【正文】 800萬(wàn)礦用局部通風(fēng)機(jī)經(jīng)過近20年的發(fā)展，已形成生產(chǎn)廠家數(shù)量激增，產(chǎn)品規(guī)格繁多，產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格不高、價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈的格局。以全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)為研究手段建立集葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)、通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉片調(diào)節(jié)技術(shù)、CAD/CFD輔助設(shè)計(jì)、降噪技術(shù)等為一體的全三維粘性數(shù)值分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，掌握礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)集成的關(guān)鍵技術(shù)，研制高效低噪的礦用軸流局部通風(fēng)機(jī)。通過本課題礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)的改造，不僅可以提高礦用風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率以及降低氣動(dòng)噪音等，而且通過優(yōu)化設(shè)計(jì)還可提高礦用風(fēng)機(jī)通風(fēng)量10~20%，因此可從基本上消除普遍存在的礦井通風(fēng)能力不足等煤炭生產(chǎn)安全隱患。~8個(gè)煤礦針對(duì)各煤礦現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、通風(fēng)系統(tǒng)特點(diǎn)及通風(fēng)要求開展采用葉片優(yōu)化、葉輪優(yōu)化、通流部分優(yōu)化、葉片調(diào)節(jié)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)、電機(jī)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)匹配等各種節(jié)能技術(shù)集成的研究。自九十年代初，安全裝備所開發(fā)研制了葉輪直徑從φ300mm到φ1120mm，裝機(jī)容量從2110kW礦用對(duì)旋軸流式局部通風(fēng)機(jī)。4. 研制礦用風(fēng)機(jī)智能運(yùn)行控制模塊，進(jìn)行具有智能運(yùn)行控制功能的礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)集成示范。如仍達(dá)不到環(huán)保要求，則要配置消聲裝置。擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍,提高變負(fù)荷條件下風(fēng)機(jī)的效率,即運(yùn)行效率是風(fēng)機(jī)高效化的重要方面。3. 建立集葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)、通流部分優(yōu)化設(shè)計(jì)、葉片調(diào)節(jié)技術(shù)、電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)等為一體的全三維粘性數(shù)值分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)體系，掌握礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)集成的關(guān)鍵技術(shù)。（二）發(fā)展思路1. 深入煤礦和礦用風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，進(jìn)一步收集整理我國(guó)在役的7個(gè)系列（BY、70BG47472K、BD(K)和GAF系列）礦用主通風(fēng)機(jī)、5個(gè)系列（YBT、JBT、BKJ、BDJ、DSF系列）局部通風(fēng)機(jī)、5類礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（中央式、對(duì)角式、分區(qū)式、區(qū)域式和混合式通風(fēng)系統(tǒng)）及運(yùn)行控制系統(tǒng)（包括葉片調(diào)節(jié)系統(tǒng)、電機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)系統(tǒng)等）的有關(guān)資料和詳細(xì)技術(shù)參數(shù)。隨著我國(guó)煤礦采掘機(jī)械化水平的提高，巷道掘進(jìn)中產(chǎn)生的大量粉塵和沼氣，嚴(yán)重地污染井下空氣。提高核心部件可靠性對(duì)提高通風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性，降低因葉片等故障導(dǎo)致的事故率，在預(yù)防煤礦安全事故的同時(shí)，也提高了煤礦生產(chǎn)效率，其社會(huì)效益是不可估量的。（3）主通風(fēng)降噪研究隨著科技的進(jìn)步，在風(fēng)機(jī)噪聲控制領(lǐng)域內(nèi)，有源控制技術(shù)方面的研究將會(huì)越來越多地得到實(shí)際應(yīng)用。大型風(fēng)機(jī)屬于電感負(fù)載，功率因數(shù)低，額定負(fù)荷時(shí)，普遍只有75%左右，采用變頻調(diào)速技術(shù)，功率因數(shù)可提高到90%以上，減少了無(wú)功損耗，改善了電網(wǎng)品質(zhì)。（2）主通風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)的推廣此外，由于礦用風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)及節(jié)能技術(shù)水平低，較大一部分電能轉(zhuǎn)化為噪聲，嚴(yán)重影響煤礦生產(chǎn)環(huán)境和人們的身心健康。必須掌握了礦井通風(fēng)機(jī)和復(fù)雜礦井通風(fēng)系統(tǒng)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和損失機(jī)理，才有可能改進(jìn)和控制礦井通風(fēng)機(jī)及其通風(fēng)系統(tǒng)的氣動(dòng)效率和節(jié)能技術(shù)水平。對(duì)流道的加工應(yīng)特別注意：①支撐、導(dǎo)葉與機(jī)殼的焊接質(zhì)量；②法蘭、墊片的連接應(yīng)保證流道的光滑；③各部件的軸向間隙應(yīng)符合圖紙要求。（1）葉型尺寸葉片是通風(fēng)機(jī)的核心，是保證通風(fēng)機(jī)達(dá)到性能的關(guān)鍵部件，應(yīng)保證葉片的葉型符合樣板坐標(biāo)，一方面嚴(yán)格檢驗(yàn)?zāi)＞叩臏?zhǔn)確性，對(duì)鋼板壓制工藝，應(yīng)考慮反彈因素，最好要求設(shè)計(jì)者在樣板坐標(biāo)上給出葉型在軸向的投影長(zhǎng)度L和在周向的投影長(zhǎng)度L1，可以方便地檢查葉片安裝角；另外，應(yīng)用樣板檢查葉型是否符合給定的坐標(biāo)，樣板與葉型之間的縫隙不應(yīng)大于0．5％b(b為葉片弦長(zhǎng))。測(cè)試證明：對(duì)旋式局部通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)效率比前置靜葉型兩級(jí)普通軸流式通風(fēng)機(jī)高約8%～10%,比后置靜葉型高約4%～5%；具備良好的逆風(fēng)性能，逆向風(fēng)量可達(dá)60%～70%。但風(fēng)壓偏低，在效率指標(biāo)上形同虛設(shè)，生產(chǎn)工藝、技術(shù)還不成熟，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)約有4家，規(guī)格型號(hào)和使用量較少，未形成批量和系列化生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量、性能指標(biāo)和技術(shù)水平不容樂觀。國(guó)外通風(fēng)機(jī)企業(yè)為了進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，他們采取了與我國(guó)通風(fēng)機(jī)企業(yè)合資、合作等方式，而英國(guó)豪登公司已在國(guó)內(nèi)建立了獨(dú)資企業(yè)，早已參與了國(guó)內(nèi)的通風(fēng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。利用氣動(dòng)聲學(xué)原理來設(shè)計(jì)低噪聲風(fēng)機(jī)是從噪聲源處著手，沒有為降噪而增加質(zhì)量、空間和成本，具有較大的吸引力，但難度較大；采用消聲、隔聲或吸聲等無(wú)源噪聲控制措施可以取得了不錯(cuò)的效果，但也存在低頻噪聲難以消除，質(zhì)量和成本增加等問題；有源噪聲控制技術(shù)通過引入二次聲源建立一個(gè)相消干涉模式，從而實(shí)現(xiàn)指定區(qū)域內(nèi)聲能降低或消除的目的，具有良好的解決低頻噪聲問題的潛力，但也存在一些缺點(diǎn)：其一是有源控制只對(duì)風(fēng)機(jī)低頻窄帶比較成功，其二是實(shí)際應(yīng)用中需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，這在硬軟件方面都存在極大的困難，其三是有源控制系統(tǒng)中采用的電子設(shè)備過于昂貴。主要原因是交流異步電機(jī)調(diào)速困難。提高了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后，可節(jié)省材料，減少體積，減輕重量，同時(shí)為運(yùn)輸和使用帶來方便。性能特點(diǎn)：(1)與對(duì)旋通風(fēng)機(jī)相當(dāng)；(2)由于存在導(dǎo)葉，反轉(zhuǎn)反風(fēng)性能不如對(duì)旋；(3)此類通風(fēng)機(jī)在國(guó)外廣泛應(yīng)用，歷史悠久。對(duì)旋通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1)對(duì)旋通風(fēng)機(jī)與二級(jí)軸流通風(fēng)機(jī)相比，它無(wú)導(dǎo)葉，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的葉輪互為導(dǎo)葉；(2)兩個(gè)葉輪分別直聯(lián)在各自的電動(dòng)機(jī)上，因此要求配備兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)；(3)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)置于通風(fēng)機(jī)內(nèi)部，與葉輪直聯(lián)，不需要長(zhǎng)軸結(jié)構(gòu)，因此對(duì)旋通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，安裝調(diào)試方便。占我國(guó)一次能源消費(fèi)總量的約70％。而礦井主通風(fēng)機(jī)每天都必須運(yùn)行，選擇節(jié)電、低噪型通風(fēng)機(jī)就顯得非常重要。(4)離心通風(fēng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)外置)(K4－72，K4－273)。單級(jí)運(yùn)行時(shí)風(fēng)壓只有雙級(jí)運(yùn)行的一半左右。衡量風(fēng)機(jī)技術(shù)水平主要從產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的程度和容量、轉(zhuǎn)速、效率及噪聲等幾個(gè)方面考察。對(duì)于在役的局部通風(fēng)機(jī)，平均運(yùn)行效率低于60%，其中地方煤礦平均運(yùn)行效率僅為48%。風(fēng)機(jī)是一個(gè)較強(qiáng)的噪聲源。但是由于風(fēng)機(jī)從設(shè)計(jì)、制造到使用維護(hù)過程中，都有一些造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性不足的問題，運(yùn)行故障率較高，如葉片斷裂、電機(jī)溫度過高、主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況不穩(wěn)定、氣動(dòng)風(fēng)機(jī)齒輪馬達(dá)易損壞、軸承潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)不完善等，這些給煤礦生產(chǎn)帶來一定的安全隱患，并大大增加了風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家和用戶的維護(hù)費(fèi)用。局部通風(fēng)機(jī)有JBT系列通風(fēng)機(jī)、子午加速行系列通風(fēng)機(jī)及對(duì)旋軸流式系列通風(fēng)機(jī)3類?！　〗鼉赡?，個(gè)別企業(yè)與高?；蚩蒲性核献?，對(duì)YBT產(chǎn)品進(jìn)行了技術(shù)改造，在小型號(hào)上改善了風(fēng)機(jī)葉型和加裝了消音器，取得了較好的效果。專家們認(rèn)為：中國(guó)的通風(fēng)機(jī)在氣動(dòng)設(shè)計(jì)和氣動(dòng)性能方面已處于國(guó)際水平，但通風(fēng)機(jī)的加工工藝、設(shè)備落后，外觀質(zhì)量較差。表5 我國(guó)部分礦用對(duì)旋局部通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)通風(fēng)機(jī)型號(hào)電機(jī)功率KW全壓效率％風(fēng)量m3/min全壓Pa噪聲dB（A）備注№№№№№№222112372152301773652785842944002606506233505876433359139089－－單弧板葉型機(jī)翼型葉片機(jī)翼型葉片單弧板葉型單弧板葉型單弧板葉型表6 局部通風(fēng)機(jī)的評(píng)價(jià)名稱YBT、JBTBKJ、2BKJ對(duì)旋斜流效率★★★★★★★★★★性能曲線★★★★★★★★★★送風(fēng)距離★★★★★★★★★噪聲★★★★★★★結(jié)構(gòu)緊湊★★★★★★★★★★★成本★★★★★★★★★★★4. 煤礦局部通風(fēng)機(jī)存在的問題目前局部通風(fēng)機(jī)主要存在的是加工質(zhì)量問題。因此應(yīng)嚴(yán)格檢查葉片沿葉高各截面葉型的安裝角。（8）流道設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)通風(fēng)機(jī)流道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，符合氣動(dòng)力學(xué)規(guī)律，避免出現(xiàn)尺寸的急劇變化，如進(jìn)口導(dǎo)流帽、輪轂與電動(dòng)機(jī)外形尺寸、后消聲器的導(dǎo)流錐收斂角度，電動(dòng)機(jī)穿線管結(jié)構(gòu)等均對(duì)通風(fēng)機(jī)性能產(chǎn)生較大的影響。主通風(fēng)機(jī)的新型應(yīng)用技術(shù)研究方向主要體現(xiàn)在以全三維粘性計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，從風(fēng)機(jī)本體節(jié)能、系統(tǒng)節(jié)能及運(yùn)行節(jié)能三個(gè)方面開展礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能技術(shù)研究。(1)實(shí)現(xiàn)真正意義上的軟起動(dòng)，減小風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減小對(duì)電網(wǎng)容量的要求（直接起動(dòng)時(shí)，要求電網(wǎng)容量是電機(jī)額定功率的5倍以上）。由于變頻器采用了微電子技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議，輸入、輸出端口，可以十分方便的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。（4）大力加強(qiáng)通風(fēng)監(jiān)管隨著煤炭資源的大量開采，煤炭生產(chǎn)安全問題日趨嚴(yán)重，2005年我國(guó)煤炭安全事故死亡人數(shù)高達(dá)5938人，百萬(wàn)噸死亡人數(shù)是發(fā)