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矿井通风机主要参数的含义

信息来源:发布时间:2020-08-10阅读:1093

矿井通风机的作用就是把地面新鲜空气送到井下,供工人呼吸,同时把有害气体从井下排出,使有害气体的浓度降到对人体无害的程度,在现代化煤矿中称通风机为“矿井的肺脏”,可见其重要性。风机的参数是风机选型的唯一依据,因此正确理解和计算风机的参数是风机选型的基础。

风机的主要参数包括气体流量、压力、温度、密度、气体介质、转速、功率、效率等,气体的流量、压力、密度是风机选型的三大参数,下面就详细解释一下部分主要参数的含义。

1  气体的流量

风机在单位时间内所输送的气体数量被称为流量,通常用q表示。风机的流量可以用体积流量和质量流量来表示,体积流量(qv)的单位是m3/s,质量流量(qm)的单位是kg/s

qm =ρqv

其中ρ为气体的密度,kg/m3

在流道内,通常质量流量是不变的,但由于介质密度的变化,所以流道内不同位置的体积流量是改变的。

通常都用体积流量来表示风机的流量。

需要注意的是,风机的体积流量与密度有关,密度与气体的状态(温度、压力等)有关,还与海拔有关,因此体积流量指的是一定状态下的气体流量。由于风机的进口和出口气体状态不一样,因此风机的进口体积流量与出口体积流量也是不同的。通常,风机的流量指的是风机的进口体积流量。

风机的体积流量按照气体的流速计算得到:

qv=va 

其中:

 a为截面的截面积,m2

     v为气体的流速,m3/s 。速度取该截面的均方根值。

2  压力

为了进行正常通风,需要有克服矿井风道的阻力的压力,风机必须有这种压力。风机的压力分为静压、动压、全压。

风机静压ps是指气体对平行于气流的物体表面作用的压力, 静压是克服矿井风道阻力的压力,静压是通过垂直于表面的孔测量出来的。

气体流动需要动能,把该动能转化为压力的形式即为动压pd

pd=1/2ρv2

其中:

     ρ为气体的密度,kg/ m3

     v为气体的流速,m3/s

全压为动压与静压之和。

pt=ps pd

风机的全压升是指风机出口的全压与进口的全压之差。

δpt=pt2-pt1

风机的静压升是指风机出口的静压与进口的静压之差。

      δps=ps2-ps1

3  密度的修正

风机输送介质的密度对风机的性能有很大的影响,风机的压力与介质的密度成正比,在风机选型的时候必须考虑密度的影响。

根据风机的相似定律,风机的压力与密度成正比。

所以风机提供的压力随密度的变小而减小。

可以看出,随着介质密度的减小,风机的性能也随之降低。

影响密度的因素:

1)  气体温度

2)  海拔高度(大气压力)

对矿井风机来说,因为井下的气体温度都差不多,可以按20度考虑。

海拔高度对密度的影响可以按下面的曲线查询,横坐标为海拔高度,纵坐标为密度。

 

4  风机效率

风机的效率是指被输送的介质的有功功率与电机功率的比值,其计算公式如下:

       η=kpq/n

其中:

η:风机效率

k: 压缩系数, 通常可以取0.99

p:风机压力,pa

    q:流量,m3/s

    n:电机输入功率,kw

根据压力的不同,风机的效率可以用全压效率和静压效率来表示,上面公式中的压力如果使用全压,那么计算的效率就是全压效率;上面公式中的压力如果使用静压,那么计算的效率就是静压效率。

虽然对用户有用的是静压,但风要流动就必须有动压,因此使用全压效率来表示风机的效率更为合理,所以国内外大都使用全压效率。

风机效率是衡量风机是否节能的重要指标,风机的效率通常要按照gb/t 10178-2006《工业通风机现场性能试验》进行。

5  矿井风机的选型

对于矿井来说,风机的作用是把井下的废气抽出来,因此风机需要克服风井的系统阻力,通常风井的系统阻力用井口负压ps1来表示,该井口负压指的是此处的静压。

风机选型时需要考虑从井口到风机出口的损失,包括:

风机风道的损失δps1风机本体的损失δps2、过渡段的损失δps3、消音器的损失δps4等 ,如下图所示:

 

所以风机需要克服的总阻力为:

ps= ps1 δps1 δps2 δps3 δps4

由于矿井风机的出口为敞开式排到大气中,因此出口的静压近似为零,所以风机的静压升近似与风机的总阻力相等:

δps= ps

从上面的分析可以看出,风机必须考虑各项压力损失,才能满足井口的负压,如果风机供货商不考虑这些损失,仅按照风机的井口负压来选型,那么在实际运行中,风机是无法满足井口的负压的,这就意味着风机满足不了矿井需要的风量。

下面举例来说明一下:

某煤矿需要的风机参数如下:

风量:224m3/s

井口负压:3214 pa

风机供货商需要根据风机的布置情况计算各项损失,经过计算损失如下:

δps1=120 pa

δps2=130 pa

δps3=90pa

δps4=150pa

所以风机的静压升为:

δps= ps=

ps1 δps1 δps2 δps3 δps4=3704 pa

风机静压升为井口负压的1.15 倍,风机选型时静压升应按照3704pa来选型,而不是井口负压3214 pa

 

6  结束语

     通过上面对风机基本参数的解释,定义了风机的流量、压力、效率等参数,明确了各项参数的意义,并针对矿井抽出式风机根据井口负压得选型进行了分析,风机的选型静压升需要考虑井口负压和各项损失之和,这样如果不同风机供货商都按照上面的方法来计算风机,基准点都是一致的,可以确保所选的风机满足矿井的需求,同时也可以在同一基准下比较不同供货商的风机性能,比如风机的效率。

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