摘要： 通过对矿用对旋式通风机的分析试验研究，阐明了带扩散筒—塔和带消声器扩散筒与集流器的对旋效率比 JBT 型低 50% 左右。同时阐述“双 85 ” 和局部通风避免采用大功率局扇的方法 , 达到节能减排目的。

关键词 ：对旋式通风机；集流器；效率；节能

中图分类号： TH432.1 文献标识码： A

文章编号： 1006 - 8155 （ 2008 ） 02-0013-05

Research on Counter Rotating Fan for Colliery

Abstract: The analysis and test on rotating fan are made to specify the counter rotating efficiency of diffuser tube with diffuser tube(tower), silencer and collector is lower 50% than YB 2F (JBT) series. Furthermore, for the purpose of energy-saving and reducing emission, the “double 85” and the method of avoiding adopting high-power local fan for local ventilation are specified.

Key words: counter rotating fan ； collector device ； efficiency ； energy-saving

O 引言

 　　轴流通风机级 ( 本体 ) 效率高，但噪声和出口速度大；动能占全压的 30%~50% 。因此，必须安装扩散筒—塔及消声器来回收动能及降低噪声，所以对装置风机 ( 即有集流器、扩散筒—塔及消声器等器件 ) 效率影响极大。

　　长期以来，关于对旋装置风机效率的说法不一，效率相差 50% 左右，分歧极大，文献 [1] 认为对旋风机在结构和原理上先进，在获得整直圆周方向速度分量的同时，并加给气流能量，从而达到普通轴流式通风机 不能 达到的高效率和高风压，对旋装置效率比 JBT 级效率高 8% ，可提高风压 10%~20% 。采用不同运行方式，可分级使用，一机多用，能较大幅度降低电耗，节能省电 [1] 。文献 [2] 认为由于对旋中没有导流器，效率应该高于双级轴流式是错误的。并在理论和试验中证明：对旋最高效率低 1%~2% [2] 。文献 [3] 认为对旋采用三元流动叶轮，高转速和加装消声器，可同时提高风机效率和压力，对旋 FBDII 系列由国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心风机实验室，按照 MT 755-1997 标准，对整机性能进行了检验 [3] 。结果表明：最高全压效率 85% ，比波兰高 8% ，比日本和国内厂家也高 3%~8% ，压力提高 10%~21% ，噪声低 3~8dB[ 注：不知是 A 声级还是比 A 声级，从其单位 dB 看是比 A 声级 L SA ] ，对旋装置风机达到 JBT 所 不能 达到的高效率、高风压及送风距离长，现场使用还表明：两台 JBT(28kW) 串联，送风距离只有 500m ，风量只有 100m ³ /min[ 笔者注：枣庄煤矿 1 台 JBT(11kW) 送风距离已达 3795m ，风量达 85.22m ³ /min] ，而采用 1 台 FBDII № 6/2 × 18.5 对旋，送风距离达 1300m ，出口风量 280m ³ /min ，至少节能约 30% ，运行效率高，运行两年节省电费就可收回风机的购置费，是矿用局部通风机理想的更新换代产品。

　　综上所述，对我国目前大量使用中的对旋通风机进行剖析探讨研究，弄清各性能参数 , 很有必要。

1  基本概念

　　在研究轴流通风机内的流动现象时，一般只对级 ( 本体 ) 进行分析，级是由叶轮和导叶组成。通常以级型式分析风机，双级高压轴流 ( 普通轴流式 ) 通风机的效率比对旋高 1%~2% ，指的是级 ( 本体 ) 的全压效率，

　　表达式： η = Q_^p / P 。只有效率高、高风压和大风量才有理论根据，比 A 声级 L _SA = L _A － 10lg( Q p ₂ )+19.8 ， Q p ₂ 大， L _SA 值就小。

　　效率有全压效率 η = Qp / P 、静压效率 η s = Qp s / P 和 级效率、装置效率、运行效率等，风机实际运行经济性不仅与风机本身效率高低有关，而主要取决于其压力特性和管网特性的匹配。只有运行效率高，才有实际的节 能效果 ， 全压效率大于静压效率，级效率大于装置效率，而装置效率又大于运行效率。国务院提出风机运行效率应达 70% 以上。

2  　对旋 FBDII 系列结构分析 ( 图 1)

　　在设计配有通风机的管网系统时，必须注意：在靠近通风机进、出口截面约两倍直径长度内，不应安装影响通风机进、出口截面气流均匀性的元 件。如不遵守这一原则，就会由于其进口或出口存在着不均匀速度场而大大恶化通风机的特性曲线。从图 1 知， FBD Ⅱ系列对旋式通风机，结构极其复杂庞大恰就违背这一原则。

　　从图 1 结构图知： FBD Ⅱ系列对旋式局部通风机，结构极其复杂庞大，结构设计不甚合理。例如：其叶轮 / 电机与主风筒之间构成的环形通道对气流的均直性影响很大，从而对风机性能影响也很大。

　　目前，国内局扇大都选用 YBF 系列专用防爆电机装配式设计，非机电一体化结构 , 轮毂比将会改变叶轮性能。在设计中，由于受电机尺寸的限制，常需要把已有空气动力学上的轮毂比加大。一般情况下，若从叶根部缩短叶片，使轮毂比增大，将会 引起性能曲线的变化。例如 OB-51 原来轮毂比 d =0.6 ，由于结构上的要求，增加到 0.62 ，这时额定工况点将向左上方移动，即流量将减少，压力将增大。如果从叶尖部缩短叶片，使轮毂比增大，性能曲线的变化情况，恰恰相反，之所以这样是由于整个 叶轮的性能曲线是由不同半径的性能曲线的综合。在理论上可以证明：半径愈大性能趋向愈陡，因此从叶根缩短叶片，叶轮的性能曲线就变陡些；相反，从叶尖部缩 短叶片，叶轮的性能曲线就变平，这是风机设计者应加以注意的。

　　由于叶轮轮毂直径 ( d ) 难以做到与电机外径 ( d ′ ) 相同，致使环形通道凸凹不平，产生分离气流，损失增大，压力下降，效率降低，噪声增加 ^[4] 。同时，集流器、前后消声器的消声层、扩散器等器件 ( 如出线管，注放油管等 ) 均造成气流速度不均匀，大大增加了阻力损失，因此对旋式风机装置效率必然比级效率小很多。 JBT 型的效率是级效率，所以较高。总之，对旋式风机装置效率高达 85% 没有科学依据。

3  主要技术指标（表1）

表 1 FBD Ⅱ系列对旋式局部通风机主要技术指标

风机型号No	风量/(m3/min)	风 压/Pa	效率/%	比A声级/dB	电机功率/kW	推荐使用 风筒直径/mm	有效通 风距离/m
FBD Ⅱ№ 5/2 × 7.5	170 ～ 300	3600 ～ 400	81	＜ 10	2 × 7.5	500	1000
FBD Ⅱ№ 5.6/2 × 15	230 ～ 390	5000 ～ 550	85	＜ 12	2 × 15	600	1500
FD Ⅱ№ 6/2 × 18.5	285 ～ 470	5700 ～ 650	83	＜ 12	2 × 18.5	700	1500
FD Ⅱ№ 6.3/2 × 22	350 ～ 465	5200 ～ 800	81	＜ 12	2 × 22
FD Ⅱ№ 6.7/2 × 30	420 ～ 600	6000 ～ 1500	83	＜ 12	2 × 30	800	2000
FD Ⅱ№ 6.7/2 × 37	450 ～ 650	6300 ～ 1500	83	＜ 12	2 × 37		2500
FD Ⅱ№ 7.5/2 × 45	530 ～ 710	7100 ～ 1500	83	＜ 12	2 × 45	1000	3500
FD Ⅱ№ 8/2 × 55	660 ～ 950	7100 ～ 1500	81	＜ 16	2 × 55	1200

从调研获悉，山西原有大小煤矿约 9800 座，现在册有 3800 座，其中小于 15 万吨是“炮采 ” ，大于 15 万吨为“普采 ” 。大同煤矿为“综采 ” 。在 3800 座煤矿中， 30 万吨以上只占 8% 。根据“炮采”、“普采”、“综采”，分别风量为 85m ³ /min 、 170m ³ /min 和 250m ³ /min ，应用 № 4 、 № 5 和 № 6.3 ，功率最大 37~44kW 可满足通风需要。主要以 5.5~11kW 为主 ( 俄罗斯 4~13kW 为主，美国连续采煤掘进面为 9~ 13m ² 时，才由原来使用较多的 7.5~15kW 逐步被 38kW ，叶轮 690mm 代替 ) ，根据矿井“一通三防”要求。煤矿局部通风不宜长距离、大功率、高风压和大风量。

4  综合分析

　　按 GB/T1236- 2000 《工业通风机 用标准化风道进行性能试验》，对风机本体、风机本体 + 扩散筒、风机本体 + 扩散筒 + 消声器 + 扩散塔 3 种风机装置进行性能测试^[5] ( 见图 2) 。

　其结果如表 2 和图 3 所示。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　表2 测量的扩散筒效率和扩散筒－塔的效率

流量 / （ m 3 /min ）	扩散筒效率	扩散筒－塔效率
1800	0.5273	0. 1600
1900	0.5747	0.2575
2000	0.6417	0.3649
2100	0.6897	0.4507
2200	0.6934	0.4945
2300	0.6370	0.4837
2400	0.5111	0.4108
2500	0.3105	0.2720

　　从以上图表看出，扩散筒的效率最高接近 70 ％，并不高；扩散筒－塔的扩压效率更低。这是由于在风机扩散筒后面又装了圆变方接管、消声器等器件，流道损失大大增加，所以，扩压效率更低。

　　由此可见，其扩散筒效率 ( 在不含消声器时 ) 为 52.7%~69.3% ，其扩散筒—塔效率只有 16%~49.5% 。从而，我国对旋矿用风机 ( 主扇和局扇 ) 效率很低。若再扣除消声器与集流器等的损失，对旋式风机装置的效率就会更低，若工况点偏离高效点 , 运行效率更可想而知。

　　我国学者 通过对轴流通风机各静止元件流场和损失的研究，在 对比分析单件计算时和整机计算时各元件的损失变化情况时， 发现 ：

　　（1）单件计算的 扩散筒和扩散塔的效率都比整机计算的要高，这证明轴流对旋风机各个元件之间的相互干涉还是比较严重的。 与各个部件单独计算时相比较，整体联结计算时各部件中的内部流场状况较差，流动损失增大；

　　（2） 集流器的损失甚至比扩散筒的损失还大， 对轴流通风机效率的影响严重，与传统的观念不同。工程 设计时，对集流器的损失要给予相应的重视，在确定设计总压时必须考虑该损失；

　　（3）该扩散塔的出口速度分布非常不均匀，低速区太大， 低速区占总出口面积的 1/3 ， 应当加以改进，从而降低出口动能，提高静压效率；

　　集流器的作用是使气流在其中得到加速，在压力损失很小的情况下，保证进气速度场均匀 ^[7] 。集流器对通风机性能的影响很大，与无集流器的风机相比，设计良好的集流器可使风机效率提高 10%~15% 。

　　笔者认为： 对旋是集流器与带消声器的进风筒结构，其内部流场状况更差，流动损失比不带消声器的扩散筒更大。 集流器的损失甚至比扩散筒的损失还大， 对轴流通风机效率的影响严重。 因此，国外有的轴流矿井局扇是没有集流器和进风筒的 ^[6] ， 这与传统的观念不同。

5  经济分析

　　对旋本体 ( 级 ) 效率最低，而带扩散筒、集流器和消声器的对旋式风机装置的效率只有 35% 以下 , 因效率过低而盲目加大其功率，由原 JBT 型最大功率 28kW 增大到多级对旋式的 DBKJ 型达 4 × 75=300kW ，其制造和使用成本可想而知。粗略估算，在采用矿用对旋式风机的热潮中，每年浪费电几千亿 kW · .h ，经济损失上千亿元。

　　笔者以为，因标准和测试方法的错误与差异，导致盲目推广矿用对旋式风机。

6 原因分析

　　综上所述可知， 我国煤矿用对旋风机的装置效率很低，约在 35%( 日本 5.5 × 2 对旋在 50% ，单级使用时只有 13.07%) 。可是对旋高性能矿用主通风机 BDK618-8 № 28 ， 由国家煤矿防尘通风产品质量检测中心经过试验室几次测试，静压效率达 80% ～ 85% ，见图 4 所示性能曲线 ^[8] 。

　　为何装置效率相差 50% 左右，值得关注， 笔者以为：

　　（ 1 ）标准和试验方法问题，因 p ₂ 不等于 p a 时，取 p ₂ = p a 计算结果，导致效率相差 10% 以上 ^[9] ，效率高低可人为改变风机长短加以改变；

　　(2) 以本体 ( 级 ) 的性能曲线 ( 如图 4) 和效率替代装置效率；

　　(3) 因本体结构和叶型设计等问题，我国对旋级效率比国外低。

7 若干问题探讨

7.1 　关于“双 85 ”

　　原煤炭部的有关批文提到，《通风机性能试验方法》按 GB1236-76 执行，要求测定的气流效率在 85% 以上；《风机和罗茨鼓风机噪声测量方法》按 GB2888-82 执行，在装消声器后，测定噪声应在 85dB(A) 以下；以上两项要求简称为“双 85 ”。

“双 85 ”是当时在特定条件下提出的，实际上不可能实现。

7.2 局部通风的方法

　　局部通风的任务是将新鲜风流引至工作面，排出含炮烟、瓦斯、煤尘、岩尘等物的污浊空气，以保证工人在良好的条件下安全工作。

　　井下局部通风是煤矿和非煤矿山最常用的通风方法，按通风机的工作方式分为压入式、抽出式和混合式通风。

　　压入式通风是新鲜风流经风筒压送到工作面，而有害污浊空气沿巷道排出。这种通风方式工作面的通风时间短，但不利于工人健康与安全，因此只适用于 较短巷道的掘进，煤矿应尽量避免长距离压入式通风。抽出式通风是工作面的有害污浊空气经风筒排至回风道，新鲜风流由巷道流至工作面，适用于较长巷道的通 风，但工作面通风效果欠佳。混合式通风具备了压入式和抽出式的优点，而避免了它们各自的缺点，通风效果良好，多用于大断面长巷道掘进；缺点是要安装两台通 风机，增加了投入 ^[9] 。

　　综上所述，掘进长巷道时，为了获得良好的通风效果，一般采用混合式通风，也可用多台风机串联通风。在条件许可时，尽量选用大直径的风筒，并保证 接头质量，以便降低风阻提高有效风量。枣庄煤矿曾只用一台 JBT52-2 型 (11kW) 风机压入式通风，送风距离达 3795m ，其漏风率仅 3.99% ，风量 85.22m ³ /min 。这为煤矿的节能减排和安全、环保做出了好的榜样。

8 几点建议

　　（ 1 ）召开研讨会， 研究以下问题：煤矿现用风机存在和亟需克服的缺点；风机性能的测试标准和方法；风机性能的改善和评价等。

　　（ 2 ）制订国家标准，替代 JB/T 9100 — 1997,MT754-2005 及 MT222-2007 。

　　（ 3 ）严格执行 GB/T1236-2000,GB/T2888-91 和国家标准法。

　　（ 4 ）提高制造厂 家 准入门槛，局部通风机以电机厂为主，进行生产和管理。

　　（ 5 ）统一生产 R10 数列的 YB 2F (3.15)1/(3.15)2,YB 2F 41/42,YB 2F 51/52 和 YB 2F (6.3)1/(6.3)2 局部通风机。

　　（ 6 ）统一规范风机特性曲线，以 A 声级评价噪声 , 不达标另配消声器应给出相应特性曲线 , 便于 选型和使用。

参 考 文 献

 

[1] 张景行 , 汪亚超 . 矿用局部通风机的现状及发展 [J] . 煤炭科学技术 , 1992(10) ： 53-56.

[2] 陈富礼 , 于绍和译 . 通风机气动略图和性能曲线 [M] . 煤炭工业出版社 , 1986.

[3] 张广勋，蒋德献，等 . FBDII 系列对旋式局部通风机 [J]. 风机技术 , 2007 （ 1 ）： 18-20 ， 24.

[4] 张汗青 , 吴秉礼 . 矿井用局部通风机的综合分析 [J] . 风机技术 , 2005 （ 6 ）： 43-45.

[5] 李景银，郭琦 . 轴流通风机扩散筒效率的测量和综述 [J]. 风机技术 , 2007 (2):5-7,10.

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[7] 李庆宜 . 通风机 [M] . 机械工业出版社 , 1981.

[8] 华耀南 , 饶江 , 龚竟成 . 高性能矿用主通风机的设计 [J]. 风机技术 ,2007(2):29-33.

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本文引用地址：http://www.fanxp.com/Article/Tech/TTest/200808/811.html