 反风量在设计风量6 0 ％以下时，电动机的功率一般不 会过载。由于采用调整叶片角反风，无需增加任何机 构。这也决定了该类型风机布置不具备不停产测试条 件，只能在矿井停产检修时进行性能测试。 ⅡI护闸『JA 口 Ⅱ一I i 断面1 1 断而侧风rJc 图1 潘三煤矿东风井G A F 主通风机装置布置示意图 1 一电机；2 一扩散器1 3 一风井；4 一风井安全出V A 风门D 。 闰2 正反风动叶片角度示意图 3 按设计要求．进风立闸门前设置5 倍叶轮直 一o㈨◎ 万方数据 有 色金属 矽J u 部分第5 5 卷 径的直线段风硐，而对进风宽闸门后段的直线段长 度未作要求“3 ．实际使用中的G A F 型风机该平直 段长度均小于2 倍风道直径。故设置在测量风机立 闸门与风机入I E I 之问的静压测点只有当该立闸门全 开时才能采集到可靠稳定的数据。 2 G A F 主通风机现场测试方案 潘三煤矿是年设计生产能力3 0 0 万t 的大型现 代化矿井，矿井通风方式为中央对角式，主井、副井、 矸石井进风，东西两翼风井回风。东西风井地面风 机房各安装两台G A F 型主通风机，其中一台运转， 一台备用。东风井地面风机房安装两台G A F 2 8 ．1 8 1 5 ．8 1 型轴流式风机，配备Y R 2 0 0 0 6 ／1 4 3 0 型三相异步电机，电机的额定功率20 0 0 k W ，额定转 速9 2 2 r p m ，风机装置布置见图1 。目前东风井风机 在叶片角一5 。条件下运行，东风井排风量为1 10 0 0 m 3 ／m i n ，风机房水柱计读值为4 2 0 0 P a 。由于本类 型风机不具备不停产风机性能测试条件，于2 0 0 2 年 5 月7 日停产检修期间进行东风井风机性能测试， 测定两台风机4 个角度状态的风机性能，给定的测 定时间4 h 。测试过程中，每一状态均需要多次调节 通风阻力以获得不同的工况点，测定过程中既要在 规定的时间内完成测试工作，又要满足测定的精度 要求。因此，测定时问紧，难度大，技术要求高。 2 ．1 测试内容 测试1 号主通风机一5 。、一1 。和2 号主通风机 一7 。、3 。不同角度条件下风机的风压风量、功 率风量和效率一风量曲线。 测定的主要参数有不同工况条件下①主通风 机的风量；②主通风机装置静压；③电动机的输入功 率；④大气参数；⑤风机的运行效率。 2 ．2 工况调节方法选择 矿井通风机的性能测定，是通过调节通风机工 作风阻的方法来获得通风机的不同工况点，然后根 据各工况点的参数绘制其特性曲线。其要求是测定 从低负压至风机最高负压段的完整风机性能曲线。 因此，工况调节方法的选取和调节位置的确定是保 证测定工作能否顺利进行的关键。 根据潘三煤矿东风井主通风机风机装置及风硐 布置形式，由于风门C 的人风断面只有0 ．8 m 2 ，风门 D 的人风断面0 ．5 m 2 ，地面无其它人风口，故考虑大 风量工况打开备用风机立闸门，利用备用风机扩散 器进风。为了测定小风量工况，在风机测试前，在矿 井总回风道预先设置调节门框，并备好风门，待风机 测试前停风机并将地面风门全打开 防止风机在驼 峰不稳定区运行 时安装该风门，控制井下通风网络 的风量，确保风机运行安全并能测试完整风机特性 曲线。经研究改变测定风机工作风阻的方法为 1 号风机测定时 2 号风机停开 ，轴流式风机采 用全开启动，即测试开始时，全部打开l 号风机前的 立闸门A ，2 号风机前的立闸门B 打开】／3 ～1 ／2 控 制扩散器的进风风速不至于过大 ，打开风硐公共段 的风门C ，、C 及东风井的安全出口风门D ，风流由 ①东风井安全出口风门D 、侧风门c ．、c ；②井下通 风系统；③备用风机的扩散器一备用风机。分3 条 路线进入风硐一1 号测试风机立闸门A l 号风机 _ ’1 号风机扩散器一地面大气。 1 号风机启动后，先测一个工况，然后根据测试 速算结果确定下一工况调节位置，依次调节东风井安 全出口风门D 和侧风门c ，、G 关闭 、2 号风机前的 立闸门B ，改变测定风机的工作风阻，以达到调节工 况点的目的；当风机进入不稳定的驼峰区时，立即退 回，以确保风机的安全，以达到测定风机的全程曲线。 每一角度条件下的曲线测试8 ～1 0 个工况点。 用类似的工况调节方法对2 号风机进行测定。 2 ．3 测风、测压断面选择 选择测风、测压位置的基本要求是，在所有工况 点条件下．断面上的速度场分布基本均匀且较稳定。 在采用上述调节方案调节工况时，由于工况调节断 面距测试风机人口的距离相当长，因此确定在风机 入口内一级动轮之前的I I 过流断面上布置静压 传感器，测定该断面处风流的相对静压，根据风机风 量测算风机的静压；由G A F 风机的结构特征，在本 工况调节条件下，风机人口前I I 、Ⅱ一Ⅱ过流断 面上速度场分布较均匀，且风速较大，I 断面面积 S 1 6 ．2 4 2 6 m 2 ，Ⅱ断面面积S 2 4 ．2 8 2 9 m 2 ，两断面 间距 1 ．8 m 小且断面变化大，根据空气流动的动力 学理论，可利用两断面静压变化测定法测算风机风 量。1 一“，因此在l 、Ⅱ断面上布置压差传感器。风量 的计算公式为 厂1 订- Q 。一S 。√面} 裔 n 式中，a 一考虑摩擦等的热功耗散系数，由模型试验 确定，a 0 ．9 4 ～0 ．9 6 ； △h 。某一工况时I 、Ⅱ断面的静压差，P a ； 9 1 某一工况时的空气密度，k g ／m 3 ； q k 断面变化系数，k 一孑； 万方数据 第4 期 卢平等生产矿井G A F 型主通风机现场性能测试 s ．、s 一分别为I 、Ⅱ断面的断面积，m 2 。 主通风机装置静压H H d lh s ，I h v 。 2 式中，H 一一某一工况时主通风机装置静压．P a ； k某一工况时I 断面上风流的相对静压，P a ； h 。，某一工况时I 断面上风流的平均动压， P a 。 主通风机装置综合效率1 一 轴芈 ㈤ 式中，P 。一某一工况时电机输入功率实测值．k W 。 2 ．4 电机功率测定 电动机输入功率采用D Z F C1 型电能综合分 析测定仪测定。 3 测试结果及分析 表】是潘三煤矿G A F 2 8 ．1 8 1 5 ．8 一l 轴流式 主通风机在风机叶片安装角一1 。条件下 转速1 2 1 0 0 0 r ／m i n 运行时主通风机性能测试的实测结果。 图3 是根据实测结果换算成标准状态下的 C A F 2 8 ．1 8 1 5 ．8 1 主通风机 n 一1 0 0 0 r ／r a i n 在 一5 。、一r 条件下的主通风机性能曲线。表1 中的 综合效率是指通风机的装置效率，它包括电机效率、 传动效率和风机的空气效率。 飞。 风机风量，m ，H 。1 图3G A F 2 8 ．1 8 1 5 ．81 风机 实测性能曲线 n 1 0 0 0 r ／m i n 表1潘三矿东风井1 号风机 G A F - - Z 5 1 4 ．9 1 性能测定参数汇总表 叶片角～1 。 本次实测1 l “的最高值为6 6 ．4 ％，由于风机采 用直接传动，其传动效率可视为1 0 0 ％，而电机效率 与其负荷率相关，若认为风机运行时其平均值为 9 0 ％，则风机效率的最高值为7 3 ．8 ％。实测结果表 明本风机由于经十多年运行，风机的运行性能较出 厂性能有了一定的下降，主通风机的运行效率也明 显受到影响。 实测结果表明在本工况调节方案条件下，风机 人风口II 、Ⅱ一Ⅱ过流断面上速度场分布较均 匀，测试数据稳定在叶片角一l 。状态时，实测I 、Ⅱ 断面静压差 △h n 。 。一5 1 6 P a ，静压差数值较大，测 定仪表本身造成误差小，测定结果可靠；避免了等面 积环多支皮托管分测数据不同步的情况，也便于用 压差传感器实施数据的自动采集，实现风机性能测 试的自动化；同时其具有测定速度快之特点，适合于 生产矿井停产检修时间紧情形下的风机性能测试。 下转第4 0 页 睁一，老督、，簿晷罾 誉爵辎{}鉴雪墨 万方数据 4 0 有色金属 矿山部分 第5 5 卷 ～～一 通风系统存在的不同问题t 将整个矿区划分成4 个 的要求．合理地控制风机的运行，能够最大限度地节 子域分区，分别解决降温、除尘、降阻、增压、减少漏 省能源。各个分区都较好地解决了粉尘浓度、作业环 风和增加风量等问题。这些问题混在一起，是原有 境温度“，、低温岩层预冷入风流等问题。和整个系统 通风方式难以解决的。每个子域分区都有新鲜风流 风量与风压不足问题。新的通风系统经过两年多的 给人，新风的质量有了极大改善。通过增设3 台新型 实际运行，该系统的可靠性、稳定性及其合理性是十 节能风机，提高了系统的能量。由于各个子域分区相 分显著的。新旧通风系统主要技术指标见表1 。 互独立，均可根据其生产的实际情况，按照实际需风 表1 新旧通风系统主要技术指标对比 风速 置 合格率风质台格率有效风量率主扇装置效率 综合指数指标 通风系统 风量供需比 t “ ％ t ％ ％ ％ 原系统 6 50 06 66 7 6 2 1 45 9 ．2 6O5 46 1 1 3 新系统9 3 ．7 98 2 ．1 77 4 ．B 11 ．0 18 47 8 6 结论 深井子域分区的通风方式与传统的通风方式相 比，既不同于统一通风的通风方式，也不同于分区通风 的通风方式。它是以统一通风方式为基础，按照不同 的生产区域所组成的子域分区通风网络为子系统，再 将各子系统归并到统一通风系统上去，从而使两种传 统的通风方式能够结合到一起，形成一个有机的整体。 深井子域分区的通风方式在湘西金矿的实际应 用．较好地解决了原通风系统风流管理混乱的局面， 不仅有效地避免了污风串联情况的产生，而且还合 理地控制了风流，同时又提高了风量利用率，取得了 较好的技术经济效果。 上接第4 3 页 4 主要结论与建议 1 由于工况调节方案、测风测压断面和测试方 法选择合理。测点分布合理。测定结果准确可靠，实 测曲线可供现场管理使用。 2 对风机人I l 具有集流器且集流器存在相邻 两断面过风面积相差较大时，可以利用测定两断面 静压差来测算风机风量，其具有测试数据稳定，测定 方法简单，测定结果准确等特点，也可以作为日常通 风管理风机风量的测试方法。 3 风机房水柱计安装断面应布置在风机入口 断面较大的断面上，减少风流动压的影响，风机房水 柱计示值可近似真实地反映矿井通风阻力的状况。 4 本文提出的测试方案在实施中应注意并下 凋节一定要在风机停开并打开地面风道风门后进 行，严禁在风机运行时过度调节，造成风机长时间在 深井子域分区通风方式，不仅对解决湘西金矿 的复杂通风系统的实际问题具有重要的实用价值， 而且对深井通风方式的理论研究也有指导意义。 参考文献 l 王英敏矿内空气动力学与矿井通风系统北京t 冶金工业出版 杜，1 9 9 , t 2 绦竹云矿井通风系统优化设计计算方法．北京冶金工业出版 社，1 9 9 6 3 俞昌铭热传导及其数值分析．北京清华大学出版社，1 9 s l 4 枥洪新湘西盘矿岩温变化规律的研究及其应用工韭安垒与 肪尘，1 9 9 8 ．1 2 5 杨洪新低温岩层预冷人风流技术的研究与应用金属矿山． 口 驼峰区运行；风机测试前必须对扩散器中的消音器 进行加固处理，并对风道中的杂物进行完全清理．严 禁风机测试时杂物进入风道而造成风机的损坏。 5 G A F 型矿用主通风机在设计和安装时，未 考虑给今后矿井主通风机性能测试提供台适的测试 条件，建议厂家在风机设计制造时，进风立闸门后段 的直线段长度应不小于5 倍风道直径，便于风机测 试时用测试风机的立闸门进行工况调节。 参考文献 1 童秉纲，孔祥言．邓国华．编著气体动力学[ M ] ．北京高等教 育出版社，1 9 9 6 2 卢平，刘泽助，张目枢．G A F 主要通风机鼠量测试方法实验研 究[ J ] ，淮南工业学院学报，1 9 9 8 3 3 周忠秸G A F 系列矿井轴流式通风机性能介绍．煤矿设计[ J ] ， 1 9 9 5 5 c 1 1 ～1 4 4 陈其泰．启动风门和立闸门对风机性能测试的影响．煤炭科学 技术[ J ] ，19 9 8 6 1 9 ～2 2U 万方数据