关于对YZ-35钻机增压风机进行改造的研究

刘时富

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

在众多的矿山和施工现场，我们看到的不仅仅是机器轰鸣、车辆奔驰，我们也看到了现场尘土飞扬。恶劣的环境不仅对人有影响，对机器造成的损害同样不可忽视［1］。研究表明：道路灰尘以二氧化硅（SiO2）、氧化铝（AI2O3）、基陶瓷和氧化铁（FeO3）为主。同时灰尘浓度随道路状况、气候条件等的不同而不同。沥青路面为0.0002～0.0005g/m3,非沥青路面为0.0005～0.13g/m3,多灰尘路面为0.3～0.5g/m3，建筑工地矿区等可达到0.5～1.0g/m3甚至更高。因而在矿山、建筑工地等环境恶劣灰尘量大的地方特别容易发生机械或电器故障［2］。

德兴铜矿是亚洲第二大的露天铜矿，矿山生产的主要环节如采矿、掘进、运输几乎所有作业工序都不同程度地产生粉尘。露天采场生产因大量使用大型移动式机械设备和大爆破,使矿内空气产生一系列尘毒污染,如爆破和采用柴油机为动力的设备等。德兴铜矿露天开采强度大,机械化程度高,受地面气象条件影响,产生的气体常具突发性、持续性［3］。

YZ-35型牙轮钻机是现德兴铜矿采矿场钻孔的主要设备，其产能大效率高，构造复杂，内部包括众多机械及电气设备，工作时将产生大量的热量，需要从外部环境中引入冷空气进行冷却，并使钻机机械室内形成正压，防止室外的粉尘进入室内［4］。

目前室内通风采用轴流通风机加惯性过滤器组合形式，由于采区粉尘大，惯性过滤器过滤效率低，大量的粉尘被风机送入机械室内，加剧了机械设备的磨损，增加了电器设备故障，缩短了设备的寿命，提高了维修保养频次，增加了运营成本，且惯性过滤器容易堵塞，不易清洁，造成室内风量减小，设备温度升高，室内正压不足，外部粉尘进入室内，形成恶性循环［5］。

2 技术改造方案

2.1 主要技术参数

德兴铜矿（矿内编号4）钻机现用1台5.5kW通风机，图1是现有的除尘器。

图1 惯性过滤器图

现有除尘装置的原理及主要配置：

（1）惯性过滤器。

现有的钻机，在粉尘过滤上采用的是惯性式除尘器，设置有1台惯性过滤器。其过滤原件是金属滤板，在滤板上均与设置一排排翅形孔，使外部空气能进入到滤板内。其工作原理是，气流中携带的粉尘都有一定的运动速度，进入到金属滤板时，由于惯性的作用，粉尘撞击到金属板上，从而被截留下来，落入尘斗中。

惯性除尘，对于大颗粒的粉尘有一定的效果。但对于空气中漂浮的小颗粒粉尘，其惯性作用的效果较小，除尘的效果并不理想。而正是这些细小的粉尘，危害很大，容易引起设备的故障，有研究表明，15～30µ灰尘对机械设备引起的磨损最大。

（2）轴流风机，现用1台卧式安装的轴流风机,功率 5.5kW，叶轮直径890mm，最大转速1440转/分，参照“美国双城风机公司”相关标准估算流量约25000m3/h。

（3）排尘。

采用的是正压过滤的形式，通过轴流风机将户外的空气鼓入惯性过滤器中。同时，收集的粉尘也借由一部分正压风由排尘管排出钻机外。

由于现场工况环境恶例，粉尘量大，现有的惯性过滤器过滤效率低，过滤器体积小，纳污量小，导致滤芯过早堵塞，降低了输入钻机风量，由于滤芯是粗过滤器，较多的粉尘被带入钻机，进而损坏电气元件,增加了电路故障,同时惯性过滤器更换困难。

为解决这这些问题, 使机械室内温度下降为正常温度,有利于电气设备的正常工作,延长气设备的使用寿命，降低运营成本，增加运营利润，特做如下改造方案。

2.2 技术改造方案

在矿区的作业现场，环境的空气中漂浮着大量的尘土和粉尘。这些粉尘将会对机械和电气设备造成危害，造成频繁的设备故障，从而影响生产。因此，对进入机棚的空气进行有效过滤，设置过滤效率更高的除尘设备是必要的。

（1）除尘改造的思路。

由于是对现有设备进行改造，必然会涉及到对现有设备、结构、电气等方面的改动。为将改动减到最小，我们在整个方案中都会按如下思路进行设计：

提供更有效的过滤设备，减少钻机粉尘问题；

减少对现有机结构的破坏，保证结构的稳固安全；

减少对现有电气系统的改动；

安全可靠，经济可行。

（2）系统组成及工作流程。

系统主要分为三大部分：轴流风机、过滤系统、反吹系统（如图2所示）。

图2 增压风机系统流程图

如图2所示，室外空气从除尘器进入污气室，经过滤芯过滤后，洁净的空气进入到净气室，经过风机送入到机棚内。除尘器过滤的粉尘，由反吹系统反吹后直接排出室外。

同时，系统配有压缩空气反吹系统，可自动对滤芯进行清理，减少滤芯的进气阻力，保证通风效果，延长滤芯的使用寿命。系统整体示意图（如图3所示）。

图3 系统整体示意图

2.3 电机的主要参数

在现有风机参数及基础上，增大风机参数，在风机入口处进行过滤装置改造如图4，选用1台卧式安装的7.5kW轴流风机，美国双城品牌，基本参数如下：

轴流风机功率：7.5kW；

叶轮直径：900mm；

最大转速：1480rpm；

额定流量：28800m3/h；

额定压力：450Pa。

风机性能曲线如图5。

其中：

SP——风量风压线；

KW——电机功率线；

STATIC EFFICIENCY——效率线；

SYSTEM CURVE——系统线；

轴流风机功率：7.5kW

叶轮直径：900mm；

最大转速：1480rpm；

额定流量：28800m3/h；

额定压力：450Pa

图4 风机过滤装置改造图

图5 风机性能曲线图

表1 改造前后风机主要参数对比表

2.4 系统设计主要参数

处理气体：矿区室外空气；

过滤总流量：28800m3/h

粉尘颗粒：≥1µm；

供电：380V/50Hz/3P；

冬季设计温度：-10℃。

3 过滤系统

原有的惯性式除尘器，由于对小颗粒粉尘过滤效率不高，因此更换为过滤效率更高的筒式除尘器。

过滤系统主要由防尘门、污气室、净气室组成，如图6所示。

图6 过滤系统图

（1）防尘门：进风口安装有防尘门，原理如同汽车空滤旋风罩，当含有较大颗粒粉尘的空气通过弯曲的孔道时，由于惯性作用，颗粒撞击孔道壁而坠落，起到初级过滤的同时，延缓了滤芯的堵塞时间，提高了后级滤芯使用寿命。

主动加强与米其林、普利斯通、固特异等全球10大轮胎企业合作，积极拓展印度、土耳其等新兴市场，培育新的国际客户。目前泰华公司每月销往土耳其的产品已超过1000吨，泰华产品的非中国市场销售份额已经近五成，国际市场占有率呈持续增长态势。随着跨国经营的持续深入，国内的加工厂也引起国际大厂的关注，目前韩泰轮胎等大厂正在对广垦云南的加工厂进行认证。

图7 过滤原理图

（2）污气室：污气室主要起承载滤芯的作用，接收从进风口进入的污气，通过滤芯的过滤，过滤后洁净的空气进入净气室。污气室承受风机的负压及电铲机体的强烈震动和冲击，同时还要支撑全部滤芯的重量。

（3）滤芯：滤芯是过滤系统的核心元件，起着将污气中的颗粒物过滤拦截，保证洁净气体输送到钻机，保护钻机备件的重要作用。滤筒除尘器选择美国HV进口滤纸，可以有效的提高过滤效率，特别是针对1μm以上的粉尘，滤筒除尘器的过滤效率比惯性除尘器过滤效率有非常显著的提高。如图8。

图8 过滤效率Vs粒径图

滤芯数量设计及主要参数：

风机流量：Q=28800m3/h=480m3/h；

过滤面积：S=Q/V=480/2=240m2（V——过滤速度，取 2m/s）；

单只滤芯面积:S'=30m2；

滤芯数量：N=S/S'=240/30=8（只）。如图9。

图9 螺旋式加强圈图

主要参数：

（1）型号：K352470；

（2）滤筒数量：8只；

（3）滤筒尺寸：φ355*φ240*700mm；

（4）过滤面积：30m2；

（5）滤筒材质：美国HV滤材；

（6）钢 护 网：内外钢护网；

（7）端盖材质：镀锌材质；

（8）垫圈：氯丁胶垫圈。

滤芯外圆注胶，将滤纸折与折之间和滤纸与外护网牢固地粘结在一起，加强了折纸的强度，且其不易弯曲（弯曲的褶尖会将粉尘围起来，清灰时难以将粉尘去除，滤芯过早堵塞），提高了滤芯使用寿命。

4 反吹系统

反吹系统采用世界知名品牌“GOYEN”（高原），产地：澳大利亚。顶级的生产质量和工艺水平保证了可靠的使用寿命。阀体结构紧凑，维护简单、适合各种气候和环境的要求。如图10。

图10 TBMM时序脉冲控制仪

高原公司的TBMM（线路板）系列清灰系统控制器是专为操作脉冲除尘器阀门而设计的首选系列［6］。控制器提供连续信号给控制清灰脉冲频率和间隔的电磁阀以设定清灰时间。以TBMM电路板为基础的微处理机结合控制器程序的数字显示，能独立调节。

脉冲清灰技术：

滤筒清灰系统使用经计算机优化的专有脉冲清灰技术，使除尘器清灰效率更高，滤筒寿命更长。图中红色曲线代表应用创新的 Extralife 清灰系统，在滤筒前端的脉冲压力；兰色曲线代表普通滤筒式除尘器的脉冲压力，它产生的脉冲压力平均高出29%，令清灰效能最佳。当穿过第2个滤筒时的最高脉冲压力，仍可高达 6000Pa以上。如图11、图 12。

图11 脉冲清灰技术图

图12 脉冲清灰程序组成图

主要参数：

（1）型号：1寸；

（2）反吹口数：8 只；

（3）气压：3～5ba，最大不超过8ba；

（4）电压：220V。

5 设备改造步骤

除尘器系统的改造涉及到设备、电气、钢结构等内容的改造，主要步骤包括：过滤系统预制，旧设备拆除（旧风机及惯性过滤器），新设备安装，电路、气路连接，调试运行等。

安装整套过滤系统，除尘整个安装改造图，如图13、图14、图15。

图13 安装示意图

图14 系统爆炸视图

图15 改造后效果图

6 结论

通过以上改造，钻机室内增压效果明显，在满足了钻机室内风量补充的同时，室内的清洁度有了质的提高。机械室内设备及电器温度正常,有利于电气设备的正常工作,延长了电气设备的使用寿命，提高了钻机运行的可靠性，减少了日常检修保养频次，为钻机的稳定运行提供了充分保障，并设有配套的每半年进行一次更换滤芯的保养制度。

因此，通过改造降低了设备维护检修成本（包括备件成本和人工成本），减少了电气元器件的损坏，也降低了因钻机停工而造成的间接损失，且滤芯更换保养方便，现场适用性较强。