第四章 通风动力 《通 风 安 全 学》 第四章 通风动力 河南工程学院 安全工程学院

上一章内容回顾 1. 主要内容 风速在井巷断面上的分布、摩擦阻力定律及摩擦阻力的计算、摩擦阻力系数、摩擦风阻、尼古拉兹实验、矿井局部阻力系数的计算方法、矿井风阻特性曲线及画法、总风阻与等积孔的计算及降低矿井通风阻力的措施。 2. 解决的实际问题 (1) 判断井巷风流状态； (2) 摩擦阻力系数及摩擦风阻值的计算； (3) 矿井通风阻力计算问题； (4) 降低矿井通风阻力的技术措施。

本章重点难点 重点： 自然风压的产生、计算、利用与控制 轴流式和离心式主要通风机特性 主要通风机的联合运转 主要通风机的合理工作范围 难点： 自然风压的计算、利用与控制

思考题 烟囱为什么能够排烟？ 矿井主要通风机为什么要有反风装置？ 通风机为啥有个体特性曲线、类型曲线和通用特性曲线？ 矿井主要通风机工况点是静态的，还是动态的，为什么？ 轴流式通风机为什么会出现喘振现象？ 两台风机并联运行时矿井风量一定增大吗？

本章主要内容 第一节 自然风压 第二节 扇风机的类型和构造 第三节 主要通风机附属装置 第四节 通风机实际特性曲线 第一节 自然风压 第二节 扇风机的类型和构造 第三节 主要通风机附属装置 第四节 通风机实际特性曲线 第五节 通风机的工况点及其经济运行 第六节 通风机的联合运转 第七节 矿井通风设备选型 第八节 主要通风机性能测试 第九节 噪声控制概述

第一节 自然风压 一、自然风压及其形成和计算 1.自然通风 由自然因素作用而形成的通风叫自然通风。 冬季：空气源源不断地从井 口1流入，从井口5流出。 夏季：相反。 自然风压： 作用在最低水平两侧空气柱重力差 1 2 3 4 5 dz ρ1 ρ2 z

第一节 自然风压 一、自然风压及其形成和计算 2. 自然风压的计算 根据自然风压定义，上图所示系统的自然风压HN可用下式计算： 一般采用测算出0-1-2和5-4-3井巷中空气密度的平均值ρm1和ρm2，用其分别代替上式的ρ1和ρ2，则上式可写为： 注意： 1）自然风压的计算必须取一闭合系统。 2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。 3）一般选取最低点作为基准面。

第一节 自然风压 二、自然风压的影响因素及变化规律 自然风压影响因素 HN=f (ρZ）=f [ρ(T,P,R,φ)，Z ] 2、空气成分和湿度影响空气的密度，因而对自然风压也有一定影响，但影响较小。 3、井深。HN与矿井或回路最高与最低点间高差Z成正比。 4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向有一定影响。 10 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 月份 HN

第一节 自然风压 三、自然风压的控制和利用 1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和当地气候特点。 2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满足矿井通风需要，又可节约电能。 3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。

第一节 自然风压 三、自然风压的控制和利用 4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便可利用自然风压进行通风。 5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事故。

第一节 自然风压 三、自然风压的控制和利用 如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。 ABB’CEFA系统的自然风压为： DBB’CED系统的自然风压为： A B C D E F B’ RD RC Z B‘ 2200 300 HNA HND

第一节 自然风压 三、自然风压的控制和利用 设AB风流停滞，对回路ABDEFA和ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程： 当上式变为: 则AB段风流反向。

第一节 自然风压 三、自然风压的控制和利用 由此可知防止AB风路风流反向的措施有： （1）加大RD； （2）增大HS；

第一节 自然风压 四、自然风压测定 1、平均密度测算法 密度变化大的地方—井口、 井底、倾斜巷道上、下，风温 变化较大，变坡布置测点。 较短时间测定：P，td，tw，ρi 若高差相等： 若高差不等： 1 5 2 3 4 6 7 8 9 10 11 25 -300 -230

第一节 自然风压 四、自然风压测定 1、平均密度测算法 测点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 标高 25 -60 -150 -220 -300 -250 -200 -130 密度 1.215 1.229 1.243 1.275 1.299 1.287 1.246 1.231 1.201 1.199 1.177

第一节 自然风压 四、自然风压测定 2、直接测定 1)有闸门 2)井下密闭墙 3、停主要通风机测定 测定总回风量Q，HN=RQ2 1 5 2 4 6 7 8 9 10 11 25 -300 -230 HN HN

第一节 自然风压 四、自然风压测定 4、简略计算法 新井或延深，估算 1)以该区域最冷或最热月份平均气温作为最冷或最热进风温度； 2)井底温度比原岩温度低3~4℃， 3)回风井按每上升100m降低1 ℃估算平均值，

第二节 通风机类型及构造 矿用通风机按其服务范围可分为三种： 1、主要通风机，服务于全矿或矿井的某一翼（部分）； 2、辅助通风机，服务于矿井网络的某一分支（采区或工作面），帮助主通风机通风，以保证该分支风量； 3、局部通风机，服务于独头掘进井巷道等局部地区。 按构造和工作原理可分为： 离心式通风机和轴流式通风机。

第二节 通风机类型及构造 一、离心式通风机的构造和工作原理 1、风机构造 离心式通风机一般由：进风口、工作轮（叶轮）、螺形机壳和扩散器等部分组成。有的型号通风机在入风口中还有前导器。 吸风口有：单吸和双吸两种。

第二节 通风机类型及构造 一、离心式通风机的构造和工作原理 1、风机构造 叶片出口构造角：风流相对速度W2的方向与圆周速度u2的反方向夹角称为叶片出口构造角，以β2表示。 w2 c2 u2 c2u β2

第二节 通风机类型及构造 因为后倾叶片的通风机当风量变化时风压变化较小，且效率较高，所以矿用离心式通风机多为后倾式。 一、离心式通风机的构造和工作原理 1、 风机构造 离心式风机可分为：前倾式（β2>90º)、径向式（β2=90º)和后倾式（β2<90º)三种。 因为后倾叶片的通风机当风量变化时风压变化较小，且效率较高，所以矿用离心式通风机多为后倾式。

第二节 通风机类型及构造 一、离心式通风机的构造和工作原理 2、工作原理（轴向进入，径向流出） 当电机通过传动装置带动叶轮旋转时，叶片流道间的空气随叶片旋转而旋转，获得离心力。经叶端被抛出叶轮，进入机壳。在机壳内速度逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出。与此同时，在叶片入口（叶根）形成较低的压力（低于吸风口压力），于是，吸风口的风流便在此压差的作用下流入叶道，自叶根流入，在叶端流出，如此源源不断，形成连续的流动。

第二节 通风机类型及构造 一、离心式通风机的构造和工作原理 2、工作原理 1-动轮；2-蜗壳体；3-扩散器；4-主轴；5-止推轴承；6-径向轴承；7-前导器；8-机架；9-联轴节；10-制动器；11-机座；12-吸风口；13-通风机房；14-电动机；15-风硐

第二节 通风机类型及构造 一、离心式通风机的构造和工作原理 3、常用型号 煤矿使用的离心式风机主要有G4-73、4-73型和K4-73型等。这些品种通风机具有规格齐全、效率高和噪声低等特点。型号参数的含义举例说明如下： G 4 — 73 — 1 1 № 25 D 表示传动方式 代表通风机的用途， K表示矿用通风机， G代表鼓风机 进风口数, 1为单吸, 0为双吸 叶轮直径（25dm) 表示通风机在最高效率点 时全压系数10倍化整 设计序号 (1表示第一次设计） 表示通风机比转速(ns)化整

第二节 通风机类型及构造 二、轴流式风机的构造和工作原理 1、风机构造 主要由进风口、叶轮、整流器、风筒、扩散（芯筒）器和传动部件等部分组成。叶轮有一级和二级两种。

第二节 通风机类型及构造 二、轴流式风机的构造和工作原理 2、工作原理（轴向进入，轴向流出） 2、工作原理（轴向进入，轴向流出）　 （1）特点：在轴流式风机中，风流流动的特点是，当动轮转动时，气流沿等半径的圆柱面旋绕流出。 动轮由固定在轮上的轮毂和等间距安装的叶片2组成。

第二节 通风机类型及构造 二、轴流式风机的构造和工作原理 （2）叶片安装角 在叶片迎风侧作一外切线称为弦线。弦线与动轮旋转方向（u)的夹角称为叶片安装角，以θ表示。叶片安装角可以根据需要来调整，国产轴流式通风机的叶片安装角一般可调为15°、25°、30°、35°、40°和45°七种，使用时可以每隔2.5°调一次。

第二节 通风机类型及构造 二、轴流式风机的构造和工作原理 （3）工作原理 （3）工作原理　 当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度u 移动。处于叶片迎面的气流受挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道出口流出，翼背的低压区“吸引”叶道入口侧的气体流入，形成穿过翼栅的连续气流。 叶片按等间距t安装在动轮上，当动轮的机翼形叶片在空气中快速扫过时，由于叶片的凹面与空气冲击，给空气以能量，产生正压，将空气从叶道压出，叶片的凸面牵动空气，产生负压，将空气吸入叶道。如此一压一吸便造成空气流动。

第二节 通风机类型及构造 二、轴流式风机的构造和工作原理 3、常用型号 目前我国煤矿在用的轴流式风机有1K58、2K58、GAF和BD或BDK（对旋式）等系列轴流式风机。轴流式风机型号的一般含义是： 1 K— 58 — 4 №25 表示表示叶轮级数,1表示 通风机叶轮直径（25dm) 单级，2表示双级 表示设计序号 表示用途，K表示矿用， T表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整 B D K 65 8 №24 防爆型 叶轮直径（24dm) 对旋结构 电机为8极（740r/min） 表示用途，K为矿用 轮毂比0. 65的100倍化整

第三节 主要通风机附属装置 一、风硐 风硐是连接风机和井筒的一段巷道。通过风量大、内外压差较大，应尽量降低其风阻，并减少漏风。 二、扩散器(扩散塔) 作用：是降低出口速压以提高风机静压。 扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定。总的原则是，扩散器的阻力小，出口动压小并无回流。

第三节 主要通风机附属装置 三、防爆门(防爆井盖) 在斜井井口安设防爆门， 在立井井口安设防爆井盖。 作用： 当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆 炸时，受高压气浪的冲击作用， 自动打开，以保护主通风机免受毁坏。 在正常情况下它是气密的， 以防止风流短路。

第三节 主要通风机附属装置 四、反风装置和功能 1、作用： 使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产生的有害气体进入作业区； 有时为了适应救护工作也需要进行反风。

第三节 主要通风机附属装置 四、反风装置和功能 2、反风方法 因风机的类型和结构不同而异。反风方法主要有： 1）设专用反风道反风； 2）利用备用风机作反风道反风； 3）轴流式风机反转反风； 4）调节动叶安装角反风。

第三节 主要通风机附属装置 1）设专用反风道反风 离心式

第三节 主要通风机附属装置 2）利用备用风机作反风道反风

第三节 主要通风机附属装置 四、反风装置和功能 要求： 1)定期进行检修，确保反风装置处于良好状态； 2)动作灵敏可靠，能在10min内改变巷道中风流方向； 3)结构要严密，漏风少； 4)反风量不应小于正常风量的40%； 5)每年至少进行一次反风演习。

第四节 通风机实际特性曲线 一、通风机的工作参数 主要是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率和转速n等。 （一）风机(实际)流量Q 风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量。单位为 m3/h,m3/min 或m3/s 。

第四节 通风机实际特性曲线 一、通风机的工作参数 （二）风机(实际)全压Hf与静压Hs 全压Ht：是通风机对空气作功，消耗于每1m3 空气的能量（N·m/m3 或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。 忽略自然风压时，Ht用以克服通风管网阻力hR 和风机出口动能损失hv，即: Ht=hR+hV，Pa 静压:克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压HS（Pa）。 HS=hR=RQ2 因此 Ht=HS+hV

第四节 通风机实际特性曲线 一、通风机的工作参数 (三）通风机的功率 单位时间内通过通风机的流量和通风机给予每1m3空气的全部能量的乘积，称为通风机的输出功率 全压功率：通风机的输出功率以全压计算时称全压功率Nt。 Nt=HtQ×10-3 KW 静压功率：用风机静压计算输出功率，称为静压功率NS。 NS=HSQ×10-3 KW 风机的轴功率，即通风机的输入功率N（kW）。 式中 t、 S分别为风机的全压和静压效率。

第四节 通风机实际特性曲线 一、通风机的工作参数 (三）通风机的功率 通风机的效率：通风机在运转过程中，由于机械损失及空气流动损失等原因，通风机轴上的功率不可能全部传递给空气，也就是说通风机的轴功率必然要大于通风机的输出功率，通风机输出功率和通风机轴功率N之比，叫做通风机的效率，即： ηt＝Nt/N＝htQ/(1000N) ηs＝Ns/N＝hsQ/(1000N) 设电动机的效率为m, 传动效率为tr时，电动机的输入功率（ Nm ）,则

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风系统主要参数关系 －－ 风机房水柱计示值含义 1、抽出式通风矿井 （1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系 水柱计示值：即为4断面相对静压h4 故 h4（负压）= P4 - P04 沿风流方向，对1、4两断面 列伯努力方程: hR14=(P1+hv1+ρm12 gZ12) - (P4+hv4+ρm34 gZ34) 由风流入口边界条件：Pt1＝P01， 即 P1+hv1= Pt1=P01， 又因1与4断面同标高，所以 P01＝P04 且：ρm12gZ12—ρm34gZ34 = HN z 1 2 3 5 6 h4 4 5 4

第四节 通风机实际特性曲线 故上式可写为: hR14= P04 - P4- hv4 + HN hR14=|h4|- hv4 + HN 即 |h4|= hR14 + hv4 - HN 即：风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系。 （2）风机房水柱计示值与风机风压之间关系 类似地对4、5断面(扩散器出口）列伯努力方程，忽略两断面之间的位能差。 扩散器的阻力 hRd 风流出口边界条件：P5＝ P05＝P04 故风机全压 Ht- hRd ＝Pt5-Pt4 =(P5＋hv5 )-(P4+hv4) = P04 -P4+hv5-hv4 Ht = |h4|-hv4+hRd+hv5

第四节 通风机实际特性曲线 若忽略 hRd 不计，则 Ht≌ |h4|-hv4+hv5 风机静压 Hs＝ |h4|-hv4 （3）Ht、HN、hR 之间的关系 综合上述两式： Ht＝ |h4| - hv4+hRd+hv5 ＝（hR14+hv4-HN）- hv4+hRd+hv5 ＝ hR14 + hRd + hv5 - HN 即 Ht ＋HN ＝ hR14 + hRd + hv5 表明：扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻力，以及扩器出口动能损失。

第四节 通风机实际特性曲线 2、压入式通风的系统 对1、2两断面列伯努力方程得： hR12=(P1+hv1+ρm1gZ1)- (P2+hv2+ρm2gZ2) ∵ 边界条件及1、2同标高： ∴ P2 =P02＝P01 故有： P1-P2= P1-P01=h1 ρm1gZ1-ρm2gZ2=HN 故上式可写为 hR12=h1+hV1-hv2+ HN 即 h1= hR12+ hv2- hV1-HN 又 Ht= Pt1-Pt1’= Pt1-P01 = P1+hv1-P01= h1+hv1 同理可得： Ht+ HN = hR12 + hv2 1 z2 2 h1 ρm1 ρm2 1’ 1

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 1、工况点：当风机以某一转速、在风阻Ｒ的管网上工作时、可测算出一组工作参数（风压Ｈ、风量Ｑ、功率Ｎ和效率η），这就是该风机在管网风阻为Ｒ时的工况点。 2、个体特性曲线：不断改变R，得到许多的Q、H、N、η。以Q为横坐标，分别以H、N、η为纵坐标，将同名的点用光滑的曲线相连，即得到个体特性曲线。 3、通风机装置：把外接扩散器看作通风机的组成部分，总称之为通风机装置。

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 4、通风机装置的全压Ｈtd： 式中 hd━━扩散器阻力。 5、通风机装置的静压Ｈsd： 式中 hvd－－扩散器出口动压。

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 6、Hs 和 Hsd 的关系 ∵ Ht=HS+hv （4-4-3） HSd＝Ht－(hd+hvd) （4-4-15） HSd=HS+(hv-hvd-hd) ∴ 只有当 hd+hVd<hV 时，才有Ｈsd>Ｈs， 即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收动能的作用。

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 7、 Ht、 Htd、 Hs 和 Hsd 之间的关系图 Ht-Q Htd-Q HSd-Q HS-Q Rm RV R’=Rd+Rdv Rd Rdv A A’ H Q △hv

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 8、轴流式通风机个体特性曲线 特点： （1）轴流式风机的风压特性 曲线一般都有马鞍形驼峰存在。 （2）驼峰点Ｄ以右的特性曲线为 单调下降区段，是稳定工作段； （3）点Ｄ以左是不稳定工作段， 产生所谓喘振（或飞动）现象； Ht Hs t s /% Q/m3/s H/daPa N/kW G F D B R M

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 8、轴流式通风机个体特性曲线特点： （4）轴流式风机的叶片装置角不太大时，在稳定工作段内，功率随Ｑ增加而减小。 风机开启方式：轴流式风机应在风阻最小（闸门全开）时启动，以减少启动负荷。 说明：轴流式风机给出的大多是静压特性曲线。

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 9、离心式通风机个体特性曲线 特点： （1）离心式风机风压曲线驼峰 不明显，且随叶片后倾角度 增大逐渐减小，其风压曲线 工作段较轴流式风机平缓； （2）当管网风阻作相同量的 变化时，其风量变化比轴 流式风机要大。 H/daPa Q/m3/s N/kW /% Ht HS N t S

第四节 通风机实际特性曲线 二、通风机的个体特性曲线 9、离心式通风机个体特性曲线特点： (3）离心式风机的轴功率Ｎ随Ｑ增加而增大，只有在接近风流短路时功率才略有下降。 风机开启方式：闸门全闭，待其达到正常转速后再将闸门逐渐打开。 说明： （1）离心式风机大多是全压特性曲线。 （2）当供风量超过需风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。

第四节 通风机实际特性曲线 三、无因次系数与类型特性曲线 （一） 无因次系数 ⒈通风机的相似条件 比例系数： 两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似，或者说它们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数，这些常数叫相似常数或比例系数。

第四节 通风机实际特性曲线 三、无因次系数与类型特性曲线 （一） 无因次系数 ⒈通风机的相似条件 相似条件： 几何相似是风机相似的必要条件； 动力相似则是相似风机的充分条件，雷诺数 和欧拉数 相等。

第四节 通风机实际特性曲线 三、无因次系数与类型特性曲线 （一） 无因次系数 2、无因次系数 （1）压力系数 同系列风机在相似工况点的全压和静压系数均为一常数，可用下式表示： （2）流量系数 u—圆周速度

第四节 通风机实际特性曲线 三、无因次系数与类型特性曲线 （一） 无因次系数 2、无因次系数 （3）功率系数 同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。 压力、流量、功率三个系数都不含有因次，叫无因次系数。

第四节 通风机实际特性曲线 三、无因次系数与类型特性曲线 （二）类型特性曲线 根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数Q、H、N和η。利用上三式计算出该系列风机的 、 、 和η。然后以 为横坐标，以 、 和η为纵坐标，绘出 - 、 - 和η- 曲线，此曲线即为该系列风机的类型特性曲线，见书P67图4-4-6和图4-4-7。

第四节 通风机实际特性曲线 №10、 №12、 №16、 №20按№10 №5、 №6、 №8按№5 4-72-11类型风机特性曲线 G4-73-11类型风机特性曲线

第四节 通风机实际特性曲线 四、比例定律与通用特性曲线 1、比例定律 同类型风机它们的压力H、流量Q和功率N与其转速n、尺寸D和空气密度ρ成一定比例关系，这种比例关系叫比例定律。 将转速 u=πDn/60 代入无因次系数关系式得： 由类型曲线可推导个体特性曲线

第四节 通风机实际特性曲线 四、比例定律与通用特性曲线 1、比例定律 对于1、2两个相似风机而言， ∴ 由已知同类型曲线可推导个体特性曲线

第四节 通风机实际特性曲线 四、比例定律与通用特性曲线 1、比例定律 上式表明：同类型通风机，它们对应工作点的效率相等。

第四节 通风机实际特性曲线 四、比例定律与通用特性曲线 2、通用特性曲线 根据比例定律，把一个系列产品的性能参数H、Q、n、D、N、和等相互关系同画在一个坐标图上，叫通用曲线

第四节 通风机实际特性曲线 图4-7-1 离心式风机特性曲线

第四节 通风机实际特性曲线

第四节 通风机实际特性曲线

第四节 通风机实际特性曲线 四、比例定律与通用特性曲线 2、通用特性曲线 例题： 某矿使用主要通风机为4-72-11№20B离心式风机，图上给出三种不同转速n的Ht--Q曲线。转速为n1=630r/min,风机工作风阻R=0.0547×9.81=0.53657N．s2/m8，工况点为M0（Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，后来，风阻变为R’=0.7932 N．s2/m8，矿风量减小不能满足生产要求，拟采用调整转速方法保持风量Q=58 m3/s， 求转速调至多少？

第四节 通风机实际特性曲线 四、比例定律与通用特性曲线 2、通用特性曲线 例题 解：同型号风机，故其 直径相等。由比例定律有： H n2＝n1 Q2/Q1＝630×58/51.5 ＝710r/min 即转速应调至n2=710r/min， 可满足供风要求。 M0 Q H n =630 n =710 n =560 R=0.5367 R’=0.7932 M1 58 51.5

第五节 通风机工况点及其经济运行 一、工况点的确定方法 工况点： 风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数，如Ｑ、Ｈ、Ｎ和η等，一般是指Ｈ和Ｑ两参数。 求风机工况点的方法： 1、图解法 2、解方程法

第五节 通风机工况点及其经济运行 一、工况点的确定方法 1、图解法 理论依据是： 风机风压特性曲线的函数式为Ｈ＝f(Ｑ)，管网风阻特性曲线函数式是h=ＲＱ2，风机风压Ｈ是用以克服阻力h，所以Ｈ＝h，因此两曲线的交点，即两方程的联立解。可见图解法的前提是风压与其所克服的阻力相对应。

第五节 通风机工况点及其经济运行 一、工况点的确定方法 1、图解法 方法： 在风机风压特性（Ｈ─Ｑ）曲线的坐标上，按相同比例作出工作管网的风阻曲线，与风压曲线的交点之坐标值，即为通风机的工作风压和风量。通过交点作Ｑ轴垂线，与Ｎ─Ｑ和η─Ｑ曲线相交，交点的纵坐标即为风机的轴功率Ｎ和效率η。

第五节 通风机工况点及其经济运行 一、工况点的确定方法 1、图解法 若使用厂家提供的不加外接扩散器的静压特性曲线Ｈs─Ｑ，则要考虑安装扩散器所回收的风机出口动能的影响，此时所用的风阻ＲS应小于Ｒm，即 若使用通风机全压特性曲线Ｈt─Ｑ， 则需用全压风阻Ｒt作曲线，且

第五节 通风机工况点及其经济运行 一、工况点的确定方法 1、图解法 若使用通风机装置全压特性曲 线Ｈtd─Ｑ，则装置全压风阻 应为Ｒtd，且 在一定条件下运行时，不论是否安装外接扩散器，通风机全压特性曲线是唯一的，而通风机装置的全压和静压特性曲线则因所安扩散器的规格、质量而有所变化。 H-Q Ht-Q HSd-Q HS-Q Rm RV R’=Rd+Rdv Rd Rdv A A’ H Q △hv

第五节 通风机工况点及其经济运行 一、工况点的确定方法 2、解方程法 随着电子计算机的应用，复杂的数学计算已成为可能。 风机的风压曲线可用下面多项式拟合 a1、a2、a3──曲线拟合系数。 对于某一特定矿井，可列出通风阻力方程 Ｒ为通风机工作管网风阻。 联立上述两方程，即可得到风机工况点。

第五节 通风机工况点及其经济运行 二、通风机工点的合理工作范围 1、从经济角度，通风机的运转效率不低于60 %。 2、从安全角度，工况点必须位于驼峰点右侧，单调下降的直线段。 3、实际工作风压不得超过最高风压 的90％。 4、风机的运轮转速不得超过额定转速。 A B C D 上 下 右 左 0.6 0.65 0.7 15 30 45 H/Pa

第五节 通风机工况点及其经济运行 三、主要通风机工况点调节 工点调节方法主要有： 1、改变风阻特性曲线 当风机特性曲线不变时，改变工 作风阻，工况点沿风机特性曲线移动。 １）增风调节 为了增加矿井的供风量，可以采取下列措施： （１）减少矿井总风阻。 （２）当地面外部漏风较大时，采取堵塞地面外部漏风措施。 R1 R1’ R1” M M’ M” Q Q’ Q” H H’ H”

第五节 通风机工况点及其经济运行 三、主要通风机工况点调节 工点调节方法主要有： 1、改变风阻特性曲线 ２）减风调节 当矿井风量过大时，应进行减风调节。 其方法有： （１）增阻调节。 （２）对于轴流式通风机，增大外部漏风的方法，减小矿井风量。 R1 R1’ R1” M M’ M” Q Q’ Q” H H’ H”

第五节 通风机工况点及其经济运行 三、主要通风机工况点调节 ⒉、改变风机特性曲线 这种调节方法的特点是矿井总风阻不变，改变风机特性，工况点沿风阻特性曲线移动。调节方法有： １）轴流风机可采用改变叶片安装角度 达到增减风量的目的。 ２）装有前导器的离心式风机， 改变前导器叶片转角进行风量调节。 ３）改变风机转速。 n n1 n2 M M1 M2 Q Q2 Q1 H H1 H2

第五节 通风机工况点及其经济运行 三、主要通风机工况点调节 ⒉、改变风机特性曲线 无论是轴流式风机还是离心式风机 都可采用。调节的理论依据是相似定律，即 （１）改变电机转速。 （２）利用传动装置调速。 调节方法的选择，取决于调节期长短、调节幅度、投资大小和实施的难易程度。调节之前应拟定多种方案，经过技术和经济比较后择优选用。选用时，还要考虑实施的可能性。有时，可以考虑采用综合措施。

第六节 通风机联合运转 两台或两台以上风机在同一管网上工作。叫风机联合工作。风机联合工作可分为串联和并联两大类。 一、风机串联工作 一个风机的吸风口直接或通过一段巷道（或管道）联结到另一个风机的出风口上同时运转，称为风机串联工作。 特点： 1、通过管网的总风量等于每台风机的风量，即Q=Q1=Q2 。 2、总风压等于两台风机的工作风压之和，即 H＝H1＋H2 。

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （一）两台风压特性曲线不同风机串联工作分析 1、串联风机的等效特性曲线。 作图方法：按风量相等，风压叠加的原则。 F1 F2 R F1+F2

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （一）两台风压特性曲线不同风 机串联工作分析 2、风机的实际工况点。 F1 F2 F1+F2 R1 M0 M2 M1 Q R’ QⅡ R” H Q”Ⅱ Q’ Q” A H2 H1 M’2 M”2 H’ H” 一、风机串联工作 （一）两台风压特性曲线不同风 机串联工作分析 2、风机的实际工况点。 在等效风机特性曲线F1+F2上作 管网风阻特性曲线R1，两者交 点为M0，过M0作横坐标垂线， 分别与曲线Ⅰ和Ⅱ相交于M1和 M2，此两点即是两风机的实际 工况点。

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （一）两台风压特性曲线不同风机串联工作分析 效果分析：用等效风机产生的风量Q与能力较大风机的F2单独工作产生风量QⅡ之差表示。 （1）R=R1>R’,工况点位于A点以上， ΔQ=Q-QⅡ>0，则表示串联有效； （2） R=R’工况点与A点重合， ΔQ=Q’-Q’Ⅱ=0， 则串联无增风； （3） R=R”< R’,工况点位于A点以下， ΔQ=Q”-Q”Ⅱ<0，则表示串联有害。

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （二）风压特性曲线相同风机 串联工作 两台特性曲线相同的风机串联 工作。由图可见，临界点A位于Q轴 H Q F1/F2 M A F1+F2 R1 Q1 R2 Q’ Q2 H1 H2 H’ 一、风机串联工作 （二）风压特性曲线相同风机 串联工作 两台特性曲线相同的风机串联 工作。由图可见，临界点A位于Q轴 上。这就意味着在整个合成曲线范 围内串联工作都是有效的，不过工作 风阻不同增风效果不同而已。

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （二）风压特性曲线相同风机串联工作 结论： 1、风机串联工作适用于因风阻大而风量不足的管网； 2、风压特性曲线相同的风机串联工作较好； 3、串联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。 4、串联工作的任务是增加风压，用于克服管网过大阻力，保证按需供风。

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （三）风机与自然风压 串联工作 1、自然风压特性 自然风压特性是指自然风压 与风量之间的关系。自然风 压随风量增大略有增大。风 机停止工作时自然风压依然 存在。故一般用平行Q轴的 直线表示自然风压的特性。 M1 M’1 Q H Ⅰ+Ⅱ M”2 M” Q1 Q”2 Ⅰ Ⅱ Ⅱ’ M R H’1 H”2 Ⅰ+Ⅱ’ HN(+) HN(-)

第六节 通风机联合运转 一、风机串联工作 （三）风机与自然风压串联工作 2、自然风压对风机工况点影响 自然风压对机械风压的影响，类似于两个风机串联工作。 结论： 当自然风压为正时， 机械风压与自然风压共同作用克服矿井通风阻力，使风量增加；当自然风压为负时，成为矿井通风阻力。

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 两台风机的吸风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机并联。风机并联分为：集中并联和对角并联之分。 （一）集中并联 特点： （1）H = H1 = H2 （2）Q = Q1 + Q2 F1 F2 Q1 Q2 Q R

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 （一）集中并联 1、风压特性曲线不同风机集中并联工作 1）作图方法 原则：风压相等，风量相加的原则。 方法：根据上述原则在同一坐标系中 将两条风机特性曲线（I，II）合成。 F1 F2 Q1 Q2 Q R

第六节 通风机联合运转 2）工况分析 用并联等效风机产生 的风量Q与能力较大风机 的F1单独工作产生风量Q1 之差来分析F1+F2合成曲线与F1风机曲线交点，临界点A，R’临界风阻 Q R M M1 M2 Q=Q1+Q2 Q1 R’ R” H Ⅰ Ⅰ+Ⅱ Ⅱ A Q=Q1 Q2 M’ M”

a) 当R=R时，工况点位于A点右下侧，ΔQ=Q-Q1>0，有效； 第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 （一）集中并联 a) 当R=R时，工况点位于A点右下侧，ΔQ=Q-Q1>0，有效； b) 当R=R’ 时，工况点与A点重合， ΔQ=Q-Q1＝0，无效； c) 当R=R”> R’ 时，工况点位于A点左上侧，ΔQ=Q-Q1＜0，并联有害。

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 （一）集中并联 2、风压特性曲线相同风机并联工作 M1 为风机的实际工况点； M为并联合成工况点。 由图可见，总有ΔQ=Q-Q1>0，且R越小，ΔQ越大。 Q R M ⅠⅡ M1 Ⅰ+Ⅱ M’ Q1=Q2 H A

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 （一）集中并联 2、风压特性曲线相同风机并联工作 结论： 1) 风机并联工作适用于因风机能力小，风阻小而风量不足的管网； 2) 风压特性曲线相同的风机并联工作较好； 3) 并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配，才会有较好的增风效果。 4) 并联工作的任务是增加风量，用于风机能力小，保证按需供风。

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 (二）对角并联工况分析 两台不同型号风机F1和F2的特性曲线分别为Ⅰ、Ⅱ，各自单独工作的管网分别为OA（风阻为R1）和OB（风阻为R2），共同工作于公共风路OC（风阻为R0）。

第六节 通风机联合运转 A C B F1 F2 R1 R0 R2 O F1’ F2’ F1’+F2’

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 (二）对角并联工况分析 F1 F2 F1’ R1 R2 F2’ F1’+F2’ R0 Q0 M1’ M2’ M1 M2 Q1 Q2 Q H H1 H2 M0

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 (二）对角并联工况分析 分析方法： 1、按等风量条件下把风机F1的风压与风路OA的的阻力相减的原则，求风机F1为风路OA服务后的剩余特性曲线Ⅰ’。 2、同理得到剩余特性曲线Ⅱ’。 3、按风压相等风量相加原理求得等效风机F1’和F2’集中并联的特性曲线Ⅲ。

第六节 通风机联合运转 二、通风机并联工作 (二）对角并联工况分析 分析方法： 4、特性曲线Ⅲ，它与风路OC的风阻R0曲线交点M0，由此可得OC风路的风量Q0。 5、过M0作Q轴平行线与特性曲线Ⅰ’和Ⅱ’分别相交于MⅠ’和MⅡ’点。 6、过MⅠ’和MⅡ’点作Q轴垂线与曲线Ⅰ和Ⅱ相交于MⅠ和MⅡ，此即在两个风机的实际工况点。

第六节 通风机联合运转 三、并联与串联工作的比较 以一离心式风机风压特性曲线为例。 当风阻R2 通过B点时，两者 增风效果相同（两者实际工况点 分别为 MI 和 MII），但串联功率 大于并联功率，即Q并=Q串，NS >NP 。 当风阻为R1 时，Q并＞Q串，N串 >N并。 当风阻为R3 时，Q串＞Q并 ， N串 >N并。 R2 B Q H N--Q NP NS R1 A F I MI MII II R3 C E III Q并 Q串 Q串=Q并

第六节 通风机联合运转 三、并联与串联工作的比较 结论： （1）并联适用于管网风阻较小，但因风机能力小导致风量不足的情况； （2）风压相同的风机并联运行较好； （3）轴流式风机并联作业时，若风阻过大则可能出现不稳定运行。所以，使用轴流式风机并联工作时，除要考虑并联效果外，还要进行稳定性分析。

第七节 矿井通风设备选型 矿井通风设备是指主要通风机和电动机。 （一）矿井通风设备的要求： 1、矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。 2、选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。 3、风机能力应留有一定的余量。 4、进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 1、计算通风机风量Qf Qf—主要通风机的工作风量，m3/s; Qm—矿井需风量，m3/s； k——漏风损失系数，风井不提升用时取1.1； 箕斗井兼作回风井用时取1.15； 回风井兼升降人员时取1.2。

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 2、计算通风机风压 离心式通风机（提供的大多是全压曲线）： 容易时期 困难时期

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 2、计算通风机风压 轴流式通风机（提供的大多是静压曲线）： 容易时期 困难时期 hm－－通风系统的总阻力； hd－－通风机附属装置（风硐和扩散器）的阻力； hvd －－扩散器出口动能损失； ＨN－－自然风压，当自然风压与通风机风压作用相同时取“+”；自然风压与通风机负压作用反向时取“-”。

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 3、初选通风机 根据计算的矿井通风容易时期通风机的Qf、Hsdmin(或Htdmin)和矿井通风困难通风机的Qf、Hsdmax(或Htdmax)在通风机特性曲线上，选出满足矿井通风要求的通风机。

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 4、求通风机的实际工况点 因为根据Qf、Hsdmin(或Htdmin)和Qf、Hsdmax(或Htdmax)确定的工况点，但设计工况点不一定恰好在所选择通风机的特性曲线上，必须根据通风机的工作阻力，确定其实际工况点。步骤： 1）计算通风机的工作风阻 用静压特性曲线时：

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 4、求通风机的实际工况点 用全压特性曲线时：

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 4、求通风机的实际工况点 2）确定通风机的实际工况点 在通风机特性曲线上作通风机工作风阻曲线，与风压曲线的交点即为实际工况点。

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 4、求通风机的实际工况点 2）确定通风机的实际工况点 Rmax H (Pa) Mmax Q(m3/s) H (Pa) (Hmin,Qfmin) (Hmax,Qfmax) Rmax Rmin Mmax Mmin 前期设计工况点 后期设计工况点 前期实际工况点 后期实际工况点

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 5、确定通风的型号和转速 根据通风机的工况参数（Qf 、Hsd 、η、N）对初选的通风机进行技术、经济和安全性比较，最后确定通风机的型号和转速。

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 6、电动机选择 (１) 根据最后选择风机的实际工况点（N、Q、 ），按下式计算所匹配的电机功率：

第七节 矿井通风设备选型 （二）主要通风机的选择 （２）电动机的台数及种类 当Nmmax>500kW时，宜选用同步电机； 当Nmmin/Nmmax≥0.6时，可选一台电动机; 当Nmmin/Nmmax＜0.6时，选二台电动机，后期电机功率为Nmmax， 初期电机功率为：

第八节 主要通风机性能测试 一、各参数的测定 1、风量测定 1)测风断面的选择 速度场分布均匀。轴流式可在集流器与叶片之间平直段；离心式可在入口也可在出口。

第八节 主要通风机性能测试 一、各参数的测定 1、风量测定 2)风量测量方法 (1)测量动压法— A、分点测量 B、并测法

第八节 主要通风机性能测试 一、各参数的测定 1、风量测定 2)风量测量方法 (2)测量静压差 风机入风口有平直段，且断面有收缩GAF、DBK

第八节 主要通风机性能测试 一、各参数的测定 2、风压测定 在工况调节的下风侧，风机入口之前，风流稳定断面

第八节 主要通风机性能测试 一、各参数的测定 3、功率测定 用功率表测出电动机输入功率Nm，也可通过公式求电动机输入功率Nm 。

第八节 主要通风机性能测试 一、各参数的测定 4、转速测定 直接用转速计测定。机械式，激光式 5、大气物理参数测定 测定的参数有压力P、气温t，相对湿度φ，根据相应公式可以计算空气的密度ρ 6、噪声测定 声级计，测定布置

第八节 主要通风机性能测试 二、工况调节 工况调节方法依据风机的安装布置结构。 离风机测压、测风断面较远处。 可利用立闸门、开门、反风风门、临时门辅木板，等 要依据停产测定还是不停产测定。

第八节 主要通风机性能测试 三、资料整理 1)根据原始数据计算出HS‘、或Ht‘、Q’、N‘、η’ 2)把 HS‘、或Ht‘、Q’、N‘、η’换算成标准状态参数HS、或Ht、Q、N (1)转速校正系数 (2)密度校正系数 (3)计算校正后的HS、或Ht、Q、N 3)绘制曲线 以Q为横坐标，分别以HS、 或Ht、N和η纵坐标

第九节 噪声控制概述 一、基本概念 1、通风机噪声的三要素 频率、频谱和声压 2、频谱—声压级和声功率级随频率变化的图形 3、声压—声波作用在物体上的压力 Pa 4、声压级—被测声压与基准声压之比的对数值 LP Lp=20lg(p/p0) dB 式中 P0----基准声压，其值为2×10-5Pa P------被测声压，Pa 这样，听阀值为0dB(分贝)，痛阀值为120dB。

第九节 噪声控制概述 国内外广泛用A声级作为评价噪声(对人体影响)的标准。 在噪声测量仪器中可以装设A、B、C三种计权网路，其中A计权网路是一种滤波器，它对颇率的判别与人耳感觉相似，使其中低频声波按比例衰减通过，而频率在100Hz以上的声音无衰减通过。这种被A网路计权的声级叫A声级，记为dB(A)。 我国主要通风机的噪声(1m附近)一般为100～120 dB，风机房噪声达90dB(A)以上。 《规程》规定：（741条）作业场所的噪声，不应超过85dB（A），大于85dB（A）时，需要配备个人防护用品；大于或等于90dB（A）时，还应采取降低作业场噪声的措施。

第九节 噪声控制概述 二、标准 每工作日接触噪声时间/h 新建改建扩建企业允许噪声级/dB 现有达不到标准的企业允许噪声级/dB 8 85 90 4 88 93 2 91 96 1 94 99 最高不得超过115 dB

第九节 噪声控制概述 三、风机产生噪声原因 1、空气动力噪声，即由气流的冲击和涡流引起的噪声； 2、机械振动噪声，叶片(轮)等回转体不平衡及轴承磨损等原因引起； 3、空气与机械互相作用而引起的噪声。

第九节 噪声控制概述 四、消音措施 1、隔声 用消音材料将发声体与周围环境隔开。隔声效果取决于隔声体的结构及材料面密度和厚度。风道两侧、电机、风机外壳等可采用消声材料隔音。

第九节 噪声控制概述 四、消音措施 2、扩散器风道消声 风机声源主要是风机出口风道里的气流冲击引起的空气动力噪声。用消声器减少或消除空气动力噪声。 消声器：阻性和抗性 阻性消声器：依靠其表面上的吸声材料来吸收声能，达到消除中、高频噪声； 抗性消声器：依靠空腔共振或改变声阻抗的原理减少声能辐射，主要消除低、中频率噪声。 消声装置：排式和方格式， 消声板平行间隔安装在风道内组成排式；在排式增加水平出隔声板组成方格式；消声弯头。

第九节 噪声控制概述 四、消音措施 　3、消声材料 蛭石吸声体、矿碴膨胀珍珠岩吸声砖、超细玻璃棉、甘蔗板等。

本章小结 1、主要内容 自然风压的计算，主要通风机类型、构造、附属装置，矿井通风机是实际特性曲线，风机房水柱计读数的意义，联合运转的工况分析通风机工况点分析及工况调节方法，风机联合运转时的有效性和稳定性分析，矿井主要通风机选型的方法和步骤。 2、重点 自然通风与机械通风，自然风压的控制与利用，通风机的类型、构造、附属装置与实际特性曲线风机工况点的求法，联合运转的工况分析及工况调节方法，风机联合运转时的有效性和稳定性分析。 3、难点 风机房水柱计读数的含义，联合运转的工况分析及风机选型。

本章作业 　 4-1 4-4 4-7 4-6 4-9 4-10 4-11 4-12 4-15

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