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矿用对旋通风机的效率及经济分析

郑东强 何小敏/集美大学 叶伟华/厦门华厦职业学院    

摘要 :通过对矿用对旋通风机的分析及试验研究 , 阐明了带扩散筒—塔和带消声器扩散筒的对旋风机效率比 JBT 系列低。指出了我国对旋热所带来的损失 , 同时阐述了“ 双 85 ” 和局部通风如何避免采用大功率局扇的方法。

关键词 :对旋式通风机;效率;经济性

中图分类号: TH432.1 文献标识码: B

文章编号: 1006-8155 ( 2008 ) 04-0053-04

Efficiency and Economic Analysis of Counter-rotating Fan for Mine

Abstract: This paper specifies the efficiency of counter-rotating fan with diffuser-tower and silencer diffuser is lower than JBT series based on the analysis and testing research on counter-rotating fan for mine. The losses due to counter-rotating heat is pointed out and the method for “ double 85 ” and local ventilation to avoid adopting local fan with large power is also specified.

Key words: counter-rotating fan; efficiency; economy


0  引言

  据中科院统计 , 全国大小矿井至少有 10 万台主通风机在运行 , 风机效率每提高 1% ,每年可节电 40 亿 kW · h [1] ,世界各产煤大国主扇和局扇总耗电量相当,所以研究矿用风机效率具有重大经济意义。

  通风机效率有全压效率 η = Qp / P 、静压效率 η s = Qp s / P 和级效率、装置效率 , 运行效率等。局扇实际运行经济性不仅与局扇本身效率高低有关 , 而且主要应取决于其压力特性和管网特性的匹配。只有实际运行效率高,才有实际的节能效果 。国家要求风机运行效率应达 70% 以上

1  效率

  级是由叶轮和导叶组成,通常以级型式分析风机。双级高压轴流 ( 普通轴流式 ) 通风机的效率比对旋高 1 % ~ 2%, 指的是级 ( 本体 ) 的全压效率 , 表达式 : η = Qp / P 。 效率高、高风压和大风量才有理论根据,反之亦反。比 A 声级 L SA = L A - 10lg( Q p 2 )+19.8 , Q p 2 大, L SA 值就小,反之亦 反。

  西安交通大学流体机械研究所,按 GB/T1236-2000 《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》标准(即国际标准 idt ISO 5801 :1997 ),对№ 16 轴流通风机 ( 图 1) 进行了风机本体、风机本体 + 扩散筒、风机本体 + 扩散筒 + 消声器 + 扩散塔 3 种风机装置的性能测试。 其 结果见表 1 和图 2 。

  从以上图表可以看出,扩散筒的效率最高接近 70 %,并不高。扩散筒-塔的扩压效率更低,这是由于在风机扩散筒后面又装了圆变方接管、消声器等器件,流道损失大大增加,所以,扩压效率更低 [2] 。

  由此可知,风量在 180 0 ~ 2500/m 3 /min 时,其扩散筒效率 ( 不含消声器时 ) 在 52.7 % ~ 69.3% ,其扩散筒-塔效率只有 16 % ~ 49.5% ,可见,我国对旋矿用风机 ( 主扇和局扇 ) 效率很低。其主扇效率只有 0.7 ( 0.1 6 ~ 0.495 ) =11.2 % ~ 34.65% ,对旋局扇效率还小于 0.7(0.52 9 ~ 0.693)=37.03 % ~ 48.51% ,因未扣除消声器和效率与扩散筒相当或稍差的集流器等效率(我国学者 通过对轴流通风机各静止元件流场和损失的研究,发现 集流器的损失较大,效率与扩散筒的相当或稍差) [ 注:对旋级效率也取 JBT 系列最大级效率 η =70% 计算 ] 。

  对旋局扇若再扣除 进、 出风筒消声器效率及集流器的损失,对旋局扇的效率就会更低 , 比 JBT 系列会低很多,因为 JBT 系列的级效率比对旋高 , 而其结构设计较对旋合理、简单、先进且进口集流器损失少 ( 见图 3 、图 4 和图 5 ) 。

说明: 2BKJII 和 FBD,FBDII 系列对旋局部通风机具有风压高、风量大、噪声低、送风距离远等特点。既可整机使用,又可分级使用,从而减少能耗,节约能源,是矿井中局部通风的理想设备 , 适用于煤矿井下含有瓦斯或煤尘及其它爆炸性环境,做局部通风机使用 ( 资料来源于说明书 ) 。

图 4 FBD 系列对旋隔爆轴流式局部通风机

  综上所述 , 对旋结构极其复杂 , 而这还只是对旋本身的装置效率。从图 6 对旋 FBD 特性曲线知 , 高效点偏离工况点甚多 ; 其运行效率更低 ; 这就白白浪费大量能源。

  然而,同样的装置对旋主扇 BDK618-8 - № 28 ,由“国家煤矿防尘通风产品质量检测中心”试验室,按 GB/T1236-1985 标准做进气试验,经过几次测试结果:静压效率达 80 % ~ 85% [1] 。标准和测试方法不同,最大效率绝对值竟相差 34.65% - 85%(80%)= - 50.35%(45.35% ) 。

  可是 2006 年中心试验室告知:“按 GB/T1236-2000 标准进行检测,迄今为止,测得的对旋局部通风机最高全压效率为 83.2% ,而测得的普通轴流式局部通风机最高全压效率为 80.2 % , 虽然功率配置不一样,不在一个平台上,这样比没有太多的科学依据,但至少说明对旋局部通风机不是效率最低的”。笔者认 为: 这是完全不可能 的。 装置效率反比级效率 高。

2  经济分析

  对旋本体 ( 级 ) 效率低,而带扩散筒和消声器的对旋 ( 装置 ) 效率更低 , 因效率低而盲目加大其功率 ( 由原 JBT 局扇最大功率 28kW 增大到多级对旋 DBKJ 4 × 75=300k W 。 功率增加 10 余倍 , 其制造和使用成本增加好几倍 ), 经济效益可想而知。

  80 年代前我国主要应用气流效率 (max) pQ /6 0 P =70%~72% 的 JBT 系列 ,80 年代后我国矿用风机效率在 98.42 % ~ 13.07%, 范围内各取所 需; 试验 ( 室 ) 装置形同虚 设。 [ 注: TF540-1, η =98.42% , FBD 和 2BKJII 系列装置 η =85 % , JBT 系列本体 ( 级 ) η =70 % , 我国对旋鼻祖对旋 5.5 × 2 单开第二级时装置 η =13.07 % , 绝对值相差 98.42 % - 13.07%=85.35%] , 若按风机效率每提高 1 % , 年节电 40 亿 k W · h 计算 , 年差值在 4 0 × 85.35%=3414 亿 k W · h 。 日本商人谓“对旋可单级运转 , 因而效率高”。 国人讲“对旋可一机多用 , 节能省电”。因标准和测试方法的错误和差异,难以正确评价风机的优劣。

3  若干问题

3.1 关于“ 双 85 ”

  原文: (1) 按 GB1236-76 《通风机性能试验方法》测定气流效率在 85% 以上; (2) 按 GB2888-82 《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》在装消声器 时, 测定噪声在 85dB(A) 以下 ( 以上两项要求简称为“双 85 ” ) 。

  背景: (1) 在按 GB1236-76 通风机进出气口端的横截面积按环面积计算:结果子午加速效率高达 92%~98.42% 的特定条件下提出效率 85% ; (2) 在子午加速的噪声比 JBT 低 6~8dB(A), 且 << 煤矿安全规程 >> 又规定 : 作业场所的噪声 , 不应超过 85dB(A) 。

  执行 GB/T1236-8 5 , 通风机进出气口端的横截面积按圆面积计算和 GB/T1236-2000 标准

原来在特定条件下的“双 85 ”是不可能实现的 , 刻意追求“双 85 ”反而适得其反。

3.2  局部通风的方法

  在采矿工程中 , 必须开掘井巷 , 而井巷的特点只有一个出口 , 故称独头巷 道。 独头巷道的通风称局部通风或掘进通风 , 其任务是将新鲜风流引至工作面 , 排出工作面的炮 烟、 瓦 斯、 煤尘及岩尘等污浊空气 , 以保证工人在良好的条件下安全工作。

  井下局部通风方法 有: 总风压通 风、 扩散通 风、 引射器通风和局扇通 风。 而局扇通风是煤矿和非煤矿山最常用的通风方 法。 按局扇工作方式又分为压入式 , 抽出式和混合式通 风。

3.2.1  压入式通风是局扇把新鲜风流经风筒压送到工作面 , 而有害污浊空气沿巷道排出 , 这种通风方式工作面的通风时间短 , 但全巷道的通风时间长 ( 即瓦 斯、 炮 烟、 煤尘等污浊气体在全巷道的滞留时间长 ), 不利于工人健康与安 全。 因此压入式通风适用于较短巷道掘进时的通 风, 特别是煤矿应尽量避免长距离压入式通 风。

3.2.2  抽出式通风是工作面的有害污浊空气经风筒用扇风机抽至回风道 , 新鲜风流由巷道流至工作面 , 巷道处于新鲜风流之 中, 有利于健康与安全,它适用于较长巷道的通 风。 但工作面通风效果不好 , 故金属矿山多采用混合式通风来代替单一的抽出式通 风。

3.2.3  混合式通风是安装两台通风机 , 一台压入式通风 , 一台抽出式通 风。 这种通风方式具备了压入式和抽出式的优点 , 而避免了它们各自的缺点 , 通风效果良好 , 多用在大断面长距离巷道掘进时的通 风。

3.2.4  小结

  从局扇通风的 3 种方式可 知: 煤矿和非煤矿山不宜采用长距离压入式通风及大功率 ( 应小于 55kW) 和高风压 ( 应小于 4900Pa) 局 扇。

可是我国局扇不恰当地取消单级而全部采用多级 (2~4 级 ), 大功率 (13 2 × 2=264kW 和 4 × 75=300kW), 高风压 (1.15 万 Pa ) 。 大风量 ( 1250m 3 /min), 长几米 , 重几 吨, 不但白白浪费大量能源和资源 , 反而恶化矿井通风系统 , 而又产生高分贝噪声 , 严重污染矿井作业环境 , 不利于安全节能减排和环保。

4 长巷道掘进时的局部通风

  矿井在开拓期时 , 常要掘进长距离巷 道。 为获得良好的通风效果,一般采用混合式通 风, 此外也可用多台局扇串联通风 , 在条件许可时 , 尽量选用大直径的风筒 , 以降低风阻提高有效风量 ; 并保证风筒接头质量减少漏风 , 尽量发挥单台局扇的效 能。 枣庄矿曾只用一台 JBT52-2 (11kW) 局扇作压入式通风 , 送风距离达 3795m , 其漏风率仅 3.99 % 。 并保持工作面迎头风量达 85.22 m 3 /mi n 。 为安全节能减排和环保 , 煤矿和非煤矿山在开拓期采掘 时, 只要加强管 理, 降低风 阻, 减少漏 风, 我国煤矿局部通风只要用 YB 2F 6.3(2)-2 功率 3 7 ~ 45kW 即 可, 勿需用 55kW 以上大功率局扇 , 采用双级高压轴流或对旋通风机 ( 设计工况, p =5000Pa , Q = 438m 3 /min) ,或串联通风即可满足综采时 170~ 250 m 3 /min 风量要求。可借鉴国外经验,局扇勿需太高风压和大功率 ( 国外局扇最大功率均小于 55kW) 均可达到安全节能减排和环 保的要求。

参 考 文 献

[1] 华耀 南, 饶 江, 龚竟成 . 高性能矿用主通风机的设计 [J]. 风机技术, 2007(2):29-33.

[2] 李景 银, 郭琦 . 轴流通风机扩散筒效率的测量和综述 [J]. 风机技术, 2007(2):5-7,10.

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  评论人:Willis   打分:85 分  发表时间:2015-9-3 13:40:57
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