風機在煤礦生產(chǎn)中的應用技術

1、風機在煤礦生產(chǎn)中的應用技術關鍵詞:煤礦生產(chǎn);風機噪聲;節(jié)電改造;調(diào)節(jié)方法;機械設備風機是煤礦生產(chǎn)中必不可少的通用機械設備。降低煤礦風機噪聲, 進行噪聲控制并對風機進行節(jié)電改造是目前煤礦風機使用中面臨的兩個重要課題,以下針對具體的技術措施進行論述。 一、風機噪聲的控制 對通風機噪聲的控制, 最根本的措施是從聲源上根治噪聲, 即設計制造高性能、低噪聲的風機是控制風機噪聲的根本途徑。但是,當前對噪聲較高的通風機進行合理的結(jié)構(gòu)改造和安裝適當?shù)南曆b置是控制風機噪聲的最主要手段。 (一)礦井通風機產(chǎn)生噪聲的原因 通風機在一定工況下運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的噪聲, 主要包括空氣動力產(chǎn)生的噪聲,機械振動產(chǎn)生的噪聲,以及氣

2、體和固體彈性系統(tǒng)互相作用產(chǎn)生的噪聲,即耦合噪聲。其中氣動噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機理尤為復雜,空氣動力性噪聲是風機的主要噪聲。它分成旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。 1.通風機內(nèi)部流動分離產(chǎn)生的噪聲。葉輪高速旋轉(zhuǎn)時,葉輪機械內(nèi)部流動分離形式是多樣的,產(chǎn)生機理是復雜的。在通風機中,葉輪入口、葉輪內(nèi)部和葉輪出口都存在氣流分離現(xiàn)象。氣流的分離將引起渦流,這些渦流由于粘性力的作用,又會分裂成一系列小渦流,渦流的移動和破裂,使氣流發(fā)生擾動,在氣流中形成壓縮和稀疏過程,由此產(chǎn)生噪聲。 2.氣固耦合噪聲產(chǎn)生的原因。通風機氣固耦合噪聲問題基本上屬于彈性結(jié)構(gòu)體外部繞流的流動誘發(fā)振動,從而產(chǎn)生噪聲,也就是氣固耦合動力學問題,當葉

3、片由于外界原因以某一固有頻率作初始微幅振動時,將會與周圍氣流發(fā)生能量交換,既可能由于向氣流傳遞能量而使葉片振動衰減,也可能從氣流中吸取能量而使振動加劇。在通風機中,常見的是葉片顫振現(xiàn)象及其引起的噪聲。從流體力學角度來看,耦合噪聲基本上可分為兩類:一類可認為流動分離和邊界層效應對于噪聲發(fā)作沒有重要影響;另一類的噪聲發(fā)作機理與流動分離和旋渦密切相關。葉輪機械均以后一類更為常見。同時,轉(zhuǎn)子與靜子的氣動干擾、位于進口前方的整流板對轉(zhuǎn)子形成的非定常擾動進氣口流場畸變等都是噪聲產(chǎn)生的因素 (二)煤礦通風機噪聲的控制措施 1.在風機的出氣口管道上安裝消聲器。在風機噪聲中, 進、出氣口輻射的空氣動力性噪聲強度

4、最大, 所以, 首先應將這部分噪聲降下來。在局扇進、出氣口安裝消聲器是抑制其噪聲的最有效措施。由于煤礦主風機在使用時為抽出式通風,噪聲的主要輻射部位在風機的出口, 所以一般在出氣口安裝各類消聲器。目前應用的消聲器種類繁多, 主要有:阻性消聲器、抗性消聲器、微穿孔板消聲器和復合式消聲器。各類消聲器在消聲降噪上的特性和對風機氣動特性的影響是各個不相同的。目前對煤礦主風機實施降噪時, 通常采用阻性消聲器, 阻性消聲器主要吸收中高頻噪聲, 而且降噪效果好。 2.風機機組加裝隔聲罩。煤礦主風機機殼、電動機、基礎振動等部位輻射的噪聲也是主要噪聲源, 需要采取綜合治理措施, 最常用也是最有效的措施是加裝風機

5、機組隔聲罩。采用加裝隔聲罩措施就是將整個風機機組用密閉的隔聲罩圍包起來。隔聲是利用隔聲結(jié)構(gòu)將噪聲隔擋, 減弱噪聲的傳遞。隔聲罩是按隔聲原理設制的, 它由隔聲層阻尼村料、吸聲層和護面層組成。這樣使隔聲罩具有隔聲和吸聲雙重降噪效果, 可大大提高減噪效果。 3.采取改造風機房的綜合治理措施。如果有專門的風機機房, 則可結(jié)合現(xiàn)場情況采取將風機房改造成隔聲間的降噪方法, 即把風機機組封閉在風機房內(nèi)使其噪聲傳不出去, 這樣機房內(nèi)的噪聲雖大, 但外界噪聲則小多了。密封的風機房上要安裝進氣口消聲器, 以供風機吸氣和電動機、機殼等散熱之需要。在冷卻風機出氣管路上也可再裝一個消聲器以減弱風機出氣噪聲。若要降低隔聲

6、間內(nèi)的噪聲, 可在房間內(nèi)表面采取吸氣處理或懸掛消聲體; 對風機機殼和輸氣管采取阻尼措施,涂貼包裹吸聲材料;為隔絕風機基礎振動, 減弱固體聲的傳遞,可在風機下安裝減振器或設計專門的隔振基礎。 二、煤礦通風機節(jié)電的措施 煤礦通風機耗電量較大,該設備全年不停地運行,而且不同時期對風量的要求又不相同,如節(jié)假日用風量較小,礦井建設初期用風量也較少,因此,選擇一種好的調(diào)節(jié)風量的方法,完全可以降低噸煤電耗,而且可以提高風機的使用壽命,這樣就可以給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。 (一)工作原理 礦用通風機調(diào)節(jié)方法有多種形式,目前國內(nèi)煤炭企業(yè)主要采用調(diào)節(jié)管網(wǎng)阻力法、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速法、調(diào)節(jié)進口導流器葉片法、調(diào)節(jié)葉輪葉片法等形

7、式。根據(jù)風機的軸功率變化特性曲線顯示,當風機的轉(zhuǎn)速改變時,軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比變化,可見,調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是風機節(jié)能改造效果最明顯的技術途徑。 (二)調(diào)節(jié)方法 通風機常見的調(diào)速方法主要有:可控硅串級調(diào)速、直流機組調(diào)速,交交變頻調(diào)速、液力調(diào)速等幾種方式。 1.液力偶合器調(diào)速。(1)調(diào)節(jié)原理。電機輸出軸高速旋轉(zhuǎn)帶動液力偶合器泵輪旋轉(zhuǎn),將液體介質(zhì)以高速高壓流沖向液力偶合器渦輪葉片,使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉(zhuǎn)并帶動風機;而傳動介質(zhì)由渦輪外緣流向內(nèi)側(cè)并減速減壓流向泵輪形成渦流循環(huán),在這種循環(huán)中,通過導管系統(tǒng)直接改變傳動介質(zhì)質(zhì)量,可無級調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并將電動機的機械能柔性傳遞至風機。(2)技術特點。1)由于調(diào)速型液

8、力偶合器本身結(jié)構(gòu)特點,可實現(xiàn)電動機空載起動,可放棄原有的已老化的電動機控制系統(tǒng),采用液力偶合器自身的簡單控制系統(tǒng),并利用電動機可空載起動,提高其起動能力,減小對電網(wǎng)的沖擊;2)由于傳動介質(zhì)為油液,可隔離扭振,減緩沖擊;3)結(jié)構(gòu)簡單可靠,控制操作方便;4)除軸承之外,無機械磨損,效率高,節(jié)能效果顯著。2.可控硅串級調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。 (1)調(diào)節(jié)原理。電網(wǎng)電能經(jīng)異步電動機氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率P2,一部分為機械輸出功率Pm,另一部分為轉(zhuǎn)差功率Ps。它們之間的關系如下: P2=Pm Ps P2=M1 Pm=(1-s)P2 Ps=sP2=3I22R 式中: M電動機的電磁轉(zhuǎn)矩; 1同步角速度; I2轉(zhuǎn)子

9、每相電流; R轉(zhuǎn)子電阻; s轉(zhuǎn)差率。 原機組采用轉(zhuǎn)子電路串接附加電阻實現(xiàn)調(diào)速。顯然在低速運轉(zhuǎn)時,s升高,轉(zhuǎn)差功率Ps升高,此時,轉(zhuǎn)差功率Ps無法加以利用,只能白白消耗在外部附加電阻上,所以這是一種低效率的能耗調(diào)速方法。如在轉(zhuǎn)子回路代替附加電阻接入一套電器裝置,同樣能實現(xiàn)調(diào)速,并具有節(jié)能的顯著優(yōu)點。 (2)技術特點。調(diào)速系統(tǒng)為全數(shù)字化顯示,電控系統(tǒng)采用PLC技術取代模擬控制和有觸點電器傳動方案,提高系統(tǒng)可靠性。本方案控制的只是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率,系統(tǒng)設備投資少。尤其是采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié)技術,可以做到平滑無級調(diào)速及較硬的機械特性。此方案是礦用風機節(jié)能調(diào)速的優(yōu)選技術方案之一。 3.直流機組調(diào)速。(1)調(diào)節(jié)原理

10、直流電機采用激勵磁,定子電路采用固定直流供電,轉(zhuǎn)子電路采用可控硅變流器供電,改變可控硅導通角,即改變轉(zhuǎn)子供電電壓,改變轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩,實現(xiàn)調(diào)速目的;(2)技術特點。調(diào)速范圍廣,調(diào)速性能好,效率高,技術穩(wěn)定可靠。但常見的通風系統(tǒng)采用交流電機,需改換成直流電機,設備投資及直流電機維護量大,不代表電氣傳動的發(fā)展方向。因此,在風機節(jié)能項目改造中應用較少。 4.交交變頻調(diào)速。(1)調(diào)節(jié)原理。交交變頻器其主回路由2組并聯(lián)的變流器P組和N組組成。P組和N組輪流向負載供電,則在負載上獲得交流輸出電壓U0。U0的幅值由變流器的控制角決定。U0的頻率由2組變流器的切換頻率決定。如果變流器采用橋式接法,則三相負載需要36個晶閘管元件;如果用零式接法,也需要18個晶閘管元件,元件數(shù)量較多。另外,礦井供電電壓常見為雙路6kV,目前還沒有能直接在6kV電壓下的晶閘管元件。故系統(tǒng)采用高低高供電方案,需增加2套晶閘管用變壓器。(2)技術特點。調(diào)速范圍廣、高效、優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)。晶閘