風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)

1、風(fēng)機(jī)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用技術(shù)關(guān)鍵詞:煤礦生產(chǎn);風(fēng)機(jī)噪聲;節(jié)電改造;調(diào)節(jié)方法;機(jī)械設(shè)備風(fēng)機(jī)是煤礦生產(chǎn)中必不可少的通用機(jī)械設(shè)備。降低煤礦風(fēng)機(jī)噪聲, 進(jìn)行噪聲控制并對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行節(jié)電改造是目前煤礦風(fēng)機(jī)使用中面臨的兩個(gè)重要課題,以下針對(duì)具體的技術(shù)措施進(jìn)行論述。 一、風(fēng)機(jī)噪聲的控制 對(duì)通風(fēng)機(jī)噪聲的控制, 最根本的措施是從聲源上根治噪聲, 即設(shè)計(jì)制造高性能、低噪聲的風(fēng)機(jī)是控制風(fēng)機(jī)噪聲的根本途徑。但是,當(dāng)前對(duì)噪聲較高的通風(fēng)機(jī)進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)改造和安裝適當(dāng)?shù)南曆b置是控制風(fēng)機(jī)噪聲的最主要手段。 (一)礦井通風(fēng)機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因 通風(fēng)機(jī)在一定工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的噪聲, 主要包括空氣動(dòng)力產(chǎn)生的噪聲,機(jī)械振動(dòng)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(dòng)噪聲和耦合噪聲產(chǎn)生的機(jī)理尤為復(fù)雜,空氣動(dòng)力性噪聲是風(fēng)機(jī)的主要噪聲。它分成旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。 1.通風(fēng)機(jī)內(nèi)部流動(dòng)分離產(chǎn)生的噪聲。葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí),葉輪機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)分離形式是多樣的,產(chǎn)生機(jī)理是復(fù)雜的。在通風(fēng)機(jī)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(huì)分裂成一系列小渦流,渦流的移動(dòng)和破裂,使氣流發(fā)生擾動(dòng),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(fēng)機(jī)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(dòng)誘發(fā)振動(dòng),從而產(chǎn)生噪聲,也就是氣固耦合動(dòng)力學(xué)問題,當(dāng)葉

3、片由于外界原因以某一固有頻率作初始微幅振動(dòng)時(shí),將會(huì)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(dòng)衰減,也可能從氣流中吸取能量而使振動(dòng)加劇。在通風(fēng)機(jī)中,常見的是葉片顫振現(xiàn)象及其引起的噪聲。從流體力學(xué)角度來看,耦合噪聲基本上可分為兩類:一類可認(rèn)為流動(dòng)分離和邊界層效應(yīng)對(duì)于噪聲發(fā)作沒有重要影響;另一類的噪聲發(fā)作機(jī)理與流動(dòng)分離和旋渦密切相關(guān)。葉輪機(jī)械均以后一類更為常見。同時(shí),轉(zhuǎn)子與靜子的氣動(dòng)干擾、位于進(jìn)口前方的整流板對(duì)轉(zhuǎn)子形成的非定常擾動(dòng)進(jìn)氣口流場畸變等都是噪聲產(chǎn)生的因素 (二)煤礦通風(fēng)機(jī)噪聲的控制措施 1.在風(fēng)機(jī)的出氣口管道上安裝消聲器。在風(fēng)機(jī)噪聲中, 進(jìn)、出氣口輻射的空氣動(dòng)力性噪聲強(qiáng)度

4、最大, 所以, 首先應(yīng)將這部分噪聲降下來。在局扇進(jìn)、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(fēng)機(jī)在使用時(shí)為抽出式通風(fēng),噪聲的主要輻射部位在風(fēng)機(jī)的出口, 所以一般在出氣口安裝各類消聲器。目前應(yīng)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(fù)合式消聲器。各類消聲器在消聲降噪上的特性和對(duì)風(fēng)機(jī)氣動(dòng)特性的影響是各個(gè)不相同的。目前對(duì)煤礦主風(fēng)機(jī)實(shí)施降噪時(shí), 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(fēng)機(jī)機(jī)組加裝隔聲罩。煤礦主風(fēng)機(jī)機(jī)殼、電動(dòng)機(jī)、基礎(chǔ)振動(dòng)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(fēng)機(jī)

5、機(jī)組隔聲罩。采用加裝隔聲罩措施就是將整個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)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(shè)制的, 它由隔聲層阻尼村料、吸聲層和護(hù)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(fēng)機(jī)房的綜合治理措施。如果有專門的風(fēng)機(jī)機(jī)房, 則可結(jié)合現(xiàn)場情況采取將風(fēng)機(jī)房改造成隔聲間的降噪方法, 即把風(fēng)機(jī)機(jī)組封閉在風(fēng)機(jī)房內(nèi)使其噪聲傳不出去, 這樣機(jī)房內(nèi)的噪聲雖大, 但外界噪聲則小多了。密封的風(fēng)機(jī)房上要安裝進(jìn)氣口消聲器, 以供風(fēng)機(jī)吸氣和電動(dòng)機(jī)、機(jī)殼等散熱之需要。在冷卻風(fēng)機(jī)出氣管路上也可再裝一個(gè)消聲器以減弱風(fēng)機(jī)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(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)殼和輸氣管采取阻尼措施,涂貼包裹吸聲材料;為隔絕風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)振動(dòng), 減弱固體聲的傳遞,可在風(fēng)機(jī)下安裝減振器或設(shè)計(jì)專門的隔振基礎(chǔ)。 二、煤礦通風(fēng)機(jī)節(jié)電的措施 煤礦通風(fēng)機(jī)耗電量較大,該設(shè)備全年不停地運(yùn)行,而且不同時(shí)期對(duì)風(fēng)量的要求又不相同,如節(jié)假日用風(fēng)量較小,礦井建設(shè)初期用風(fēng)量也較少,因此,選擇一種好的調(diào)節(jié)風(fēng)量的方法,完全可以降低噸煤電耗,而且可以提高風(fēng)機(jī)的使用壽命,這樣就可以給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 (一)工作原理 礦用通風(fēng)機(jī)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(jìn)口導(dǎo)流器葉片法、調(diào)節(jié)葉輪葉片法等形

7、式。根據(jù)風(fēng)機(jī)的軸功率變化特性曲線顯示,當(dāng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變時(shí),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(fēng)機(jī)節(jié)能改造效果最明顯的技術(shù)途徑。 (二)調(diào)節(jié)方法 通風(fēng)機(jī)常見的調(diào)速方法主要有:可控硅串級(jí)調(diào)速、直流機(jī)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(jī)輸出軸高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)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(dòng)風(fēng)機(jī);而傳動(dòng)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(dǎo)管系統(tǒng)直接改變傳動(dòng)介質(zhì)質(zhì)量,可無級(jí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速并將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能柔性傳遞至風(fēng)機(jī)。(2)技術(shù)特點(diǎn)。1)由于調(diào)速型液

8、力偶合器本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng),可放棄原有的已老化的電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)可空載起動(dòng),提高其起動(dòng)能力,減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊;2)由于傳動(dòng)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(jī)械磨損,效率高,節(jié)能效果顯著。2.可控硅串級(jí)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。 (1)調(diào)節(jié)原理。電網(wǎng)電能經(jīng)異步電動(dòng)機(jī)氣隙傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率P2,一部分為機(jī)械輸出功率Pm,另一部分為轉(zhuǎn)差功率Ps。它們之間的關(guān)系如下: P2=Pm Ps P2=M1 Pm=(1-s)P2 Ps=sP2=3I22R 式中: M電動(dòng)機(jī)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(jī)組采用轉(zhuǎn)子電路串接附加電阻實(shí)現(xiàn)調(diào)速。顯然在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),s升高,轉(zhuǎn)差功率Ps升高,此時(shí),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(shí)現(xiàn)調(diào)速,并具有節(jié)能的顯著優(yōu)點(diǎn)。 (2)技術(shù)特點(diǎn)。調(diào)速系統(tǒng)為全數(shù)字化顯示,電控系統(tǒng)采用PLC技術(shù)取代模擬控制和有觸點(diǎn)電器傳動(dòng)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(shè)備投資少。尤其是采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié)技術(shù),可以做到平滑無級(jí)調(diào)速及較硬的機(jī)械特性。此方案是礦用風(fēng)機(jī)節(jié)能調(diào)速的優(yōu)選技術(shù)方案之一。 3.直流機(jī)組調(diào)速。(1)調(diào)節(jié)原理

10、直流電機(jī)采用激勵(lì)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(dǎo)通角,即改變轉(zhuǎn)子供電電壓,改變轉(zhuǎn)子電磁轉(zhuǎn)矩,實(shí)現(xiàn)調(diào)速目的;(2)技術(shù)特點(diǎn)。調(diào)速范圍廣,調(diào)速性能好,效率高,技術(shù)穩(wěn)定可靠。但常見的通風(fēng)系統(tǒng)采用交流電機(jī),需改換成直流電機(jī),設(shè)備投資及直流電機(jī)維護(hù)量大,不代表電氣傳動(dòng)的發(fā)展方向。因此,在風(fēng)機(jī)節(jié)能項(xiàng)目改造中應(yīng)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(fù)載供電,則在負(fù)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(fù)載需要36個(gè)晶閘管元件;如果用零式接法,也需要18個(gè)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(shù)特點(diǎn)。調(diào)速范圍廣、高效、優(yōu)質(zhì)調(diào)節(jié)。晶閘