浅析动液可调式轴流风机在高河矿的应用

2022-05-14 10:00:06 | 浏览次数：

摘要:文章介绍了动液可调式矿井轴流风机的主要结构及特点,分析了轴流风机的各项工作原理、技术性能、耗能分析。并且根据在高河矿井的实际应用效果,肯定了使用其的成功性,并对其技术经济运行进行的可行性分析,指出了动液可调式轴流风机具有很高的推广应用价值。

关键词:动液可调轴流风机高瓦斯矿井煤矿通风安全生产

煤矿用风机是煤炭安全生产必不可少的关键设备之一。因为矿井下含有瓦斯等易燃易爆气体,只能依靠风机抽出和送入外界空气来降低其浓度,所以煤矿安全规程规定“以风定产”,即根据矿井通风量的多少来决定煤炭的开采量,从而保证煤矿安全长周期稳定生产。

目前矿井主要通风设备,通常使用离心式和轴流式两大类。离心式通风机因以离心式离心力形成风压而得名;轴流式通风机因气流沿轴向流动而得名;故一般来讲离心式通风机因适用于小流量、压力场所,而轴流式通风机则常用于大流量、低压力情况,并且各有不同特点。

高河矿井属高瓦斯矿井,矿井采用分区式通风系统,通风方式为抽出式,由主、副立井和小庄进风立井进风,中央回风立井和小庄回风立井回风。中央风井采用2台ANN-3392/1600B型矿用轴流式通风机,1台工作,1台备用。每台通风机配1台Y800-6型高压三相异步电动机(3600kW、10kV、990r/min)。小庄风井配备风机与中央风井风机相同。

1、结构分析

(1)动液可调轴流风机的作用机理。

高河矿所用风机为ANN-3392/1600B型动液可调轴流风机,各技术细节的设计均基于保障风机运行的安全性和质量要求。如图2所示:风机动液可调装置由液压缸、旋转油封、调节盘、调节臂、平衡块、叶片轴、轮毂和叶片等组成。其中,叶片由合金铝铸造而成,其应力分配关系经有限元计算如图1所示。由此可见,其根部为应力集中部位,所以轮毂采用B型,即其结构比普通型根部更为厚实,且可同时用于铝叶片和球墨铸铁叶片,如图3轮毂实际图所示。

此外,叶片平衡臂可100％平衡叶片本身在开和关二个方向的离心力。由此,通过液压缸和旋转油封及调节盘和调节臂的协同作用来调节叶片张开角度,从而产生所需的风量和压力来满足通风的实际需求。

(2)风机静止部件稳定可靠,叶轮机壳与叶片顶端之间的间隙很小,可保证较高的效率。叶轮经过仔细选材和部件设计,可确保寿命长、运行可靠。为达到设备的运行和维护的可靠性,轴承组是按前面描述的顺时针方向设计的。风机固有频率已经调整,以免因风机残余不平衡导致的振动达到共振的危险。叶轮的动平衡满足规定的平衡要求。

(3)风机转速恒定,但在运行过程中,风机的转子叶片角可以由液压系统调节,因此风机的负荷量可根据通风系统的具体要求进行调节。风机性能是基于矿井负荷通过总控制系统进行调节的。控制系统将设定点的调节信号直接传给安装在风机外的电动调节执行器上。电动调节执行器将此信号转换成扩散筒外调节臂的机械运动。调节臂带动风机内部的驱动装置,从而驱动了连接在驱动装置处的液压装置,这样就改变了叶片角度。各风机部件都是通过 PI逻辑图上所示的传感器和仪表来控制的。

2、性能分析

(1)不同工况点下压力与流量的关系。如图4所示,风机的性能可从工况点的电机功率富裕系数上来作初步的分析:初期为3,后期为1.9;叶片角度储备:初期为10°,后期为9°,大于5°;通风机工况区最高效率为88%,根据《通风机能效限定值及节能评价值》计算,该类型节能通风机效率应达到的最低保证值为69%,所以该风机属节能通风机;通风机不设反风道,采用电机反转的方式进行反风,初、后期反风风量均不小于正常风量的40%;反风功率:初期为720.1kW,后期为1297.9kW,均小于风机额定功率;反风时间小于10min;满足有关规程的要求。

(2)风机叶片调节方式为动叶可调,可在风机运转过程中调节风量、负压,以适应不同时期矿井通风的需要,最大限度的节约能耗,可以在最短的时间内测试风机性能曲线,大大减少了因测试停产带来的经济损失。另外实现动液可调还有启动力矩小、防喘振、风量调整方便等优点。

3、能耗分析

3.1 中央回风立井通风设备

计算依据。根据《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》AQl011-2005、《煤矿在用主通风机装置节能监测方法和判定规则》,可进行如下计算:

已知参数:采用2台ANN-3392/1600B型矿用轴流式通风机,电机功率3600kW,转速990r/min。

3.2 小庄回风立井通风设备

计算依据。根据《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》AQl011-2005、《煤矿在用主通风机装置节能监测方法和判定规则》,可进行如下计算分析:

已知参数:采用2台ANN-3392/1600B型矿用轴流式通风机,电机功率3600kW,转速990r/min。

3.3 能耗总结

经计算中央回风立井和小庄回风立井所选用风机的工序能耗,符合《煤矿在用主通风机装置节能监测方法和判定规则》中轴流式通风机工序能耗kWh/(Mm3·pa)的规定,初期工序能耗在煤矿工序能耗指标中为三等,后期工序能耗在煤矿工序能耗指标中为一等。

4、振动分析

由于振动使机械部件承担额外载荷,所以风机尽量在低振动状态下运行。风机运行状态的振动水平应在振动范围图的要求范围之内。