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【摘 要】风机运行靠叶片对空气做功，风机运行的实际工况点除与叶片角度有直接关系外，还与转速、安装方式、矿井阻力有直接关系，本文通过对矿井通风系统实测数据进行分析后，为矿井通风系统调整提出改进思路及办法，不断提升通风设备运行的安全性、稳定性和高效性。
【关键词】风压风量特性;转速;工况点
一、主回风道实测数据及矿井风阻特性计算
主回风平硐实测总回风量240m3/秒，实测风机工作压力970（Pa），折算到标态工作压力为1386（Pa），根据公式H=RQ2，可推算出北部回风道风阻R的值为0.01684。同理，南回风井实测总回风量374.2m3/秒，实测风机工作压力650（Pa），折算到标态工作压力为929（Pa），根据公式H=RQ2，可推算出北部回风道风阻R的值为0.004642。并通过压力和风量关系，推算出今后增加风量所需要的风机工作压力。
二、风机实际工况分析
从单机实际工况点来看，同一机站并联运行的风机工况点偏差较大，特别是北回风平硐1号机，工况点已经严重偏离风机的合理区域，这样的风机不具备并联运行的基本条件。由于在检测前我们已经两次对风机叶片角度进行过精确调校，叶片角度基本是统一的，因此可以判定工况偏离合理区域属于风机机本身质量不达标所致，从我们对风机外观检查过程中可以看出，叶片长短不一，葉片顶端到机壳的间隙最小14mm，最大23mm（规程要求是小于叶轮直径的千分之2，一般不大于5mm），叶片根部到轮毂的间隙达6mm（规程规定是0），叶片制造工艺粗糙，达不到基本的质量要求，风机所表现出的风压风量特性与厂家出厂标称值完全不一致，即存在虚标，以次充好情况。
三、存在问题
首先，由于主扇质量问题，风机实际工况点达不到设计要求，总回风量仅为614.2m3/秒。
其次是采场辅扇分风的问题，初步设计、安全专篇对辅扇型号选择不合理，造成辅扇工作风量之和远远大于矿井总风量，造成废风循环污染、工作压力增加，大部分风机容易进入不稳定工作区，容易出现喘振现象，调控困难。因此，为确保安全，辅扇型号变更势在必行。
最后，风机安装存在诸多问题，主扇风机安装检修不便，排水不畅，漏风严重，效率低下等问题。辅扇回风小井有效通风断面不足，上井口设计存在缺陷，造成矿渣、水等容易进入回风小井，造成隐患，甚至堵塞回风井。
四、调节思路和办法
主扇和矿井的关系好比车和道路的关系，车子能跑多快首先是车子能力决定，但到底跑多快最终是路决定的，因此恰当的风机选型是矿井通风安全的基础。目前主扇的质量问题可以硬解决。即通过整机更换（彻底解决）或更换风机的核心部件叶轮（有风险，有可能不彻底，因部分主扇机壳存在椭圆情况）解决，整机更换对通风系统影响较大，时间较长，对生产影响较大，更换叶轮工作量小，影响时间短，但缺点是有可能解决问题不彻底。
还有一种办法是软解决即通过改变风机的转速达到改变风机的工况点，使之尽可能满足需要（有前提条件，前提是风机负荷有安全余量），优点是无须更换风机，对生产几乎无影响。即利用相似性定律改变风机转速，在这里我们是增加转速。由于风机的工作压力是矿井阻力决定的，风机的工作压力是要克服矿井阻力并形成出口动压损失。因此，改变风机转速是最可行，最有效的办法。
由风机常识，我们可以知道，风量与转速呈一次方关系，压力与转速呈平方关系，功率与转速呈三次方关系，再通过三相异步电动机转速与频率关系，我们可以得出不同频率风机的风量、风压、功率之间的关系（见下表）。
三相异步电动机在不同频率下的转速与风量、压力、功率关系计算，根据以上定律，分别对不同频率的6极、8极电机转速、风量、压力、功率进行了计算（见下表）。
从实测我们发现，主扇风机运行在50HZ时，电动机的输入功率最高的仅为170KW，最低的为120KW。由于风机配用电机额定功率为250KW，电动机功率还有富余量。由于电动机为变频电机，通过调频使电机负荷提高到220KW均属于电动机正常负荷范围。总之，通过单机调试，以能力最差的风机作参照，让所有风机运行在一个安全，稳定高效的工况点上，使之在不更换硬件的前提下满足风压风量要求。
对于辅扇的型号问题，需要确定合理的风量和压力。最终保证所有辅扇的工作风量不超过总风量。由于采矿方法所限，我们最小回风单元为出矿穿脉，每条穿脉对应两只回风小井，分别安装两台辅扇按需分风，出矿穿脉断面为15平米，设计风速0.4m/s，再考虑漏风及风量备用，每台辅扇工作风量12-15 m3/秒就基本足够了，工作压力可以考虑大一点，适应范围广一点，工作能力就强一点，在其中某一级机站工作不正常时它也能安全稳定运行，不至于稍不慎就进入不稳定工作区。从这点上讲，初步设计选型的K40-6NO15辅扇是不合理的。风机选型并不是越大越好，加之风机质量不达标，现在18台并联，所有风机叶片都调整为20度，稍不慎就出现喘振，并且造成废风循环污染的问题非常严重。
对于风机安装的问题，在前段时间已经就安装设计与设计者进行过沟通。通过安装U型排水管、改变风机墙位置，增设双安全门解决风机运行过程中人员安全通过的问题，根据现场情况构筑变频控制柜防爆破冲击波硐室，在回风小井上口设置竖向格筛，锁口高度大于1.2米，并设置水平安全格筛，保障回风小井有效通风断面大于2平方米等，下一步将根据情况进行整改。
结语：风机运行靠叶片对空气做功，风机运行的实际工况点除与叶片角度有直接关系外，还与转速、安装方式、矿井阻力有直接关系。由于矿井主扇在设计选型时一般会偏大，与设计工况点存在不吻合的情况。在生产中可根据需要先实测出矿井的风阻特性，再根据风阻特性来确定主扇风机的工况点，通过叶片角、转速、安装方式调整，使矿井主扇运行在安全、高效、稳定的工况点上，保障矿井通风系统运行安全。
参考文献：
[1]孙研.风机选型适用手册，机械工业出版社，1999
[2]商景泰.通风机设计入门与精通，机械工业出版社，2018
[3]何延山.矿井通风与安全，高等教育出版社，2009
（作者单位：云南迪庆有色金属有限责任公司（生产技术部））
【关键词】风压风量特性;转速;工况点
一、主回风道实测数据及矿井风阻特性计算
主回风平硐实测总回风量240m3/秒，实测风机工作压力970（Pa），折算到标态工作压力为1386（Pa），根据公式H=RQ2，可推算出北部回风道风阻R的值为0.01684。同理，南回风井实测总回风量374.2m3/秒，实测风机工作压力650（Pa），折算到标态工作压力为929（Pa），根据公式H=RQ2，可推算出北部回风道风阻R的值为0.004642。并通过压力和风量关系，推算出今后增加风量所需要的风机工作压力。
二、风机实际工况分析
从单机实际工况点来看，同一机站并联运行的风机工况点偏差较大，特别是北回风平硐1号机，工况点已经严重偏离风机的合理区域，这样的风机不具备并联运行的基本条件。由于在检测前我们已经两次对风机叶片角度进行过精确调校，叶片角度基本是统一的，因此可以判定工况偏离合理区域属于风机机本身质量不达标所致，从我们对风机外观检查过程中可以看出，叶片长短不一，葉片顶端到机壳的间隙最小14mm，最大23mm（规程要求是小于叶轮直径的千分之2，一般不大于5mm），叶片根部到轮毂的间隙达6mm（规程规定是0），叶片制造工艺粗糙，达不到基本的质量要求，风机所表现出的风压风量特性与厂家出厂标称值完全不一致，即存在虚标，以次充好情况。
三、存在问题
首先，由于主扇质量问题，风机实际工况点达不到设计要求，总回风量仅为614.2m3/秒。
其次是采场辅扇分风的问题，初步设计、安全专篇对辅扇型号选择不合理，造成辅扇工作风量之和远远大于矿井总风量，造成废风循环污染、工作压力增加，大部分风机容易进入不稳定工作区，容易出现喘振现象，调控困难。因此，为确保安全，辅扇型号变更势在必行。
最后，风机安装存在诸多问题，主扇风机安装检修不便，排水不畅，漏风严重，效率低下等问题。辅扇回风小井有效通风断面不足，上井口设计存在缺陷，造成矿渣、水等容易进入回风小井，造成隐患，甚至堵塞回风井。
四、调节思路和办法
主扇和矿井的关系好比车和道路的关系，车子能跑多快首先是车子能力决定，但到底跑多快最终是路决定的，因此恰当的风机选型是矿井通风安全的基础。目前主扇的质量问题可以硬解决。即通过整机更换（彻底解决）或更换风机的核心部件叶轮（有风险，有可能不彻底，因部分主扇机壳存在椭圆情况）解决，整机更换对通风系统影响较大，时间较长，对生产影响较大，更换叶轮工作量小，影响时间短，但缺点是有可能解决问题不彻底。
还有一种办法是软解决即通过改变风机的转速达到改变风机的工况点，使之尽可能满足需要（有前提条件，前提是风机负荷有安全余量），优点是无须更换风机，对生产几乎无影响。即利用相似性定律改变风机转速，在这里我们是增加转速。由于风机的工作压力是矿井阻力决定的，风机的工作压力是要克服矿井阻力并形成出口动压损失。因此，改变风机转速是最可行，最有效的办法。
由风机常识，我们可以知道，风量与转速呈一次方关系，压力与转速呈平方关系，功率与转速呈三次方关系，再通过三相异步电动机转速与频率关系，我们可以得出不同频率风机的风量、风压、功率之间的关系（见下表）。
三相异步电动机在不同频率下的转速与风量、压力、功率关系计算，根据以上定律，分别对不同频率的6极、8极电机转速、风量、压力、功率进行了计算（见下表）。
从实测我们发现，主扇风机运行在50HZ时，电动机的输入功率最高的仅为170KW，最低的为120KW。由于风机配用电机额定功率为250KW，电动机功率还有富余量。由于电动机为变频电机，通过调频使电机负荷提高到220KW均属于电动机正常负荷范围。总之，通过单机调试，以能力最差的风机作参照，让所有风机运行在一个安全，稳定高效的工况点上，使之在不更换硬件的前提下满足风压风量要求。
对于辅扇的型号问题，需要确定合理的风量和压力。最终保证所有辅扇的工作风量不超过总风量。由于采矿方法所限，我们最小回风单元为出矿穿脉，每条穿脉对应两只回风小井，分别安装两台辅扇按需分风，出矿穿脉断面为15平米，设计风速0.4m/s，再考虑漏风及风量备用，每台辅扇工作风量12-15 m3/秒就基本足够了，工作压力可以考虑大一点，适应范围广一点，工作能力就强一点，在其中某一级机站工作不正常时它也能安全稳定运行，不至于稍不慎就进入不稳定工作区。从这点上讲，初步设计选型的K40-6NO15辅扇是不合理的。风机选型并不是越大越好，加之风机质量不达标，现在18台并联，所有风机叶片都调整为20度，稍不慎就出现喘振，并且造成废风循环污染的问题非常严重。
对于风机安装的问题，在前段时间已经就安装设计与设计者进行过沟通。通过安装U型排水管、改变风机墙位置，增设双安全门解决风机运行过程中人员安全通过的问题，根据现场情况构筑变频控制柜防爆破冲击波硐室，在回风小井上口设置竖向格筛，锁口高度大于1.2米，并设置水平安全格筛，保障回风小井有效通风断面大于2平方米等，下一步将根据情况进行整改。
结语：风机运行靠叶片对空气做功，风机运行的实际工况点除与叶片角度有直接关系外，还与转速、安装方式、矿井阻力有直接关系。由于矿井主扇在设计选型时一般会偏大，与设计工况点存在不吻合的情况。在生产中可根据需要先实测出矿井的风阻特性，再根据风阻特性来确定主扇风机的工况点，通过叶片角、转速、安装方式调整，使矿井主扇运行在安全、高效、稳定的工况点上，保障矿井通风系统运行安全。
参考文献：
[1]孙研.风机选型适用手册，机械工业出版社，1999
[2]商景泰.通风机设计入门与精通，机械工业出版社，2018
[3]何延山.矿井通风与安全，高等教育出版社，2009
（作者单位：云南迪庆有色金属有限责任公司（生产技术部））