礦井通風機主要參數(shù)的含義
礦井通風機的作用就是把地面新鮮空氣送到井下,供工人呼吸,同時把有害氣體從井下排出,使有害氣體的濃度降到對人體無害的程度,在現(xiàn)代化煤礦中稱通風機為“礦井的肺臟”,可見其重要性。風機的參數(shù)是風機選型的唯一依據(jù),因此正確理解和計算風機的參數(shù)是風機選型的基礎(chǔ)。
風機的主要參數(shù)包括氣體流量、壓力、溫度、密度、氣體介質(zhì)、轉(zhuǎn)速、功率、效率等,氣體的流量、壓力、密度是風機選型的三大參數(shù),下面就詳細解釋一下部分主要參數(shù)的含義。
1 氣體的流量
風機在單位時間內(nèi)所輸送的氣體數(shù)量被稱為流量,通常用Q表示。風機的流量可以用體積流量和質(zhì)量流量來表示,體積流量(Qv)的單位是m3/s,質(zhì)量流量(Qm)的單位是kg/s。
Qm =ρQv
其中ρ為氣體的密度,kg/m3
在流道內(nèi),通常質(zhì)量流量是不變的,但由于介質(zhì)密度的變化,所以流道內(nèi)不同位置的體積流量是改變的。
通常都用體積流量來表示風機的流量。
需要注意的是,風機的體積流量與密度有關(guān),密度與氣體的狀態(tài)(溫度、壓力等)有關(guān),還與海拔有關(guān),因此體積流量指的是一定狀態(tài)下的氣體流量。由于風機的進口和出口氣體狀態(tài)不一樣,因此風機的進口體積流量與出口體積流量也是不同的。通常,風機的流量指的是風機的進口體積流量。
風機的體積流量按照氣體的流速計算得到:
Qv=vA
其中:
A為截面的截面積,m2
V為氣體的流速,m3/s 。速度取該截面的均方根值。
2 壓力
為了進行正常通風,需要有克服礦井風道的阻力的壓力,風機必須有這種壓力。風機的壓力分為靜壓、動壓、全壓。
風機靜壓PS是指氣體對平行于氣流的物體表面作用的壓力, 靜壓是克服礦井風道阻力的壓力,靜壓是通過垂直于表面的孔測量出來的。
氣體流動需要動能,把該動能轉(zhuǎn)化為壓力的形式即為動壓Pd,
Pd=1/2ρv2
其中:
ρ為氣體的密度,kg/ m3
V為氣體的流速,m3/s
全壓為動壓與靜壓之和。
Pt=PS+ Pd
風機的全壓升是指風機出口的全壓與進口的全壓之差。
ΔPt=Pt2-Pt1
風機的靜壓升是指風機出口的靜壓與進口的靜壓之差。
ΔPS=PS2-PS1
3 密度的修正
風機輸送介質(zhì)的密度對風機的性能有很大的影響,風機的壓力與介質(zhì)的密度成正比,在風機選型的時候必須考慮密度的影響。
根據(jù)風機的相似定律,風機的壓力與密度成正比。
所以風機提供的壓力隨密度的變小而減小。
可以看出,隨著介質(zhì)密度的減小,風機的性能也隨之降低。
影響密度的因素:
1) 氣體溫度
2) 海拔高度(大氣壓力)
對礦井風機來說,因為井下的氣體溫度都差不多,可以按20度考慮。
海拔高度對密度的影響可以按下面的曲線查詢,橫坐標為海拔高度,縱坐標為密度。
4 風機效率
風機的效率是指被輸送的介質(zhì)的有功功率與電機功率的比值,其計算公式如下:
η=kPQ/N
其中:
η:風機效率
k: 壓縮系數(shù), 通??梢匀?span lang="EN-US" style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;">0.99。
P:風機壓力,Pa
Q:流量,m3/s
N:電機輸入功率,kW
根據(jù)壓力的不同,風機的效率可以用全壓效率和靜壓效率來表示,上面公式中的壓力如果使用全壓,那么計算的效率就是全壓效率;上面公式中的壓力如果使用靜壓,那么計算的效率就是靜壓效率。
雖然對用戶有用的是靜壓,但風要流動就必須有動壓,因此使用全壓效率來表示風機的效率更為合理,所以國內(nèi)外大都使用全壓效率。
風機效率是衡量風機是否節(jié)能的重要指標,風機的效率通常要按照GB/T 10178-2006《工業(yè)通風機現(xiàn)場性能試驗》進行。
5 礦井風機的選型
對于礦井來說,風機的作用是把井下的廢氣抽出來,因此風機需要克服風井的系統(tǒng)阻力,通常風井的系統(tǒng)阻力用井口負壓PS1來表示,該井口負壓指的是此處的靜壓。
風機選型時需要考慮從井口到風機出口的損失,包括:
風機風道的損失ΔPS1、風機本體的損失ΔPS2、過渡段的損失ΔPS3、消音器的損失ΔPS4等 ,如下圖所示:
所以風機需要克服的總阻力為:
PS= PS1+ΔPS1+ΔPS2+ΔPS3+ΔPS4
由于礦井風機的出口為敞開式排到大氣中,因此出口的靜壓近似為零,所以風機的靜壓升近似與風機的總阻力相等:
ΔPS= PS
從上面的分析可以看出,風機必須考慮各項壓力損失,才能滿足井口的負壓,如果風機供貨商不考慮這些損失,僅按照風機的井口負壓來選型,那么在實際運行中,風機是無法滿足井口的負壓的,這就意味著風機滿足不了礦井需要的風量。
下面舉例來說明一下:
某煤礦需要的風機參數(shù)如下:
風量:224m3/s
井口負壓:3214 Pa
風機供貨商需要根據(jù)風機的布置情況計算各項損失,經(jīng)過計算損失如下:
ΔPS1=120 Pa
ΔPS2=130 Pa
ΔPS3=90Pa
ΔPS4=150Pa
所以風機的靜壓升為:
ΔPS= PS=
PS1+ΔPS1+ΔPS2+ΔPS3+ΔPS4=3704 Pa。
風機靜壓升為井口負壓的1.15 倍,風機選型時靜壓升應按照3704Pa來選型,而不是井口負壓3214 Pa。
6 結(jié)束語
通過上面對風機基本參數(shù)的解釋,定義了風機的流量、壓力、效率等參數(shù),明確了各項參數(shù)的意義,并針對礦井抽出式風機根據(jù)井口負壓得選型進行了分析,風機的選型靜壓升需要考慮井口負壓和各項損失之和,這樣如果不同風機供貨商都按照上面的方法來計算風機,基準點都是一致的,可以確保所選的風機滿足礦井的需求,同時也可以在同一基準下比較不同供貨商的風機性能,比如風機的效率。
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