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              礦用風機(對旋軸流風機)的優缺點--益大風機(山東)有限公司-益大風機(山東)有限公司

              1 引言

              礦用風機堪稱煤礦的肺臟 ” 礦用風機的運行效率的高低以及可靠性型問題是煤礦關心的焦點。由于局部老礦井風機老化,運行效率低,正逐漸被高效節能風機所代替,各種各樣的風機應運而生,對旋風機就是引進國外 80 年代新技術經消化吸收后研制生產的礦用礦用風機的更新換代產品。以其壓力高、流量大、高效、結構緊湊、反風容易的特點深受煤礦的青睞。但是經過臨時的實踐證明,對旋軸流礦用風機還存在一些缺陷,本文針對這些問題提出整改措施。

              2 結構特點

              對旋式軸流礦用風機一般由集流器、前后主風筒、擴散器組成。一級、二級葉輪直連在電機軸上,電機均置于風筒內,兩級葉輪互為導葉,工作時兩級葉輪反向旋轉。結構簡圖如圖 1

              3 礦用對旋軸流風機的優越性以及設計和使用注意問題

              3.1 對旋風機的優越性

              3.1.1 傳動效率高。葉輪直接安裝在電機軸上,改變了保守的傳動結構,既避免了傳動裝置的頻繁損壞,消除了能量損耗,也提高了風機裝置的傳動效率,同時也提高了使用效率。

              3.1.2 對旋軸流礦用風機最高壓力點的壓力值較高,一般比普通帶后導的軸流風機的壓力高 1.2 1.3 倍 [1]

              3.1.3 靜壓效率高。由于采用對旋結構,減少了兩級工作輪之間中的導葉,降低了風機內部阻力損失,提高了風機的靜壓效率。

              3.1.4 最高效率高,高效運行范圍廣。對旋風機比前置導葉兩級風機的最高效率高出約 8% 比后置靜葉型兩級普礦用風機最高效率高 4% 5% 其高效運行范圍廣 [2]

              3.1.5 軸流對旋風機使用靈活。對旋風機兩級工作輪分別由兩臺電機驅動,因而對旋風機對應不同的使用狀態,可進行各式各樣的組合,使其中一級空轉可組成前導加動葉級或動葉加后導葉級,亦可配備一個靜葉作為附件,可以調節柵距以實現變風量調節。對旋風機可變轉速和兩轉子的轉速比來調節流量,這是對旋風機所特有的

              3.1.6 軸流對旋風機,有良好的逆向送風性能,回風量可達到 60% 70% 送風量。由于對旋風機可以利用電機的反轉反風,既不需建擴散器和擴散塔,也不需建風機房和反風道,施工工藝簡單,因此可大大縮短工期。與其他風機相比,其輔助設備少,控制環節少,平安可靠性好,可節約 70% 土建工程費。

              3.2 對旋風機設計中存在問題

              3.2.1 對旋風機中電動機的散熱問題。由于在對旋軸流式礦用風機中,電機是與葉輪直聯,固定于風機中,電機工作在含有高瓦斯濃度的氣體之中,所以就無法使用風機中自身風流來散熱。而普通軸流式風機,電機置于自由大氣中,可以充分利用這個得天獨厚的條件。

              3.2.2 電機的防爆問題。與普通軸流風機的電機放在風機外面相比,相當于把井上主扇送回到井下的惡劣環境中,因此電機要防爆。但是風機的 II 級電機隔流腔內可能存在瓦斯超限。隨著抽出式對旋風機的投入使用,發現其第一級風機的 I 級電動機隔流腔內瓦斯濃度達到 0.1% 0.3% 與周圍環境中的瓦斯濃度相同,不存在平安隱患;而其第二級風機的 II 級電動機隔流腔內瓦斯濃度達到 2.2% 2.8% 存在著隔流腔內瓦斯濃度超限問題,造成 II 級電動機周圍瓦斯聚集。

              3.2.3 軸伸端軸承使用壽命短。由于風機葉片發生的軸向力、旋轉系統的剩余不平衡力、電磁拉力、風量風壓變化將產生的推力等,這些風機運轉中的徑向力、軸向力形成當量動負荷,對軸承壽命威脅是致命的損壞因素。所以靠近電機軸伸端的軸承容易抱軸、燒毀,嚴重時整個定子繞組被燒毀,這不僅降低了軸承的使用壽命,同時降低了風機的使用壽命。這一點尤其在局扇上較為突出。

              3.2.4 軸流式礦用風機后級電機容易燒壞。軸流礦用風機壓力大,通風距離長,通風距離與流量成反比,只要通風距離稍微增大,如果兩級葉輪設計的匹配性不好, II 級電機負載增加比第一級快,當達到一定通風距離時,雖然兩級風機的總功率尚未達到單級的 2 倍,但是 II 級電機的負載已遠遠超出了額定功率,造成 II 級電機的超載運行,從而導致電機的燒毀。

              3.2.5 如果沒有消聲裝置,風機的噪聲大。煤礦因為風機的噪聲大,而掩埋了其它設備不正常運轉聲音和其他報警聲音,從而導致了不少的惡性事件。降低風機的噪聲,勢在必行。

              4 針對以上問題的解決措施

              4.1 針對對旋風機中電機散熱的問題

              由風機的工作環境 ( 含有大量瓦斯和煤塵,氣體濕潤 ) 決定了電機不能由風機的風流來冷卻,而且電機還必須和風機內的爆炸性氣體隔離,這種情況下,經過專家的研究,采用了隔流腔結構。隔流腔的結構如圖 2

              圖 2 結構中,電機被一特殊的密閉腔密閉,使電機不僅能夠通過進、出氣翼管從風道之外獲得新鮮風流來冷卻,而且有效地防止了因電氣火花點燃瓦斯而引起瓦斯煤塵爆炸事故。

              4.2 針對電機的防爆問題

              針對對旋風機的工作環境,電機的防爆是最重要的問題。當然首先應該選用防爆電機,其次就是隔離電機。隔離同樣采取上述結構圖中的方式,相對 I 級主風流道而言, I 級隔流腔內氣體處于正壓狀態,主風流道的含瓦斯氣體的污風不可能向 I 級隔流腔泄漏, I 級隔流腔內的 I 級電動機始終處于新鮮風流下工作,不存在平安隱患;而 II 級主風流道的風流則處于正壓狀態,遠高于 II 級隔流腔中的靜壓,因此, II 級主風流道中含瓦斯氣體的污風可能向 II 級隔流腔中泄漏,其泄漏有 3 個途徑 : ①隔流腔焊縫不連續、不嚴實,導致瓦斯從焊縫處內泄 ; ② 電動機裝置面及隔流腔后蓋處密封不好,導致瓦斯內泄 ; ③電動機軸承處泄漏。前兩種情況可以通過加強焊接質量、電動機裝置面加強密封等技術措施解決,但對軸承處的泄漏,可以采用負壓腔體結構,負壓腔安裝在 II 級電動機軸伸端的軸承前端,通過負壓腔的裝置,可以使 II 級電機隔流腔內的氣壓大于流道內的壓力,有效的防止了有害氣體進入 II 級隔流腔,解決了 II 級隔流腔內瓦斯的超限問題 [5]

              4.3 針對電動軸伸端軸承使用壽命短的問題

              經研究也提出了一些整改措施。對旋風機在運行時軸承不僅承受徑向力,尤其對于高壓風機軸承還承受著很大軸向力。臨時在這種情況下工作就會導致軸承燒壞、抱軸的危險。通過合理設計軸承室的結構,改進軸承結構的方式,合理選用耐高溫的潤滑脂,來防止軸承的損壞,延長軸承的使用壽命,從而延長了風機的使用壽命。

              4.4 針對軸流式礦用風機后級電機容易燒壞的問題

              后級電機容易燒壞,從現場電機燒毀的情況來看,主要原因 : 一是長距離送風時風量減少,電機冷卻效果不好;二是長距離送風時, II 級電機的負載增大,超載運行。因此,解決電機燒毀問題時,必需從這三個方面入手 : 第一,可以通過提高電動機的散熱效果著手,這一點,上面已經論述過。第二,改進葉型結構,防止電機超載運行。第三,合理分配風機前后兩級葉輪的壓力負載。改進前后的風機性能功率曲線圖 3 由圖中可以看出改進設計后,一級風機的最大功率有所增大,而二級風機的最大功率減少,減小的幅度大于一級葉輪增大的幅度。當通風阻力 ( 距離 ) 發生變化時,第一級風機的負載首先達到最大值,然后逐漸減小,而第二級風機的負載隨通風距離的增大而增大,直至達到最大值,然后通風阻力再增大時,第二級風機的輸出功率將逐漸減少,輸出功率最大值不超過額定功率的 95% 使 II 級電機輸出功率永不過載 [8]

              4.5 針對如果沒有消聲裝置 , 風機噪聲大的問題

              風機只要運轉,就會有噪聲,風機的噪聲的大小也是衡量一個風機好壞的規范。礦用風機在工作時,發生的噪聲主要包括空氣動力性噪聲和機械性噪聲。其中,空氣動力性噪聲的強度最大,礦用風機噪聲的主要成分。空氣動力性噪聲又包括旋轉噪聲和渦流噪聲。旋轉噪聲屬于偶極子聲源,主要與葉片數和轉速有關,其強度大致與速度的 10 次方成正比。渦流噪聲的強度與氣流速度的 6 次方成正比。從礦用風機噪聲產生的機理及其特性可以看出,最優化的氣動性能設計是獲得最低空氣動力性噪聲的根本方法。此外,其通流部位的合理設計與匹配不但可以獲得較高的效率,而且其噪聲也可得到控制。可以通過增加葉柵氣動力載荷,盡可能降低圓周速度,適當減小輪轂比,降低軸向速度,不等間距動葉和合理的葉片數,合理的軸向間隙和徑向間隙,采用彎掠葉片的方法來降低風機噪聲。上面是從聲源上控制噪聲,為了防止噪聲的傳達,可以從傳播體途徑上控制噪聲。對于局扇,礦用風機輻射的噪聲中,其進出口部位輻射的噪聲強度最大。抑制這部分噪聲最有效的措施是礦用風機的進出氣口安裝消聲器。目前在市場上的消聲器很多,對旋風機應用較多的穿孔板消聲器。消聲材料夾放在風機的內筒和外筒之間,內筒為微穿孔板結構,內筒可以從外筒中抽出,方便消聲材料的更換或者清洗。消聲材料的裝置如圖 4

              對于主扇,一般采用加裝隔聲罩或蓋風機房。加裝隔聲罩就是將礦用風機用密閉的罩包圍起來,罩內可加吸聲結構,噪聲在罩內多次反射,大部分聲能被吸收,使噪聲大大降低。現場采用較多的蓋風機房,房內采取隔聲、加消聲器等措施,這樣機房內的噪聲雖然較大,但外界噪聲則小得多。

              5 結論

              只有很好的掌握對旋風機的特點以及可能存在問題,風機的設計才干優化,風機設計的優化不只對煤礦的平安生產提供了有效的保證,同時也可以提高風機的效率,為國家節約了大量的不必要的浪費。本文所說的一些對旋風機的特點都是實踐應用中總結出來的并且都得到相應的解決。

               

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