调节通风机工况点的方法与技巧

当通风机产生的风量不能满足要求时，就需要改变通风机的工况点以满足通风要求。因工况点是由通风机和网路二者的风压特性曲线共同决定的，其中任何一个发生变化，工况点都将改变，所以调节方法也就有两种，即改变网路特性和通风机特性。

随着矿井开采的进行，网路阻力将不断增加，但所需风量在各个时期或要求保持不变，或要求有所增加。因此，通风机的工况点必须根据实际需要和稳定、经济条件，进行必要的调节。

图9-32　闸门节流法

调节通风机工况点的途径有两条：一条为改变网路特性曲线；另一条为改变通风机特性曲线。

（一）改变网路特性调节方法

在通风机进风道上都装有调节风门，通过调节风门的开度使网路阻力发生变化，进而使工况点改变，以达到调节流量的目的，这种方法称为闸门节流法或风门调节法。

如图9-32所示，开采初期和末期的网路特性曲线分别用1和2表示。在开采初期，如不进行调整，通风机送入井下的风量Q1比矿井需要的风量Q2大得多，因此多消耗了功率N1-N2。为了节省电能，应将风道中的闸门适当关小，使网路特性曲线由1变为2。随着巷道的延长和网路阻力的增加，再将闸门逐渐开大，使网路特性曲线始终对应于曲线2，以保持通风机的供风量等于矿井所需的风量Q2。

图9-33　改变叶轮转速调节法

这种调节方法操作简便，调整容易而且均匀，但因有附加能量损失，所以是一种不经济的调节方法，一般情况下只作为辅助性的微调或暂时的应急方法使用。

（二）改变通风机的特性曲线

1.改变叶轮转速调节法

1）改变叶轮转速调节原理

由比例定律知，当通风机的转速变化时，特性曲线将相应地上下移动。

在图9-33中，曲线1、2、3、4分别为开采初期、中期和末期的网路特性曲线。在矿井开采初期，通风机若以最大转速nmax运转，所产生的风量Q1将大大超过矿井所需风量Q2，为了避免浪费，通常将转速由nmax降至nmin。在nmin时，通风机的特性曲线为5，工况点为1，此时的风量正好满足要求。但当网路阻力不可避免地增大时，工况点将左移，使通风机的风量小于Q2。因此，在开采初期，通风机需以转速n1运转，此时通风机的风量稍大于矿井所需风量Q2，经过一段时间后，由于网路阻力的增加，工况点将由Ⅱ点移至Ⅲ点。为了不使通风机风量继续减小，必须将通风机的转速由n1增至n2，使通风机的特性曲线由6变为7，工况点由Ⅲ点移至Ⅳ点。依次调节，直到采掘终了为止，此时转速为nmax，通风机的特性曲线为8，工况点为Ⅶ。采用这种调节方法时，为满足网路特性的不断变化，相应地使通风机的转速由n1→n2→nmax，工况点则由Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ→Ⅶ。

2）改变叶轮转速的方法

改变叶轮转速的方法有阶段调速和无级调速之分，若为阶段调速，对于皮带传动的离心式通风机，可采用更换皮带轮或电动机的方法实现；对于轴流式通风机和直连的离心式通风机，可更换转速不同的电动机或采用多速电动机，但应注意不得使叶轮圆周速度大于允许值。若为无级调速，可采用调速型液力偶合器、串级调速系统、变频调速和汽轮机驱动。

图9-34　串级调速原理

1—电动机；2—逆变器；3—变压器

可控硅逆变器控制的串级调速原理如图9-34所示。转差电动势E经二极管后加到逆变器2上，由可控硅控制的逆变器再将直流电变成交流电，经过变压器3后把转差功率返回到交流电网中，从而大大提高了系统的效率。改变逆变器中可控硅的控制角就可改变电动机1的外加电动势的大小，从而使电动机的转速改变。串级调速系统可以在1.5～2.0的调速范围内实现无级调速。

变频调速是一种有良好发展前景的调速方法，其原理是通过改变输入电动机交流电的频率来改变电动机的转速。电动机的同步转速，即定子旋转磁场的转速为

式中　n0——电动机的同步转速，r/min；

f1——电动机定子频率，Hz；

p——电动机的磁极对数。

电动机转子的转速为

式中　S——异步电动机的转差率。

可见，在其他条件不变时，改变异步电动机定子端输入的交流电源的频率，就可以改变电动机的转速，这就是变频调速的基本原理。用于通风机的变频调速装置主要有电压型、电流型和脉宽调制型等三种。变频调速的变频器较复杂，初步投资较大，使用、维护技术水平高，目前应用还不广泛。但是变频调速技术正在向高性能、高精度、响应快、大容量化、微型化方向发展，其可靠性及技术水平在不断提高和完善。

改变叶轮转速调节法可以获得较宽广的调节范围。若调节前后的工况是相似的，则效率基本不变。阶段调速与无级调速相比，前者机构简单，但需在停机情况下操作；后者（尤其是串级调速系统）虽然结构复杂、投资大，但调节性能好，节电效果明显，其投资很快可以得到补偿，且能在不停机情况下完成调节工作。

仅就通风机而言，采用变速调节则效率不变或变化很小，故可保证通风机高效运转。它是所有调节方法中经济性最好的一种。

2.前导器调节法

由流体力学中的理想流体的理论全压计算理论知，离心式通风机和轴流式通风机的理论风压与通风机入口处的绝对速度c1在圆周速度方向的投影c1u（入口旋绕速度）的大小有关。当c1u的方向与叶轮旋转方向一致时，c1u本身为正，使风压减小；反之，c1u为负，风压增加。根据这个原理，可在离心式或轴流式通风机的入口处加一个预旋空气的前导器，以调整通风机的压力。(www.xing528.com)

G4-73-11型离心式通风机的前导器如图9-35所示。前导器是由扇形叶片组成的，各叶片可以同时绕自身轴旋转。旋转的角度可用装在前导器外壳上的操作手柄（图中未画出）的定位装置确定。叶片偏离轴面的角度决定了气流进入叶轮的方向，即决定了c1u的方向和大小。当前导器叶片角为负值时，c1u本身为正，使风压降低，叶片角负值越大，风压下降越大；当叶片角为正值时，风压增加。可见，调节前导器叶片角可以改变通风机的特性曲线，达到调节工况的目的。图9-36所示为G4-73-11型离心式通风机的轴向前导器在不同叶片安装角下的类型特性曲线。由图9-36可以看出，随着安装角的增大（c1u增加），流量、压力变小，效率也有所下降。

图9-35　G4-73-11型离心式通风机的前导器

图9-37所示为装有前导器的两级轴流式通风机示意图。前导叶多呈机翼形，通过联动机构可将叶片同时调到所需角度。前导叶可分为两种，一种叶片是直的，如图9-38中1所示，可左右偏转，产生正预旋或负预旋；另一种叶片是弯的，只能使气流产生单向偏转，如图9-38中2所示。

用前导器调节工况时，通风机效率略有降低，它的经济性比改变转速调节法差，而优于闸门节流法；但这种调节方法结构简单，调节操作方便，使用可靠，还可在不停机的情况下调节，易于实现自动控制。因此，其作为辅助调节措施在通风机调节中得到广泛应用。

图9-36　G4-73-11型离心式通风机特性曲线

图9-37　G4-73-11型装有前导器的两级轴流式通风机示意图

1—前导器；2—第一级叶轮；3—中导器；
4—第二级叶轮；5—后导器

图9-38　各种形式的前导叶

1—直叶片；2—弯叶片

3.改变叶轮叶片安装角调节法

改变叶片安装角调节风机特性的方法多用于轴流式通风机。由图9-39可以看出，改变叶片安装角θ，出口相对气流速度ω2和气流角β2都要发生变化，出口旋绕速度c2u也随之发生变化。θ越大，β2也越大，c2u增加越多，通风机产生的风压就越高；反之风压越低。所以这种调节方法实质上是改变通风机的特性曲线，其调节过程如图9-40所示。在矿井开采初期，叶片可在安装角θ1的位置工作，其工况点为Ⅰ。为了避免在网路阻力稍有增加就产生风量不足的现象，一般将安装角调整到θ2的位置工作。随着开采的进行，网路特性曲线由1、2、3，最后变为4。为了满足风量Q，可逐渐增大叶片的安装角，由θ2→θ3→θ4，其工况点将由Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→Ⅴ→Ⅵ，最后移至Ⅶ。

图9-39　叶片的三种形式

图9-40　改变叶轮叶片安装角调节法

图9-41所示为轴流式通风机叶片安装角调节的特性曲线。当叶片安装角θ=45°时，在网路中的工况点为1，提供的流量为Q1。如果在网路特性R不变的情况下，欲将风量由Q1减至Q2，只需将叶片安装角θ从45°调到35°，工况点由1变到2。图9-41中3为采用风门调节时的工况点。

改变叶片安装角的方法很多，最原始的方法是在停止通风机的情况下，旋松固定叶片的锁紧螺母，然后人工扳动叶片，使其绕自身轴旋转到所需的角度，调节定位后，再拧紧螺母，如图9-42所示。这样一片一片地调节，所需时间一般为1.5～2.0 h，而且还很难保证调节精度。

图9-41　轴流式通风机叶片安装角调节的特性曲线

目前一些新型通风机采用了叶片同时调节机构，如图9-43所示。在各叶片的叶柄上装有圆锥齿轮3，它与圆锥齿轮4啮合，圆柱齿轮2与蜗杆机构6相连。停机后，从机壳上的窗孔中伸入操作手柄转动蜗杆，各叶片便同时转动。这种机构的优点是可保证各叶片的转角相同，而且调节简便。

图9-42　单叶调节

1—叶片；2—轮毂；
3—锁紧螺母；4—防松簧片

图9-43　叶片同时调节机构

1—叶片；2，5—圆柱齿轮；
3，4—圆锥齿轮；6—蜗杆机构

在风量变化频繁的系统（如锅炉送风系统），风机还采用了动叶调节机构进行调节，其最大的优点是能够在运转中任意改变叶片的安装角，其操作方法有油压式、机械式和电气式等。

改变叶片安装角（θ=15°～45°）的方法具有调节范围大和效率较高等优点，被广泛应用于轴流式通风机的调节中。

4.改变叶轮级数和叶片数目调节法

改变叶轮级数和叶片数目调节法只限于轴流式通风机。当采用的是两级轴流式通风机时，若通风机产生的风压大大超过实际需要，则可把后一级叶轮上的叶片全部去掉，使通风机的特性曲线下降，以达到调节风量的目的。在通风机叶片数为偶数的情况下，也可将叶片均匀对称地拿掉几片，使通风机的特性曲线下降。利用这种调节方法时，必须高度注意叶片取下后的叶轮平衡问题。因此，对各个叶片质量及外形尺寸的误差要有严格控制。

改变通风机级数的调节范围，比改变叶轮叶片数目的调节范围大，但两者的效率都有所降低，且都需在停机情况下进行。