【摘 要】 主通风机是煤矿通风的重要设备之一，其性能优劣直接关系到矿井的产量和安全，本文对某矿主通风机的运行数据进行了统计，通过对历次风机性能测试性报告的分析，找出了风机在大负压下发生失速故障的原因，给出了更换进气箱内导流板解决方案。进一步比较了改造前后的经济效益，改造效果良好，完全满足矿井安全生产的需要。
【关键词】 矿用主通风机 失速 性能改造
1 引言
按照“以风定产”的要求，煤矿主通风机机性能关乎一个矿井的安全和生产，淮南某矿两台主通风机为丹麦豪顿公司生产的动叶可调轴流式风机（型号ANN3800/2000N、叶片数量30片、叶片直径3.8米），配套西门子同步电动机（功率3200KW，转速750r/min）。根据设计矿井投产时风量为260m3/s，通风阻力为1989.8Pa；投产后风量为395m3/s，通风阻力3770Pa；矿井后期困难时，风量500m3/s，通风阻力4184Pa。两台主通风机2006年4月正式使用，至2011年5月上旬两台风机运行正常，风机负压均在3000Pa以下，运行较为稳定。随着矿井负压的增大，自2011年5月18日开始主通风机多次发生失速故障，导致风机角度无法继续上调风量无法增加，严重的制约了矿井的安全生产和经济效益的提高。
2 存在问题的分析
2.1 失速故障统计（如表1）
2.2 风机历次性能测试
2006年4月-2011年8月主通风机共进行过三次性能测试，测试显示主通风机实测性能曲线与设计曲线差距较大。具体测试情况如下：
（1）2006年4月，进行了第一次性能测试。
测试显示：1#风机叶片角度分别为25°、30°、35°，压力分别为接近2600Pa、3000Pa、3000Pa时，风机就进入不稳定工作状态；2#风机叶片角度达35°，压力接近3200Pa时，风机进入不稳定工作状态。测试结论：1#风机实测装置性能曲线均比出厂曲线低3～4°左右，2#风机25°时实测装置性能曲线比出厂曲线高1°左右，35°时实测装置性能曲线比出厂曲线低1～2°左右。
（2）2009年4月，进行第二次性能测试。
测试显示：1#风机叶片角度分别为45°、50°、52.5°，压力分别在约3400Pa、3700Pa、3700Pa时，风机进入不稳定工作状态；2#风机叶片角度分别为45°、50°、52.5°，压力分别在约3300Pa、3400Pa、3400Pa时，风机进入不稳定工作状态。测试结论：1#风机实测45°装置性能曲线比出厂曲线低5°左右，50°装置性能曲线比出厂曲线低6～7°左右，52.5°装置性能曲线比出厂曲线低7～8°左右；2#风机实测45°装置性能曲线比出厂曲线低5°左右，50°装置性能曲线比出厂曲线低6～7°左右，52.5°装置性能曲线比出厂曲线低7～8°左右。
（3）2011年8月，进行第三次性能测试。
测试显示：1#风机叶片角度分别为38°、42°、46°，当风机叶片角度达42°，入口负压在3100Pa时，风机开始失速。2#风机叶片角度分别为37°、41°、45°，当风机叶片角度达41°，入口负压在2900Pa时，风机开始失速。测试结论：通过性能测试，1#风机实测曲线比出厂曲线低6～8°，2#风机实测曲线比出厂曲线低5～8°。
2.3 测试分析
从实际运行参数及性能测试结果可看出，当负压达到3200Pa左右时，主通风机即进入不稳定工作区开始失速。风机在设计性能曲线范围之内出现失速现象，设计技术参数与实际运行状况有比较大的差别，是设计上存在缺陷。
3 风机性能问题的查找及改造
3.1 失速产生的原因
轴流式通风机的叶片通常是流线型的，在冲角α增大使叶背部分离点向前移，当冲角α增至某一临界值时，气流在叶片背部的流动遭到破坏，阻力急剧增加而压力迅速降低的这个现象称为脱流或失速。如图1所示。α再增大脱流现象更为严重甚至出现部分流道阻塞的情况。
由于轴流式吸风机各叶片加工存在着误差，叶片的安装角度不可能完全一致，因此在风机进入不稳定工况区运行时，不是所有叶片同时达到失速，由此可见，叶道中的脱流失速现象从某个叶道逐个向其它叶道传播。叶片依次经过脱流区要受到交变应力的作用，这种交变应力会使叶片产生疲劳，甚至造成叶片断裂。一旦有一个叶片疲劳断裂，将会将全部叶片打断。因此，不允许风机在不稳定工况区运行。当风机处于不稳定工况区运行，运行点位于压力性能曲线的上升区段；进、出口风道有足够的容积，它与风机组合成为一个弹性的空气动力系统。因而在风机的流动工况发生变动时，风道中引起相应的变化，需要一定的适应时间。整个系统的气流振荡频率与气流扰动频率合拍时发生共振，使得风机和管道发生激烈地振动。轴流式风机在不稳定工况区运行时，还可能引起流量、压力和电流的大幅度波动，噪音显著增加，这种现象叫作（喘振）。
3.2 改造方式
主通风机性能问题提出后，风机厂家豪顿华工程有限公司会同使用单位，通过对风道中风流方向的分析，最后发现问题所在为两台通风机进气箱内导流板安装错误，导流板尾端导角装反，如图2所示，是导致通风机性能出现问题的直接原因。随后安排人员对两台通风机导流板进行改造，两台风机改造完成，改造后两台风机性能基本满足原设计性能要求。
4 改造成效
4.1 改造前损失统计
（1）因风机性能达不到技术协议的要求，限制了该矿原煤生产，直接导致该矿2012年1月份原煤产量降低2万吨，经济损失600万元左右。（2）两台风机运行过程中，多次风机喘振，给该矿风机装置、组件带来安全重大影响，直接导致提前对两台风机机械系统进行大修及更换部分设施（轴承箱、轮毂、叶片、液压系统），总需费用300万元。（3）两台风机运行过程中，多次风机喘振，导致该矿专门安排多人参与到风机房的值班。每天工时费160元/天，共计8.48万元。（4）由于原设计失误，导致该矿两台风机性能较低，带来了严重的电量损失。自2006年4月～2012年2月13日，电量损失约70千瓦/小时，电费损失约184万元。5）因风机失速故障，导致风量无法增加，井下环境温度较高，导致7～9三个月医药护理费1000元/人，防暑降温物品每年额外增加1万元，自2006年～2011年共损失医药费、额外降温费24万元左右。增加一台瓦斯抽采泵（800KW）抽采瓦斯，自2006年～2011年，共消耗电量及设备采购、维修费用约1681.92万元。
综上所述，因两台轴流式风机机械部件导流板错误问题，自2006年～2012年，共造成的各方面损失2798.4万元左右。
4.2 改造后经济效益
两台主通风机改造后由安徽煤矿矿用安全产品检验中心对风机性能进行了测试，其中1#风机测试角度49度时，风量489.9m3/s、入口负压-4770Pa；2#风机测试角度49度时，风量472.5m3/s、入口负压-4455Pa。
两台风机改造后性能得到较大提高，实际运行曲线与设计曲线的差距减小：1#风机现性能较原设计曲线低2度左右，当风量达到500m3/s时，入口负压达到-5000Pa左右，角度50度左右；2#风机现性能较原设计曲线低2～3度左右，当风量达到500m3/s时，入口负压达到-5100Pa左右，角度52度左右。（注：风机原设计风量500m3/s，最大负压约为-5800Pa.）
（1）改造后的风量确保了该矿2012年580万吨产量的完成，并为今后的产量提升和矿井发展提供了保障。（2）避免了因设计缺陷造成风机喘振，增加风机各部位装置的使用寿命，减少维修费用。（3）改造前两台风机角度41度，改造后风机角度36/37度即可满足风量要求，所需耗电量下降，节约了大量的成本。
5 结语
经过改造后的系统能较好的满足了煤矿主通风机的运行稳定，风机性能测试性报告表明完全满足矿井安全生产的需要，给煤矿带来较好的经济及社会效益。
参考文献：
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