仝 暉

（大同市焦煤礦有限責(zé)任公司，山西 懷仁 038300）

引言

為滿足和維持煤礦井下工作場所的氣流需求，風(fēng)量調(diào)節(jié)是必要的。礦井通風(fēng)管理是保證礦井安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作。在風(fēng)量、轉(zhuǎn)速、風(fēng)壓等控制在合理范圍內(nèi)的情況下，尋求能使通風(fēng)總能耗最小化的最佳調(diào)節(jié)方案是十分必要的。

1 礦用通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)測定

1.1 風(fēng)量測定

被測試對(duì)象為離心式通風(fēng)機(jī)，在通風(fēng)機(jī)入風(fēng)口附近進(jìn)行測量，檢查無漏風(fēng)現(xiàn)象。風(fēng)量計(jì)算如式（1）[1]：

式中：qi為通過通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量，m3/s；n為測點(diǎn)數(shù)；vi為第i測點(diǎn)測得的風(fēng)速，m/s；Ai為測風(fēng)斷面第i塊的面積，m2。

1.2 風(fēng)壓計(jì)算

式中：Pt為通風(fēng)機(jī)全壓，Pa；n1為通風(fēng)機(jī)入口測點(diǎn)數(shù)；Pt，i為通風(fēng)機(jī)入口第i測點(diǎn)全壓。

1.3 通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速測定

因?yàn)橥L(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)直接相連接，可以只測電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，每調(diào)一個(gè)工況點(diǎn)測3次，取其算術(shù)平均值[2]。

1.4 通風(fēng)機(jī)軸功率及效率的測定

式中：Pa為通風(fēng)機(jī)軸功率，kW；ηt為機(jī)械傳動(dòng)效率；ηm為電動(dòng)機(jī)效率；Pe為電動(dòng)機(jī)輸入功率，kW。

2 正交試驗(yàn)步驟

1）確定試驗(yàn)指標(biāo)。本試驗(yàn)的目的是要尋求一個(gè)最佳的能耗指標(biāo)使通風(fēng)總能耗最小化。因此可用風(fēng)機(jī)的能耗P作為試驗(yàn)指標(biāo)。

2）確定試驗(yàn)因素并選取適當(dāng)水平。選取試驗(yàn)因素時(shí)，過多的實(shí)驗(yàn)次數(shù)會(huì)造成繁雜且無效的結(jié)果，因此根據(jù)要求盡量少選試驗(yàn)因素，本試驗(yàn)選擇風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、效率作為試驗(yàn)因素。

3）選用合適的正交表。滿足試驗(yàn)條件的常用正交表[3]有L9（34）、L27（313）和L81（340），用前者試驗(yàn)只需做9次試驗(yàn)，用后者要做27項(xiàng)和81項(xiàng)試驗(yàn)，本次試驗(yàn)采用L9（34）。

4）表頭設(shè)計(jì)。正交表中的每一列代表一個(gè)因素，因素間無交互作用，因此，因素可以沒有順序地任意放置。本次試驗(yàn)各因素?zé)o關(guān)聯(lián)作用，因此可以在表頭任意放置，如表1所示。

表1 表頭設(shè)計(jì)

5）編制試驗(yàn)方案。在表頭設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將所選正交表中的各列的不同數(shù)字換成對(duì)應(yīng)因素的相應(yīng)水平，便形成了試驗(yàn)方案。極差分析的方法確定因素影響目標(biāo)結(jié)果，確定試驗(yàn)的最優(yōu)因素水平及因素的最優(yōu)組合，判斷各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響見表2所示，“1”“2”“3”分別代表各因素水平。

表2 各因素水平

6）數(shù)據(jù)結(jié)果處理。使用極差分析[1]對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行處理，用Ki代表在某列因素某水平下目標(biāo)指標(biāo)之和來代表因素的變化幅度，值越大代表此因素造成的影響越大，是主要因素。值越小代表此因素是次要因素。

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

本次試驗(yàn)風(fēng)機(jī)測量在山西寧武某煤礦進(jìn)行，在此煤礦1號(hào)巷道采用抽出式通風(fēng)設(shè)備安裝一臺(tái)G4-73-28D型離心式風(fēng)機(jī)，具體參數(shù)可以詳細(xì)見產(chǎn)品說明手冊(cè)。詳細(xì)測量數(shù)據(jù)見表3。

表3 風(fēng)機(jī)通風(fēng)參數(shù)測量

3.2 實(shí)測數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上述風(fēng)機(jī)參數(shù)值調(diào)整風(fēng)量、風(fēng)壓、轉(zhuǎn)速、效率調(diào)節(jié)工況，測得目標(biāo)值功率如表4所示。

表4 測試結(jié)果

其中：K1為因素所在列中數(shù)字“1”所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值之和；K2為因素所在列中數(shù)字“2”所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值之和；K3為因素所在列中數(shù)字“3”所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)值之和。

3.3 結(jié)果分析

1）根據(jù)極差大小列出各因素重要程度由大到小依次為風(fēng)壓、風(fēng)機(jī)效率、轉(zhuǎn)速、風(fēng)量，優(yōu)化組合方案為A1B2C3D4。

2）由圖1可看出：隨著風(fēng)量的增加功率消耗也在增加；風(fēng)壓值增加功率開始會(huì)有明顯的下降隨后再增加的過程；隨著轉(zhuǎn)速的增加功率會(huì)先增加隨后出現(xiàn)明顯下降；功率和效率呈現(xiàn)反比趨勢，功率提升效率會(huì)下降。

圖1 各因素對(duì)功率影響的變化趨勢

4 結(jié)論

1）在煤礦安全生產(chǎn)過程中，通風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓、功率、效率被實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測并傳遞到監(jiān)測屏幕系統(tǒng)，根據(jù)本文研究內(nèi)容可實(shí)時(shí)根據(jù)風(fēng)機(jī)耗能情況進(jìn)行調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)特性參數(shù)，達(dá)到節(jié)能目的。

2）在煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)運(yùn)行中，影響其耗能大小的因素有很多，采用正交試驗(yàn)方法，合理地安排試驗(yàn)，通過典型工況因素?cái)?shù)據(jù)，就可以分析實(shí)際運(yùn)行過程中，影響通風(fēng)機(jī)耗能的主要因素及變化規(guī)律。