趙鵬

摘 要：煤炭是我國主要的能源之一，在煤炭井下開采過程中需要注意做好煤礦井下通風(fēng)以避免煤礦井下瓦斯等有害氣體的濃度超標(biāo)，從而危害煤礦的作業(yè)安全。煤礦井下通風(fēng)用高壓電機對于安全性、可靠性的要求較高。針對以往所采用的礦井井下通風(fēng)機用高壓電機在應(yīng)用中頻繁出現(xiàn)問題的現(xiàn)狀提出了新的煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的技術(shù)指標(biāo)，并通過開發(fā)新型高壓隔爆型三相異步電動機以滿足使用要求，保障煤礦的正常生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦井下通風(fēng)用高壓電機；能效；設(shè)計

中圖分類號：TD441 文獻標(biāo)識碼：A

煤礦井下通風(fēng)機是煤礦井下重要的通風(fēng)設(shè)備，通過煤礦井下通風(fēng)機的作用能夠有效地降低井下瓦斯等有害氣體的濃度，并向井下輸送大量的新鮮空氣以保障煤礦的安全開采。在現(xiàn)今的煤礦井下通風(fēng)用高壓電機中軸流風(fēng)機由于其造價低廉、安裝簡便的特點在整個煤礦井下通風(fēng)用高壓電機市場中占比高達66%左右，且局部煤礦井下通風(fēng)機主要采用的是對旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。煤礦井下通風(fēng)機由于需要長時間進行工作從而加劇了煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的工作負荷導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機在長時間的使用后出現(xiàn)故障的機率急劇升高，嚴重影響了煤礦井下通風(fēng)機的正常使用。為解決這一難題，通過研制新型煤礦井下通風(fēng)用高壓隔爆型三相異步電動機以滿足煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的需求，保障井下的正常通風(fēng)。

1. 煤礦井下通風(fēng)用高壓電機所面臨的惡劣工況及新型電機的設(shè)計要求

某煤礦井下通風(fēng)機在井下安裝后由于隔流腔和主風(fēng)道之間存在正負壓的問題導(dǎo)致其所采用的二級風(fēng)機無法完全將瓦斯進行隔離，從而導(dǎo)致二級風(fēng)機的Ⅱ級電動機隔流腔內(nèi)瓦斯含量超標(biāo)，從而影響煤礦井下正常作業(yè)。此外，煤礦井下通風(fēng)機為了提高工作效率采用的是完全封閉的空腔結(jié)構(gòu)，進而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機在工作時散熱效果大打折扣，導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機在工作時燒毀的機率提高了30%。同時煤礦井下粉塵濃度較高，通風(fēng)機在工作中粉塵容易降落并堆積在風(fēng)扇葉片表面，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)機的動平衡受到破壞，煤礦井下通風(fēng)用高壓電機在工作時產(chǎn)生較大的震動，這一現(xiàn)象的長期存在將會嚴重壞煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的軸承，進而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的損毀。此外，隨著我國煤礦井下作業(yè)面軸走向越來越長，所要求的井下送風(fēng)量也越來越大，因此對于煤礦井下通風(fēng)用高壓電機提出了更高也更嚴苛的要求。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計時需要滿足井下風(fēng)葉的轉(zhuǎn)動慣量負載的啟動要求，用以避免煤礦井下通風(fēng)用高壓電機啟動電流過大而造成煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的燒毀。煤礦井下通風(fēng)機采用的是煤礦井下通風(fēng)用高壓電機與風(fēng)葉直連的傳動方式，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的軸承將承受除電機轉(zhuǎn)子之外的額外附加載荷，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機軸承的使用壽命受到極大的影響，從而影響煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的正常使用。對旋式軸流通風(fēng)機在煤礦井下通風(fēng)機用量占比較高的主要原因是由于其第一級葉輪可以用作煤礦井下通風(fēng)機風(fēng)量的保證，而對旋的二級葉輪將能夠有效地提高煤礦井下通風(fēng)的風(fēng)壓，從而實現(xiàn)高風(fēng)壓、大風(fēng)量的向煤礦井下通風(fēng)，但是對旋式軸流通風(fēng)機在運行的過程中會導(dǎo)致Ⅱ級電機的負載很快超過煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的額定功率，從而導(dǎo)致煤礦井下通風(fēng)用高壓電機燒毀，影響煤礦井下的通風(fēng)作業(yè)。煤礦井下通風(fēng)機需要長時間運轉(zhuǎn)從而導(dǎo)致其能耗較高，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計研究表明，煤礦井下通風(fēng)機長時間大功率運轉(zhuǎn)所消耗的電量將占到煤礦開采用電量的約24%±6%。此外，在煤礦開采的過程中煤礦開采所需要的風(fēng)壓和風(fēng)量是有所變化的，通過在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的控制中采用變頻控制技術(shù)能夠有效地根據(jù)煤礦井下的用風(fēng)需求來調(diào)節(jié)煤礦井下通風(fēng)機的轉(zhuǎn)速。在新型煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計中還需要注意的是煤礦井下通風(fēng)機對于礦井反風(fēng)的要求。礦井反風(fēng)是用于礦井發(fā)生火災(zāi)時的非常重要而有效的風(fēng)流調(diào)度的救災(zāi)措施，尤其是當(dāng)?shù)V井的入風(fēng)筒、入風(fēng)大巷等位置發(fā)生火災(zāi)時，采用反風(fēng)措施有助于使得高溫?zé)熈骱陀泻怏w所擴展的區(qū)域得到進一步的限制，從而避免火災(zāi)時所產(chǎn)生的濃煙能對井下作業(yè)人員造成影響，從而提高井下作業(yè)人員的逃生機率。

2. 煤礦井下通風(fēng)用高壓電設(shè)計方案的確定

針對上述所討論的煤礦井下通風(fēng)用高壓電機應(yīng)用時所面臨的惡劣工況及使用要求，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計時為了更好地提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的使用壽命可以采用以下幾種措施：

（1）為增強煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的散熱能力，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的散熱結(jié)構(gòu)上可以選用經(jīng)過優(yōu)化的管夾片式IC411型冷卻結(jié)構(gòu)，從而使得煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的功率密度得到有效地增強，同時采用此種冷卻結(jié)構(gòu)還能夠有效的縮小煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的體積。通過這種設(shè)計方式在滿足電機安裝要求的同時可以在保證原有風(fēng)機筒徑的基礎(chǔ)上提高煤礦井下通風(fēng)機的過風(fēng)量，是現(xiàn)今煤礦井下通風(fēng)用高壓電機重要的發(fā)展方向。

（2）在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計時為縮短煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的啟動時間，減少煤礦井下通風(fēng)用高壓電機啟動時的發(fā)熱量，可以通過采用提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)并縮小煤礦井下通風(fēng)用高壓電機啟動電流的倍數(shù)的方式。

（3）在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計中，電機軸承是其中極為重要的一環(huán)。由于煤礦井下通風(fēng)用高壓電機所處的工況條件較為復(fù)雜，致使煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的軸承受力相較于普通電機的受力有著極大的不同，通過研究計算由于煤礦井下通風(fēng)機所使用的大葉輪使得煤礦井下通風(fēng)用高壓電機軸承端所承受的徑向力和軸向力要遠高于普通軸承。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機軸承選型時要結(jié)合煤礦井下通風(fēng)機的實際使用工況進行合理選型，并在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的使用過程中注意做好電機軸承的維護保養(yǎng)，以提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的使用壽命。

（4）適當(dāng)?shù)奶岣呙旱V井下通風(fēng)用高壓電機的使用系數(shù)。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計過程中通過適當(dāng)?shù)奶岣呙旱V井下通風(fēng)用高壓電機的使用系數(shù)，既可以對煤礦井下通風(fēng)用高壓電機二級配套電動機過載進行優(yōu)化，從而降低電機燒毀的機率。此外，通過對電機使用系數(shù)進行優(yōu)化還能夠有效的改善煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的散熱能力。

（5）在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計中還需要注意做好變頻技術(shù)的應(yīng)用。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機設(shè)計時要求電機能夠滿足常規(guī)電源和變頻電源的使用需求。在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機設(shè)計時采用變頻電磁線用以滿足變頻器脈沖電源的使用要求。煤礦井下通風(fēng)用高壓電機多采用的是多極數(shù)電機，因此在電機設(shè)計時需要選擇合適的槽配合、控制氣隙磁密等的設(shè)計方案來降低煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的電磁噪聲。此外，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計中為滿足礦井反風(fēng)的要求，在電機結(jié)構(gòu)設(shè)計時對于電機的內(nèi)外側(cè)風(fēng)扇都需要采用雙向風(fēng)路結(jié)構(gòu)，此外，為了進一步提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的散熱能力，保障其使用壽命，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要適當(dāng)增大內(nèi)外風(fēng)扇的外徑，以提高煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的冷卻能力。

結(jié)語

煤礦井下通風(fēng)用高壓電機是井下風(fēng)機的重要設(shè)備，其安全性與可靠性對于煤礦的生產(chǎn)有著極為重要的影響，在煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的設(shè)計過程中需要采用IC411結(jié)構(gòu)以推動煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而使得煤礦井下通風(fēng)用高壓電機的啟動時間和啟動轉(zhuǎn)矩都得到了極大的提升。

參考文獻

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