【正文】 ，要求通風(fēng)機(jī)的靜壓效率大于60％。 從穩(wěn)定性考慮，離心式通風(fēng)機(jī)工作穩(wěn)定性較好。工況點(diǎn)發(fā)生變化后，通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率、效率等都隨之變化。如圖13—9將網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻特性曲線與通風(fēng)機(jī)特性曲線畫在同一坐標(biāo)中，兩曲線的交點(diǎn)就是它的工況點(diǎn)，根據(jù)此工況點(diǎn)就可以決定通風(fēng)機(jī)的效率、軸功率。網(wǎng)絡(luò)有多大的阻力，通風(fēng)機(jī)就對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生多大的壓力；網(wǎng)絡(luò)需要多大風(fēng)量，通風(fēng)機(jī)就對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生多大風(fēng)量。 四、通風(fēng)機(jī)的工況及其合理工作段 通風(fēng)機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行時(shí)，所產(chǎn)生的風(fēng)量等于通過網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)量，而風(fēng)量通過該網(wǎng)絡(luò)時(shí)，對(duì)應(yīng)的阻力即等于通風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓。兩者之比即為通風(fēng)機(jī)的效率。其中，設(shè)計(jì)安裝角時(shí)所對(duì)應(yīng)的效率最高。軸流式通風(fēng)機(jī)可以直接啟動(dòng)。當(dāng)風(fēng)量為零時(shí)，功率有較大值，隨著風(fēng)量的增加，功率逐漸變?yōu)樽钚≈?，再到最大值，最后逐漸呈下降趨勢(shì)。 在軸流式通風(fēng)機(jī)中增加了穩(wěn)流環(huán)裝置后的Q—H曲線有所不同，Q—H曲線較穩(wěn)定，見圖13—8。每一個(gè)安裝角對(duì)應(yīng)一條Q—H曲線。 (1)風(fēng)量—風(fēng)壓曲線 軸流式通風(fēng)機(jī)的Q—H曲線一般呈馬鞍—駝峰狀，在馬鞍的左端是不穩(wěn)定的工作段。P點(diǎn)是最高效率點(diǎn)，也就是通風(fēng)機(jī)運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)的一點(diǎn)。 (3)風(fēng)量—效率曲線 通風(fēng)機(jī)風(fēng)量和效率之間的關(guān)系曲線，叫做風(fēng)量—效率曲線(Q—η曲線)。當(dāng)風(fēng)量為零時(shí)，功率最小，這是Q—N特性曲線的一個(gè)特點(diǎn)，所以利用這一特點(diǎn)離心式通風(fēng)機(jī)是在閘門全閉下啟動(dòng)，此時(shí)電機(jī)消耗功率是最小的，利于安全啟動(dòng)，避免電流過大燒壞電機(jī)。當(dāng)風(fēng)量接近零時(shí)會(huì)出現(xiàn)一最大值，隨著風(fēng)壓的增加，風(fēng)量逐漸下降，所以Q—H曲線是一條變化較為平緩的曲線。 (1)風(fēng)量—風(fēng)壓曲線 通風(fēng)機(jī)風(fēng)量和風(fēng)壓之間的關(guān)系曲線叫做風(fēng)量—風(fēng)壓曲線(Q—H曲線)。根據(jù)工況點(diǎn)的位置，便可由圖中縱橫坐標(biāo)查出相應(yīng)的風(fēng)機(jī)、風(fēng)量、風(fēng)壓、功率、效率。通常通風(fēng)機(jī)樣本給出的特性曲線，是通風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性曲線，其效率為氣動(dòng)效率，而在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定的曲線為通風(fēng)機(jī)裝置曲線，其效率為裝置效率。 因?yàn)榭諝庠谕L(fēng)機(jī)內(nèi)流動(dòng)情況非常復(fù)雜，所以至今我們還無法用理論計(jì)算的方法得到它的特性曲線，而只能用試驗(yàn)的方法求得。如果風(fēng)量發(fā)生了變化，相應(yīng)地風(fēng)壓、功率、效率等也要發(fā)生變化。通風(fēng)機(jī)工作有效的總功率為： (kW)如果通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓是用其有效靜壓Hs來表示，則 (kW) 通風(fēng)機(jī)軸上的功率N因?yàn)橛胁糠謸p失而不能全部傳給空氣，所以就用效率來反映損失的大小及其工作的優(yōu)劣，效率高，即損失小。單位為r/min。那么，通風(fēng)機(jī)壓入式工作時(shí)，一般常用它的全壓Ht來表示它的風(fēng)壓參數(shù)，而抽出式工作時(shí)，常用它的“有效靜壓”來表示其風(fēng)壓參數(shù)。 當(dāng)空氣流過通風(fēng)機(jī)時(shí)，通風(fēng)機(jī)給予每立方米空氣的總能量(kgf這里簡(jiǎn)單地說明它們的概念。第二節(jié) 通風(fēng)機(jī)主要性能參數(shù) 一、通風(fēng)機(jī)工作的基本參數(shù) 風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、功率及效率是表示通風(fēng)機(jī)性能的主要參數(shù)，稱為通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)。軸流式通風(fēng)機(jī)在葉輪后面安裝了固定不動(dòng)的后導(dǎo)葉，它可以將一部分動(dòng)壓變?yōu)殪o壓。 但是軸流式通風(fēng)機(jī)的葉片是均勻固定在輪轂表面上排列成柵形的，所以葉片底面的高壓氣流在葉片推動(dòng)下向出口流出，葉片上凸面的低壓氣流會(huì)不斷地將空氣引進(jìn)來，穿過兩葉片的通道，向后流動(dòng)。實(shí)際氣流繞葉片翼型的流動(dòng)，可以看成是理想流體繞葉片翼型的流動(dòng)與葉片翼型的環(huán)流的疊加。 理想流體流過軸流通風(fēng)機(jī)葉片翼型的情況與流過圓柱體相類似，如圖135所示。因?yàn)閳A柱上下壓差的作用，產(chǎn)生一個(gè)向上的推力，稱為升力，如圖13—4(c)所示。離開圓柱越遠(yuǎn)的流體轉(zhuǎn)得越慢。圖13—3 軸流式通風(fēng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)圖1—集風(fēng)器；2—葉輪；3—導(dǎo)葉；4—擴(kuò)散筒圖13—4 理想流體流過圓柱體 如果圓柱體在靜止的空氣中轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)實(shí)際觀察，圓柱體周圍的流體也將隨圓柱一起繞軸心流動(dòng)，如圖13—4(b)所示。繞過c、d點(diǎn)后，鑒于理想流體沒有粘性，不會(huì)產(chǎn)生附面層分離，因此流線又合攏。如圖13—4(a)所示。研究繞流問題的目的，就是研究作用在物體周圍的氣流速度、壓力等的變化情況。氣流從集風(fēng)器進(jìn)入，通風(fēng)葉輪使氣體獲得能量，然后流入導(dǎo)葉，導(dǎo)葉將一部分偏轉(zhuǎn)的氣流動(dòng)能變?yōu)殪o壓能，最后通過擴(kuò)散筒將一部分軸向氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，然后從擴(kuò)散筒流出，輸入管路。 二、軸流式通風(fēng)機(jī)工作原理 軸流式通風(fēng)機(jī)與離心式通風(fēng)機(jī)一樣，由于葉片與氣流相互作用而產(chǎn)生壓差，使空氣沿軸向流動(dòng)。如果對(duì)通風(fēng)機(jī)的壓力要求較高，而轉(zhuǎn)速或圓周速度又受到一定限制時(shí)，則往往選用前向葉片。 因此，大功率的通風(fēng)機(jī)一般用后向葉片較多。 從效率觀點(diǎn)看，后向葉片損失最小，故效率最高；徑向葉片介于前、后向葉片之間；前向葉片損失最大，故效率最低。產(chǎn)生的理論壓頭介于前向葉片和后向葉片之間。葉片出口安裝角β2＝90176。產(chǎn)生的理論壓頭最小，靜壓占的比例大，動(dòng)壓占的比例小，損失也小。葉片出口安裝角β2＜90176。產(chǎn)生的理論壓頭最大，動(dòng)壓占的比例大，損失也大。葉片出口安裝角β2＞90176。葉片的3種形式如圖132所示。不同葉片形式對(duì)壓力有著不同的影響。蝸殼、擴(kuò)散器的作用是減低氣流的動(dòng)壓，增加靜壓以避免葉輪產(chǎn)生的高速氣流直接排出大氣而造成損失。 在氣流從進(jìn)風(fēng)口到達(dá)擴(kuò)散器出口的流動(dòng)過程中，葉輪是增加壓力的惟一部件。如此不斷地吸、排，以達(dá)到輸送空氣的目的。由此可見，通風(fēng)機(jī)內(nèi)的氣流壓力是低于大氣壓的。 離心式通風(fēng)機(jī)是靠旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的離心力作用增加壓力的。 離心式通風(fēng)機(jī)的工作原理：已知?dú)怏w在離心式通風(fēng)機(jī)中的流動(dòng)先為軸向，后轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪庇谕L(fēng)機(jī)軸的徑向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)氣體通過旋轉(zhuǎn)葉輪的流道間，由于葉片的作用，氣體獲得能量，即氣體壓力提高和動(dòng)能增加。圖13—1 離心式通風(fēng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)圖1—進(jìn)氣；2—進(jìn)氣口；3—葉輪；4—蝸殼；5—主軸；6—出氣口；7—出口擴(kuò)壓器 氣體在離心式通風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)方向是：從進(jìn)風(fēng)口沿軸向進(jìn)入葉輪，隨著葉輪流道的改變，氣流又從徑向流出葉輪。一般說來，離心式通風(fēng)機(jī)適用于小流量、高壓力的場(chǎng)所，而軸流式通風(fēng)機(jī)則常用于大流量、低壓力的情況，它們各有優(yōu)點(diǎn)。第十三章 主要通風(fēng)機(jī)司機(jī)第一節(jié) 通風(fēng)機(jī)的工作原理 礦井主要通風(fēng)機(jī)，通常使用離心式和軸流式兩大類。離心式通風(fēng)機(jī)因以離心力形成風(fēng)壓而得名；軸流式通風(fēng)機(jī)因氣流沿軸向流動(dòng)而得名。 一、離心式通風(fēng)機(jī)工作原理 圖13—1是離心式通風(fēng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)圖。在這個(gè)流動(dòng)過程中，風(fēng)壓和流速不斷增大，氣流匯集在螺線形機(jī)殼中，氣流速度下降而壓力上升，最后經(jīng)過錐形擴(kuò)散器排入大氣。當(dāng)氣體獲得的能量足以克服其阻力時(shí)，則可將氣體輸送到高處或遠(yuǎn)處。由于離心力的作用氣流被甩到葉輪出口，這時(shí)葉輪的入口產(chǎn)生負(fù)壓，在大氣壓力作用下氣流不斷由進(jìn)風(fēng)口繼續(xù)進(jìn)入葉輪，在葉輪中氣流獲得高速度，經(jīng)過螺旋形機(jī)殼時(shí)，因?yàn)閿嗝娌粩鄶U(kuò)大使氣流速度逐漸降低，壓力繼續(xù)增大，在氣流到達(dá)擴(kuò)散器出口時(shí)，氣流具有的壓力基本上和大氣壓相等。通風(fēng)機(jī)的作用就是把低于大氣壓力的氣流吸進(jìn)去，經(jīng)過葉輪又給氣流增加了壓力，然后排向大氣。如果能制造足夠長(zhǎng)度的擴(kuò)散器，則排向大氣的空氣壓力就完全和大氣壓力相等。當(dāng)原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪就對(duì)氣體做功，使氣體獲得能量(靜壓和動(dòng)能)，氣體離開葉輪后仍以一定的速度進(jìn)入蝸殼，在蝸殼中速度降低，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓而離開通風(fēng)機(jī)。 葉輪是一個(gè)使氣體獲得能量的重要部件。離心式通風(fēng)機(jī)葉輪的葉片可以按照葉片出口安裝角度大小和葉片幾何形狀分為3種不同類型。圖13—2 葉片的3種形式 (圖13—2(a))。它分為一般前向葉片和多翼式前向葉片。 (圖13—2(b))。它分為曲線形后向葉片和直線形后向葉片。 (圖13—2(c))。一般有徑向出口葉片和徑向直葉片。 通過比較可以看出，在其他條件相同時(shí)3種葉片形式的比較結(jié)果如下： 從氣體所獲得的壓力看，前向葉片壓頭最大，徑向葉片居中，后向葉片最小。 從結(jié)構(gòu)尺寸看，在流量和轉(zhuǎn)速一定時(shí)，達(dá)到相同的壓力前提下，前向葉輪直徑最小，徑向葉輪稍次，后向葉輪直徑最大。后向葉片的通風(fēng)機(jī)效率高，壓頭特性曲線平緩穩(wěn)定，這對(duì)兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)的并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)非常有利。如果從磨損和積垢角度看，選用徑向直葉片較有利。圖13—3是軸流式通風(fēng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)圖。工程中常見到氣體繞物體的流動(dòng)，簡(jiǎn)稱繞流。首先我們來看一個(gè)理想流體流過靜止圓柱體的情況。 流體在流近靜止圓柱體前，是一組均勻的平行流線，當(dāng)流體流過圓柱體時(shí)，由于圓柱體的阻礙，流線逐層發(fā)生彎曲。因?yàn)閳A柱體是一對(duì)稱物體，它不受任何作用，即使對(duì)于實(shí)際流體，也只會(huì)產(chǎn)生平行于流動(dòng)方向的阻力，在垂直于流動(dòng)的方向，仍無外力產(chǎn)生。這種流動(dòng)稱為環(huán)流。 如果把轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱體放在均勻平行的流體中，這時(shí)圓柱體上面的流體速度較快，但壓力較低，圓柱體下面的流體因速度較慢而壓力增大。上面所產(chǎn)生的這種現(xiàn)象，稱為升力效應(yīng)。圖135 理想流體流過軸流通風(fēng)機(jī)葉片翼型的情況 當(dāng)實(shí)際流體流過葉片翼型時(shí)，表面上存在著附面層，由于起動(dòng)渦的產(chǎn)生，一個(gè)與起動(dòng)渦大小相等、方向相反的環(huán)流在葉片翼型周圍產(chǎn)生。疊加的結(jié)果改變了葉片翼型上下表面的速度分布，使葉片翼型上表面速度增加，下表面速度減小，于是產(chǎn)生了壓差，也就產(chǎn)生了把葉片推向低壓區(qū)的力，使葉片上升。這樣在葉輪的旋轉(zhuǎn)下形成連續(xù)不斷的氣流。有時(shí)為了提高通風(fēng)機(jī)的壓力，在一臺(tái)風(fēng)機(jī)上安裝兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪，這種兩級(jí)通風(fēng)機(jī)的第一個(gè)葉輪之后必須安裝中間導(dǎo)葉，以使流入第二個(gè)葉輪的氣流方向與流入第一個(gè)葉輪的氣流方向相同。它們共同表達(dá)通風(fēng)機(jī)的規(guī)格和特性。 表示單位時(shí)間流過通風(fēng)機(jī)的空氣量，常用單位為m3/s、m3/min、m3／h。m)稱為通風(fēng)機(jī)的全壓(kgf/m2)，它總是由靜壓和動(dòng)壓所組成，即： (kgf/m2) 通風(fēng)機(jī)無論抽出或壓入工作，其全壓Ht總是消耗于克服礦井通風(fēng)阻力h和擴(kuò)散器出口(抽出式)或風(fēng)井出口(壓入式)的動(dòng)壓損失。 通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的快慢將直接影響通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、效率。 驅(qū)動(dòng)通風(fēng)機(jī)所需要的功率N稱為軸功率，或者說是單位時(shí)間內(nèi)傳遞給通風(fēng)機(jī)軸的能量。從不同角度出發(fā)有不同的效率，因所用風(fēng)壓參數(shù)不同就有： 全壓效率 靜壓效率 二、通風(fēng)機(jī)的主要無因次參數(shù) 將通風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)風(fēng)量(m3／s)、風(fēng)壓H(kg／m2)、功率N(kW)、轉(zhuǎn)速(r／min)與通風(fēng)機(jī)特性值—葉輪外徑D(m)、葉輪外緣的圓周速度U(m/s)以及氣體密度ρ(kg／m3)之間的關(guān)系用無因次參數(shù)來表示，它們分別是：壓力系數(shù) 流量系數(shù) 功率系數(shù) 比轉(zhuǎn)數(shù) 三、通風(fēng)機(jī)的個(gè)體特性曲線 通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率、效率等幾個(gè)參數(shù)之間存在著一定的依存關(guān)系。 通風(fēng)機(jī)的特性曲線，就是在既定轉(zhuǎn)速下，反映風(fēng)量、風(fēng)壓、功率、效率之間關(guān)系的曲線，它表明通風(fēng)機(jī)的各種工作性能和變化規(guī)律，對(duì)通風(fēng)機(jī)的選型和分析通風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)是十分有用的。新通風(fēng)機(jī)在出廠之前，一般進(jìn)行模擬試驗(yàn)給出特性曲線。 實(shí)際使用時(shí)，常將礦井風(fēng)阻特性曲線與通風(fēng)機(jī)特性曲線繪在一張圖上，礦井風(fēng)阻曲線R與通風(fēng)機(jī)Q—H特性曲線的交點(diǎn)A為通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)。 圖13—6是后彎式離心式通風(fēng)機(jī)特性曲線。輪葉后彎式通風(fēng)機(jī)Q—H曲線一般呈單斜狀；輪葉前彎式通風(fēng)機(jī)Q—H曲線一般呈駝峰狀。(2)風(fēng)量—功率曲線 通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和功率之間的關(guān)系曲線叫圖13—6 后彎式離心式通風(fēng)機(jī)特性曲線做風(fēng)量—功率曲線(Q—N曲線)。隨著風(fēng)量的增加，功率是緩緩上升的，最后達(dá)到功率的最大值。當(dāng)風(fēng)量為零時(shí)，效率也為零；隨著風(fēng)量的增加，效率也逐漸上升，在P處到達(dá)最大值時(shí)又逐漸下降。 如圖13—7所示，軸流式通風(fēng)機(jī)與離心式通風(fēng)機(jī)的特性曲線差異較大。多臺(tái)通風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要特別注意這一點(diǎn)。當(dāng)風(fēng)量為零時(shí)風(fēng)壓有一較大值，隨著風(fēng)量的增加風(fēng)壓逐漸下降，當(dāng)風(fēng)量再繼續(xù)增加時(shí)，風(fēng)壓又上升到最大峰值F，爾后又突然下降，形成了一個(gè)“馬鞍形”的駝峰區(qū)，風(fēng)量雖然變化不大，風(fēng)壓卻有著明顯的變化。圖13—7 軸流式通風(fēng)機(jī)的特性曲線圖13—8 增加穩(wěn)流環(huán)裝置后的曲線 (2)風(fēng)量—功率曲線 軸流式通風(fēng)機(jī)葉片每一組不同的安裝角對(duì)應(yīng)一條Q—N曲線。軸流式通風(fēng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，閘門不允許全閉啟動(dòng)，如果全閉啟動(dòng)，則電機(jī)消耗的功率最大。 (3)風(fēng)量—效率曲線 同樣地，每一個(gè)安裝角對(duì)應(yīng)著一條Q—η曲線。由于通風(fēng)機(jī)本身存在能量損失，因此，其輸出功率小于輸入功率。Q—η曲線近似為一條拋物線，隨風(fēng)量的增加而增加，當(dāng)增大值后，又隨風(fēng)量的增加而降低。也就是說，礦井的通風(fēng)工作是由網(wǎng)絡(luò)與通風(fēng)機(jī)的配合來完成的。能量的消耗和供給是平衡的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)阻發(fā)生變化時(shí)，其特性曲線由OR1變到OR2和0R3，圖139 通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)此時(shí)工況點(diǎn)隨之變?yōu)镸2和M3。為了保證通風(fēng)機(jī)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、安全地運(yùn)行，其工況點(diǎn)要限制在一定的范圍內(nèi)。一般的軸流式通風(fēng)機(jī)特性曲線呈馬鞍形，且有駝峰點(diǎn)，工況點(diǎn)需選擇在駝峰的右側(cè)才能保證其穩(wěn)定性。運(yùn)行工況點(diǎn)的選擇應(yīng)不低于最高效率的85％～90％范圍內(nèi)最為經(jīng)濟(jì)。五、通風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律 同一類型通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、風(fēng)壓、功率與通風(fēng)機(jī)尺寸(葉輪直徑)和轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系，稱之為通風(fēng)機(jī)參數(shù)的比例定律。在通風(fēng)機(jī)中相似理論的應(yīng)用是非常重要的，它主要應(yīng)用于通風(fēng)機(jī)的相似設(shè)計(jì)及性能的相似換算。 通風(fēng)機(jī)各部件的對(duì)應(yīng)邊成比例。 對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度方向相同，比值保持為常數(shù)，即對(duì)應(yīng)點(diǎn)的速度三角形相似，對(duì)應(yīng)氣流角相等。 根據(jù)通風(fēng)機(jī)的相似理論，我們可以證明，只要兩個(gè)通風(fēng)機(jī)滿足上述相似條件，那么它們的無因次參數(shù)、就一定是相等的。 表13—1是相似通風(fēng)機(jī)在各種情況下的性能換算公式。必須在此強(qiáng)調(diào)指出兩點(diǎn)： (1)不同類型通風(fēng)機(jī)或者同類型而葉片安裝角度不相等時(shí)，都不能利用上述定律進(jìn)行參數(shù)換算。例如，圖13—10所示兩種不同轉(zhuǎn)數(shù)的Q—H曲線。圖13—10中工況點(diǎn) M1′、M2′或者M(jìn)M2，彼此才是相似的工況點(diǎn)，比例定律