對旋式軸流通風機在煤礦主要通風中的應用

摘要20對旋式軸流通風機在煤礦主要通風中的應用摘要煤礦主通風機主要是為井下供應充足的新鮮空氣，調節(jié)礦井氣候，為工作人員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，有效提高礦井的抗災能力。目前國內90%以上煤礦目前采用對旋式軸流通風機作為主通風機使用；因其具有壓力高、流量大、高效、結構緊湊、反風容易的特點深受煤礦的青睞。但由于對旋式軸流通風機本身設計局限，有電機主軸軸伸端承受葉輪直聯(lián)引起的較大載荷、電機散熱、二級負荷大等近年來受到很多質疑，因此有必要對對旋式軸流通風機在煤礦上的應用進行系統(tǒng)分析。本文作者就對旋式軸流通風機設計原理及結構特點做出分析，與離心式風機以及長軸式軸流通風機進行優(yōu)缺點比較，并對對旋式風機實際使用實例以及常見故障進行分析，以使讀者及用戶對該型風機有詳細的了解；最后作者對目前煤礦對旋式軸流通風機市場及企業(yè)營銷策略進行分析并進一步展望。關鍵詞：對旋式；通風機；煤礦；使用實例；故障分析論文類型：應用研究目錄緒論1.1選題背景及意義通風機為礦井通風服務主要有三種方式：礦井主要通風機，一般在地面；輔助通風機；井下工作面局部通風機。地面主通風機一般采用離心式風機或軸流式礦井通風機，局部通風機一般采用軸流式通風機；其中對旋式軸流通風機近年來廣泛使用各煤礦及金屬礦山行業(yè)主要地面通風和井下局部通風。對旋式軸流通風機是國內企業(yè)借鑒引進國外技術，并經過經消化吸收，并同國內各大院校合作研制生產的煤礦主要通風用風機的產品。20世紀90年代初，運城節(jié)能防爆風機廠、燕京礦山風機廠研制了BDK型（后更改為FBCDZ系列）防爆對旋礦井軸流通風機。對旋局部通風機1995年以來開始在煤礦大量使用。安瑞公司作為運城節(jié)能防爆風機廠分支，繼承和發(fā)展了對旋式軸流通風機，引進吸收并推廣西北工業(yè)大學蘇莫明教授研發(fā)的彎掠組合正交型技術在煤礦地面用對旋式軸流通風機及井下對旋局部通風機的使用，從國內第一臺韓城礦務局BDK19#/2*90kW風機到FBCDZ40#/2*1850kW高壓變頻稀油潤滑風機，經歷了對旋式軸流通風機試用，到推廣到全國90%以上煤礦均采用對旋式軸流通風機的歷程；從萬噸煤礦主要通風機發(fā)展為千萬噸級煤礦主要通風機，為煤礦生產提供安全保障。對旋式軸流通風機問世之初就以其壓力高、流量大、高效、結構緊湊、反風容易的特點深受煤礦的青睞。但由于對旋式軸流通風機本身設計局限，有電機主軸軸伸端承受葉輪直聯(lián)引起的較大載荷、電機散熱等問題近年來受到很多質疑，因此有必要對對旋式軸流通風機在煤礦上的應用進行系統(tǒng)分析。近年來井下局部通風機已經全部采用對旋式軸流局部通風機毫無爭議，有關煤礦地面主通風機選用對比，從最初煤礦地面主通風機大多采用離心式通風機，到部分煤礦使用長軸式軸流通風機，2000年以來近二十年對旋式軸流通風機的廣泛使用；近幾年由于小型煤礦關停并轉，大型煤礦需風量加大，巷道延伸變長，采掘面增多，部分研究者又轉而推薦長軸式通風機；近些年有不少學者、使用者都對井下局部通風機做過詳細分析，而大型礦用主通風機由于實驗條件限制，大多由礦方或者廠家進行過部分有針對性的分析，而本課題對對旋式主通風機在煤礦的使用進行系統(tǒng)的分析有助于用戶對主通風機選擇有更好的詳盡了解，從而合理的為礦井通風選用最佳通風方式及通風機。1.2國內外對旋式軸流通風機的研究發(fā)展及應用1.2.1國外軸流式通風機技術現(xiàn)狀1）歐美國家軸流式通風機德國透平通風技術有限公司(TLT)，早在20世紀40年代就研制出動葉可調的大功率軸流式通風機應用與礦井通風。德國考夫曼公司主要制造礦井軸流式通風機，該公司的產品服務于各類煤礦、金屬礦山、隧道等，還同時為化工行業(yè)、冶金行業(yè)、以及造船行業(yè)提供專業(yè)的通風機生產。丹麥主要軸流式通風機生產廠家為諾狄斯克通風機有限公司，主要制造軸流式通風機為液壓動葉可調VARIAX型電站及鍋爐鼓風機、引風機。美國有多家軸流式通風機生產制造商，著名的有BonanZaFans、BuffaloForge、Fairchild、HartZeLL、Jeffrey、Joy、StrobicAir、TLT-Babcock、Hudson其產品種類多，性能優(yōu)越。荷蘭斯托克(Stork)通風設備部于1955年研制了低風壓大流量的螺旋槳式軸流通風機——“T”型軸流通風機。該風機不僅用于冷卻塔和空氣熱交換裝置(空冷器)上，并可用于隧道通風。荷蘭豪登(Howden)公司在其前身斯托克通風設備部“T”型風機葉片的基礎上，研制開發(fā)出等寬度機翼扭曲型的ENF(標準)型、ELF(低噪聲)型、ELFA(超低噪聲)型葉片。三種葉片寬度逐次增大，并通過降低轉速、增加實度、調整安裝角的方法，在滿足風量、風壓要求的同時，達到降低噪聲的目的。前蘇聯(lián)礦井軸流式風機前蘇聯(lián)研發(fā)礦井軸流式通風機較早，在礦井軸流式通風機的研發(fā)、制造獨樹一幟，其風機產品也具有品質優(yōu)良的特點，產品主要型號有：ВЦ-32

(ВЦ-315M)、ВПД–32

(BΠ-315M)、ВЦД–47、ВОД–30、ВОД–40、ВОД–18等。其中ВЦД–47型風機最高壓力達8000Pa，最高靜壓效率可達86%。我國建國初期與前蘇聯(lián)關系密切，雙方在通風機也有緊密聯(lián)系，我國50年代我國風機行業(yè)基本上是采用蘇聯(lián)產品或按蘇聯(lián)圖紙生產，尤其1959年生產的2BYNo24風機由于自身結構特點，反風量可達60-80%，60年代我國開始自行設計和仿蘇產品的制造，通過仿制，大大地促進了我國風機設計制造技術的提高[1]。[1]3）日本軸流通風機產品日本生產軸流通風機的主要有三井三池公司、石川島播磨公司、三菱重工公司、世侖公司和三井造船公司等。三井三池公司以生產礦井主扇和局扇為主。對于主扇，該公司風機一般停機后由人工調節(jié)葉片安裝角度的方式。對于局扇，該公司主要在提高壓力和降低噪聲上下功夫，研制出可更換吸聲材料的雙層機殼的對旋式和混流式局扇。石川島播磨公司主要生產電站鍋爐鼓、引軸流通風機，并于1970年前后引進了丹麥諾狄斯克公司ASN和AST風機的制造技術。三菱重工公司亦是以生產電站鍋爐鼓、引軸流通風機為主,并主要靠引進歐洲這種風機的制造技術。世侖公司和三井造船公司主要生產低風壓大流量軸流通風機，用于冷卻塔和空冷器裝置上。總體上，國外對旋式軸流通風機具有技術先進、高效、系列化等優(yōu)點。國外風機由于技術上相對成熟，先進，所以在研發(fā)保持領先的基礎上，大多在質量上更加注重，尤其是著眼于如何提高風機效率及延長使用壽命，節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展；在成本控制方面則注重于新材料的開發(fā)，降低材料消耗，并注重整個系統(tǒng)總成本的控制；在風機工藝維護面從部件的通用標準化、維護簡易化、換件便捷化發(fā)展，整機生產更是趨向于生產自動化、節(jié)約人力資源方向發(fā)展；在環(huán)保方面，注重于安全可靠、低噪聲、低振動等技術方向發(fā)展。1.2.2國內對旋式軸流通風機發(fā)展20世紀50年代我國與前蘇聯(lián)關系密切，雙方在通風機也有緊密聯(lián)系，由于我國工業(yè)、制造業(yè)基礎薄弱，礦井風機開始基本上是采用蘇聯(lián)產品或按蘇聯(lián)圖紙生產，60年代我國開始在前期消化吸收蘇聯(lián)風機技術基礎上進行改進設計和自我研發(fā)，在國家層面上進行技術整合，技術協(xié)作，先是離心式風機進行新產品設計及定性，然后標準化執(zhí)行，有效的提高了我國通風機設計水平及制造水平，同時開放性的公布產品技術全國推廣，極大的促進了風機產品發(fā)展。通過采用前蘇聯(lián)圖紙制作與仿制風機，使得我國礦井軸流通風機技術得到大力發(fā)展，然而，隨著科學技術的發(fā)展，仿制風機由于效率低，適用范圍窄等已經不能滿足礦井生產，為滿足我國煤礦的實際需要，沈陽鼓風機廠首先于1975年研制出62A型；繼而又于1980年設計制造2K60型。隨后，沈陽風機廠設計制造出1K58和2K58型。20世紀90年代初，沈陽鼓風機廠又自行研制了2K56型，運城節(jié)能防爆風機廠、安瑞風機廠、安運風機廠、燕京礦山風機廠研制了BDK型（后更改為FBCDZ系列）防爆對旋礦井軸流通風機。在引進國外技術方面，二十世紀八十年代，上海鼓風機廠消化吸收德國先進風機制造企業(yè)TLT公司的高效率GAF型礦井用軸流通風機，隨后2000年前，吉林鼓風機廠引進了前蘇聯(lián)的KZS風機技術。在礦井局扇上，我國長期以來使用仿制前蘇聯(lián)的JBT系列普通軸流式風機。該風機結構簡單，性能可滿足礦井通風要求，但效率低、噪聲高達109dB(A)。1980年以來，我國風機、煤炭和冶金等行業(yè)的不少小企業(yè)開始研制不同型式的通風機，有普通軸流式、子午加速型和對旋式等，但子午加速型居多，其中BKJ66型和GKJ系列為典型代表。GKJ系列子午加速局扇，流量2～4m3/s,風壓780～3100Pa，全壓效率82%～86%（出口圓面積），噪聲84～99dB(A)。該風機因性能好，產品制造精良，曾一度打入歐洲市場。[2]引用一般放到標點符號前面1995年以來，對旋式軸流通風機開始在煤礦大量使用，產品品種繁多，但性能和制造質量良莠不齊。引用一般放到標點符號前面近年來國內煤礦用對旋式軸流通風機廠家蓬勃發(fā)展，主要生產區(qū)域為山西運城地區(qū)、山東淄博地區(qū)，排在第一梯隊的主要生產廠家有：山西省安瑞風機電氣股份有限公司、南陽防爆電器股份有限公司、平安電氣股份有限公司、山西運城安宏通風設備有限公司、淄博風機廠有限公司。國內近年來煤炭能源行業(yè)特性，一些小型煤礦均已關停，隨著煤礦的整合兼并，礦井延伸、綜采技術提升等，煤礦地面用主要通風機機型越來越大，所需通風機提供的風量、風壓均大幅提高，而對旋式軸流通風機由于2000年到2020年處于井噴式發(fā)展，對旋式軸流通風機在煤礦市場超過80%，僅運城地區(qū)大大小小風機廠家就幾十家，而運城地區(qū)生產的對旋式軸流通風機占比超過60%，在實際使用中由于整體技術限制，國內學院對對旋式軸流通風機研究不多，大多學院仍停留在小型風機理論研究，而針對煤礦地面用主通風機則少有學者進行詳細試驗、研究、分析；風機制造質量良莠不齊、技術缺少先進理論指導，導致該風機由于性能、設計受到部分用戶質疑。我國工業(yè)發(fā)展時間短，基礎薄弱，技術積累淺，目前國內發(fā)展兩極化，大型國有企業(yè)技術發(fā)展成熟，技術研發(fā)投入大，引進國外先進技術多，而大多數企業(yè)規(guī)模較小，從事中小型風機產品加工制造，多為勞動力密集型企業(yè)，產品技術附加值較低，因此我國國內風機需要在技術與工藝方面加大創(chuàng)新能力，一定要努力在質量管理、成本降低、工藝改進、技術研發(fā)、環(huán)保節(jié)能五個方面注重對產品的改進。1.3論文的主要內容及安排對旋式軸流通風機在煤礦主要通風占有很大比重，有礦井肺腑之稱，而該類型風機在國內大部分煤礦均正在使用，因此對該型風機進行分析有很重要意義。論文內容安排具體如下：第一章緒論，主要介紹本論文選題的背景及選題意義，同時對國外對旋式軸流通風機技術現(xiàn)狀介紹，國內對旋式軸流通風機技術現(xiàn)狀發(fā)展情況介紹。第二章主要內容是簡單介紹對旋式軸流通風機設計原理、主要結構特點。第三章主要內容是在煤礦主要通風應用上對旋式軸流通風機及離心式通風機、長軸式軸流通風機進行比較。第四章主要內容是介紹對旋式軸流通風機應用實例、礦井應用常見故障分析。第五章針對國內對旋式軸流通風機市場需求進行分析以及企業(yè)應對當前市場營銷策略改進第六章結論與展望對旋式軸流通風機設計原理及結構特點對旋式軸流通風機設計原理及結構特點2.1對旋式軸流通風機設計原理軸流式通風機也具有將近兩百年歷史，在上世紀航空動力學迅猛發(fā)展的時期，由于對于機翼翼型相關理論研究的深化，相繼有許多風機企業(yè)將航空動力機翼型技術應用在風機上，軸流式風機獲得極大發(fā)展，在礦山、冶金、化工等行業(yè)得到廣泛應用。西安交通大學李慶宜教授主編的《通風機》一書中專門介紹對旋式軸流通風機：在兩級的軸流通風機中，對旋式軸流通風機就是一種很好的設計方案。也就是軸流通風機兩級葉輪相對安裝，旋轉方向相反，兩級葉片設計葉型與數量匹配，不需要前置導葉或后置導葉裝置的通風機設計方式。對旋式軸流通風機兩級葉輪葉片數量互質，葉片形狀不同，旋轉方向相反，互為導葉，葉間渦流損失小，傳動效率高，同時二級風機增壓作用明顯，可以產生兩倍單級軸流風機壓力，同時高效區(qū)范圍寬廣，整體風機效率高等特點，一經推廣，就被全國礦井、金屬礦山以及橋梁隧道施工工程中獲得高度認可。對旋式軸流通風機有以下幾個特點：1）結構緊湊，省略了前后導葉裝置。（見圖2-1）。圖2-1對旋式局部軸流通風機結構簡圖2）風機整體裝置效率高。李慶宜編著的《通風機》中，日本的梅田建夫著作王明德翻譯的《對旋式通風機》都持有這種觀點，即對旋式軸流通風機比同樣的兩級帶前置導葉的風機及帶后置導葉的風機高效率高約5-8%[3]。[3]葉輪傳動效率高，安裝簡單可靠。葉輪通過錐形套直接安裝固定在電機主軸,電機直接帶動葉輪旋轉，傳動效率100%，這種直聯(lián)方式不僅傳動效率高，而且維修、檢修方便。風機靜壓效率高。對旋式軸流通風機大多采用機翼型葉片，兩級互為導葉，在大流量、中低壓區(qū)域可以獲得很高的靜壓效率和全壓效率，同時因高效區(qū)域范圍寬廣，因此有更良好的適應性。3）反風性能較一般的軸流風機及離心式風機優(yōu)越。4）由于對旋風機采用電機葉輪直聯(lián)方式，因此電機直接反轉拖動葉輪反轉來進行風機反風,原風機本身可直接作為反風風道，風機還可露天安裝，無需建風機房和反風風道,對基礎要求不高,可大大減少工程量。與其他風機相比,其輔助設備少,控制環(huán)節(jié)少,安全可靠性好,可節(jié)約70%的土建工程費。[4]2.2對旋式軸流通風機葉型設計原理高性能風機設計的關鍵就在于風機葉片的設計，哈爾濱工業(yè)大學王仲奇教授于1962年提出了采用彎掠葉片來減少葉輪葉柵中二次流損失的設計思想。[5]蘇莫明教授在1996年的博士論文中就根據王仲奇教授的設計思想，進一步提出基于分布參數最優(yōu)控制的壓氣機、通風機優(yōu)化設計理論，也就是彎掠組合三維扭曲正交型技術的應用，該技術于2000年開始應用在煤礦主通風機上，并于2004年開始廣泛應用與對旋式軸流通風機。彎掠組合正交型三維扭曲正交型設計理論和設計方法是蘇莫明教授提出的一種高性能風機設計方法。彎扭葉片現(xiàn)在廣泛應用與透平葉柵，主要因為透平葉柵葉片的彎度很大彎扭葉片后產生的徑向壓力大，減少二次流損失。[6]該設計主要集中于最佳扭曲規(guī)律的的確定、最佳翼型的確定，葉身設計采用彎掠組合型葉片設計，同時確定最佳前彎、后掠量，并對風機流道進行氣動綜合優(yōu)化設計。有效的氣動綜合優(yōu)化設計，大大地改善通風機、鼓風機葉道內氣流的流動狀態(tài)，控制大尺度旋渦的發(fā)展消除氣流的分離控制轉子和靜子間以及級間氣流的速度分布，從而達到提高流動效率，減小氣動噪聲的目的。采用彎掠組合正交型葉片設計技術所設計的通風機具有以下特點：a.由于采用全三維湍流粘性優(yōu)化設計方法，因而可以準確設計出精確滿足設計參數的風機產品。b.所設計的產品較同類常規(guī)設計方法設計的風機全壓效率提高5-10%，比A聲級噪聲下降10-20分貝。c.設計中可以控制喘振裕度，使其大幅度提高。在有功率裕度條件下可以設計出無喘振工況風機產品，避免了影響風機效率和全壓的防喘振圈設計。d.風機產品全部采用三維設計軟件進行結構設計，鈑金零部件全部采用旋壓、自動焊接技術制造。葉片鋁合金鑄造件全部采用鋼模低壓鑄造技術完成。e.在產品樣機的設計階段，每一臺產品都要經過特征通道和整機的計算流體動力學（CFD）數值流動模擬。樣機制成后還要上試驗臺對樣機按國家標準進行詳盡測試。d.除剛度、穩(wěn)定性、可靠性、耐久性等特性需要進行嚴格規(guī)范設計外，主要零部件都要采用有限元（FEM）軟件進行強度計算和振動分析。除滿足強度、剛度條件外，還要保證在轉速調節(jié)范圍內不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。對旋式軸流通風機的第Ⅰ級葉輪和第Ⅱ級葉輪速度三角形如圖2-2所示，氣流以絕對速度C1Ⅰ軸向進入風機，以速度C2Ⅰ流出第Ⅰ級葉輪，第Ⅰ級葉輪葉片出口絕對速度等值同方向進入第Ⅱ級葉輪葉片的進口，即C1Ⅱ=C2Ⅰ，而氣流以絕對速度C2Ⅱ軸向流出風機出口。前葉輪和后葉輪的葉片安裝角分別為：90°-ξ1和90°-ξ2。[7]對旋式軸流通風機全壓為兩級葉輪全壓之和：PtF=PtFⅠ+PtFⅡ=ρμ△CμⅠ+ρμ△CμⅡ（2-1）式中：PtF——風機全壓，Pa；PtFⅠ——風機一級葉輪產生的壓力，Pa；PtFⅡ——風機一級葉輪產生的壓力，Pa；ρ——空氣密度kg/m3；μ——氣流圓周速度，m/s；△CμⅠ——氣流絕對速度，m/s；若：△CμⅠ=△CμⅡ則：PtF=2ρμ△CμⅠ（2-2）從合理分配前后兩級葉輪壓力負載角度看，兩個葉輪各最佳理論全壓各為通風機理論全壓的一半，這樣設計不僅能夠保證通過兩級葉輪的氣流比較平穩(wěn)，滿足對旋式軸流通風機氣流的連續(xù)性條件，有利于提高風機的全壓效率。[8]圖2-2對旋式軸流通風機一二級葉輪速度三角形2.3對旋式軸流通風機結構特點對旋式軸流通風機相較離心式風機和長軸式軸流通風機結構比較簡單，應用在煤礦通風因使用安全技術要求，需滿足防爆要求。在當前技術條件支持下，煤礦對旋式軸流通風機設備的基本結構如圖2-3。煤礦地面用抽出式對旋式軸流通風機一般主要由集流器、兩級主機、兩級電機、兩級對旋葉輪、擴散器、消音器、擴散塔等幾部分組成，各部件通過法蘭螺栓連接，其中主機之間采用軟連接。工作原理是：氣流通過集流器整流；風流沿軸向流進一級葉輪，經其加速后方向發(fā)生偏轉后流入二級葉輪；沿軸向流入擴散器；擴散器一般采用擴散型外殼和收斂型錐筒（企業(yè)一般叫擴散器內芯），該部件主要是降低氣流的出口局部阻力損失，提高通風機效率，風流流經擴散器軸向排出通風機；消音箱為輔助設備，主要是對出口風流進行降噪和整流，與擴散器、擴散塔消音部分組成整體消音，降低風機噪音對環(huán)境的影響；擴散塔設計采用流線型，保證風流方向在改變過程中不突變，其作用一：改變風流方向，保護周圍環(huán)境還可降低噪聲；作用二：減少風機的動壓損失，轉化為有效靜壓，提高風機效率。圖2-3對旋式軸流通風機結構簡圖集流器最主要的作用是整流，使得氣體流入風機前得到很好的加速以及獲得均勻的氣體流向。集流器對通風機性能影響較大，設計優(yōu)良的集流器可大大的提高風機效率。一般在集流器中加裝整流罩使氣流更優(yōu)良，噪聲也會大大降低。如圖2-4。圖2-4集流器擴散器嚴格意義是由擴散筒和整流體組成，擴散筒是擴散器的外殼部分，有時附帶消音外殼；整流體一般為擴散器內部的整流錐。國內煤礦用軸流通風機大都選用錐形外筒，收斂式整流體的環(huán)形擴壓器。[9]如圖2-5。圖2-5擴散器簡圖對旋軸流式通風機設計布置與礦井用離心式通風機和長軸式軸流通風機不同,七最主要的結構形式是各部件單獨成套，部件之間組合要求簡單，部件之間用螺栓連接后或軟連接后組成整體。安裝時更為簡單,在每節(jié)部件底部裝設滾輪,將連接成整體的風機裝置安放在預先設好的軌道上即可使用。[10]風機底部敷設的兩根平行軌道對基礎平整度要求不高，其作用主要用于:通過滾輪承擔風機整機重量支撐，各部件之間振動互不影響，使風機安全工作;同時方便風機進行檢修、維護，各部件螺栓松開分離后，拉開一定的檢修空間即可操作。因此相對于離心式通風機和長軸式軸流通風機，該類型風機安裝、拆卸、使用、維護較為簡單方便。對旋式軸流通風機相對其他風機主要結構優(yōu)點：（1）結構緊湊，兩級風機均不設前置、后置導葉；（2）兩級葉輪均直接安裝在電機主軸軸伸端，無聯(lián)軸器直聯(lián)方式；（3）兩級葉輪互為導葉，可雙級組合使用，也可單級使用；（4）電機安裝在風機殼體內，并外包覆防爆隔流腔，形成正壓差；（5）風機各部件采用軟連接，底部采用機輪拖動，檢修方便；（6）風機可直接電機反轉反風，無需修建反風引風道。（7）風機安裝、維修簡便，對基礎要求低；（8）風機引風道工程造價低，對礦井適應程度高。（9）風機露天使用條件下安裝，無需修建風機機房，節(jié)省該部分基建所需費用。[11]對旋式軸流通風機與離心式通風機、長軸式軸流通風機比較對旋式軸流通風機與離心式通風機、長軸式軸流通風機比較3.1離心式通風機特點離心式風機是葉片式風機應用最為廣泛的一種。離心式通風機主要是靠葉輪旋轉產生的離心力來產生一定的升壓，通常情況下，離心式風機產生的風壓一般較高，流量小，離心式風機比轉速、風機特性曲線，離心式通風機適應高風壓小流量的工況情況。十八世紀中期嗎，英國人奎貝爾發(fā)明了第一款離心式通風機，該風機特點是機殼和葉輪采用同心圓方式，其中的機殼采用磚料制作，葉輪材質為木料，后向直葉片設計的葉片型式，該風機運行效率很低，主要應用于礦山通風。而到了十八世紀末期，人們在奎貝爾發(fā)明的離心風機基礎上進行了改進，風機機殼采用蝸殼形狀，葉片設計成后向彎曲型式，離心式的風機結構才接近現(xiàn)代風機并一直沿用至今。1898年愛爾蘭人設計的前向葉片的西羅柯式離心風機被廣泛應用。[12]國內生產離心風機的生產企業(yè)很多，除幾家國營大型企業(yè)外，大多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)中小企業(yè)，該風機產品種類多，型號規(guī)格多，產品多為系列化生產，因其產品特點，廣泛應用于大型冶金化工鍋爐等行業(yè)以及吸塵民用建筑等行業(yè)。離心通風機通風工作主要是葉輪旋轉帶動葉片內部氣流獲得離心力，從而順葉片方向流動，經蝸殼與葉輪間隙排出葉輪，經過蝸殼殼體流線導正方向后，從通風機出口流出，葉輪中心氣體排空后，從風機進口獲得源源不斷的氣流補充，從而形成空氣流動。而離心式通風機的關鍵部件是葉輪，葉輪是風機效率的核心，因此通風機的研究及設計均是對葉輪的形狀、尺寸進行精心設計，尤其是葉片的形狀及數量更是重中之重，同時葉輪以及風機整機的加工精度更是與風機性能指標緊密相關。葉輪按照葉片出口相對方向的不同也分為前向式（葉片頂部向葉輪旋轉方向傾斜）、徑向式（葉片底部在徑向方向）、后向式（葉片頂部向葉輪旋轉方向反方向傾斜），而徑向式葉片又分為直葉片和曲線葉片。根據相似性原理，相同的比轉速，風機的葉輪直徑越大，產生的離心力越大，相應產生的風壓也就越大。離心通風機結構主要由風機殼體、葉輪、電動機、聯(lián)軸器四部分組成，小型離心式通風機也可以采用電動機與葉輪直聯(lián)，也可以采用皮帶傳動，一般情況下中、大型通風機通過聯(lián)軸器或皮帶輪與電動機聯(lián)接。根據離心式通風機結構形式又分為單側進氣方式和雙側吸氣形式，單側進氣方式風機采用單側向葉輪；雙側進氣風機可獲得更大流量，該形式風機采用用兩個背靠背的葉輪，又稱為雙吸式離心通風機。如圖3-1為典型離心式通風機。圖3-1離心式通風機結構簡圖3.2對旋式軸流通風機與離心式通風機比較目前，國內煤礦因安全規(guī)程要求，大多礦井通風阻力不超過3000Pa，個別礦井特殊要超過4000Pa，而根據筆者多年與礦井用戶及設計院經驗交流，目前所接觸最大的礦井主要通風機壓力為5500Pa。礦井大多以風定產，因此，在國家相關規(guī)定基礎上，大多數礦井為大流量，小負壓，因此在選擇主要通風機原則上更偏向于軸流式通風機。國內六七十年代因技術條件限制，礦井選擇使用離心式風機，而在九十年代后期基本全部淘汰，均改為使用軸流式通風機。對于煤礦礦井來說，離心式風機除了因大風壓小流量不適用以外，安裝及引風道工程對于礦井來說也是不小的工程：（1）小型離心式通風機電動機直接連接葉輪或采用皮帶連接葉輪，該風機采用固定式基礎，對基礎的要求相對簡單；（2）對于大型離心式通風機，風機與電機之間采用聯(lián)軸器連接，這對風機基礎要求比較高，要求風機中心與電動機基礎中心對齊找正；（3）礦井風機因一般采用大型離心式通風機，對風機的組裝也有嚴格的要求，要求風機葉輪中心與進氣口中心、電動機絕對同心，同時要求葉輪中心與蝸殼之間間隙，葉輪與進氣口之間軸向間隙均有嚴格要求，否則將對風機效率有很大影響。（4）主軸與聯(lián)軸器、聯(lián)軸器與葉輪之間連接也相對較為嚴格。（5）風機進風口與引風道連接因風機位置固定，需要后期專門制作連接引風道。（6）需在礦井引風道重新修建反風風道，相對基建工程量大。3.3長軸式軸流通風機特點軸流通風機具有結構緊湊，連接方便等特點，相對于離心風機老說，軸流風機也有很長的應用歷史，從十九世紀起就開始應用在工業(yè)用途。通常意義上的軸流通風機采用單級葉輪，同時低壓軸流式通風機更是結構簡單，容易制造應用于民用建筑等通風行業(yè)，而大多高壓軸流通風機應用于電站、鍋爐通風。本文因主要為礦井使用，故只對比中高風壓型長軸式軸流通風機，長軸式礦井軸流通風機如圖3-1。圖3-1長軸式礦井軸流通風機外形圖礦井軸流式通風機最常用的是長軸式，也有個別采用短軸連接，該類型風機也應用在冶金化工以及鍋爐引風等行業(yè)，因其比離心式風機具有更高的效率和更大風量而得到更為廣泛的使用。該類風機主要特點：電機轉速高；電機通過聯(lián)軸器帶動葉輪，傳動效率高；葉片可采用機翼型，孤立翼型設計法，效率高；動葉可調可采用停機調節(jié)或不停機調節(jié)，適用范圍廣，經濟性強。3.4對旋式軸流通風機與長軸式軸流通風機比較風道會有一個“S”型彎道，而氣流在“S”型彎道處會形成較大的渦流和紊流，對風機的效率有一定影響，且噪音明顯增大，普通軸流式風機因為結構的原因對地基要求很高，若地基沉降到一定程度，則無法保證正常的傳動及安全運行。我公司先后對陜煤集團、陽煤集團、潞安集團等多臺原有的普通軸流式風機因地基沉降無法運行進行對旋式改造。普通軸流式風機必須要建較大的風機站房，且站房內須配備起重機、照明設施等，針對夏店煤礦，采用普通軸流式風機僅機房、擴散塔投資約1000余萬元，其次普通軸流式風機的引風道長度約50m，其造價又需1000余萬元。僅上述兩項其造價已經比對旋式風機的整體工程費用高2000～3000萬元。普通軸流式風機機房與操作時連體，機房內的噪音大于國家環(huán)保要求，對值班人員的健康影響很大。對旋式通風機建設工期短：不需要混凝土引風道、通風機房的建設，特別是改造的風井，僅鋪設好風機道軌與風井井筒連接等少量工程，安裝好風機及配套控制系統(tǒng)就可以運行，制造、安裝工期最多不超過4個月。采用變頻拖動完全可以取消臨時風機的建井工序。對旋風機對地基條件要求不高，地基傾斜度不大于15°，風機就能安全運行。我公司先后對陜煤集團、陽煤集團、潞安集團等多臺原軸流式風機因地基沉降導致風機無法正常運行，由我公司進行更換對旋式通風機改造實施后礦井正常安全生產。對旋式軸流通風機應用實例及常見故障分析對旋式軸流通風機應用實例及常見故障分析4.1對旋式軸流通風機煤礦應用實例國內目前主要生產煤礦主要通風用對旋式軸流通風機廠家有平安電氣股份有限公司、南陽防爆集團股份有限公司、山西安瑞風機電氣股份有限公司、三河市燕京礦山設備有限公司，這四家通風機廠在全國煤礦主要通風機市場占有率達到70%以上。目前國內最大對旋式軸流通風機為FBCDZ№46為燕京風機生產，生產FBCDZ№38以上風機僅山西安瑞一家就超過40臺，最大功率為山西安瑞生產的FBCDZ№40/2*1850kW。2009年山西安瑞風機生產的FBCDZ№40/2*1850kW風機是當年國內最大功率的對旋式通風機，也是國內第一臺使用稀油潤滑、高壓變頻的煤礦風機。該風機具有以下創(chuàng)新性：（1）FBCDZ№40主通風機采用2×1850kw防爆變頻電動機作為其動力核心，是目前國內所用最大防爆電動機；（2）2×1850kW防爆對旋式礦用主通風機為國際首次采用高壓變頻技術。（3）防爆電動機選用強迫稀油潤滑方式為在主通風機上的首次并成功運用。（4）礦井主通風機調風時間縮短為10s左右，為國際井工開采礦井主通風機調風最短時間，反風實現(xiàn)不停機控制約用時3min，備用主通風啟動及反風切換時間在6min內，實際啟動時間3min；（5）彎掠組合式正交型葉片與變頻技術的結合使礦用主通風機長期運行效率達80%以上；電動機效率90%以上，噪音低達79.5dB(A)。（6）此風機特在二級主機設置自動同步行走機構，設備的安裝、檢修、維護非常方便。[13]該風機檢測0度安裝角最高全壓效率達82.74%，最高靜壓效率達81.99%,30HZ運行風量達799200m3/h，靜壓2139Pa。見圖4-1；50HZ運行工況點1355760m3/h,靜壓5576Pa；最高全壓達6780Pa，見圖4-2。圖4-1FBCDZ№40/2*1850kW0度30HZ運行標準狀態(tài)測試數據圖4-2FBCDZ№40/2*1850kW+3度50HZ運行標準狀態(tài)測試數據4.2對旋式軸流通風機最常見故障對旋式軸流通風機在煤礦主要通風使用中，因其自身效率高、結構簡單、使用靈活、反風性能優(yōu)越、對基礎工程要求低等優(yōu)點目前被廣泛使用，但同時因其以下兩個個設計特點需要特別注意：（1）對旋式軸流通風機一般多用于煤礦主要通風，因所排風流含有瓦斯等氣體，電機冷卻無法象普通軸流通風機一樣靠氣流自身冷卻，反而需要把電機與風道中氣流隔離，因此，如何實現(xiàn)電機散熱是難題。（2）對旋風機葉輪與電機直聯(lián)方式，葉輪安裝在電機主軸，使得電機軸伸端軸承在承受軸向力同時承受徑向力，從而影響軸承壽命。為應對該問題，許多風機生產廠家在設計中應對：（1）通過增設隔流腔也即電機正壓保護筒，形成內部正壓，風機流道內為負壓，通過電機尾部風扇從隔流腔與機殼外部吸進新鮮空氣，對電機冷卻后從隔流腔前端排出風機殼體，成功解決電機散熱問題，并在實踐中得到驗證。（2）普通電機軸伸端與尾端均采用向心球軸承，而對旋式防爆軸流通風機防爆電機均在同類型電機基礎上加大軸承型號，同時采用三軸承甚至四軸承制，即軸伸端采用推力軸承加向心球軸承解決軸承徑向力與軸向推力。風機運行一般最常見故障：（1）因繞組短路或斷路或接地等導致風機不能啟動；（2）風機因葉輪卡住或電機軸承損壞引起的電源熔斷器故障；（3）風機因電機或葉輪卡住、電壓過低引起不啟動或電源電壓過低引起的啟動困難；（4）絕緣電阻受潮或老化引起的絕緣低故障；（5）因軸承缺油或損壞、葉輪擦邊引起的噪音、振動等故障；（6）不穩(wěn)定工況或失速工況引起的振動、喘振。對旋式軸流通風機市場分析對旋式軸流通風機市場分析5.1影響對旋式軸流通風機的市場需求分析5.1.1相關規(guī)定及政策影響對旋式軸流通風機行業(yè)發(fā)展的一個重要因素是政策的推動。近年來國家越來越強調煤礦安全生產，《“十二五”煤礦瓦斯綜合治理工作體系建設實施方案》中明確要求，礦井必須有完整獨立的通風系統(tǒng)，各巷道風量、各掘進風量、各場所配風量都必須滿足安全生產，以“風”定產。[14]該文件對瓦斯綜合治理提出更詳細方案，各煤礦增加安全通風設備需求，同時對于各風機生產企業(yè)來說是利好。國家安監(jiān)總局發(fā)布的《煤礦安全生產“十二五”規(guī)劃》中提出，將進一步嚴格煤礦安全準入制度，加大煤礦安全監(jiān)管，逐步有序建立退出機制，保障規(guī)模型煤礦企業(yè)發(fā)展。根據該文件要求，國家將進一步加大對煤礦礦井建設加大監(jiān)督建管力度，同時對新建礦井、改建擴建的礦井要進行產能要求，根據今年山西省要求，煤礦年產量90萬噸以下礦井將不予批準，同時現(xiàn)有煤礦將進行關停或整合，這樣的話，就不可避免將一些小型礦井、技術薄弱、煤層質量差的礦井關閉，相對用戶需求將大面積減少，對于一些制造能力弱、規(guī)模較小、產品單一的對旋風機生產制造企業(yè)來說是噩夢，但同時對于相對具有一定規(guī)模、產品適應性強、技術型制造企業(yè)來說反而是發(fā)展的機會。5.1.2競爭格局目前處于第一陣營的風機生產主要廠家為平安電氣股份有限公司、山西省安瑞風機電氣股份有限公司、南陽防爆集團有限公司；第二陣營有山西安運風機有限公司、運城安宏節(jié)能風機有限公司、淄博風機、鴻運礦山設備、湖北賽弗制造有限公司；第三陣營的是大大小小的各小型風機生產企業(yè)。5.2目前煤礦通風市場需求分析宏觀經濟環(huán)境來看，2012年以來，貨幣政策穩(wěn)健趨勢明顯，部分刺激政策適時退出，我國宏觀經濟增長呈現(xiàn)平穩(wěn)減速態(tài)勢。國內因能源發(fā)展趨勢，煤炭行業(yè)依然處于行業(yè)低谷，由于新能源發(fā)展迅猛，煤炭行業(yè)未來只會越來越萎縮，不會擴大。連續(xù)多年來，受國家政策影響以及市場發(fā)展，基本生產生活條件技術成長，國家居民生活成本、消費指數持續(xù)增長，導致原輔材料、外購元器件、人工成本、管理成本也持續(xù)多年上漲，五年來上漲50%左右，導致企業(yè)生產成本不斷加大，如果沒有相應的技術提高，高技術附加值產品，則企業(yè)就無法持續(xù)發(fā)展，無法生存。2017年到2019年市場雖然有所回暖，但由于整體市場萎縮，煤礦總量減少，而且煤礦風機投入為一次投入使用五年到十年，甚至十五年情況依然存在，而由于12年開始的整合引發(fā)的風機更換及使用年限到期更換一輪熱潮均在五年以內，因此煤礦對主要通風機也即大型對旋式煤礦主通風機市場需求量不大，相反因小型對旋式局部通風機為易損耗品，相對市場需求量大，而且小型風機價格偏低，投資小，競爭壓力相對更大。5.3企業(yè)應對市場的營銷戰(zhàn)略和方式5.3.1國內礦用對旋式軸流通風機行業(yè)存在問題產品競爭力不強，市場結構不合理。國內大多生產企業(yè)為生產規(guī)模小、附加值低、競爭能力較弱的中小型民營企業(yè)，該產品又多為低端產品領域，技術門檻低，生產企業(yè)眾多，產品處于供大于求現(xiàn)狀。行業(yè)秩序有待規(guī)范，惡性競爭時有發(fā)生。受國內大環(huán)境影響，礦用對旋式通風機市場需求量有下降趨勢，尤其2013年以來國內煤炭市場低迷，雖然2017年以來有所回暖，但仍處于低位，一些小企業(yè)紛紛采取低價策略、價格戰(zhàn)策略，擾亂市場，企業(yè)間惡性競爭導致市場環(huán)境惡劣。5.3.2企業(yè)應對營銷戰(zhàn)略與方式面對當前企業(yè)發(fā)展要求，小規(guī)模、作坊式小企業(yè)經營模式已經完全不適應當前市場競爭，企業(yè)應加強創(chuàng)新企業(yè)管理理念，提升管理經營層創(chuàng)新理念，加強各管理職能部門的機構職能及溝通協(xié)調能力，強化企業(yè)管理效率，強化管理人員執(zhí)行能力，建立科學管理機制及經營團隊。2）加大科技投入，企業(yè)是追求利潤最大化，但沒有科技創(chuàng)新，沒有科技研發(fā)，沒有核心競爭能力，企業(yè)就無法追逐利潤。因此加大技術投入，加大技術人才培養(yǎng)以及建立健全的創(chuàng)新機制以及考核機制才能增強企業(yè)最基本的核心競爭力。3）建立新型市場營銷網絡，拓展多層次市場開發(fā)，改善企業(yè)產品營銷模式，加強銷售人員培訓，組建強有力的技術型銷售團隊，培養(yǎng)復合型銷售人才，引進高級銷售力量，提高全員營銷團隊基本綜合能力。4）改善產品多品種化、多規(guī)格化、市場自適應性。根據企業(yè)自身特點以及市場實際需求進行產品技術更新?lián)Q代，研發(fā)新產品新技術，適應市場變化，改善產品適應性。5）改進質量把控及管理，完善健全質量管理體系，以質量創(chuàng)出品牌，以品牌提升企業(yè)。結論與展望結論與展望6.1結論對旋式軸流通風機和離心式風機、長軸式軸流通風機相比較，其壓力沒有離心式風機高，沒有長軸式軸流通風機動葉可調的優(yōu)勢，但它具有自身獨特的特點，其通風效率高，結構簡單，檢修方便，適應性強，基建工程費用投資小，這些優(yōu)勢相對煤礦主要通風來說也許不是最好但一定是最合適的。近年來各風機企業(yè)不斷加大技術投入、技術創(chuàng)新，不停風切換系統(tǒng)、自動倒臺切風系統(tǒng)、無人值守系統(tǒng)等一系列包含風機及其配套風門、控制系統(tǒng)在內的節(jié)能、環(huán)保整體工程開發(fā)出來投入市場，為風機行業(yè)帶來新的發(fā)展。6.2展望雖然目前煤炭市場唱衰，國內煤礦整合，相對來說市場萎縮，但同時市場競爭態(tài)勢已經向規(guī)?；?、科技化轉換，一些小型的、不具備研發(fā)力量的小企業(yè)將被整合、消化，對形成規(guī)模、技術研發(fā)型企業(yè)未嘗不是機會。這也就促使國內各對旋式軸流風機生產廠家加快步伐，加強自身科研力量，加大營銷力量，加大品牌質量，走專、精、尖發(fā)展道路。致謝致謝我從05年開始從事風機設計，公司主要產品也主要是對旋式軸流通風機，產品針對的方向也是煤礦主要通風，多年來隨著企業(yè)的發(fā)展一步步走來，伴隨著企業(yè)經營規(guī)模、