彭庄煤矿主通风机选型设计.pdf

1312020 年第 5 期 彭庄煤矿主通风机选型设计 张银学 1 李加强2 刘占羽1 1. 临沂矿业集团菏泽煤电有限公司彭庄煤矿，山东 菏泽 274700； 2. 临沂矿业集团菏泽煤电有限公司，山东 菏泽 274700） 摘 要 根据彭庄煤矿主通风机的选型设计，对电机的选型、叶片的设计进行优化组合。将原有主通风机更换为 FBCDZ N0.28/2500kW 高效节能矿用防爆对旋轴流式主通风机，并配备了自动监控系统，实时监控风机运行状态，提高了彭庄 煤矿主通风系统的安全可靠性。 关键词 主要通风机 选型设计 应用 中图分类号 TD724 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.048 Selection Design of Main Fan in Pengzhuang Coal Mine Zhang Yin-xue1 Li Jia-qiang2 Liu Zhan-yu1 1.Pengzhuang Coal Mine, Heze Coal Power Co., Ltd., Linyi Mining Group, Shandong Heze 274700; 2. Heze Coal Power Co., Ltd., Linyi Mining Group; Shandong Heze 274700） Abstract According to the selection design of the main fan in Pengzhuang Coal Mine, the selection of the motor and the design of the blade are optimized. The original main fan was replaced by FBCDZ N0.28/2500kW high- efficiency energy-saving mine explosion-proof counter rotating axial flow main fan, and equipped with an automatic monitoring system to monitor the running status of the fan in real time, which improved the safety and reliability of the main ventilation system in Pengzhuang Coal Mine. Key words main fan selection design application 收稿日期 2019-10-08 作者简介 张银学（1982-），男，2006 年 7 月毕业于山东建筑大 学电气与自动化工程专业，本科，学士学位，工程师，现任职机 电科科长。 1 概述 彭庄煤矿采用中央并列抽出通风方式，副井进 风，主井回风，井下各采掘工作面、大型机电硐室 具有独立的通风系统。地面通风机房安装 BD- Ⅱ -8- № 24/2220kW 型防爆抽出式对旋轴流通风机两台， 互为备用。 随着矿井的开拓延伸， 需求风量不断增加， 现有主通风机不能满足矿井安全生产的需要，现对 矿井主通风机进行选型设计，保证安全生产用风量 需求的同时，给下一步的矿井开拓延伸留有余量。 2 设计选型 困难期需求风量风量 Q170.89m/s，负压 H2931Pa。根据以上参数，结合 FBCDZ 系列（原 BDK 系列）高效节能矿用防爆对旋式主通风机特 点及实测性能曲线，选型为 FBCDZ N0.28 高效节 能矿用防爆对旋轴流式主通风机，额定转速740r/ min。 配用电动机功率计算公式 NKQH/1000η 式中 η- 风机效率，按 0.75 计算； K- 功率储备系数，一般取 1.11.25。 按困难期配电机，则 N1.25170.892931/10000.75835kW 为 了 保 证 风 机 安 全 可 靠 运 行， 选 配 YBF630M2-8 500kW2 风机专用隔爆型三相异步 电动机，电压为 10kV， 额定频率 50Hz。 反风时电机功率核算（按困难期反风时核算） N1.25170.890.729310.72/10000.3 716kW ＜ 1000kW 从以上可以看出，风机配套电机的功率满足给 定参数条件下，风机正反风时所需功率要求，保证 风机的安全运行。困难期，风机叶片安装角度 0， 效率 85，且风机调节余量较大（＞ 5），既能 1322020 年第 5 期 经济运行，又有一定的安全裕度，选型合理，符合 设计规范。以上风量、负压参数范围为该风机所能 达到的气动能力，而配套电机功率的选择是根据用 户具体工况点参数确定，并按照国家有关设备选型 规范留有合理的功率余量。 3 对旋风机配套电机设计 过去的对旋风机电机存在的缺点如电机温升 高，轴承易损坏，辊压抱轴，轴向防爆曲路抱轴等， 充分发挥电机、风机一体化组合优势，特殊设计对 旋风机配套电机，采取了如下优良改进措施 （1）调整电磁参数，降低电磁负荷，有效地 降低温升。 （2）选用优质进口材料，减少不必要的损耗。 （3）通过外吸风口，冷空气自然流入密封隔 流腔内的导流伞形罩，使电机的冷却空气一部分流 过轴承表面，避免了此处的通风死区，改善了电机 轴承的自然散热条件。 （4）电机轴承结构选用三轴承配合结构，能 承受转子自重和正、反转运行时风压产生的轴向力。 对轴承装置进行优化设计，在准确计算电机受力的 情况下，合理选择滚动轴承，不但价格降低，还使 其使用寿命大于 20 万小时。可从风机机外注油孔 对轴承进行加油。 （5）电机优选双轴伸结构，且轴伸加粗，以 配合叶轮的大径向力。配套电机轴伸采用锥形轴伸， 电机与轮毂采用锥形配合，利于叶轮的安装、拆卸、 维修。叶轮在电机轴上采用双螺母双止动垫圈固定。 （6）主机轴承选用 SKF 进口轴承，严格入厂 筛选，轴承的保持架装置具有良好的油封性、防尘 性和防水性。 （7）改进风路元件，改善通风效果，降低电 机温升。 4 提高风机气动性能和方便使用维护的设计措施 （1）通风机采用叶格栅实验资料进行空气流 动设计，使风机具有气动性能优良、振动小、效率 高、噪声较低、高效区域广的特点。该风机最高静 压效率达85以上， 效率比同类产品提高5～15 以上，具有明显的节能效果。 （2）对于风机涉及的异型件，集流器、整流器、 鱼形管全部采用模具冷磙一次成型，确保风机流道 均匀光滑， 有效地降低流道阻力， 提高风机流动性能。 （3）通风机采用防爆轴流卧式安装形式，可 根据用户要求，设计为侧移式或轴移式。 （4）风机整体采用分段组合式结构，机壳为 分半式，各部件下部设有滚轮。滚轮内设滑动轴承， 确保运转轻快，使用维护方便。“对旋风机用可调 式脚轮”获得国家实用新型专利技术证书。各部件 之间用螺栓连接，螺栓采用 4.8 级镀锌钝化，并保 证接缝连接处不漏风。在通风机进、出风侧配置检 修孔，并在风机外壳上设有排液孔。 （5）叶片调节固定装置。叶片在轮毂上固定， 风机轮毂上刻有明显的叶片安装角刻度，可根据生 产用风的需要在不用拉开主机情况下，在机外通过 观察窗用专用调节扳手任意调节叶片安装角，也可 拉开风机，在机内完成角度调节。如图 1 所示。 图 1 风机调节示意图 （6）电机设主电源接线盒、加热器接线盒及 定子绕组测温和轴承测温接线盒，方便接线。接线 盒符合防爆防潮标准要求。风机随机安装有测压环， 用来测量风机负压和流量。在风机进、出气侧分别 设有检修人孔，方便现场检修。风机出线、检修孔 方向按一左一右布置。 （7）风机采取低噪音设计。扩压筒、天圆地 方均带有不锈钢消音层，并配套消声器，从空气动 力性噪声、电机电磁噪声、机械性噪声三方面采取 有效措施降低风机运行噪声。在周边测量噪音在 70 分贝以下，符合职业病危害要求。风机获得“低噪 声矿用防爆对旋式主通风机”国家实用新型专利技 术证书。 （8）风机配带蝶阀及其配套的蝶阀控制箱， 蝶阀能够实现电动与手动功能，可远距离操作；配 套联接风筒，保证蝶阀顺利启闭；带加热措施，防 止冬季冷凝结冰。 5 风机叶片设计 （1）计算叶片、叶柄危险断面强度，设计保 留有 13 倍以上的安全系数，对叶片进行时效处理， 1332020 年第 5 期 并试验振频测试和模态分析，使其避开一、二级叶 轮的激振频率，避免出现共振。风机叶片采用高强 度铸造铝合金材质，采用金属模压力铸造，可有效 避免普通砂型铸造缺陷，使叶片强度、表面质量更 高，可确保在氧化性环境中具有优良的耐腐蚀性， 提高叶片的防腐和耐磨性能。 （2）针对各个时期工况，应用 CFD 流场分析 软件，可对风机运行工况进行流场仿真模拟，保证 各个时期工况运行稳定。如图 2 所示。 图 2 风机整机流道压力及速度流线图 （3）叶轮采用优质钢板制作而成，对叶轮、 轮毂分别进行动平衡测试合格后，再对包括电机转 子和叶轮装在一起的整机转子做动平衡加载试验， 使风机具有优良的静特性和动特性，确保可靠运行。 试验现场配套专用于风机叶轮动静平衡的 10t 平衡 机，可对直径 Φ4600mm 以下叶轮进行动静平衡试 验，完全满足 2800mm 风机试验要求。 6 风机长期运行的防腐措施 （1）风机每一部分焊接成形后进行喷砂处理， 要求喷砂处理后表面粗糙度达到 Sa2.5，钢材表面 无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等 附加物，提高底漆和面漆的附着力。底漆喷涂两次， 漆膜厚度为 60 ～ 80μm。风机出厂时，再涂覆防 腐聚氨酯面漆一次，漆膜厚度为 20 ～ 30μm。 （2） 对风机的主要旋转件叶轮， 经过加工成形、 喷砂后，再采取特殊防腐处理，避免因流道内腐蚀 性气体和潮湿引起的氧化腐蚀和锈蚀。 （3）风机叶片采用铸造高强度铝合金材质， 表面采用磷化处理，确保在氧化性环境中具有优良 的耐气蚀、腐蚀性，提高叶片的防腐和耐磨性能。 （4）消声器穿孔板采用镀锌碳素钢板，吸声 材料采用高效防水材料。 7 结 语 彭庄煤矿主通风机设计选型为具有国内领先水 平的矿用风机产品。风机采用机、电、控一体化设 计开发，特殊研制风机配套电机、风机配套电控和 风机配套实时在线监测保护系统，确保风机高效、 节能、安全可靠运行。 （上接第 130 页） 2.3 应用效果分析 （1） 3303综放工作面在采取此工艺及措施后， 安全高效地回收了此段三角煤柱，回收煤炭资源近 6.5 万 t。 （2）未形成连续三角煤柱，掘进过程中对三 角煤柱进行放松动炮，减少了防冲影响，开采安全 性较好。 （3）工作面每推进 2.54m 增加一组支架，共 需增加支架 56 架。月进尺 40m，到达工作面斜长 197.8m 时，需 4 个月，需加强工作面防火。 （4） 工作面轨顺施工距离相对短， 施工时间短， 投产时间早。 （5）上端头控顶面积大，加之 3301 老空影响， 顶板压力大，支护工作量大。 （6） 推进过程中轨顺辅助巷段上坡， 皮顺下坡， 随推进工作面加长，对上窜下滑控制要求较高。 3 结论 （1）3303 工作面通过梯形布置工作面，动态 加设支架，多回收煤炭资源 6.5 万 t。 （2）梯形布置工作面，减少掘进巷道工程量， 缩短工作面准备时间，利于尽快交付安装。 （3）利用日常检修时间加设支架及溜槽，利 于矿井整体产量均衡，避免停产对接造成单面生产 的不利局面。 （4）在辅助轨顺提前精准安设欲增加支架， 既增加巷道支护强度，也提高增设支架效率。 【参考文献】 ［1］ 孟凡刚 . 轻型放顶煤支架在大倾角煤层开采中的 应用 [J]. 煤矿机电，2000（05）107-108. ［2］ 李建军 . 大采高综采工作面矿压观测与顶板管理 [J]. 华北科技学院学报，2004（02）10-12. ［3］ 王立兵，李敬民，李建军 . 大采高综采超前支承 压力观测及应用 [J]. 华北科技学院学报，2004 （03）24-27.