矿井通风机节能调节方式比较与选择

摘 要：本文从节能的角度，研究和比较了各种风机风量调节模式的工作原理优劣，重点探讨了变频通风机的工作原理及其在煤炭企业中的具体运用。

关键词：通风机；节能调节；变速调节

中图分类号：TD441 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 06-0201-01

矿井通风机作为保障矿井安全生产的关键设备，是煤矿中连续运转的大负荷用电设备。据相关统计，我国规模以上煤矿通风机耗电量大约占全矿耗电量的20%左右。与此同时，我国煤矿通风机的平均负荷率只有60%左右，因而通风机的节电节能潜力有很大的空间。之所以会出现这种情况，是因为长期以来，我国煤矿企业在选择通风设备的时候，一般倾向于设备的安全性和可靠性，而不是设备的节能效果。再加上受技术和投资的限制，我国煤矿企业目前使用的通风机大多数属于交流电动机，采用的是不调速技术，主要依靠调节风门的方式调整风量。虽然设备结构简单、投资小、可靠性高、维修简便，但能源浪费极大。随着半导体技术的进步，交流变频调速技术已日臻成熟。再加上企业节能减排压力加大，交流变频调速通风电控系统以其可靠性高、调节方便灵活、节能效果显著等优点，将成为下一代矿井通风机发展的方向。

一、通风机风量调节的必要性

矿井通风机及其传动电机，通常在矿井设计阶段选定，其通风量主要由矿井瓦斯涌出量、井下作业人员数量、通风巷遭阻力等因素决定。通风机的服务年限通常为十几年甚至几十年，在这么长的服务期内，通风机工况点的通风要求不可能是固定不变的，因此矿井通风机在设计选型时，往往是以最大开采量时所需的风量为依据，一般都留有余量，因此矿井在投产后几年甚至十几年内，矿井通风机都处在低负载下运行。此外，井下作业不均衡，例如，一般夜班和节假日井下作业人员少，所需风量也小，因此，从节能的角度讲，根据工矿点的作业情况，对通风机的风量进行调节是非常必要的。通过调节使通风机运行在高效区，对于节约用电、降低成本，提高经济效益有着很重要的意义。

二、通风机风量调节模式及比较

从工作原理上讲，通风机风量调节主要有两种模式，一是物理模式，即所谓的风叶调节模式；二是电气模式，即所谓的速度调节模式。

（一）机械调节模式

机械调节模式的原理是通过调整叶片安装角度、增加或者减少叶片级数或者个数、改变叶片形状等对风量进行调节。例如，增大叶片安装角度可以增大风压，从而增大风量。机械调节模式的优点是设备的技术含量低、结构简单、技术成熟、安全系数高，因而设备投资成本低。但是，机械调节主要是靠人工来完成的，自然不能够根据工况点的具体参数由机器自动进行调整，一经调整在比较长的时间内风量会一直保持不变，无法根据实际通风量的要求实现通风量的平滑调节，供风量常常远大于实际所需风量，资源利用效率低下。现对机械调节模式风量调节方法简述如下：

1.调整叶片角度。从工作原理上讲，轴流通风机对峋的调节主要是通过调整叶片安装的角度来调节风量的。该方法又可以细分为静叶调整和动叶调整两种方法。前才大多数为有级调节方式，适用于风量需求相对稳定的矿井；后者大多数属于无级调节方式，由于可以不停机调风叶角度，因而可以提高见机的工作负荷率，节能效果更好，同时适应性更强，可以广泛应用于风量变化比较大的矿井。

2.改变叶片级数。轴流风机通常有两级叶片，其一级和二级风量范围基本相近，只是二者产生的静压存在差异。当工作风门阻力增大或减少到一定程度时，可以由一级提升到二级或者由二级下降到一级，从而对风量进行调节。当风量调大时，设备的工作负荷相对比较高，效率也比较高；反之，当风量调小时，设备的运行效率下降，会造成比较大的能源损失。

3.改变叶片个数或形状。根据轴流风机的风压公式：风机理论风压=通风机角速度×气流相对速度×升力系数×叶片弦长×叶片片数×空气密度/4π。由该函数式看出：当其他参数一定时，可以通过调整叶片个数改变风机特性，叶片越多风压越大，风量越大；反之，叶片越少风压则越小，风量也越小。同理，当其他参数一定时，也可以通过改变叶片弦长来改变风机特性，从而对风量进行调节。

（二）电气调节模式

电气调节模式可以进一步细分为恒速风量调节模式和变速风量调节模式，现简述如下：

1.恒速风量调节模式。对于离心式风机，其工作原理通过调节风门大小，调节风机风量，即通过调节通风机风道或送风道中风门的开启程度，人为地减小风道断面，增加通风阻力，实现风量调节。与机械调节模式相比，恒速风量调节模式虽然实现了风量的自动切换，但是，由于是通过增加阻力实现风量调节的，必然会导致一部分机器能量损失，从而造成能源浪费，增加运行成本。

2.变速风量调节模式。变频风量调节的基本原理是利用异步电动机的同步转速随频率变化的特性，通过改变电动机的供电频率对风量进行调节。与机械风量调节模式相比，变速风量调节模式能够实现风量的自动调整；与恒速风量调节模式相比，变速风量调节模式是通过改变电机的供电频率而不是依靠人为地增加通风阻力调节风量的，因而比较节约能源，运行成本比较低。但是，由于变速风量调节模式是以变频技术支撑的，它增加了风机的技术含量，需要企业投入更大的设备购置成本。

三、变频调节法的应用前景

由于同步电机的转速与供电频率之间存在严格的同步关系。也就是说，在同步电机供电频率不变的现况下，同步电机的转速就会保持不变，电负载量也会保持不变。进一步讲，风量与电机转速、供电频率和电负载量同步，因而可以节约能源消耗。通用变频器自20世纪80年代初问世以来，经过多次的技术更新和换代，目前技术已日臻成熟，其应用范围不断扩大，已遍及工业生产的各个行业，并逐渐进入了家用电器领域。其结构简单、调速范围宽、调速精度高、安装调试使用方便、保护功能完善、运行稳定可靠、节能效果显著。随着企业能减排意识的提高和全面经济核算的落实，变频调节风机已经成为了我国大型煤炭企业井下作业首选的通风设备。

参考文献：

[1]姜筱瀛.矿井主通风机节能调节方式探讨[J].煤炭工程，2012，5.

[2]商坤，王建军.变频调速在煤矿矿井通风机上的应用[J].煤矿安全，2006，7.

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