礦用風(fēng)機(jī)（對旋軸流風(fēng)機(jī)）的優(yōu)缺點--益大風(fēng)機(jī)（山東）有限公司-益大風(fēng)機(jī)（山東）有限公司

1 引言

礦用風(fēng)機(jī)堪稱煤礦的肺臟 ” 礦用風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率的高低以及可靠性型問題是煤礦關(guān)心的焦點。由于局部老礦井風(fēng)機(jī)老化，運(yùn)行效率低，正逐漸被高效節(jié)能風(fēng)機(jī)所代替，各種各樣的風(fēng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，對旋風(fēng)機(jī)就是引進(jìn)國外 80 年代新技術(shù)經(jīng)消化吸收后研制生產(chǎn)的礦用礦用風(fēng)機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。以其壓力高、流量大、高效、結(jié)構(gòu)緊湊、反風(fēng)容易的特點深受煤礦的青睞。但是經(jīng)過臨時的實踐證明，對旋軸流礦用風(fēng)機(jī)還存在一些缺陷，本文針對這些問題提出整改措施。

2 結(jié)構(gòu)特點

對旋式軸流礦用風(fēng)機(jī)一般由集流器、前后主風(fēng)筒、擴(kuò)散器組成。一級、二級葉輪直連在電機(jī)軸上，電機(jī)均置于風(fēng)筒內(nèi)，兩級葉輪互為導(dǎo)葉，工作時兩級葉輪反向旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)簡圖如圖 1

3 礦用對旋軸流風(fēng)機(jī)的優(yōu)越性以及設(shè)計和使用注意問題

3.1 對旋風(fēng)機(jī)的優(yōu)越性

3.1.1 傳動效率高。葉輪直接安裝在電機(jī)軸上，改變了保守的傳動結(jié)構(gòu)，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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)最高壓力點的壓力值較高，一般比普通帶后導(dǎo)的軸流風(fēng)機(jī)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(jié)構(gòu)，減少了兩級工作輪之間中的導(dǎo)葉，降低了風(fēng)機(jī)內(nèi)部阻力損失，提高了風(fēng)機(jī)的靜壓效率。

3.1.4 最高效率高，高效運(yùn)行范圍廣。對旋風(fēng)機(jī)比前置導(dǎo)葉兩級風(fēng)機(jī)的最高效率高出約 8% 比后置靜葉型兩級普礦用風(fēng)機(jī)最高效率高 4% 5% 其高效運(yùn)行范圍廣 [2]

3.1.5 軸流對旋風(fēng)機(jī)使用靈活。對旋風(fēng)機(jī)兩級工作輪分別由兩臺電機(jī)驅(qū)動，因而對旋風(fēng)機(jī)對應(yīng)不同的使用狀態(tài)，可進(jìn)行各式各樣的組合，使其中一級空轉(zhuǎn)可組成前導(dǎo)加動葉級或動葉加后導(dǎo)葉級，亦可配備一個靜葉作為附件，可以調(diào)節(jié)柵距以實現(xiàn)變風(fēng)量調(diào)節(jié)。對旋風(fēng)機(jī)可變轉(zhuǎn)速和兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比來調(diào)節(jié)流量，這是對旋風(fēng)機(jī)所特有的

3.1.6 軸流對旋風(fēng)機(jī)，有良好的逆向送風(fēng)性能，回風(fēng)量可達(dá)到 60% 70% 送風(fēng)量。由于對旋風(fēng)機(jī)可以利用電機(jī)的反轉(zhuǎn)反風(fēng)，既不需建擴(kuò)散器和擴(kuò)散塔，也不需建風(fēng)機(jī)房和反風(fēng)道，施工工藝簡單，因此可大大縮短工期。與其他風(fēng)機(jī)相比，其輔助設(shè)備少，控制環(huán)節(jié)少，平安可靠性好，可節(jié)約 70% 土建工程費(fèi)。

3.2 對旋風(fēng)機(jī)設(shè)計中存在問題

3.2.1 對旋風(fēng)機(jī)中電動機(jī)的散熱問題。由于在對旋軸流式礦用風(fēng)機(jī)中，電機(jī)是與葉輪直聯(lián)，固定于風(fēng)機(jī)中，電機(jī)工作在含有高瓦斯?jié)舛鹊臍怏w之中，所以就無法使用風(fēng)機(jī)中自身風(fēng)流來散熱。而普通軸流式風(fēng)機(jī)，電機(jī)置于自由大氣中，可以充分利用這個得天獨(dú)厚的條件。

3.2.2 電機(jī)的防爆問題。與普通軸流風(fēng)機(jī)的電機(jī)放在風(fēng)機(jī)外面相比，相當(dāng)于把井上主扇送回到井下的惡劣環(huán)境中，因此電機(jī)要防爆。但是風(fēng)機(jī)的 II 級電機(jī)隔流腔內(nèi)可能存在瓦斯超限。隨著抽出式對旋風(fēng)機(jī)的投入使用，發(fā)現(xiàn)其第一級風(fēng)機(jī)的 I 級電動機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 0.1% 0.3% 與周圍環(huán)境中的瓦斯?jié)舛认嗤?，不存在平安隱患；而其第二級風(fēng)機(jī)的 II 級電動機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到 2.2% 2.8% 存在著隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，造成 II 級電動機(jī)周圍瓦斯聚集。

3.2.3 軸伸端軸承使用壽命短。由于風(fēng)機(jī)葉片發(fā)生的軸向力、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的剩余不平衡力、電磁拉力、風(fēng)量風(fēng)壓變化將產(chǎn)生的推力等，這些風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的徑向力、軸向力形成當(dāng)量動負(fù)荷，對軸承壽命威脅是致命的損壞因素。所以靠近電機(jī)軸伸端的軸承容易抱軸、燒毀，嚴(yán)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(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)后級電機(jī)容易燒壞。軸流礦用風(fēng)機(jī)壓力大，通風(fēng)距離長，通風(fēng)距離與流量成反比，只要通風(fēng)距離稍微增大，如果兩級葉輪設(shè)計的匹配性不好， II 級電機(jī)負(fù)載增加比第一級快，當(dāng)達(dá)到一定通風(fēng)距離時，雖然兩級風(fēng)機(jī)的總功率尚未達(dá)到單級的 2 倍，但是 II 級電機(jī)的負(fù)載已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了額定功率，造成 II 級電機(jī)的超載運(yùn)行，從而導(dǎo)致電機(jī)的燒毀。

3.2.5 如果沒有消聲裝置，風(fēng)機(jī)的噪聲大。煤礦因為風(fēng)機(jī)的噪聲大，而掩埋了其它設(shè)備不正常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音和其他報警聲音，從而導(dǎo)致了不少的惡性事件。降低風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)中電機(jī)散熱的問題

由風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境 ( 含有大量瓦斯和煤塵，氣體濕潤 ) 決定了電機(jī)不能由風(fēng)機(jī)的風(fēng)流來冷卻，而且電機(jī)還必須和風(fēng)機(jī)內(nèi)的爆炸性氣體隔離，這種情況下，經(jīng)過專家的研究，采用了隔流腔結(jié)構(gòu)。隔流腔的結(jié)構(gòu)如圖 2

圖 2 結(jié)構(gòu)中，電機(jī)被一特殊的密閉腔密閉，使電機(jī)不僅能夠通過進(jìn)、出氣翼管從風(fēng)道之外獲得新鮮風(fēng)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(jī)的防爆問題

針對對旋風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境，電機(jī)的防爆是最重要的問題。當(dāng)然首先應(yīng)該選用防爆電機(jī)，其次就是隔離電機(jī)。隔離同樣采取上述結(jié)構(gòu)圖中的方式，相對 I 級主風(fēng)流道而言， I 級隔流腔內(nèi)氣體處于正壓狀態(tài)，主風(fēng)流道的含瓦斯氣體的污風(fēng)不可能向 I 級隔流腔泄漏， I 級隔流腔內(nèi)的 I 級電動機(jī)始終處于新鮮風(fēng)流下工作，不存在平安隱患；而 II 級主風(fēng)流道的風(fēng)流則處于正壓狀態(tài)，遠(yuǎn)高于 II 級隔流腔中的靜壓，因此， II 級主風(fēng)流道中含瓦斯氣體的污風(fēng)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(xù)、不嚴(yán)實，導(dǎo)致瓦斯從焊縫處內(nèi)泄 ; ② 電動機(jī)裝置面及隔流腔后蓋處密封不好，導(dǎo)致瓦斯內(nèi)泄 ; ③電動機(jī)軸承處泄漏。前兩種情況可以通過加強(qiáng)焊接質(zhì)量、電動機(jī)裝置面加強(qiáng)密封等技術(shù)措施解決，但對軸承處的泄漏，可以采用負(fù)壓腔體結(jié)構(gòu)，負(fù)壓腔安裝在 II 級電動機(jī)軸伸端的軸承前端，通過負(fù)壓腔的裝置，可以使 II 級電機(jī)隔流腔內(nèi)的氣壓大于流道內(nèi)的壓力，有效的防止了有害氣體進(jìn)入 II 級隔流腔，解決了 II 級隔流腔內(nèi)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(jīng)研究也提出了一些整改措施。對旋風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時軸承不僅承受徑向力，尤其對于高壓風(fēng)機(jī)軸承還承受著很大軸向力。臨時在這種情況下工作就會導(dǎo)致軸承燒壞、抱軸的危險。通過合理設(shè)計軸承室的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)軸承結(jié)構(gòu)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(fēng)機(jī)的使用壽命。

4.4 針對軸流式礦用風(fēng)機(jī)后級電機(jī)容易燒壞的問題

后級電機(jī)容易燒壞，從現(xiàn)場電機(jī)燒毀的情況來看，主要原因 : 一是長距離送風(fēng)時風(fēng)量減少，電機(jī)冷卻效果不好；二是長距離送風(fēng)時， II 級電機(jī)的負(fù)載增大，超載運(yùn)行。因此，解決電機(jī)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(jī)的散熱效果著手，這一點，上面已經(jīng)論述過。第二，改進(jìn)葉型結(jié)構(gòu)，防止電機(jī)超載運(yùn)行。第三，合理分配風(fēng)機(jī)前后兩級葉輪的壓力負(fù)載。改進(jìn)前后的風(fēng)機(jī)性能功率曲線圖 3 由圖中可以看出改進(jìn)設(shè)計后，一級風(fēng)機(jī)的最大功率有所增大，而二級風(fēng)機(jī)的最大功率減少，減小的幅度大于一級葉輪增大的幅度。當(dāng)通風(fēng)阻力 ( 距離 ) 發(fā)生變化時，第一級風(fēng)機(jī)的負(fù)載首先達(dá)到最大值，然后逐漸減小，而第二級風(fēng)機(jī)的負(fù)載隨通風(fēng)距離的增大而增大，直至達(dá)到最大值，然后通風(fēng)阻力再增大時，第二級風(fēng)機(jī)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(jī)輸出功率永不過載 [8]

4.5 針對如果沒有消聲裝置 , 風(fēng)機(jī)噪聲大的問題

風(fēng)機(jī)只要運(yùn)轉(zhuǎn)，就會有噪聲，風(fēng)機(jī)的噪聲的大小也是衡量一個風(fēng)機(jī)好壞的規(guī)范。礦用風(fēng)機(jī)在工作時，發(fā)生的噪聲主要包括空氣動力性噪聲和機(jī)械性噪聲。其中，空氣動力性噪聲的強(qiáng)度最大，礦用風(fēng)機(jī)噪聲的主要成分?？諝鈩恿π栽肼曈职ㄐD(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲屬于偶極子聲源，主要與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，其強(qiáng)度大致與速度的 10 次方成正比。渦流噪聲的強(qiáng)度與氣流速度的 6 次方成正比。從礦用風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理及其特性可以看出，最優(yōu)化的氣動性能設(shè)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(shè)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?？梢酝ㄟ^增加葉柵氣動力載荷，盡可能降低圓周速度，適當(dāng)減小輪轂比，降低軸向速度，不等間距動葉和合理的葉片數(shù)，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(fēng)機(jī)噪聲。上面是從聲源上控制噪聲，為了防止噪聲的傳達(dá)，可以從傳播體途徑上控制噪聲。對于局扇，礦用風(fēng)機(jī)輻射的噪聲中，其進(jìn)出口部位輻射的噪聲強(qiáng)度最大。抑制這部分噪聲最有效的措施是礦用風(fēng)機(jī)的進(jìn)出氣口安裝消聲器。目前在市場上的消聲器很多，對旋風(fēng)機(jī)應(yīng)用較多的穿孔板消聲器。消聲材料夾放在風(fēng)機(jī)的內(nèi)筒和外筒之間，內(nèi)筒為微穿孔板結(jié)構(gòu)，內(nèi)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(fēng)機(jī)房。加裝隔聲罩就是將礦用風(fēng)機(jī)用密閉的罩包圍起來，罩內(nèi)可加吸聲結(jié)構(gòu)，噪聲在罩內(nèi)多次反射，大部分聲能被吸收，使噪聲大大降低?，F(xiàn)場采用較多的蓋風(fēng)機(jī)房，房內(nèi)采取隔聲、加消聲器等措施，這樣機(jī)房內(nèi)的噪聲雖然較大，但外界噪聲則小得多。

5 結(jié)論

只有很好的掌握對旋風(fēng)機(jī)的特點以及可能存在問題，風(fēng)機(jī)的設(shè)計才干優(yōu)化，風(fēng)機(jī)設(shè)計的優(yōu)化不只對煤礦的平安生產(chǎn)提供了有效的保證，同時也可以提高風(fēng)機(jī)的效率，為國家節(jié)約了大量的不必要的浪費(fèi)。本文所說的一些對旋風(fēng)機(jī)的特點都是實踐應(yīng)用中總結(jié)出來的并且都得到相應(yīng)的解決。