第五章++礦井通風網(wǎng)絡中風量分配與調節(jié)ppt課件

1、通通 風風 安安 全全 學學第五章第五章 礦井通風網(wǎng)絡中風量分配礦井通風網(wǎng)絡中風量分配與調節(jié)與調節(jié) 安徽理工大學能源與安全學院 安全工程系本章主要內容 一、風量分配基本定律 二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 四、礦井風量調節(jié)五、應用計算機解算復雜通風網(wǎng)絡一、風量分配基本定律礦井通風網(wǎng)絡與網(wǎng)絡圖(1礦井通風網(wǎng)絡礦井通風系統(tǒng)：由縱橫交錯的井巷構成的一個復雜系統(tǒng)。用圖論的方法對通風系統(tǒng)進行抽象描述，把通風系統(tǒng)變成一個由線、點及其屬性組成的系統(tǒng)，稱為通風網(wǎng)絡。通風網(wǎng)絡圖：用直觀的幾何圖形來表示通風網(wǎng)絡。1分支邊、?。罕硎疽欢瓮L井巷的有向線段，線段的方向代表井巷中的風流方向。每條分支可

2、有一個編號，稱為分支號。一、風量分配基本定律2節(jié)點結點、頂點）：是兩條或兩條以上分支的交點。 342151234567一、風量分配基本定律3路通路、道路）：是由若干條方向相同的分支首尾相連而成的線路。如圖中125、1246和136等均是通路。4回路：由兩條或兩條以上分支首尾相連形成的閉合線路稱為回路。如圖中243、2563和1367342151234567一、風量分配基本定律5樹：是指任意兩節(jié)點間至少存在一條通路但不含回路的一類特殊圖。由于這類圖的幾何形狀與樹相似，故得名。樹中的分支稱為樹枝。包含通風網(wǎng)絡的全部節(jié)點的樹稱為其生成樹，簡稱樹。(2礦井通風網(wǎng)絡圖特點：通風網(wǎng)絡圖只反映風流方向及節(jié)點

3、與分支間的相互關系，節(jié)點位置與分支線的形狀可以任意改變。能清楚地反映風流的方向和分合關系，并且是進行各種通風計算的基礎，因此是礦井通風管理的一種重要圖件。一、風量分配基本定律網(wǎng)絡圖兩種類型：一種是與通風系統(tǒng)圖形狀基本一致的網(wǎng)絡圖，如圖5-1-3所示；另一種是曲線形狀的網(wǎng)絡圖，如圖5-1-4所示。但一般常用曲線網(wǎng)絡圖。繪制步驟：1)節(jié)點編號 在通風系統(tǒng)圖上給井巷的交匯點標上特定的節(jié)點號。2)繪制草圖 在圖紙上畫出節(jié)點符號，并用單線條直線或弧線連接有風流連通的節(jié)點。3)圖形整理 按照正確、美觀的原則對網(wǎng)絡圖進行修改。一、風量分配基本定律通風網(wǎng)絡圖的繪制原則：1用風地點并排布置在網(wǎng)絡圖中部，進風節(jié)點

4、位于其下邊；回風節(jié)點在網(wǎng)絡圖的上部，風機出口節(jié)點在最上部；2分支方向基本都應由下至上；3分支間的交叉盡可能少；4網(wǎng)絡圖總的形狀基本為“橢圓形。5合并節(jié)點，某些距離較近、阻力很小的幾個節(jié)點，可簡化為一個節(jié)點。6并分支，并聯(lián)分支可合并為一條分支。一、風量分配基本定律2.風量平衡定律 風量平衡定律是指在穩(wěn)態(tài)通風條件下，單位時間流入某節(jié)點的空氣質量等于流出該節(jié)點的空氣質量；或者說，流入與流出某節(jié)點的各分支的質量流量的代數(shù)和等于零，即 0iM一、風量分配基本定律 若不考慮風流密度的變化，則流入與流出某節(jié)點的各分支的體積流量風量的代數(shù)和等于零，即： 如圖a，節(jié)點4處的風量平衡方程為： 上述節(jié)點擴展為無源回

5、路，則風量平衡定律依然成立。 0iQ16523圖a06454434241QQQQQ一、風量分配基本定律 如圖b所示，回路2-4-5-7-2的各鄰接分支的風量滿足如下關系：2178356圖b087654321QQQQ一、風量分配基本定律3.能量平衡定律 假設：一般地，回路中分支風流方向為順時針時，其阻力取“”，逆時針時，其阻力取“”。 （1無動力源Hn Hf） 通風網(wǎng)路圖的任一回路中，無動力源時，各分支阻力的代數(shù)和為零，即： 如圖，對回路6中有：0Rih02436RRRRhhhh23456一、風量分配基本定律 （2有動力源 設風機風壓Hf，自然風壓HN。如圖，對回路234 5 1中有：一般表達式

6、為： 即：能量平衡定律是指在任一閉合回路中，各分支的通風阻力代數(shù)和等于該回路中自然風壓與通風機風壓的代數(shù)和。54321RRRRRNfhhhhhHHRiNfhHH23456一、風量分配基本定律4.阻力定律2RQh 二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性1.串聯(lián)風路 由兩條或兩條以上分支彼此首尾相連，中間沒有風流分匯點的線路稱為串聯(lián)風路。如下圖，由1，2，3，4，5五條分支組成串聯(lián)風路。 （1串聯(lián)風路特性 1)總風量等于各分支的風量，即 MS = M1 = M2 = Mn 當各分支的空氣密度相等時， QS = Q1 = Q2 = Qn458123679123456789二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 2)總風壓阻力等于各分支

7、風壓阻力之和，即: 3)總風阻等于各分支風阻之和，即： niinshhhhh121 niinsnsssRRRRQhhhQhR1212212.二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 4)串聯(lián)風路等積孔與各分支等積孔間的關系222211111nsAAAA 219.1iRiA 2219.1iAiR2222119.119.119.1119.1iiisAARRsA二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性（2串聯(lián)風路等效阻力特性曲線的繪制 根據(jù)以上串聯(lián)風路的特性，可以繪制串聯(lián)風路等效阻力特性曲線。 1R1R2R1R2R1+R2QH二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 繪制方法： )首先在h-Q坐標圖上分別作出串聯(lián)風路1、2的阻力特性曲線R1、R2； )根據(jù)串

8、聯(lián)風路“風量相等，阻力疊加的原則，作平行于h軸的若干條等風量線，在等風量線上將1、2分支阻力h1、h2疊加，得到串聯(lián)風路的等效阻力特性曲線上的點； )將所有等風量線上的點聯(lián)成曲線R3，即為串聯(lián)風路的等效阻力特性曲線。二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性2.并聯(lián)風網(wǎng) 由兩條或兩條以上具有相同始節(jié)點和末節(jié)點的分支所組成的通風網(wǎng)絡，稱為并聯(lián)風網(wǎng)。如圖所示并聯(lián)風網(wǎng)由5條分支并聯(lián) （1并聯(lián)風路特性： 1)總風量等于各分支的風量之和，即 當各分支的空氣密度相等時, niinsMMMMM121 niinsQQQQQ1211234612345二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 2)總風壓等于各分支風壓，即 留意：當各分支的位能差不相等，或

9、分支中存在風機等通風動力時，并聯(lián)分支的阻力并不相等。nshhhh 211234612345二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 3)并聯(lián)風網(wǎng)總風阻與各分支風阻的關系 又 即：2SssQRhsssRhQnSQQQQ.21nnssRhRhRhRh.2211nsRRRR1111.2122121111 nsssRRRQhR二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 4)并聯(lián)風網(wǎng)等積孔等于各分支等積孔之和，即 nsAAAA 21).(19. 111119. 121nsRRRRsA二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 5) 并聯(lián)風網(wǎng)的風量分配 若已知并聯(lián)風網(wǎng)的總風量，在不考慮其它通風動力及風流密度變化時，可由下式計算出分支i的風量。 即 sihh22ssii

10、QRQRSRRiQQis).(12111nRRRiSsisRQRRQiQR1R2.RiRnQS二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 （2并聯(lián)風路等效阻力特性曲線的繪制 根據(jù)以上并聯(lián)風路的特性，可以繪制并聯(lián)風路等效阻力特性曲線。方法： 首先在h-Q坐標圖上分別作出并聯(lián)風路1、2的阻力特性曲線R1、R2； 根據(jù)并聯(lián)風路“風壓阻力相等，風量疊加的原則，作平行于Q軸的若干條等風壓線，在等風壓線上將1、2分支阻力h1、h2疊加，得到并聯(lián)風路的等效阻力特性曲線上的點； 二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 將所有等風壓線上的點聯(lián)成曲線R3，即為并聯(lián)風路的等效阻力特性曲線。2112R1R2R1R2R1+R2QH二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性.串聯(lián)風

11、路與并聯(lián)風網(wǎng)的比較 在任何一個礦井通風網(wǎng)絡中，都同時存在串聯(lián)與并聯(lián)風網(wǎng)。在礦井的進、回風風路多為串聯(lián)風路，而采區(qū)內部多為并聯(lián)風網(wǎng)。并聯(lián)風網(wǎng)的優(yōu)點： (1)從提高工作地點的空氣質量及安全性出發(fā)，采用并聯(lián)風網(wǎng)具有明顯的優(yōu)點。 (2)在同樣的分支風阻條件下，分支并聯(lián)時的總風阻小于串聯(lián)時的總風阻。二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 例如：若R1=R2=0.04 kg/m7， 串聯(lián)：Rs= R1+ R2= 0.08 kg/m7 并聯(lián)： Rs：Rs2:在相同風量下，串聯(lián)的能耗為并聯(lián)的8倍。704.0104.01112/01.0)(1)(121mkgRRRS1R1R22112R1R2二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性.角聯(lián)風網(wǎng)（1幾個

12、概念 角聯(lián)風網(wǎng)：是指內部存在角聯(lián)分支的網(wǎng)絡。 角聯(lián)分支對角分支）：是指位于風網(wǎng)的任意兩條有向通路之間、且不與兩通路的公共節(jié)點相連的分支，如圖。 二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 簡單角聯(lián)風網(wǎng)：僅有一條角聯(lián)分支的風網(wǎng)。 復雜角聯(lián)風網(wǎng)：含有兩條或兩條以上角聯(lián)分支的風網(wǎng)。213456復雜角聯(lián)風網(wǎng)復雜角聯(lián)風網(wǎng)簡單角聯(lián)風網(wǎng)簡單角聯(lián)風網(wǎng)1二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 （2角聯(lián)分支風向判別 準繩：分支的風向取決于其始、末節(jié)點間的壓能值。風流由能位高的節(jié)點流向能位低的節(jié)點；當兩點能位相同時，風流停滯；當始節(jié)點能位低于末節(jié)點時，風流反向。 判別式以簡單角聯(lián)為例）： 1)分支5中無風 Q5 = 0 Q1 = Q3 , Q2 = Q4

13、 由風壓平衡定律： h1 = h2 , h3 = h411二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 由阻力定律： 兩式相比得： 即 或寫為：222211QRQR244233QRQR244222233211QRQRQRQR4231RRRR13241RRRRK二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 )當分支5中風向由23 節(jié)點的壓能高于節(jié)點，那么 hR2 hR1 即： 即同理， hR3 hR4 211222QRQR22253222112)(QQQQQRR244233QRQR22523242334)(QQQQQRR11二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 又 即： 或寫為：253523)(QQQQQQ12222532252334)()(RRQQQQQQ

14、RR13241RRRRK4231RRRR風流二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 ) 分支5中的風向由32 同理可得： 或寫為：114231RRRR13241RRRRK風流二、網(wǎng)絡圖及網(wǎng)絡特性 改變角聯(lián)分支兩側的邊緣分支的風阻就可以改變角聯(lián)分支的風向。對圖示簡單角聯(lián)風網(wǎng)，可推導出如下角聯(lián)分支風流方向判別式：。中風向由，分支中風流停滯；，分支；中風向由，分支32515123513241RRRRK三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析1.井巷風阻變化引起風流變化的規(guī)律 （1變阻分支本身的風量與風壓變化規(guī)律 當某分支風阻增大時，該分支的風量減小、風壓增大；當風阻減小時，該分支的風量增大、風壓降低。12356781049三、通風網(wǎng)

15、絡動態(tài)特性分析 （2變阻分支對其它分支風量與風壓的影響規(guī)律 1當某分支風阻增大時，包含該分支的所有通路上的其它分支的風量減小，風壓增大；與該分支并聯(lián)的通路上的分支的風量增大，風壓亦增大；當風阻減小時與此相反。 2對于一進一出的子網(wǎng)絡，若外部分支調阻引起其流入流出風量變化，其內部各分支的風量變化趨勢相同。 3風網(wǎng)內，某分支風阻變化時，各分支風量、風壓變化幅度，以本分支為最大，鄰近分支次之，離該分支越遠分支變化越小。三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 4風網(wǎng)內，不同類型的分支風阻變化引起的風量變化幅度和影響范圍是不同的。一般說，主干巷道變阻引起的風量變化幅度和影響范圍大，末支巷道變阻引起的風量變化幅度和影響

16、范圍小。 5風網(wǎng)內某分支增阻時，增阻分支風量減小值比其并聯(lián)分支風量增加值大；某分支減阻時，減阻分支風量增加值比其并聯(lián)分支風量減小值大。12356781049三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 （3巷道密閉與貫通對風流的影響 巷道密閉相當于該分支的風阻增大至，故本分支風量減少到趨近于0；對其它分支的影響規(guī)律與分支增阻相同。 巷道貫通時要修改網(wǎng)絡圖，即在網(wǎng)絡圖中增加貫通后的分支。風流方向取決于巷道兩端點間壓能差；對其它分支的影響規(guī)律與分支減阻相同。三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析2.風流穩(wěn)定性分析 （1穩(wěn)定性的基本概念 穩(wěn)定性是指當系統(tǒng)受到外界瞬時干擾，系統(tǒng)狀態(tài)偏離了平衡狀態(tài)后，系統(tǒng)狀態(tài)自動回復到該平衡狀態(tài)的能力。

17、 按照這種穩(wěn)定性的概念，除非在主要通風機不穩(wěn)定運行工作在軸流式風機風壓特性曲線的駝峰區(qū)等特殊情況下，礦井通風系統(tǒng)一般都是穩(wěn)定的。 通風管理中所說的風流穩(wěn)定性，一般是指井巷中風流方向發(fā)生變化或風量大小變化超過允許范圍的現(xiàn)象；且多指風流方向發(fā)生變化的現(xiàn)象。三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 （2影響風流穩(wěn)定性的因素 1風網(wǎng)結構對風流穩(wěn)定性的影響 僅由串、并聯(lián)組成的風網(wǎng)，其穩(wěn)定性強；角聯(lián)風網(wǎng)，其對角分支的風流易出現(xiàn)不穩(wěn)定。 2風阻變化對風流穩(wěn)定性的影響 在角聯(lián)風網(wǎng)中，邊緣分支的風阻變化可能引起角聯(lián)分支風流改變。 在實際生產礦井，大多數(shù)采掘工作面都是在角聯(lián)分支中。應采取安裝調節(jié)風門的措施，保證風流的穩(wěn)定性。三、

18、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 3通風風動力變化對風流穩(wěn)定性的影響 礦井風網(wǎng)內主要通風機、輔助通風機數(shù)量和性能的變化，不僅會引起風機所在巷道的風量變化，而且會使風網(wǎng)內其他分支風量也發(fā)生變化，并影響風網(wǎng)內其他風機的工況點。 （3具體如下： 1單主要通風機風網(wǎng)，當主要通風機性能發(fā)生變化時，風網(wǎng)內各分支風量按主要通風機風量變化的趨勢和比率而變化。 三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 2多主要通風機風網(wǎng)內，當某主要通風機性能發(fā)生變化時，整個風網(wǎng)內各分支風量不按比例變化。 3多主要通風機風網(wǎng)內，即使風網(wǎng)結構和分支風阻不變，當某主要通風機性能發(fā)生變化時，由于風網(wǎng)總風量和各主要通風機風量配置發(fā)生了變化，因此，各主要通風機的工作

19、風阻與風網(wǎng)總風阻也有所變化。三、通風網(wǎng)絡動態(tài)特性分析 4風網(wǎng)內，某巷道安設輔助通風機后，不僅該巷道本身風流發(fā)生變化，其他巷道風流也變化。當某輔助通風機風量增大時，輔助通風機所在巷道風量增加，包含輔助通風機在內的閉合回路中，與輔助通風機風向一致的各巷風量增加，與其風向相反的各巷風量減小。 當輔助通風機風壓過高或風量過大時，可引起其并聯(lián)分支風量不足、停風、甚至反向。引起并聯(lián)分支風流反向的條件是輔助通風機風量大于回路的總風量或輔助通風機風壓大于回路內其同向分支的風壓損失。 5自然風壓引起的風流變化，與輔助通風機相似。四、礦井風量調節(jié) 隨著生產的發(fā)展和變化，工作面的推進和更替，巷道風阻、網(wǎng)絡結構及所需

20、的風量均在不斷變化，要求及時進行風量調節(jié)。 按調節(jié)設施來看，有通風機、射流器、風窗、風幕和增加并聯(lián)井巷或擴大通風斷面等。 按其調節(jié)的范圍，可分為局部風量調節(jié)與礦井總風量調節(jié)。 從通風能量的角度看，可分為增能調節(jié)、耗能調節(jié)和節(jié)能調節(jié)。四、礦井風量調節(jié)1.局部風量調節(jié) 局部風量調節(jié)是指在采區(qū)內部各工作面間，采區(qū)之間或生產水平之間的風量調節(jié)。 調節(jié)方法：增阻法、減阻法及輔助通風機調節(jié)法。 （1增阻調節(jié)法 增阻調節(jié)法是在通過在巷道中安設調節(jié)風窗等設施，增大巷道中的局部阻力，從而降低與該巷道處于同一通路中的風量，或增大與其關聯(lián)的通路上的風量。增阻調節(jié)是一種耗能調節(jié)法四、礦井風量調節(jié) 主要措施： 1)調節(jié)

21、風窗；2)臨時風簾；3)空氣幕調節(jié)裝置等。使用最多的是調節(jié)風窗。 風窗調節(jié)法原理分析 如圖，分支風阻分別為 R1和R2，風量分別為Q1,Q2。則兩分支的阻力為：h1=R1Q12，h2=R2Q22，且h1= h2 。若分支風量不足?？稍诜种е性O置調節(jié)窗。設調節(jié)風窗產生的局部風阻為R。R1Q1R2Q2Q2R1+ RQ1R2Q2Q2四、礦井風量調節(jié) (R1+ R)Q12= R2Q22 但增阻后，并聯(lián)系統(tǒng)總風阻增大。使QQ，由于Q未知，實際計算過程中，假設QQ。知, R后，可計算調節(jié)風窗面積。122 12 2RRRQQ四、礦井風量調節(jié)調節(jié)風窗開口面積計算：當 Sc/S0.5 時，當 Sc/S 0.5

22、時，Sc調節(jié)風窗的斷面積，m2；S巷道的斷面積，m2；Q通達風量，m3/s；hc調節(jié)風窗阻力，Pa；Rc調節(jié)風窗的風阻，Ns2/m8；Rchc /Q2。cchSQQSS84. 065. 0ccRSSS84. 065. 0cchSQQSS759. 0ccRSSS759.01四、礦井風量調節(jié) 使用條件：增阻分支風量有富余。 特點：增阻調節(jié)法具有簡單、方便、易行、見效快等優(yōu)點；但增阻調節(jié)法會增加礦井總風阻，減少總風量。 （2減阻調節(jié)法 減阻調節(jié)法是在通過巷道中采取降阻措施，降低巷道的通風阻力，從而增大與該巷道處于同一通路中的風量，或減小與其關聯(lián)通路上的風量。四、礦井風量調節(jié) 主要措施： 1)擴大巷道

23、斷面；2)降低摩擦阻力系數(shù)；3)清除巷道中的局部阻力物；4)采用并聯(lián)風路；5)縮短風流路線的總長度等。 特點： 可以降低礦井總風阻，并增加礦井總風量；但降阻措施的工程量和投資一般都較大，施工工期較長，所以一般在對礦井通風系統(tǒng)進行較大的改造時采用。四、礦井風量調節(jié) （3增能調節(jié)法 增能調節(jié)法主要是采用輔助通風機等增加通風能量的方法，增加局部地點的風量。 主要措施：1)輔助通風機調節(jié)；2)利用自然風壓調節(jié)。 特點：增能調節(jié)法的施工相對比較方便，不須降低礦井總風阻，增加礦井總風量，同時可以減少礦井主通風機能耗。但采用輔助通風機調節(jié)時設備投資較大，輔助通風機的能耗較大，且輔助通風機的安全管理工作比較復雜，安全性較差。四、礦井風量調節(jié)2.礦井總風量的調節(jié) 當?shù)V井或一翼總風量不足或過剩時，需調節(jié)總風量，也就是調整主通風機的工況點。采取的措施是：改變主通風機的工作特性，或改變礦井風網(wǎng)的總風阻。 (1) 改變主通風機工作特性 改變主通風機的葉輪轉速、軸流式風機葉片安裝角度和離心式風機前導器葉片角度等，可以改變通風機的風壓特性，從而達到調節(jié)風機所在系統(tǒng)總風量的目的。四、礦井風量調節(jié) (2) 改變礦井總風阻值 1風硐閘門調節(jié)法 如果在風