多级机站通风局部阻力的研究.pdf

Series No. 303 September 2001 金 属 矿 山 METAL MINE 总 第303期 2001年第 9 期 潘军义, 上海梅山集团南京 矿业有限公司安环部, 工程师, 210041 江苏省南京市中华门西善桥。 多级机站通风局部阻力的研究 潘军义 董振民 上海梅山集团 南京矿业有限公司 摘 要 20 多年来, 多级机站通风系统在坑下金属矿山应用成功的同时, 也暴露出一些问题, 其中机站局部阻 力问题比较突出。按以前研究, 多级机站的局部阻力要占风机全压的 30 70。通过梅山铁矿通风系统的实 测, 这个比例可降到 2050, 进一步分析研究认为, 降低局部阻力所占比例是完全可行的。 关键词 多级机站通风系统 局部阻力 比例 降低 Study on the Local Ventilation Resistance of Multistage Fan Station Pan Junyi Dong Zhengmin Shanghai Meishan Group. s Nanjing Mining Co. Ltd Abstract While the ventilation system of multistage fan station has been successfully applied in underground metal mines for over twenty years, some problems are exposed of which the local ventilation resistance in fan station is more out2 standing. According to the er study, the local resistance in multistage fan station can account for 3070 of the gross pressure of the fan. The practical measurement of the ventilation system in Meishan Iron Mine shows that it can be reduced to 2050. Further study has approved that the reduction of the ratioof the local resistance tothe gross pres2 sure is by all means feasible. Keywords Ventilation system of multitage fan station, Local resistance, Ratio, Reduction 以往在通风系统设计时, 对风机站通风装置的 阻力 即机站局部阻力 重视不够, 也没有作更多的 研究。对大主扇通风系统, 由于风机全压较高、 选型 时留的余地较大, 机站局部阻力所引起的通风问题 还不太严重, 但对多级机站通风系统而言, 如果还按 以前方法设计, 而不考虑机站局部阻力的影响, 系统 风压将会出现很大的缺口, 导致通风系统设计失败。 根据以前的文献的论述, 多级机站的机站局部 阻力要占低压风机全压的 30 70 , 通过梅山铁 矿通风系统的实测, 这个比例也达到 2050 , 因此很有必要对此做进一步的研究, 最近我们在这 方面做了一些工作, 现介绍如下。 1 机站局部阻力的组成 机站前后, 流态极为复杂, 下面举并联机站的典 型例子来进行分析研究, 如图 1 所示。 图 1 多风机并联示意 图 1 是一般形式的多风机并联机站, 以风机为 准, 可分为进口和出口两个部分, 气流在流动过程中 形成压力损失的原因有 巷道的突然扩大、 缩小; 风机进口的缩小和出口的扩大; 多风机并联作 业时的进口分流、 出口汇流; 出口气流混合面位置 及大小; 机站漏风、 井巷支护粗糙度等。 机站阻力若要用公式表示, 将是很复杂的, 而且 即使考虑到上述各种因素, 也难以考虑各因素间相 互影响作用, 加上多项系数罗列, 机站局部阻力公式 将是非常复杂而又不准确的, 因此机站局部阻力到 如今还没有一个简明准确的计算公式, 于是我们试 图通过实测手段来研究这个问题。 2 机站局部阻力的测定和分析 以前对机站静压差的测定多是采用皮托管和压 差计测定, 测定数据极不准确, 而对机站前后各点的 压力也没有简便可行的手段来进行测定, 因此也无 法了解机站前后的压力变化规律, 随着压力测定技 49 术手段的发展, 现在出现的电脑测压仪能使压力的 测定值准确到 1 Pa, 使得机站局部阻力的测定工作 得以顺利进行。 对井下各机站进行分析后, 以西区- 198 m 水 平的 级机站条件比较理想, 于是利用马鞍山矿山 研究院研制的 WFCY- 1 型微电脑多功能风流测定 仪对该机站进行逐点测定分析。 现场测定及分析表明, 在机站前后各 10 m 以 外, 风流较为平稳, 而在前后各 10 m 范围内, 风流变 化较为复杂, 机站的局部阻力损失也主要发生在这 个区段内。 见图 1, 设机站前后各 20 m 处为 A、 D 点 在实 际测定时, 我们把机站前后范围扩大到 20 m , 风机 前后两处为B、 C点, 则机站的有效压力 H 为风机全 压 Hf与机站局部阻力 had的差值。 即 H Hf-had. 列A、 D 断面的能量方程式如下 Pa Va2 2g r Hf Pd Vd2 2g r had, 则 Hf Pd-Pa Vd2-Va2 2g r had, VaVd, 则 had Hf-Pd-Pa , 1 且 Hf Pc-Pb Vc2-Vb2 2g r , 2 式中, Pa、 Pd为 A、 D 断面的静压, Pa; Pc、 Pb为 C、 B 断面的静压, Pa; Va、 Vd为 A、 D 断面的风速, m/ s; had为 AD 段的阻力损失, Pa; Hf为风机全压, Pa。 公式1、 2的有关量均可在现场测到, 机站局 部阻力也可求出。 西风井- 198 m 水平共有 2 个 级机站, 即 1 号、 2 号回风石门机站, 每个机站均设有 2 台 K40- 6- 19 风机, 单机功率为 110 kW。目前 1 号石门机 站已经正常运转, 2 号石门机站尚未投入运行。机 站平面布局如图 2所示 图 2 - 198 m 西风井机站示意 机站风压测定采用马鞍山矿山研究院研制的风 流参数测定仪, 在风机前后各 20 m, 以每 2 m1 点的 密度布点。共测定二种情况 一种情况是开动 2 台 风机, 另一种情况是开动 1 台风机另 1 台风机风门 闭。分析所得数据, 虽然有个别点不是很准, 但是 总的趋势还是很有规律性的。 1 在进风侧 10 m 以前、 静压由高到低, 均匀 下降, 10 m 以后下降速率加快, 但在风机入口 4 6 m 处, 静压骤降, 说明有相当数量的静压转化为动 压, 并发生内耗。因此可以认为 20 10 m 区段基 本没有机站阻力, 进风侧的机站阻力主要发生在风 机前 10 m的区段内。 2 在出风侧前 10 m, 静压从低到高, 均匀上 升, 在 10 m处达到最高值。以后呈均匀下降, 但速 率加快, 这说明, 在风机出风侧前 10 m, 动压转换成 静压, 在 10 m 处基本转换完毕。在出风侧的机站阻 力主要发生在风机出口后 10 m 的区段内。 3 不论机站安装 1 台或 2 台风机, 机站阻力 主要发生在风机前后各 10 m 区段, 即共 20 m 的区 段内。 4 风机的全压应在风机进出端测定。 5 机站的有效压力是风机的全压减去机站内 部阻力之后的压力。风机前后各 10 m 处测得的压 力差即为机站有效压力。这个压力才是向系统提供 的有效压力。 3 机站局部阻力的计算 机站有关参数见表 1, 其中风量、 断面均为实 测; 风速、 巷道动压为计算值。风机进口 D1、 S1、 V1、 H1分别指集风器的直径、 断面、 风速和动压, 风 机出口 D2、 S2、 V2、 H2分别指风机扩散器出风端的 直径、 断面、 风速、 动压。 机站有关测定数据见表 2, 利用这些数据可计 算出机站局阻、 风机全压、 机站有效压力等数据。 表 1 机站有关参数 开 动 台 数 断面 / m2 风速 / m s- 1 巷道 动压 / Pa 风机进口风机出口 D1 / m S1 / m2 V1 / m s- 1 H1 / Pa D2 / m S2 / m2 V2 / m s- 1 H2 / Pa 2 台 13. 5711. 15 76 2. 33 4. 26 17. 7 193 2. 185 3. 74 20. 2 250 1 台 13. 57 5. 7820 2.33 4.26 18. 4207 2.185 3. 74 20.9267 表 2 机站有关测定数据 / Pa 风机工作 台数 静 压动 压 PaPbPcPd进口出口 2 台6 0996 0426 4606 459193250 1 台6 5926 5176 7826 793207267 根据公式1、 2 分别计算出机站开动 2 台风 机和 1 台风机时的风机全压和机站阻力损失, 并计 50 总第 303 期 金 属 矿 山 2001 年第 9期 算机站损失率。 2台风机同时运行时 Hf Pc-Pb Vc2-Vb2 2g r 475 Pa, had Hf- Pd-Pa 115 Pa. 机站损失率 G had/ Hf 24. 21. 根据风机特性曲线如图 4, 叶片安装角为 26b 时, 当风量为 7516 m3/ s 时, 风压为 500 Pa 基本相 符, 说明测定数据正确。 仅运行 1台风机时 Hf Pc-Pb Vc2-Vb2 2g r 325 Pa, had Hf- Pd-Pa 158 Pa. 机站损失率 G had/ Hf 48. 61. 根据风机特性曲线如图 4, 叶片安装角为 26b 时, 当风量为7815 m3/ s 时, 风压为320 Pa 与测定数 据基本相符。 图 3 K40- 6- 19 风机特性曲线 对测定数据进行计算可知, 机站运行 1 台风机 时, 机站局阻占风机全压的 48161, 而同时运行 2 台风机时, 机站局阻仅占全压的 24121 。由此可 以看出, 机站风流出口断面与巷道断面越接近, 机站 局阻越小。 4 北风井 级机站风机选型 - 198 m 水平以下北部矿体利用北风井进风。 北风井直径为 5 m, 进风量为 147 m3/ s, 在- 318 m 水平设置 级机站。二期原设计是在北风井- 318 m水平 2 条石门安设 2 个机站, 分别安装 2 台和 1 台DK40- 6- 19 风机, 该风机单机功率为 2132 kW。我们认为原设计不合理, 风机选型偏大, 设备 投资大, 风机运行能耗高, 有必要对机站风机进行改 型。 为了达到风机节能, 机型统一便于管理等目的, 我们利用西风井机站局阻资料, 对风机进行改型, 机 站重新设计。我们对- 318 m水平井巷阻力进行计 算, 其井巷摩擦阻力为 416 Pa, 则通风井巷阻力即为 井巷摩擦阻力与其 30 局部阻力之和为 541 Pa。 根据西风井机站局阻数据 2 台风机同时工作 时, 机站局阻为风机全压的 24121 , 1 台风机单独 工作时, 机站局阻为全压的 48161 , 北风井机站即 套用此值。 2 台风机工作时 当机站有效压力为541 Pa 时, 风机全压为 714 Pa。 1 台风机工作时 当机站有效压力为541 Pa 时, 风机全压为 1 053 Pa。 根据风机特性曲线 2 台风机关联作业时, 单机 全压为 714 Pa, 叶片角 26b, 风量为 65 m3/ s, 2 台风 机共产生风量 130 m3/ s。1 台风机单独作业时, 风 机全压为 1 053 Pa, 叶片角 29 b, 风量为 65 m3/ s。3 台风机共计风量为 195 m3/ s, 能满足设计风量 174 m3/ s 的要求。 通过计算确定 -318 m 水平 级机站设置 4 台 K40- 6- 19 风机, 每条石门巷安设 2 台风机, 叶 片角分别为 26b和29b, 每台风机装机容量为 110 kW 其中1 台为直接备用代替原设计的3 台 DK40- 6 - 19 风机。 - 318 m水平 级机站 4 台 K40- 6- 19 风机 安装运行后, 我们对其机站局部阻力进行了测定, 测 定结果表明, 我们对该机站风机进行改型是成功的, 测定结果如下 2 台风机工作时, 每台风机风量为 6115 m3/ s, 机站局部阻力为风机全压的 2915 。 1 台风机运转时, 产生风量为 70 m3/ s, 机站局 部阻力为风机全压的 6719。 5 结 论 随着多级机站通风系统在梅山铁矿深入应用, 多级机站中的一些规律性的东西也逐步揭示出来, 机站局部阻力问题即是其中比较重要的一项, 我们 通过对机站局部阻力的研究, 有以下体会 1 认识到机站出口面积与巷道断面积的比值 越接近 1, 该机站局部阻力越小。 2 所测定的机站局部阻力的资料和数据是可 靠的, 利用其数据对机站进行设计是可行的。 3 在机站设计时, 要注意风机能力太大会浪 费, 太小会造成不足, 风机能力要有一定富余即可, 这就要对机站局部阻力有充分的认识。 收稿日期 2001203223 51 潘军义等 多级机站通风局部阻力的研究 2001 年第 9 期