风机在煤矿生产中的应用技术

摘要:风机是煤矿生产中必不可少的通用机械设备。降低煤矿风机噪声,进行噪声控制并对风机进行节电改造是目前煤矿风机使用中面临的两个重要课题,文章针对风机噪声控制问题的技术措施以及风机节电改造技术进行了论述。

关键词:煤矿生产;风机噪声;节电改造;调节方法;机械设备

中图分类号:TD534 文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)09-0089-02

风机是煤矿生产中必不可少的通用机械设备。降低煤矿风机噪声, 进行噪声控制并对风机进行节电改造是目前煤矿风机使用中面临的两个重要课题,以下针对具体的技术措施进行论述。

一、风机噪声的控制

对通风机噪声的控制, 最根本的措施是从声源上根治噪声, 即设计制造高性能、低噪声的风机是控制风机噪声的根本途径。但是,当前对噪声较高的通风机进行合理的结构改造和安装适当的消声装置是控制风机噪声的最主要手段。

(一)矿井通风机产生噪声的原因

通风机在一定工况下运转时产生的噪声, 主要包括空气动力产生的噪声,机械振动产生的噪声,以及气体和固体弹性系统互相作用产生的噪声,即耦合噪声。其中气动噪声和耦合噪声产生的机理尤为复杂,空气动力性噪声是风机的主要噪声。它分成旋转噪声和涡流噪声。

1.通风机内部流动分离产生的噪声。叶轮高速旋转时,叶轮机械内部流动分离形式是多样的,产生机理是复杂的。在通风机中,叶轮入口、叶轮内部和叶轮出口都存在气流分离现象。气流的分离将引起涡流,这些涡流由于粘性力的作用,又会分裂成一系列小涡流,涡流的移动和破裂,使气流发生扰动,在气流中形成压缩和稀疏过程,由此产生噪声。

2.气固耦合噪声产生的原因。通风机气固耦合噪声问题基本上属于弹性结构体外部绕流的流动诱发振动,从而产生噪声,也就是气固耦合动力学问题,当叶片由于外界原因以某一固有频率作初始微幅振动时,将会与周围气流发生能量交换,既可能由于向气流传递能量而使叶片振动衰减,也可能从气流中吸取能量而使振动加剧。在通风机中,常见的是叶片颤振现象及其引起的噪声。从流体力学角度来看,耦合噪声基本上可分为两类:一类可认为流动分离和边界层效应对于噪声发作没有重要影响;另一类的噪声发作机理与流动分离和旋涡密切相关。叶轮机械均以后一类更为常见。同时,转子与静子的气动干扰、位于进口前方的整流板对转子形成的非定常扰动进气口流场畸变等都是噪声产生的因素

(二)煤矿通风机噪声的控制措施

1.在风机的出气口管道上安装消声器。在风机噪声中, 进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大, 所以, 首先应将这部分噪声降下来。在局扇进、出气口安装消声器是抑制其噪声的最有效措施。由于煤矿主风机在使用时为抽出式通风,噪声的主要辐射部位在风机的出口, 所以一般在出气口安装各类消声器。目前应用的消声器种类繁多, 主要有:阻性消声器、抗性消声器、微穿孔板消声器和复合式消声器。各类消声器在消声降噪上的特性和对风机气动特性的影响是各个不相同的。目前对煤矿主风机实施降噪时, 通常采用阻性消声器, 阻性消声器主要吸收中高频噪声, 而且降噪效果好。

2.风机机组加装隔声罩。煤矿主风机机壳、电动机、基础振动等部位辐射的噪声也是主要噪声源, 需要采取综合治理措施, 最常用也是最有效的措施是加装风机机组隔声罩。采用加装隔声罩措施就是将整个风机机组用密闭的隔声罩围包起来。隔声是利用隔声结构将噪声隔挡, 减弱噪声的传递。隔声罩是按隔声原理设制的, 它由隔声层阻尼村料、吸声层和护面层组成。这样使隔声罩具有隔声和吸声双重降噪效果, 可大大提高减噪效果。

3.采取改造风机房的综合治理措施。如果有专门的风机机房, 则可结合现场情况采取将风机房改造成隔声间的降噪方法, 即把风机机组封闭在风机房内使其噪声传不出去, 这样机房内的噪声虽大, 但外界噪声则小多了。密封的风机房上要安装进气口消声器, 以供风机吸气和电动机、机壳等散热之需要。在冷却风机出气管路上也可再装一个消声器以减弱风机出气噪声。若要降低隔声间内的噪声, 可在房间内表面采取吸气处理或悬挂消声体; 对风机机壳和输气管采取阻尼措施,涂贴包裹吸声材料;为隔绝风机基础振动, 减弱固体声的传递,可在风机下安装减振器或设计专门的隔振基础。

二、煤矿通风机节电的措施

煤矿通风机耗电量较大,该设备全年不停地运行,而且不同时期对风量的要求又不相同,如节假日用风量较小,矿井建设初期用风量也较少,因此,选择一种好的调节风量的方法,完全可以降低吨煤电耗,而且可以提高风机的使用寿命,这样就可以给企业带来可观的经济效益。

(一)工作原理

矿用通风机调节方法有多种形式,目前国内煤炭企业主要采用调节管网阻力法、调节转速法、调节进口导流器叶片法、调节叶轮叶片法等形式。根据风机的轴功率变化特性曲线显示,当风机的转速改变时,轴功率与转速的三次方成正比变化,可见,调节转速是风机节能改造效果最明显的技术途径。

(二)调节方法

通风机常见的调速方法主要有:可控硅串级调速、直流机组调速,交—交变频调速、液力调速等几种方式。

1.液力偶合器调速。(1)调节原理。电机输出轴高速旋转带动液力偶合器泵轮旋转,将液体介质以高速高压流冲向液力偶合器涡轮叶片,使涡轮跟随泵轮作同向旋转并带动风机;而传动介质由涡轮外缘流向内侧并减速减压流向泵轮形成涡流循环,在这种循环中,通过导管系统直接改变传动介质质量,可无级调节转速并将电动机的机械能柔性传递至风机。(2)技术特点。1)由于调速型液力偶合器本身结构特点,可实现电动机空载起动,可放弃原有的已老化的电动机控制系统,采用液力偶合器自身的简单控制系统,并利用电动机可空载起动,提高其起动能力,减小对电网的冲击;2)由于传动介质为油液,可隔离扭振,减缓冲击;3)结构简单可靠,控制操作方便;4)除轴承之外,无机械磨损,效率高,节能效果显著。

2.可控硅串级调节电机转速。

(1)调节原理。电网电能经异步电动机气隙传递到转子的电磁功率P2,一部分为机械输出功率Pm,另一部分为转差功率Ps。它们之间的关系如下:

P2=Pm+Ps

P2=Mω1

Pm=(1-s)P2

Ps=sP2=3I22R

式中: M——电动机的电磁转矩;

ω1——同步角速度;

I2——转子每相电流;

R——转子电阻;

s——转差率。

原机组采用转子电路串接附加电阻实现调速。显然在低速运转时,s升高,转差功率Ps升高,此时,转差功率Ps无法加以利用,只能白白消耗在外部附加电阻上,所以这是一种低效率的能耗调速方法。如在转子回路代替附加电阻接入一套电器装置,同样能实现调速,并具有节能的显著优点。

(2)技术特点。调速系统为全数字化显示,电控系统采用PLC技术取代模拟控制和有触点电器传动方案,提高系统可靠性。本方案控制的只是转子转差功率,系统设备投资少。尤其是采用双闭环调节技术,可以做到平滑无级调速及较硬的机械特性。此方案是矿用风机节能调速的优选技术方案之一。

3.直流机组调速。(1)调节原理直流电机采用激励磁,定子电路采用固定直流供电,转子电路采用可控硅变流器供电,改变可控硅导通角α,即改变转子供电电压,改变转子电磁转矩,实现调速目的;(2)技术特点。调速范围广,调速性能好,效率高,技术稳定可靠。但常见的通风系统采用交流电机,需改换成直流电机,设备投资及直流电机维护量大,不代表电气传动的发展方向。因此,在风机节能项目改造中应用较少。

4.交—交变频调速。(1)调节原理。交—交变频器其主回路由2组并联的变流器P组和N组组成。P组和N组轮流向负载供电,则在负载上获得交流输出电压U0。U0的幅值由变流器的控制角α决定。U0的频率由2组变流器的切换频率决定。如果变流器采用桥式接法,则三相负载需要36个晶闸管元件;如果用零式接法,也需要18个晶闸管元件,元件数量较多。另外,矿井供电电压常见为双路6kV,目前还没有能直接在6kV电压下的晶闸管元件。故系统采用高—低—高供电方案,需增加2套晶闸管用变压器。(2)技术特点。调速范围广、高效、优质调节。晶闸管元件数量多,需增加降压、升压变压器,系统设备多,投资大。因此,在风机节能项目改造中应用较少。

参考文献

[1]葛彦青.浅谈煤矿通风机产生噪声的原因与控制[J].黑龙江科技信息,2008,(36).

[2]刘锡昌,李吉.煤矿风机噪声控制[J].能源环境保护,1993,(5).

[3]李允.浅谈煤矿通风机如何节电[J].电气开关,2004,42(2).

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