1引言
通風(fēng)機(jī)堪稱煤礦的“肺臟”，通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率的高低以及可靠性型問(wèn)題是煤礦關(guān)心的焦點(diǎn)。由于部分老礦井風(fēng)機(jī)老化，運(yùn)行效率低，正逐漸被高效節(jié)能風(fēng)機(jī)所代替，各種各樣的風(fēng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)旋風(fēng)機(jī)就是引進(jìn)國(guó)外80年代新技術(shù)經(jīng)消化吸收后研制生產(chǎn)的礦用通風(fēng)機(jī)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。它以其壓力高、流量大、高效、結(jié)構(gòu)緊湊、反風(fēng)容易的特點(diǎn)深受煤礦的青睞。但是，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)還存在一些缺陷，本文針對(duì)這些問(wèn)題提出整改措施。
2結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)一般由集流器、前后主風(fēng)筒、擴(kuò)散器組成。一級(jí)、二級(jí)葉輪直連在電機(jī)軸上，電機(jī)均置于風(fēng)筒內(nèi)，兩級(jí)葉輪互為導(dǎo)葉，工作時(shí)兩級(jí)葉輪反向旋轉(zhuǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1。
3對(duì)旋軸流風(fēng)機(jī)的優(yōu)越性以及設(shè)計(jì)和使用注意問(wèn)題
3.1對(duì)旋風(fēng)機(jī)的優(yōu)越性
3.1.1傳動(dòng)效率高。葉輪直接安裝在電機(jī)軸上，改變了傳統(tǒng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，既避免了傳動(dòng)裝置的頻繁損壞，消除了能量損耗，也提高了風(fēng)機(jī)裝置的傳動(dòng)效率，同時(shí)也提高了使用效率。
3.1.2對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)最高壓力點(diǎn)的壓力值較高，一般比普通帶后導(dǎo)的軸流風(fēng)機(jī)的壓力高1.2～1.3倍[1]。
3.1.3靜壓效率高。由于采用對(duì)旋結(jié)構(gòu)，減少了兩級(jí)工作輪之間中的導(dǎo)葉，降低了風(fēng)機(jī)內(nèi)部阻力損失，提高了風(fēng)機(jī)的靜壓效率。
3.1.4最高效率高，高效運(yùn)行范圍廣。對(duì)旋風(fēng)機(jī)比前置導(dǎo)葉兩級(jí)風(fēng)機(jī)的最高效率高出約8%，比后置靜葉型兩級(jí)普通風(fēng)機(jī)最高效率高4%～5%，其高效運(yùn)行范圍廣[2]。
3.1.5軸流對(duì)旋風(fēng)機(jī)使用靈活。對(duì)旋風(fēng)機(jī)兩級(jí)工作輪分別由兩臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因而對(duì)旋風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)不同的使用狀態(tài)，可進(jìn)行各式各樣的組合，使其中一級(jí)空轉(zhuǎn)可組成前導(dǎo)加動(dòng)葉級(jí)或動(dòng)葉加后導(dǎo)葉級(jí)，亦可配備一個(gè)靜葉作為附件，可以調(diào)節(jié)柵距以實(shí)現(xiàn)變風(fēng)量調(diào)節(jié)。對(duì)旋風(fēng)機(jī)可變轉(zhuǎn)速和兩轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比來(lái)調(diào)節(jié)流量，這是對(duì)旋風(fēng)機(jī)所特有的。
3.1.6軸流對(duì)旋風(fēng)機(jī)，有良好的逆向送風(fēng)性能，回風(fēng)量可達(dá)到60%～70%的送風(fēng)量。由于對(duì)旋風(fēng)機(jī)可以利用電機(jī)的反轉(zhuǎn)反風(fēng)，既不需建擴(kuò)散器和擴(kuò)散塔，也不需建風(fēng)機(jī)房和反風(fēng)道，施工工藝簡(jiǎn)單，因此可大大縮短工期。與其他風(fēng)機(jī)相比，其輔助設(shè)備少，控制環(huán)節(jié)少，安全可靠性好，可節(jié)約70%的土建工程費(fèi)。
3.2對(duì)旋風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題
3.2.1對(duì)旋風(fēng)機(jī)中電動(dòng)機(jī)的散熱問(wèn)題。由于在對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)中，電機(jī)是與葉輪直聯(lián)，固定于風(fēng)機(jī)中，電機(jī)工作在含有高瓦斯?jié)舛鹊臍怏w之中，所以就無(wú)法使用風(fēng)機(jī)中自身風(fēng)流來(lái)散熱。而普通軸流式風(fēng)機(jī)，電機(jī)置于自由大氣中，可以充分利用這個(gè)得天獨(dú)厚的條件。
3.2.2電機(jī)的防爆問(wèn)題。與普通軸流風(fēng)機(jī)的電機(jī)放在風(fēng)機(jī)外面相比，相當(dāng)于把井上主扇送回到井下的惡劣環(huán)境中，因此電機(jī)要防爆。但是，風(fēng)機(jī)的II級(jí)電機(jī)隔流腔內(nèi)可能存在瓦斯超限。隨著抽出式對(duì)旋風(fēng)機(jī)的投入使用，發(fā)現(xiàn)其第一級(jí)風(fēng)機(jī)的I級(jí)電動(dòng)機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.1%～0.3%，與周圍環(huán)境中的瓦斯?jié)舛认嗤?，不存在安全隱患；而其第二級(jí)風(fēng)機(jī)的II級(jí)電動(dòng)機(jī)隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到2.2%～2.8%，存在著隔流腔內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸迒?wèn)題，造成II級(jí)電動(dòng)機(jī)周圍瓦斯聚集。
3.2.3軸伸端軸承使用壽命短。由于風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生的軸向力、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的殘余不平衡力、電磁拉力、風(fēng)量風(fēng)壓變化將產(chǎn)生的推力等，這些風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中的徑向力、軸向力形成當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷，對(duì)軸承壽命威脅是致命的損壞因素。所以靠近電機(jī)軸伸端的軸承容易抱軸、燒毀，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)定子繞組被燒毀，這不僅降低了軸承的使用壽命，同時(shí)降低了風(fēng)機(jī)的使用壽命。這一點(diǎn)尤其在局扇上較為突出。
3.2.4軸流式通風(fēng)機(jī)后級(jí)電機(jī)容易燒壞。軸流通風(fēng)機(jī)壓力大，通風(fēng)距離長(zhǎng)，通風(fēng)距離與流量成反比，只要通風(fēng)距離稍微增大，如果兩級(jí)葉輪設(shè)計(jì)的匹配性不好，II級(jí)電機(jī)負(fù)載增加比第一級(jí)快，當(dāng)達(dá)到一定通風(fēng)距離時(shí)，雖然兩級(jí)風(fēng)機(jī)的總功率尚未達(dá)到單級(jí)的2倍，但是II級(jí)電機(jī)的負(fù)載已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了額定功率，造成II級(jí)電機(jī)的超載運(yùn)行，從而導(dǎo)致電機(jī)的燒毀。
3.2.5如果沒(méi)有消聲裝置，風(fēng)機(jī)的噪聲大。在煤礦因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的噪聲大，而掩埋了其它設(shè)備不正常運(yùn)轉(zhuǎn)聲音和其他的的報(bào)警聲音，從而導(dǎo)致了不少的惡性事件。降低風(fēng)機(jī)的噪聲，勢(shì)在必行。
4針對(duì)以上問(wèn)題的解決措施
4.1針對(duì)對(duì)旋風(fēng)機(jī)中電機(jī)散熱的問(wèn)題
由風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境(含有大量瓦斯和煤塵，氣體潮濕)決定了電機(jī)不能由風(fēng)機(jī)的風(fēng)流來(lái)冷卻，而且電機(jī)還必須和風(fēng)機(jī)內(nèi)的爆炸性氣體隔離，在這種情況下，經(jīng)過(guò)專家的研究，采用了隔流腔結(jié)構(gòu)。隔流腔的結(jié)構(gòu)如圖2。
在圖2的結(jié)構(gòu)中，電機(jī)被一特殊的密閉腔密閉，使電機(jī)不僅能夠通過(guò)進(jìn)、出氣翼管從風(fēng)道之外獲得新鮮風(fēng)流來(lái)冷卻，而且有效地防止了因電氣火花點(diǎn)燃瓦斯而引起瓦斯煤塵爆炸事故。
4.2針對(duì)電機(jī)的防爆問(wèn)題
針對(duì)對(duì)旋風(fēng)機(jī)的工作環(huán)境，電機(jī)的防爆是最重要的問(wèn)題。當(dāng)然首先應(yīng)該選用防爆電機(jī)，其次就是隔離電機(jī)。隔離同樣采取上述結(jié)構(gòu)圖中的方式，相對(duì)I級(jí)主風(fēng)流道而言，I級(jí)隔流腔內(nèi)氣體處于正壓狀態(tài)，主風(fēng)流道的含瓦斯氣體的污風(fēng)不可能向I級(jí)隔流腔泄漏，I級(jí)隔流腔內(nèi)的I級(jí)電動(dòng)機(jī)始終處于新鮮風(fēng)流下工作，不存在安全隱患；而II級(jí)主風(fēng)流道的風(fēng)流則處于正壓狀態(tài)，遠(yuǎn)高于II級(jí)隔流腔中的靜壓，因此，II級(jí)主風(fēng)流道中含瓦斯氣體的污風(fēng)可能向II級(jí)隔流腔中泄漏，其泄漏有3個(gè)途徑:①隔流腔焊縫不連續(xù)、不嚴(yán)實(shí)，導(dǎo)致瓦斯從焊縫處內(nèi)泄;②電動(dòng)機(jī)安裝面及隔流腔后蓋處密封不好，導(dǎo)致瓦斯內(nèi)泄;③電動(dòng)機(jī)軸承處泄漏。前兩種情況可以通過(guò)加強(qiáng)焊接質(zhì)量、電動(dòng)機(jī)安裝面加強(qiáng)密封等技術(shù)措施解決，但對(duì)軸承處的泄漏，可以采用負(fù)壓腔體結(jié)構(gòu)，負(fù)壓腔安裝在II級(jí)電動(dòng)機(jī)軸伸端的軸承前端，通過(guò)負(fù)壓腔的安裝，可以使II級(jí)電機(jī)隔流腔內(nèi)的氣壓大于流道內(nèi)的壓力，有效的防止了有害氣體進(jìn)入II級(jí)隔流腔，解決了II級(jí)隔流腔內(nèi)瓦斯的超限問(wèn)題[5]。
4.3針對(duì)電動(dòng)軸伸端軸承使用壽命短的問(wèn)題
經(jīng)研究也提出了一些整改措施。對(duì)旋風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)軸承不僅承受徑向力，尤其對(duì)于高壓風(fēng)機(jī)軸承還承受著很大軸向力。長(zhǎng)期在這種情況下工作就會(huì)導(dǎo)致軸承燒壞、抱軸的危險(xiǎn)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)軸承室的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)軸承結(jié)構(gòu)的方式，合理選用耐高溫的潤(rùn)滑脂，來(lái)防止軸承的損壞，延長(zhǎng)軸承的使用壽命，從而延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的使用壽命。
4.4針對(duì)軸流式通風(fēng)機(jī)后級(jí)電機(jī)容易燒壞的問(wèn)題
后級(jí)電機(jī)容易燒壞，從現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)燒毀的情況來(lái)看，主要原因:一是長(zhǎng)距離送風(fēng)時(shí)風(fēng)量減少，電機(jī)冷卻效果不好；二是長(zhǎng)距離送風(fēng)時(shí)，II級(jí)電機(jī)的負(fù)載增大，超載運(yùn)行。因此，在解決電機(jī)燒毀問(wèn)題時(shí)，必須從這三個(gè)方面入手:第一，可以通過(guò)提高電動(dòng)機(jī)的散熱效果著手，這一點(diǎn)，上面已經(jīng)闡述過(guò)。第二，改進(jìn)葉型結(jié)構(gòu)，防止電機(jī)超載運(yùn)行。第三，合理分配風(fēng)機(jī)前后兩級(jí)葉輪的壓力負(fù)載。改進(jìn)前后的風(fēng)機(jī)性能功率曲線圖3。由圖中可以看出改進(jìn)設(shè)計(jì)后，一級(jí)風(fēng)機(jī)的最大功率有所增大，而二級(jí)風(fēng)機(jī)的最大功率減少，減小的幅度大于一級(jí)葉輪增大的幅度。當(dāng)通風(fēng)阻力(距離)發(fā)生變化時(shí)，第一級(jí)風(fēng)機(jī)的負(fù)載首先達(dá)到最大值，然后逐漸減小，而第二級(jí)風(fēng)機(jī)的負(fù)載隨通風(fēng)距離的增大而增大，直至達(dá)到最大值，然后通風(fēng)阻力再增大時(shí)，第二級(jí)風(fēng)機(jī)的輸出功率將逐漸減少，輸出功率最大值不超過(guò)額定功率的95%，使II級(jí)電機(jī)輸出功率永不過(guò)載[8]。
4.5針對(duì)如果沒(méi)有消聲裝置,風(fēng)機(jī)噪聲大的問(wèn)題
風(fēng)機(jī)只要運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)有噪聲，風(fēng)機(jī)的噪聲的大小也是衡量一個(gè)風(fēng)機(jī)好壞的標(biāo)準(zhǔn)。通風(fēng)機(jī)在工作時(shí)，產(chǎn)生的噪聲主要包括空氣動(dòng)力性噪聲和機(jī)械性噪聲。其中，空氣動(dòng)力性噪聲的強(qiáng)度最大，是通風(fēng)機(jī)噪聲的主要成分。空氣動(dòng)力性噪聲又包括旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲。旋轉(zhuǎn)噪聲屬于偶極子聲源，它主要與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)，其強(qiáng)度大致與速度的10次方成正比。渦流噪聲的強(qiáng)度與氣流速度的6次方成正比。從通風(fēng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的機(jī)理及其特性可以看出，最優(yōu)化的氣動(dòng)性能設(shè)計(jì)是獲得最低空氣動(dòng)力性噪聲的根本方法。此外，其通流部位的合理設(shè)計(jì)與匹配不但可以獲得較高的效率，而且其噪聲也可得到控制?？梢酝ㄟ^(guò)增加葉柵氣動(dòng)力載荷，盡可能降低圓周速度，適當(dāng)減小輪轂比，降低軸向速度，不等間距動(dòng)葉和合理的葉片數(shù)，合理的軸向間隙和徑向間隙，采用彎掠葉片的方法來(lái)降低風(fēng)機(jī)噪聲。上面是從聲源上控制噪聲，為了防止噪聲的傳播，可以從傳播體途徑上控制噪聲。對(duì)于局扇，在通風(fēng)機(jī)輻射的噪聲中，其進(jìn)出口部位輻射的噪聲強(qiáng)度最大。抑制這部分噪聲最有效的措施是在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)出氣口安裝消聲器。目前在市場(chǎng)上的消聲器很多，對(duì)旋風(fēng)機(jī)應(yīng)用較多的是穿孔板消聲器。消聲材料夾放在風(fēng)機(jī)的內(nèi)筒和外筒之間，內(nèi)筒為微穿孔板結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒可以從外筒中抽出，方便消聲材料的更換或者清洗。消聲材料的安裝如圖4。
對(duì)于主扇，一般采用加裝隔聲罩或蓋風(fēng)機(jī)房。加裝隔聲罩就是將通風(fēng)機(jī)用密閉的罩包圍起來(lái)，罩內(nèi)可加吸聲結(jié)構(gòu)，噪聲在罩內(nèi)多次反射，大部分聲能被吸收，使噪聲大大降低?，F(xiàn)場(chǎng)采用較多的是蓋風(fēng)機(jī)房，在房?jī)?nèi)采取隔聲、加消聲器等措施，這樣機(jī)房?jī)?nèi)的噪聲雖然較大，但外界噪聲則小得多。
5結(jié)論
只有很好的掌握對(duì)旋風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)以及可能存在的問(wèn)題，風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)才能優(yōu)化，風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)化不僅對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)提供了有效的保障，同時(shí)也可以提高風(fēng)機(jī)的效率，為國(guó)家節(jié)約了大量的不必要的浪費(fèi)。本文所說(shuō)的一些對(duì)旋風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)都是在實(shí)踐應(yīng)用中總結(jié)出來(lái)的，并且都得到了相應(yīng)的解決。