張銀學(xué) 李加強(qiáng) 劉占羽

(1.臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司彭莊煤礦，山東 菏澤 274700；2.臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司，山東 菏澤 274700）

1 概述

彭莊煤礦采用中央并列抽出通風(fēng)方式，副井進(jìn)風(fēng)，主井回風(fēng)，井下各采掘工作面、大型機(jī)電硐室具有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)。地面通風(fēng)機(jī)房安裝BD-Ⅱ-8-№24/2×220kW 型防爆抽出式對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)兩臺(tái)，互為備用。隨著礦井的開(kāi)拓延伸，需求風(fēng)量不斷增加，現(xiàn)有主通風(fēng)機(jī)不能滿足礦井安全生產(chǎn)的需要，現(xiàn)對(duì)礦井主通風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，保證安全生產(chǎn)用風(fēng)量需求的同時(shí)，給下一步的礦井開(kāi)拓延伸留有余量。

2 設(shè)計(jì)選型

困難期需求風(fēng)量：風(fēng)量Q=170.89m3/s，負(fù)壓H=2931Pa。根據(jù)以上參數(shù)，結(jié)合FBCDZ 系列（原BDK 系列）高效節(jié)能礦用防爆對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)特點(diǎn)及實(shí)測(cè)性能曲線，選型為FBCDZ N0.28 高效節(jié)能礦用防爆對(duì)旋軸流式主通風(fēng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速：740r/min。

配用電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算公式：

N=K×Q×H/(1000×η)

式中：

η-風(fēng)機(jī)效率，按0.75 計(jì)算；

K-功率儲(chǔ)備系數(shù)，一般取1.1～1.25。

按困難期配電機(jī)，則

N=1.25×170.89×2931/(1000×0.75)=835kW

為了保證風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)行， 選配YBF630M2-8 500kW×2 風(fēng)機(jī)專用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓為10kV， 額定頻率50Hz。

反風(fēng)時(shí)電機(jī)功率核算（按困難期反風(fēng)時(shí)核算）：

N=1.25×170.89×0.7×2931×0.72/(1000×0.3)=716kW ＜1000kW

從以上可以看出，風(fēng)機(jī)配套電機(jī)的功率滿足給定參數(shù)條件下，風(fēng)機(jī)正反風(fēng)時(shí)所需功率要求，保證風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。困難期，風(fēng)機(jī)葉片安裝角度0°，效率85%，且風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)余量較大（＞5°），既能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又有一定的安全裕度，選型合理，符合設(shè)計(jì)規(guī)范。以上風(fēng)量、負(fù)壓參數(shù)范圍為該風(fēng)機(jī)所能達(dá)到的氣動(dòng)能力，而配套電機(jī)功率的選擇是根據(jù)用戶具體工況點(diǎn)參數(shù)確定，并按照國(guó)家有關(guān)設(shè)備選型規(guī)范留有合理的功率余量。

3 對(duì)旋風(fēng)機(jī)配套電機(jī)設(shè)計(jì)

過(guò)去的對(duì)旋風(fēng)機(jī)電機(jī)存在的缺點(diǎn)如：電機(jī)溫升高，軸承易損壞，輥壓抱軸，軸向防爆曲路抱軸等，充分發(fā)揮電機(jī)、風(fēng)機(jī)一體化組合優(yōu)勢(shì)，特殊設(shè)計(jì)對(duì)旋風(fēng)機(jī)配套電機(jī)，采取了如下優(yōu)良改進(jìn)措施：

（1）調(diào)整電磁參數(shù)，降低電磁負(fù)荷，有效地降低溫升。

（2）選用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口材料，減少不必要的損耗。

（3）通過(guò)外吸風(fēng)口，冷空氣自然流入密封隔流腔內(nèi)的導(dǎo)流傘形罩，使電機(jī)的冷卻空氣一部分流過(guò)軸承表面，避免了此處的通風(fēng)死區(qū)，改善了電機(jī)軸承的自然散熱條件。

（4）電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)選用三軸承配合結(jié)構(gòu)，能承受轉(zhuǎn)子自重和正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)風(fēng)壓產(chǎn)生的軸向力。對(duì)軸承裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在準(zhǔn)確計(jì)算電機(jī)受力的情況下，合理選擇滾動(dòng)軸承，不但價(jià)格降低，還使其使用壽命大于20 萬(wàn)小時(shí)。可從風(fēng)機(jī)機(jī)外注油孔對(duì)軸承進(jìn)行加油。

（5）電機(jī)優(yōu)選雙軸伸結(jié)構(gòu)，且軸伸加粗，以配合葉輪的大徑向力。配套電機(jī)軸伸采用錐形軸伸，電機(jī)與輪轂采用錐形配合，利于葉輪的安裝、拆卸、維修。葉輪在電機(jī)軸上采用雙螺母雙止動(dòng)墊圈固定。

（6）主機(jī)軸承選用SKF 進(jìn)口軸承，嚴(yán)格入廠篩選，軸承的保持架裝置具有良好的油封性、防塵性和防水性。

（7）改進(jìn)風(fēng)路元件，改善通風(fēng)效果，降低電機(jī)溫升。

4 提高風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能和方便使用維護(hù)的設(shè)計(jì)措施

（1）通風(fēng)機(jī)采用葉格柵實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行空氣流動(dòng)設(shè)計(jì)，使風(fēng)機(jī)具有氣動(dòng)性能優(yōu)良、振動(dòng)小、效率高、噪聲較低、高效區(qū)域廣的特點(diǎn)。該風(fēng)機(jī)最高靜壓效率達(dá)85%以上，效率比同類產(chǎn)品提高5%～15%以上，具有明顯的節(jié)能效果。

（2）對(duì)于風(fēng)機(jī)涉及的異型件，集流器、整流器、魚(yú)形管全部采用模具冷磙一次成型，確保風(fēng)機(jī)流道均勻光滑，有效地降低流道阻力，提高風(fēng)機(jī)流動(dòng)性能。

（3）通風(fēng)機(jī)采用防爆軸流臥式安裝形式，可根據(jù)用戶要求，設(shè)計(jì)為側(cè)移式或軸移式。

（4）風(fēng)機(jī)整體采用分段組合式結(jié)構(gòu)，機(jī)殼為分半式，各部件下部設(shè)有滾輪。滾輪內(nèi)設(shè)滑動(dòng)軸承，確保運(yùn)轉(zhuǎn)輕快，使用維護(hù)方便?！皩?duì)旋風(fēng)機(jī)用可調(diào)式腳輪”獲得國(guó)家實(shí)用新型專利技術(shù)證書(shū)。各部件之間用螺栓連接，螺栓采用4.8 級(jí)鍍鋅鈍化，并保證接縫連接處不漏風(fēng)。在通風(fēng)機(jī)進(jìn)、出風(fēng)側(cè)配置檢修孔，并在風(fēng)機(jī)外殼上設(shè)有排液孔。

（5）葉片調(diào)節(jié)固定裝置。葉片在輪轂上固定，風(fēng)機(jī)輪轂上刻有明顯的葉片安裝角刻度，可根據(jù)生產(chǎn)用風(fēng)的需要在不用拉開(kāi)主機(jī)情況下，在機(jī)外通過(guò)觀察窗用專用調(diào)節(jié)扳手任意調(diào)節(jié)葉片安裝角，也可拉開(kāi)風(fēng)機(jī)，在機(jī)內(nèi)完成角度調(diào)節(jié)。如圖1 所示。

圖1 風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)示意圖

（6）電機(jī)設(shè)主電源接線盒、加熱器接線盒及定子繞組測(cè)溫和軸承測(cè)溫接線盒，方便接線。接線盒符合防爆防潮標(biāo)準(zhǔn)要求。風(fēng)機(jī)隨機(jī)安裝有測(cè)壓環(huán)，用來(lái)測(cè)量風(fēng)機(jī)負(fù)壓和流量。在風(fēng)機(jī)進(jìn)、出氣側(cè)分別設(shè)有檢修人孔，方便現(xiàn)場(chǎng)檢修。風(fēng)機(jī)出線、檢修孔方向按一左一右布置。

（7）風(fēng)機(jī)采取低噪音設(shè)計(jì)。擴(kuò)壓筒、天圓地方均帶有不銹鋼消音層，并配套消聲器，從空氣動(dòng)力性噪聲、電機(jī)電磁噪聲、機(jī)械性噪聲三方面采取有效措施降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行噪聲。在周邊測(cè)量噪音在70分貝以下，符合職業(yè)病危害要求。風(fēng)機(jī)獲得“低噪聲礦用防爆對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)”國(guó)家實(shí)用新型專利技術(shù)證書(shū)。

（8）風(fēng)機(jī)配帶蝶閥及其配套的蝶閥控制箱，蝶閥能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)與手動(dòng)功能，可遠(yuǎn)距離操作；配套聯(lián)接風(fēng)筒，保證蝶閥順利啟閉；帶加熱措施，防止冬季冷凝結(jié)冰。

5 風(fēng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)

（1）計(jì)算葉片、葉柄危險(xiǎn)斷面強(qiáng)度，設(shè)計(jì)保留有13 倍以上的安全系數(shù)，對(duì)葉片進(jìn)行時(shí)效處理，并試驗(yàn)振頻測(cè)試和模態(tài)分析，使其避開(kāi)一、二級(jí)葉輪的激振頻率，避免出現(xiàn)共振。風(fēng)機(jī)葉片采用高強(qiáng)度鑄造鋁合金材質(zhì)，采用金屬模壓力鑄造，可有效避免普通砂型鑄造缺陷，使葉片強(qiáng)度、表面質(zhì)量更高，可確保在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐腐蝕性，提高葉片的防腐和耐磨性能。

（2）針對(duì)各個(gè)時(shí)期工況，應(yīng)用CFD 流場(chǎng)分析軟件，可對(duì)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行流場(chǎng)仿真模擬，保證各個(gè)時(shí)期工況運(yùn)行穩(wěn)定。如圖2 所示。

圖2 風(fēng)機(jī)整機(jī)流道壓力及速度流線圖

（3）葉輪采用優(yōu)質(zhì)鋼板制作而成，對(duì)葉輪、輪轂分別進(jìn)行動(dòng)平衡測(cè)試合格后，再對(duì)包括電機(jī)轉(zhuǎn)子和葉輪裝在一起的整機(jī)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡加載試驗(yàn)，使風(fēng)機(jī)具有優(yōu)良的靜特性和動(dòng)特性，確?？煽窟\(yùn)行。試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)配套專用于風(fēng)機(jī)葉輪動(dòng)靜平衡的10t 平衡機(jī)，可對(duì)直徑Φ4600mm 以下葉輪進(jìn)行動(dòng)靜平衡試驗(yàn)，完全滿足2800mm 風(fēng)機(jī)試驗(yàn)要求。

6 風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的防腐措施

（1）風(fēng)機(jī)每一部分焊接成形后進(jìn)行噴砂處理，要求噴砂處理后表面粗糙度達(dá)到Sa2.5，鋼材表面無(wú)可見(jiàn)的油脂、污垢、氧化皮、鐵銹和油漆涂層等附加物，提高底漆和面漆的附著力。底漆噴涂?jī)纱?，漆膜厚度?0 ～80μm。風(fēng)機(jī)出廠時(shí)，再涂覆防腐聚氨酯面漆一次，漆膜厚度為20 ～30μm。

（2）對(duì)風(fēng)機(jī)的主要旋轉(zhuǎn)件葉輪，經(jīng)過(guò)加工成形、噴砂后，再采取特殊防腐處理，避免因流道內(nèi)腐蝕性氣體和潮濕引起的氧化腐蝕和銹蝕。

（3）風(fēng)機(jī)葉片采用鑄造高強(qiáng)度鋁合金材質(zhì)，表面采用磷化處理，確保在氧化性環(huán)境中具有優(yōu)良的耐氣蝕、腐蝕性，提高葉片的防腐和耐磨性能。

（4）消聲器穿孔板采用鍍鋅碳素鋼板，吸聲材料采用高效防水材料。

7 結(jié) 語(yǔ)

彭莊煤礦主通風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)選型為具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的礦用風(fēng)機(jī)產(chǎn)品。風(fēng)機(jī)采用機(jī)、電、控一體化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，特殊研制風(fēng)機(jī)配套電機(jī)、風(fēng)機(jī)配套電控和風(fēng)機(jī)配套實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，確保風(fēng)機(jī)高效、節(jié)能、安全可靠運(yùn)行。