矿井主要通风机选型设计
矿井主要通风机选型设计
矿井主要通风机选型设计
矿井主要通风机是煤矿生产中的重要固定设备，它担负着向井下输送新鲜空气、排除有害有毒气体、创造良好生产环境，确保矿井安全生产的重任。选型设计当否，对保证矿井正常通风，确保矿井安全生产，具有决定性意义。选型设计的主要任务，就是根据给定的原始资料，在已有的风机系列产品中，选择适合矿井需要的风机类别及型号，以及与之配套的电动机。主通风机功率大，耗能多，除要求其可靠之外，还应有较高的经济性。
一、原始资料
1.通风系统：中央边界式（进风井位于井田中央，出风井位于井田上部边界）。
2.通风方式：抽出式。
3.矿井所需风量Q=89 m3/s 。
4.矿井通风阻力h:
初期（投产时）最小负压：h min =2650 Pa。
末期（达产时）最大负压：h mox =3650 Pa。
5.沼气等级：低诏气矿井。
6.供电电压：6000V.（或1140V、660V、380V）。
7.服务年限：50年。
8.进出风井口标高基本相同，自然风压忽略不计。
9.风井不作提升之用。
二、设计步骤
选型设计时，按照如下步骤，进行各方案计算；
1.计算通风机必须产生的风量和负压；
2.选择通风机的类型和型号；
3.求实际工况点及工况参数；
4.计算电动机的必须容量并选择电动机；
5.计算耗电量；
6.筛选并确定方案。
三、计算风源必须产生的风量和负压
原始资料仅提供矿井通风的风量和负压，并不包括通风设备中风源以外的风道及装置漏风和阻力损失。因此，应求出风源必须产生的风量和负压。
1.风源必须产生的风量
风源必须产生的风量按下式计算：
Q y=KQ=1.1×89=102.35 m3/s
式中：Q－矿井所需风量（m3/s）
K－设备漏风系数。风井不作提升用途，K取1.15；
2.风源必须产生的负压
在通风容易时期：H′y.st=h min+∑'?h=2800Pa
在通风困难时期：H″y.st=h max+∑"?h=3800Pa
式中：h min和h max－通风容易时期和通风困难时期矿井负压（Pa）；
∑'?h和∑"?h－通风设备中，除风源以外的风道和辅助装置中风
压损失。作为估计，∑'?h、∑"?h都取150Pa 。
四、选择风机型号及台数
根据计算得到的通风机必须产生的风量，以及通风容易时期和通风困难时期的风压，在通风机产品样本中选择合适的通风机。
利用风源个别特性进行选型时，仅需根据前面计算的设计工况K′(Q y, H′y.st)和K″（Q y, H″y.st）直接在特性曲线中查找即可。查找时，必须遵循以下两条原则：
①两个设计工况点K′（通风容易时期的工况点）和K″（通风困难时期的工况点）均应落在工业利用区内，即效率≥70％，通风困难时期的最大静压H″y st应小于风源装置最大静压H y st max的90％；
②通风困难时期使用的叶片安装角应比叶片的最大安装角小3°～5°。
新型矿井优先选择轴流式通风机，并根据以上原则，确定两种风机选择方案：
方案一：选用2K60-4-№24轴流通风机2台，1台工作，1台备用，风机转速为750r/min。
方案二：选用FBCDZ-8-№26C 轴流通风机2台，1台工作，1台备用。风机转速为740r/min
四、求实际工况点及工况参数
实际工况点为等效网路静压特性曲线与风机装置静压特性曲线的交点。风机装置静压特性曲线是风机厂家提供的特性曲线，是已知曲线。等效网路静压特性曲线是根据矿井的通风参数需要求作的曲线，求作方法如下：
1.计算等效网路静压阻力系数R R=.2y st
y H Q
式中: H y.st －矿井负压，在两曲线的交点处，等于风源必须产生的静压
（Pa ）；
Q y －网路风量，在两曲线的交点处，等于风源必须产生的风量
（m 3/s ）。
将通风容易时期和通风困难时期的静压和风量分别代入，即可得出不同时期的等效网路阻力系数R ′和R ″。
R ′=2800/102.352=0.2673 R ″=3800/102.352=0.3627
2.求等效网路静压特性方程
等效网路静压特性方程如下：
通风容易时期：h ′=R ′Q 2Y =0.2673 Q 2Y (Pa)；
通风困难时期：h ″=R ″Q 2y
= 0.3627Q 2Y (Pa)。 3.作等效网路静压特性曲线
以适当的Q y 值分别代入上二式，将h ′=R ′Q 2Y 和h ″=R ″Q 2y 曲线绘于
上述两方案的风机特性曲线图上，1M 和2M 分别为通风容易时期
和通风困难时期的工况点，求出等效网路静压特性曲线上各坐标的参数，然后求点描迹，即可求出通风容易时期和通风困难时期的等效网路静压特性曲线。
工况点曲线图绘制说明：
根据公式h ′=R ′Q 2Y 和h ″=R ″Q 2y 分别取不同风量作为通风网路特性
曲线1h 、2h 。
通风容易时期：''2y h R Q =
11h -=0.2673×402=427.68Pa
12h -=0.2673×602=962Pa
13h -=0.2673×802=1710Pa
14h -=0.2673×102.352=2800Pa
15h -=0.2673×1202=3849Pa
16h -=0.2673×1402=5239Pa
通风困难时期：''''2y h R Q =
21h -=0.3627×402=580Pa 22h -=0.3627×602=1306Pa
23h -=0.3627×802=2321Pa
24h -=0.3627×102.352=3800Pa
25h -=0.3627×1202=5223Pa 26h -=0.3627×1402=7108Pa
该两条曲线与风机静压特性曲的交点，即为实际工况点，该点所对应的参数即为实际工况点参数。上述两方案的工况点都位于工业利用区内，选型都是正确的。
五、确定调节方法
对轴流式通风机，均采用改变叶片安装角度的方法对工况进行调节。初期安装角运行一定时期后，随着井下巷道的延伸，通风阻力会逐渐增大，风量会逐渐减小，当风量减小到不能满足通风要求时，就必须将风机叶片的角度向大一挡的方向调整。FBCDZ 系列，初期安装角若为“0”度，则应调至“＋3°”，对2K60系列，初期安装角若为25°，则应调至30°。
六、选择电动机
在通风容易时期和通风困难时期，电动机必须输出的功率分别为：
通风容易时期：N ′＝c st y st
y y H Q ηη''..1000.（kW ）
通风困难时期：N ″＝c
st y st
y y H Q ηη"".1000..（kW ） 式中：η′y.st 和η″y.st －通风容易时期和通风困难时期的风机效率；
ηc－电机与风机之间的传动效率;
FBCDZ系列为直接传动，ηc＝1；
其余系列均为联轴器传动. ηc＝0.98。
方案一工况参数表如下：
102.35
方案二工况参数表如下：
102.35
方案一电机选择：
N d=1.2N″=1.2×481.6=578kW
根据计算选用主通风机配套电机型号为：TB350S2-8，功率为：2×355kW
方案二电机选择：
N d =1.2N ″=1.2×457.6=559kW
根据计算选用主通风机配套电机型号为：YBFe450M 2-8，功率为：2×315kW
七．平均年电耗
由于通风网路阻力系数随着开采工作的推移而变化，工况点和电耗也随之而变。因此，难以非常精确地计算能耗。
对于通风网路阻力系数变化不大，而且中期无需进行调节的通风机，可按下式计算电耗：
E=w
d N N ηη2"'+﹒r ﹒T (kW ﹒h) 式中：ηd －电机效率；取0.95.
ηw －电网效率；取0.85.
r －每天工作小时数；取24.
T －每年工作昼夜数。取365
方案一平均年电耗： E=w
d N N ηη2"'+﹒r ﹒T=4380×（367＋481.6）/(0.95×0.85) =4602932.5 kW ﹒h
方案二平均年电耗： E=w
d N N ηη2"'+﹒r ﹒T=4380×（345＋457.6）/(0.95×0.85) =4353421.7 kW ﹒h
八、方案的比较与确定
进行方案比较时，可从安全可靠和经济性两方面进行比较，安全可靠的主要指标是角度余量和风压余量，即在通风困难时期使用的叶片安装角度是否满足比最大安装角小3°～5°和使用的风压是否小于最大风压的90％。经济性的主要指标是平均效率，最低效率和平均年电耗。显而易见：在保证安全可靠的前提下，效率越高，年电耗越小，方案就越合理。
经过上述两方案的安全可靠性、效率、年平均电耗分析比较后，确定方案二为最佳方案。
九、风机及配套电机数量的确定
选用FBCDZ-8-№26C轴流通风机2台，1台工作，1台备用。风机转速为740r/min，主通风机配套电机型号为：YBFe450M2-8，功率为：2×315kW。
参考资料：
1.《煤炭工业设备手册》上册，中国矿业大学出版社1992。
2.《采矿设计手册》4，矿山机械篇，中国建筑工业出版社，1986
3.《机械设计手册》第五册，化学工业出版社，第三版2001，第四版2002
4.《煤矿电工手册》第一分册，（新版精装）
5. FBCDZ、2K60系列风机特性曲线图汇编等效网路静压特性曲线图附图如下：
方案一：2K60矿用轴流式通风机特性曲线图
方案二：FBCDZ-8-№26C轴流式通风机特性曲线图