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子午加速风机的思考及发展方向

admin    
 

子午加速风机的思考及发展方向

何荣经 / 厦门伊特克实业公司
何小凤 / 哈尔滨工业大学

摘要:通过分析对比,阐明了子午加速风机是能“按需供风 ” 的节能低噪产品,避免了
可调节风机“供大于求 ” 造成的无谓浪费,借鉴国外经验,指出了我国煤矿用通风机的发展方向。
关键词: 子午加速风机 斜流风机 节能 特点
中图分类号:TH43    文献标识码: A
文章编号:1006-8155(2007)02-0000-00
Consideration and Development Direction of Meridionally Accelerated Fan
Abstract : Through comparative analysis, it is set forth that meridionally accelerated fan is energy-saving low noise product that can supply air according to requirement, and avoid waste caused by the non-regulated fan of supply exceeding the demands. Using the foreign experiences for reference, the developing direction of fan for ventilation in our country is pointed out.
Key words: Meridionally accelerated fan Mixed flow fan Energy-saving Characteristics

0  引言

  煤矿安全形势严峻,瓦斯事故频繁,矿用风机面临安全节能降耗和环保压力。煤矿对风机的主要要求:坚固耐用、安全可靠、噪声低、节能高效及价格低廉。总之,性价比要高。近几年,由于煤矿对噪声危害的重视,噪声低已成为煤矿对风机的基本要求《煤矿安全规程》规定:作业场所的噪声,不应超过85dB(A)。

1  概况

  煤矿风机按使用范围分为主通风机(主扇) 、辅助通风机(辅扇) 和局部通风机(局扇)。主扇向全矿井或其一翼输送新鲜空气,要求大流量和高压力,且具有高效率。国外一般采用型号№11 ,№16 ,№25 ,№32 ,№47 的离心和轴流式矿井主通风机。辅扇用于建井时期井筒和主巷道的通风以及矿井通风系统中个别区段的通风,其流量和压力均低于主通风机,国外一般采用型号№7 ,№8 ,№11 ,№16 。而煤矿将局扇用于采掘工作面或局部通风有困难的地方,煤巷、半煤岩掘进都采用压入式,岩巷掘进可采用压入式也可采用混合式,压入式在矿井是量大面广耗能甚多的通风设备。它安装在井下,安全节能降噪尤为重要。国外主要采用单级和双级通风机,国外一般采用型号№4,№5,№6的通风机。国内过去与世界一样,采用№4,№5,№6的单级和双级高压(俗称普通)轴流式通风机;80年代前在我国煤矿可谓一统天下。
90年代以来,我国煤矿用局部通风机,几乎全部采用双级或三级高压对旋和双级高压轴流风机,其功率达264kW ,压力8000多Pa ,风量1000m3/min ,长几米,重几吨,既耗能耗材,又产生高分贝噪声,污染了煤矿作业环境。然而,因新旧性能试验方法的差异(GB/T1236-76,GB/T1236-85,GB/T1236-2000) 和标准问题 (JB/T 9100-1999,MT222-1996和MT755-1997),其主要问题:(1)局扇工作轮机号采用了 R40 数列 (19个或更多,国外少有),取代R10数列(4~5个) ,导致了杂乱差;(2)压入式风机采用进气试验,且在p2pa时,采用p2pa,导致了外风筒超出长度l与叶轮直径D之比l/D>0和l/D=0,风机效率相差 10% ;(3)采用错误的比A声级计算公式,导致:比A声级小4dB;(4)同机号不同风机采用不同的比 A 声级和效率限值,导致了两值分别相差5dB和5%。所以,对旋局部通风机被认为 “ 具有结构紧凑、噪声低、风压高、风量大、效率高等特点,其结构紧凑,方便运输和安装。对旋局部通风机与普通轴流通风机相比,在产生同样的风量和风压时,使用对旋局部通风机可减少通风机数量或增加通风距离,亦可在根据不同的通风要求,采用分级使用以节省能源 ( 来源于对旋使用说明书) ”;取代子午加速而一统天下。然而因 工作轮直径采用了R40数列,型号有№3.15,№3.55 ,№4,№4.25, №4.5,№4.75, №5.0等19个;再加上为扩大给定型号通风机工况范围的变型;工作轮直径和型号(代号) 就更多、更杂乱无序了;影响煤矿安全节能省材降耗和环保。

2  分析与改善

  通过对我国现有煤矿用局部通风机的性能试验研究和实际运行性能的对比分析,可以进一步对局扇运行性能提出明确要求:(1)实际运行经济性好,才有实际的节能效果;(2)噪声低;(3)在不同工况下风量变化幅度要小;(4)在保证必要的风量下,具有足够的通风距离。也就是说,在长距离通风做小风量运行时,应仍有良好稳定的工况。
   根据上述要求并结合我国现有局扇存在的问题,探讨其运行性能的改善途径及办法,已势在必行。

2.1  局扇的合理型式

  局扇运行性能与风机的型式及结构参数有关,只有选择合理的型式和结构参数才有可能使其运行性能满足上述要求,笔者简介国内外局扇的发展现状时曾指出:(1)前苏联使用最普及的是具有调节和防脱流功能的子午加速风机 ( 因能“按需供风 ”避免“供大于求 ”的无谓浪费) ;(2)美国及其他一些国家除主要使用单级和双级轴流风机外 ( 因效率高,无需调节,结构简单,成本低,级噪声相对于对旋低,世界各国广泛应用 ) ,其他则采用斜流和对旋式风机;(3)各国局部通风机效率在67%~75%,不片面追求高效率和高风压。唯我国片面追求高效率高风压,全部改用双级高压风机,耗能耗材。
   现从局扇的运行性能分析子午加速、斜流、对旋和普通轴流式风机各有何特点?能满足哪些要求?哪些值得我国借鉴的?关于对旋和普通轴流风机的特点,笔者己作过论述,此不赘述。现将“按需供风 ” 节能低噪省材的子午加速和斜流风机特点介绍如下。

2.2  子午加速风机特点
   (1) 叶轮流道中气流的子午速度逐渐增大的通风机称子午加速通风机。其气动略图: BHA+K+CA 气流是加速的。它与一般轴流式通风机不同之处,在于其通流部分中的气流轴向分速度是增速的。这对于扩压式叶栅,尤其对于工作轮具有特殊意义,因为它可促使静压梯度减小,从而可避免气流脱离。因此,子午加速风机的压力系数高。在足够大的工作轮叶片安装角下,单级叶轮便可获得与一般普通型双级轴流风机相当的压力和高的全压效率,结构也比较简单。
   (2) 足够大的工作轮叶片安装角使子午加速风机具有优良的调节性能,使局扇在其运行期间内能够“按需供风” ,即输出能量平均有效利用效率ηpau≌1 ,从而局扇的实际运行效率等于其本身效率,即ηeau=ηfanau ,因此具有非常高的运行效率。这是前苏联广为应用的节能风机。而过去我国子午加速因没有设置可调前导流叶片和防脱流装置,从图 1可见,其压力曲线与小风量时的管网曲线不相交,所以运行性能和经济性很差。若加以改进设计,可成为我国的优良节能和环保型通风机。
  (3)由于能够“按需供风”,因而就不会存在风量变化过大的问题;避免了乏风循环。  (4)子午加速风机压力曲线的折断可以通过简单有效的分流器装置得以消除,因而它具有很宽广的有效工况范围。
  (5)由于叶片安装角较大,叶片的气动负荷大,因此噪声也较高,但以前苏联的子午加速风机 BM-5M 为例,本体(级)噪声为92~100dB(A),比JBT52-2的本体(级)噪声低 108-[92~100]=16~8dB(A) ;比对旋本体(级) 噪声级低120-[92~100]=28~20dB(A)。因此,只要采取降噪措施,其噪声可低于85dB(A)。
   从图2所示的前苏联BM-5M型子午加速风机的压力特性曲线可以看出,其风机设置了防脱流的分流器装置,采用前导叶调节,调节深度达±20%左右。

  
  

  由于设置了分流器,消除了压力曲线的折断,从而大大增加了风机的有效工况范围。当掘进工作面需要风量为1.5m3/s时,其最大送风距离与JBT52-2相当,均大于800m ,即使在前导叶处于压力向下调节深度最大的位置 (θHA =-45°) ,送风距离为800m时,掘进面风量仍可达1.36m3/s(约 82m3/min) ,这比 JBT52-2 局扇更好。当需风量为2.0m3/s 时,其最大送风距离可达600m ,大于JBT52-2等风机在相同条件下的最大送风距离,因此, BM-5M局扇的通风能力可满足煤矿实际使用要求。
   通过计算可知,BM-5M风机的3个运行经济性指标分别为ηeau=0.51,ηfanau=0.70 ,和ηpau =0.73,即其平均实际运行效率比我国几种风机提高40%左右,尽管调节级差较大,但风机有效能量的平均利用率仍高达70%以上,平均自身效率可保持在 70% 左右,是相当不错的。这表明了通过调节,使风机的压力特性已得到了显著的改善;基本实现了“按需供风 ”,从而大大提高了风机运行的经济性,并减小了风量的变化幅度,这是一般不做调节的风机所不可比拟的。
   由此可见,子午加速风机的运行性能令人非常满意,而它的调节功能对大功率风机节能效果更为显著,这很值得我国借鉴。

2.3  斜流式风机的特点
   气流沿轴向进入叶轮后,近似地沿着锥面流动,气流方向介于离心式与轴流式之间的风机,称斜流 (混流) 式风机。其性能特点与子午加速风机很相似,压力系数高,效率高,结构简单,但它比子午加速风机具有更突出的优点:静压效率高、噪声低,而且压力曲线无折断。 如果 采用前导流器调节还可大大提高其运行经济性。值得重视的是,在整个工作区间内,其本体 (级) 噪声级只有85~95dB(A),如此优良的声学特性已使不用消声器成为可能。做抽出式用的风机最好采用离心式结构型式的斜流式,以消除间隙摩擦火花问题。这是一种很有希望的矿用风机型式,很值得开发应用于煤矿主通风机和局部通风机。

3  结论

  (1)对于功率P ≥11kW 的风机,由于耗能大,采用可调的子午加速和斜流以及不做调节的双级和对旋高压轴流风机,均能满足煤矿要求。对于功率较小的风机,为简化结构和使用方便,采用安装角较小的对旋和普通轴流风机。安装角较小的斜流及子午加速风机也能基本满足要求。
  (2)无论哪一种型式局部通风机,若克服杂乱差现状,其工作轮机号都应采用R10或R20 数列的3.15,4.0,4.5,5.0,5.6,(6.0),6.3。废止执行R40数列,并严格执行和审批变型机号。

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  评论人:Bradley   打分:85 分  发表时间:2015-8-10 23:39:38
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  评论人:肉牛   打分:0 分  发表时间:2015-6-1 5:21:04
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  评论人:sally   打分:85 分  发表时间:2015-1-6 22:17:21
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  评论人:泡脚老苗汤   打分:0 分  发表时间:2012-11-27 19:08:46
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  评论人:rucknadk   打分:85 分  发表时间:2010-12-6 23:09:56
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