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摘要：通风机是矿井四大核心设备之一, 它的作用是为井下的作业环境保证氧气的供应、有害气体的稀释以及温度和湿度的调节。按照相关规定要求主要通风机每月至少检查1次，此时运转的通风机和备用机之间就需要进行倒换。主扇在进行倒台操作时，一般为先停后开，就会出现风流中断现象。在风流中断期间，容易造成瓦斯超限，给安全生产带来极大隐患。因此，需要对矿井主扇进行不停风自动倒台的改造。
关键词：主扇；自动倒台；风流中断；风门
中图分类号：TD441 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0023-01
1背景介绍
例如，某矿井主扇为轴流式风机，型号FBCDZ-10-NO36，配套电机YBF710-10型，功率710×2，风叶角度调整好后为固定的，启动时为避免风机运行在驼峰以左工作区域出现运行不稳定，应采取带负荷启动，开机前必须先将风门打开。主扇在进行倒台操作时，备用风机的开启必须在运行风机停止后才能进行，同时可能发生双风机停运现象，引发事故。所以原有的倒台程序存在着可靠度不高，产生风流中断等问题，有必要对主扇进行不停风倒台技术改造。
2對风门的改造
原有的原闸板风门技术相对落后，开启和关闭速度都较慢，无法带压开闭，不能实现不停风倒机。并且开启关闭程度完全靠操作人员经验决定，在全开和全关之间的任何半开位置，都没有传感器标定，无法实现风机自动化，不利于精确调节通风机风量。为此我们采用自密式旋叶风门作为新风门系统的组成部分。
自密式旋叶风门的扇叶叶片外形采用菱形流线型设计，表面光滑无突出棱角，经过优化设计完全符合流体运行规律，将风流经过风门时的损耗降低到最小，根据流体力学伯努利定理和流体连续定理，风流在经过叶片式风速会有所升高，当流出叶片之间较窄空间后，流速会因为流过面积增大而降低，因为叶片为不锈钢制作，表面光滑度极高，所以对风流无粘滞阻力，所以风门产生的风阻很小，可以忽略不计。
旋叶风门由于选用了电动一体化执行机构，所以在控制和检测上有较强的优势，在角度调节上，所选电动执行机构可在90 ̊的开启范围内进行≥100点的精细标定，其精确度超过1 ̊，在进行风量测试后可以将各角度对应到具体风量大小，并将角度信号输入软件，在风机倒机或风机风量变化时，直接对上位机输入相应信号，风门可直接开启到所需要风量要求的开闭角度，不需要再开机稳定后，再由人工对其手动调节。
风门改造方案及步骤：由于主扇是双风机运转，同时不能停风，所以我们采取分阶段单台改造的方案。首先拆除水平测试风门两个，并对原水平门基础进行改造，安装水平对空风门2套。其次破除立式旋叶门所在的位置基础2个，安装立式旋叶风门2套。具体的操作如下：①改造2#系统，我们提前把1#风机检修，确保无误后，再把风机倒至1#风机运转，停2#主扇并做安全措施。②关上2#风道的原立式闸门。③破除立式旋叶门和水平对空风门基础。④2#水平对空风门在风道上，首先拆除旧水平门，拆除风门时用75 T吊车进行吊装，水平对空风门基础继续使用原有的基础，安装完毕后进行二次灌浆。⑤安装立式旋叶门时用75 T吊车进行吊装，根据到货设备的实际尺寸，确定风道底部需要破除的深度及宽度，立式旋叶门的中心往两侧各破除300 mm，破除立式旋叶门基础宽度为600 mm，破除时把原有的钢筋保留，立式旋叶门放入后找平找正，与风道壁所预留的钢筋进行焊接固定。安装完毕后进行二次灌浆。安装时注意风门上平面露出，下平面略高于风道底部，然后进行支模打灰。⑥在主风道上有一个预留孔，把预留孔打开用φ76镀锌管背风面开孔，上端用铝塑管接到操作控制室内的U型压差计上。⑦把操作台安装到配电室外的操作室内，根据原理接线图进行电缆敷设及接线。⑧1#风机水平风门与立式旋叶门改造时需要拆除1#风机水平门后立闸门的彩板房，其它与2#风机施工方案相同。
不停风倒机风门系统对所辖的风门可进行近地集中控制，并对风门的开启程度、速度以及到位信号进行全方位监控，系统内所有风门配有独立执行机构，可进行远程控制开闭、就地开闭、无电手动开闭。自密式旋叶风门执行机构具有转矩大、转速快的特点，可以保证风门在承受负压的情况下在40 s内顺利开启和关闭，匀速平稳运行，无振动和抖动现象。该类执行器自带限位开关，具有过转矩（机械）保护和过电流（热）保护功能，最大限度的减小故障发生概率，保证其带动风门可靠运行。同时，该执行器带有4~20 mA输出反馈信号，可以在远程控制台在线显示风门的开启情况，便于对风门现场进行实时监控，及时纠正错误动作。该执行器具有点动控制功能，因此，在调试风道风压和风向的时，主调风机的同时可以微调风门扇叶方向，从而保证输送到井下的通风量与设计风量相符。
改造过程中出现的问题及应急方案：由于对风门改造过程中，施工和水泥凝结的过程比较长，运行主扇长期处于单机状态，对矿井的安全通风造成极大的威胁，需要做到以下几点：①对运行主扇进行检查，确保其处于完好状态；②准备了铁板、卡子和风布，随时处于应急状态，一旦发生运行主扇停机而不能启动的问题，将以最短的时间对破口的风道进行封堵，尽最大可能的减少漏风量，从而启动正在施工的风机；③要求施工方实时的对落入风道内的杂物进行清理，防止发生意外情况是来不及清理风道，从而造成双风机停机；④值班人员轮番盯岗，对改造的全过程进行监督和隐患排查，确保万无一失。
3对电控及软件的安装调试
KJZ-5型不停风倒机监控系统是不停风倒机系统的重要组成部分，其包含了控制系统、监控系统以及监控执行元件等。控制系统采用基于现场总线的先进的分布式结构实现，其中高可靠性、高性能的西门子PLC（S7-300）作为下位核心处理单元，通过相应选择输入输出模块，实现对通风机各项运行参数的实时采集、异常报警与输出控制；上位工控机完成监测参数的实时显示，历史数据查询，报表打印以及用户登录等相应的管理工作。监控系统设备选型配置，不仅充分考虑现有监控系统的需求，从用户今后功能的扩展考虑，要保证具有可扩展性。控制屏内插件空间及对外连接的端子排留有备用裕量；系统主存容量和辅助存储器容量保证有30%的裕量；对信号输入、输出通道都适当留出一些备用，即通过冗余来保证系统的可扩展和可靠性。另外，所有输入、输出接点，通信线、电源单元、传感器供电单元等，均能承受相应的绝缘耐压和冲击耐压实验而无损坏，而保证在线监控系统自身的可靠运行。
4改造后的效果
通过现场调研、论证、理论分析和现场改造、试验研究、软件编程、现场调试等多个环节后，主扇的运行达到以下的预期效果：①主扇由原来的人工停风倒机改造后成为不停风自动倒台。②将原来的倒机时间从7 min降低至4 min 50 s，缩短了倒机时间，简化了倒机程序，提高了矿井通风的安全系数。③将原有的提升时闸板门及固定式水平门改造为旋叶式风门，同时原闸板门作为检修备用风门，提高了安全系数。④完善了丁一主扇振动及风量负压的在线监测，提高了八矿丁一主扇通风的安全系数。⑤将单PLC控制系统改为双PLC控制系统，增加了系统的稳定性。
5结语
通过对矿井主扇的改造，实现了不停风自动倒台，对轴流式风机在自动化改造方面提供了很好的借鉴和经验，提高了原有系统的安全性，保障了风机的安全运转，为矿井的通风安全提供可靠的保障。
参考文献：
[1] 谭长森,孙鹏,郭峰,等.基于PLC的矿井主扇风机自动监控系统的设计[J].工矿自动化,2007,(6).
[2] 于励民,马小平,任中华,等.矿井主通风机不停风倒机自动控制系统的研究与实现[A].煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C].2010.
关键词：主扇；自动倒台；风流中断；风门
中图分类号：TD441 文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）17-0023-01
1背景介绍
例如，某矿井主扇为轴流式风机，型号FBCDZ-10-NO36，配套电机YBF710-10型，功率710×2，风叶角度调整好后为固定的，启动时为避免风机运行在驼峰以左工作区域出现运行不稳定，应采取带负荷启动，开机前必须先将风门打开。主扇在进行倒台操作时，备用风机的开启必须在运行风机停止后才能进行，同时可能发生双风机停运现象，引发事故。所以原有的倒台程序存在着可靠度不高，产生风流中断等问题，有必要对主扇进行不停风倒台技术改造。
2對风门的改造
原有的原闸板风门技术相对落后，开启和关闭速度都较慢，无法带压开闭，不能实现不停风倒机。并且开启关闭程度完全靠操作人员经验决定，在全开和全关之间的任何半开位置，都没有传感器标定，无法实现风机自动化，不利于精确调节通风机风量。为此我们采用自密式旋叶风门作为新风门系统的组成部分。
自密式旋叶风门的扇叶叶片外形采用菱形流线型设计，表面光滑无突出棱角，经过优化设计完全符合流体运行规律，将风流经过风门时的损耗降低到最小，根据流体力学伯努利定理和流体连续定理，风流在经过叶片式风速会有所升高，当流出叶片之间较窄空间后，流速会因为流过面积增大而降低，因为叶片为不锈钢制作，表面光滑度极高，所以对风流无粘滞阻力，所以风门产生的风阻很小，可以忽略不计。
旋叶风门由于选用了电动一体化执行机构，所以在控制和检测上有较强的优势，在角度调节上，所选电动执行机构可在90 ̊的开启范围内进行≥100点的精细标定，其精确度超过1 ̊，在进行风量测试后可以将各角度对应到具体风量大小，并将角度信号输入软件，在风机倒机或风机风量变化时，直接对上位机输入相应信号，风门可直接开启到所需要风量要求的开闭角度，不需要再开机稳定后，再由人工对其手动调节。
风门改造方案及步骤：由于主扇是双风机运转，同时不能停风，所以我们采取分阶段单台改造的方案。首先拆除水平测试风门两个，并对原水平门基础进行改造，安装水平对空风门2套。其次破除立式旋叶门所在的位置基础2个，安装立式旋叶风门2套。具体的操作如下：①改造2#系统，我们提前把1#风机检修，确保无误后，再把风机倒至1#风机运转，停2#主扇并做安全措施。②关上2#风道的原立式闸门。③破除立式旋叶门和水平对空风门基础。④2#水平对空风门在风道上，首先拆除旧水平门，拆除风门时用75 T吊车进行吊装，水平对空风门基础继续使用原有的基础，安装完毕后进行二次灌浆。⑤安装立式旋叶门时用75 T吊车进行吊装，根据到货设备的实际尺寸，确定风道底部需要破除的深度及宽度，立式旋叶门的中心往两侧各破除300 mm，破除立式旋叶门基础宽度为600 mm，破除时把原有的钢筋保留，立式旋叶门放入后找平找正，与风道壁所预留的钢筋进行焊接固定。安装完毕后进行二次灌浆。安装时注意风门上平面露出，下平面略高于风道底部，然后进行支模打灰。⑥在主风道上有一个预留孔，把预留孔打开用φ76镀锌管背风面开孔，上端用铝塑管接到操作控制室内的U型压差计上。⑦把操作台安装到配电室外的操作室内，根据原理接线图进行电缆敷设及接线。⑧1#风机水平风门与立式旋叶门改造时需要拆除1#风机水平门后立闸门的彩板房，其它与2#风机施工方案相同。
不停风倒机风门系统对所辖的风门可进行近地集中控制，并对风门的开启程度、速度以及到位信号进行全方位监控，系统内所有风门配有独立执行机构，可进行远程控制开闭、就地开闭、无电手动开闭。自密式旋叶风门执行机构具有转矩大、转速快的特点，可以保证风门在承受负压的情况下在40 s内顺利开启和关闭，匀速平稳运行，无振动和抖动现象。该类执行器自带限位开关，具有过转矩（机械）保护和过电流（热）保护功能，最大限度的减小故障发生概率，保证其带动风门可靠运行。同时，该执行器带有4~20 mA输出反馈信号，可以在远程控制台在线显示风门的开启情况，便于对风门现场进行实时监控，及时纠正错误动作。该执行器具有点动控制功能，因此，在调试风道风压和风向的时，主调风机的同时可以微调风门扇叶方向，从而保证输送到井下的通风量与设计风量相符。
改造过程中出现的问题及应急方案：由于对风门改造过程中，施工和水泥凝结的过程比较长，运行主扇长期处于单机状态，对矿井的安全通风造成极大的威胁，需要做到以下几点：①对运行主扇进行检查，确保其处于完好状态；②准备了铁板、卡子和风布，随时处于应急状态，一旦发生运行主扇停机而不能启动的问题，将以最短的时间对破口的风道进行封堵，尽最大可能的减少漏风量，从而启动正在施工的风机；③要求施工方实时的对落入风道内的杂物进行清理，防止发生意外情况是来不及清理风道，从而造成双风机停机；④值班人员轮番盯岗，对改造的全过程进行监督和隐患排查，确保万无一失。
3对电控及软件的安装调试
KJZ-5型不停风倒机监控系统是不停风倒机系统的重要组成部分，其包含了控制系统、监控系统以及监控执行元件等。控制系统采用基于现场总线的先进的分布式结构实现，其中高可靠性、高性能的西门子PLC（S7-300）作为下位核心处理单元，通过相应选择输入输出模块，实现对通风机各项运行参数的实时采集、异常报警与输出控制；上位工控机完成监测参数的实时显示，历史数据查询，报表打印以及用户登录等相应的管理工作。监控系统设备选型配置，不仅充分考虑现有监控系统的需求，从用户今后功能的扩展考虑，要保证具有可扩展性。控制屏内插件空间及对外连接的端子排留有备用裕量；系统主存容量和辅助存储器容量保证有30%的裕量；对信号输入、输出通道都适当留出一些备用，即通过冗余来保证系统的可扩展和可靠性。另外，所有输入、输出接点，通信线、电源单元、传感器供电单元等，均能承受相应的绝缘耐压和冲击耐压实验而无损坏，而保证在线监控系统自身的可靠运行。
4改造后的效果
通过现场调研、论证、理论分析和现场改造、试验研究、软件编程、现场调试等多个环节后，主扇的运行达到以下的预期效果：①主扇由原来的人工停风倒机改造后成为不停风自动倒台。②将原来的倒机时间从7 min降低至4 min 50 s，缩短了倒机时间，简化了倒机程序，提高了矿井通风的安全系数。③将原有的提升时闸板门及固定式水平门改造为旋叶式风门，同时原闸板门作为检修备用风门，提高了安全系数。④完善了丁一主扇振动及风量负压的在线监测，提高了八矿丁一主扇通风的安全系数。⑤将单PLC控制系统改为双PLC控制系统，增加了系统的稳定性。
5结语
通过对矿井主扇的改造，实现了不停风自动倒台，对轴流式风机在自动化改造方面提供了很好的借鉴和经验，提高了原有系统的安全性，保障了风机的安全运转，为矿井的通风安全提供可靠的保障。
参考文献：
[1] 谭长森,孙鹏,郭峰,等.基于PLC的矿井主扇风机自动监控系统的设计[J].工矿自动化,2007,(6).
[2] 于励民,马小平,任中华,等.矿井主通风机不停风倒机自动控制系统的研究与实现[A].煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C].2010.