子午加速
上虞風(fēng)機的思考及發(fā)展方向，煤礦安全形勢嚴峻，瓦斯事故頻繁，礦用風(fēng)機面臨安全節(jié)能降耗和環(huán)保壓力。煤礦對風(fēng)機的主要要求：堅固耐用、安全可靠、噪聲低、節(jié)能高效及價格低廉。總之，性價比要高。近幾年，由于煤礦對噪聲危害的重視，噪聲低已成為煤礦對風(fēng)機的基本要求《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：作業(yè)場所的噪聲，不應(yīng)超過85dB(A)。
1 概況
煤礦風(fēng)機按使用范圍分為主通風(fēng)機(主扇) 、輔助通風(fēng)機(輔扇) 和局部通風(fēng)機(局扇)。主扇向全礦井或其一翼輸送新鮮空氣，要求大流量和高壓力，且具有高效率。國外一般采用型號№11 ，№16 ，№25 ，№32 ，№47 的離心和軸流式礦井主通風(fēng)機。輔扇用于建井時期井筒和主巷道的通風(fēng)以及礦井通風(fēng)系統(tǒng)中個別區(qū)段的通風(fēng)，其流量和壓力均低于主通風(fēng)機，國外一般采用型號№7 ，№8 ，№11 ，№16 。而煤礦將局扇用于采掘工作面或局部通風(fēng)有困難的地方，煤巷、半煤巖掘進都采用壓入式，巖巷掘進可采用壓入式也可采用混合式，壓入式在礦井是量大面廣耗能甚多的通風(fēng)設(shè)備。它安裝在井下，安全節(jié)能降噪尤為重要。國外主要采用單級和雙級通風(fēng)機，國外一般采用型號№4，№5，№6的通風(fēng)機。國內(nèi)過去與世界一樣，采用№4，№5，№6的單級和雙級高壓(俗稱普通)軸流式通風(fēng)機；80年代前在我國煤礦可謂一統(tǒng)天下。
90年代以來，我國煤礦用局部通風(fēng)機，幾乎全部采用雙級或三級高壓對旋和雙級高壓軸流風(fēng)機，其功率達264kW ，壓力8000多Pa ，風(fēng)量1000m3/min ，長幾米，重幾噸，既耗能耗材，又產(chǎn)生高分貝噪聲，污染了煤礦作業(yè)環(huán)境。然而，因新舊性能試驗方法的差異(GB/T1236-76，GB/T1236-85，GB/T1236-2000) 和標(biāo)準(zhǔn)問題 (JB/T 9100-1999，MT222-1996和MT755-1997)，其主要問題：（1）局扇工作輪機號采用了 R40 數(shù)列 (19個或更多，國外少有)，取代R10數(shù)列(4～5個) ，導(dǎo)致了雜亂差；（2）壓入式風(fēng)機采用進氣試驗，且在p2≠pa時，采用p2＝pa，導(dǎo)致了外風(fēng)筒超出長度l與葉輪直徑D之比l/D＞0和l/D=0，風(fēng)機效率相差 10% ；（3）采用錯誤的比A聲級計算公式，導(dǎo)致：比A聲級小4dB；（4）同機號不同風(fēng)機采用不同的比 A 聲級和效率限值，導(dǎo)致了兩值分別相差5dB和5%。所以，對旋局部通風(fēng)機被認為 “ 具有結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲低、風(fēng)壓高、風(fēng)量大、效率高等特點，其結(jié)構(gòu)緊湊，方便運輸和安裝。對旋局部通風(fēng)機與普通軸流通風(fēng)機相比，在產(chǎn)生同樣的風(fēng)量和風(fēng)壓時，使用對旋局部通風(fēng)機可減少通風(fēng)機數(shù)量或增加通風(fēng)距離，亦可在根據(jù)不同的通風(fēng)要求，采用分級使用以節(jié)省能源 ( 來源于對旋使用說明書) ”；取代子午加速而一統(tǒng)天下。然而因 工作輪直徑采用了R40數(shù)列，型號有№3.15，№3.55 ，№4，№4.25， №4.5，№4.75， №5.0等19個；再加上為擴大給定型號通風(fēng)機工況范圍的變型；工作輪直徑和型號(代號) 就更多、更雜亂無序了；影響煤礦安全節(jié)能省材降耗和環(huán)保。
2 分析與改善
通過對我國現(xiàn)有煤礦用局部通風(fēng)機的性能試驗研究和實際運行性能的對比分析，可以進一步對局扇運行性能提出明確要求：（1）實際運行經(jīng)濟性好，才有實際的節(jié)能效果；（2）噪聲低；（3）在不同工況下風(fēng)量變化幅度要?。唬?）在保證必要的風(fēng)量下，具有足夠的通風(fēng)距離。也就是說，在長距離通風(fēng)做小風(fēng)量運行時，應(yīng)仍有良好穩(wěn)定的工況。
根據(jù)上述要求并結(jié)合我國現(xiàn)有局扇存在的問題，探討其運行性能的改善途徑及辦法，已勢在必行。
2.1 局扇的合理型式
局扇運行性能與風(fēng)機的型式及結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，只有選擇合理的型式和結(jié)構(gòu)參數(shù)才有可能使其運行性能滿足上述要求，筆者簡介國內(nèi)外局扇的發(fā)展現(xiàn)狀時曾指出：（1）前蘇聯(lián)使用最普及的是具有調(diào)節(jié)和防脫流功能的子午加速風(fēng)機 ( 因能“按需供風(fēng) ”避免“供大于求 ”的無謂浪費) ；（2）美國及其他一些國家除主要使用單級和雙級軸流風(fēng)機外 ( 因效率高，無需調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，級噪聲相對于對旋低，世界各國廣泛應(yīng)用 ) ，其他則采用斜流和對旋式風(fēng)機；（3）各國局部通風(fēng)機效率在67%～75%，不片面追求高效率和高風(fēng)壓。唯我國片面追求高效率高風(fēng)壓，全部改用雙級高壓風(fēng)機，耗能耗材。
現(xiàn)從局扇的運行性能分析子午加速、斜流、對旋和普通軸流式風(fēng)機各有何特點？能滿足哪些要求？哪些值得我國借鑒的？關(guān)于對旋和普通軸流風(fēng)機的特點，筆者己作過論述，此不贅述。現(xiàn)將“按需供風(fēng) ” 節(jié)能低噪省材的子午加速和斜流風(fēng)機特點介紹如下。
2.2 子午加速風(fēng)機特點
(1) 葉輪流道中氣流的子午速度逐漸增大的通風(fēng)機稱子午加速通風(fēng)機。其氣動略圖： BHA+K+CA 氣流是加速的。它與一般軸流式通風(fēng)機不同之處，在于其通流部分中的氣流軸向分速度是增速的。這對于擴壓式葉柵，尤其對于工作輪具有特殊意義，因為它可促使靜壓梯度減小，從而可避免氣流脫離。因此，子午加速風(fēng)機的壓力系數(shù)高。在足夠大的工作輪葉片安裝角下，單級葉輪便可獲得與一般普通型雙級軸流風(fēng)機相當(dāng)?shù)膲毫透叩娜珘盒?，結(jié)構(gòu)也比較簡單。
(2) 足夠大的工作輪葉片安裝角使子午加速風(fēng)機具有優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能，使局扇在其運行期間內(nèi)能夠“按需供風(fēng)” ，即輸出能量平均有效利用效率ηpau≌1 ，從而局扇的實際運行效率等于其本身效率，即ηeau=ηfanau ，因此具有非常高的運行效率。這是前蘇聯(lián)廣為應(yīng)用的節(jié)能風(fēng)機。而過去我國子午加速因沒有設(shè)置可調(diào)前導(dǎo)流葉片和防脫流裝置，從圖 1可見，其壓力曲線與小風(fēng)量時的管網(wǎng)曲線不相交，所以運行性能和經(jīng)濟性很差。若加以改進設(shè)計，可成為我國的優(yōu)良節(jié)能和環(huán)保型通風(fēng)機。
?。?）由于能夠“按需供風(fēng)”，因而就不會存在風(fēng)量變化過大的問題；避免了乏風(fēng)循環(huán)?！ 。?）子午加速風(fēng)機壓力曲線的折斷可以通過簡單有效的分流器裝置得以消除，因而它具有很寬廣的有效工況范圍。
?。?）由于葉片安裝角較大，葉片的氣動負荷大，因此噪聲也較高，但以前蘇聯(lián)的子午加速風(fēng)機 BM-5M 為例，本體(級)噪聲為92～100dB(A)，比JBT52-2的本體(級)噪聲低 108-[92～100]=16～8dB(A) ；比對旋本體(級) 噪聲級低120-[92～100]=28～20dB(A)。因此，只要采取降噪措施，其噪聲可低于85dB(A)。
從圖2所示的前蘇聯(lián)BM-5M型子午加速風(fēng)機的壓力特性曲線可以看出，其風(fēng)機設(shè)置了防脫流的分流器裝置，采用前導(dǎo)葉調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)深度達±20%左右。-
上虞風(fēng)機
