静压差法在抽出式通风机安全管理中的应用

曹艳军

(1.山西省节能中心有限公司， 山西 太原 030045； 2.太原理工大学， 山西 太原 030045)

国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局在〔2012〕99号文件中对煤矿在用通风机提出检测要求，依据AQ1011-2005《煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范》每年对高瓦斯矿井、突出矿井直径1.8 m以下的风机进行检测检验；其他的为3年一次检测检验[1]. 风量是测试的主要参数之一，也是煤矿选择通风机的主要依据。目前测试通风机风量主要使用风速法或皮托管法。风速法主要利用智能多路风速测试仪或人工利用风表测试风速，再计算风量。实践发现智能多路风速测试仪需要在通风机停止状态下安装，工作量大，影响煤矿企业正常生产，并且很容易损坏。人工利用风表测试风速对测试人员的技术要求比较高，需要测试人员有极高责任心；尤其在通风机性能测试时，多次人工测试风速会出现明显的疲惫感，人为误差增大；接近喘振区需要快速测取通风机的实际情况，以免对风机造成损伤，人工测风会略慢些。皮托管法安装要求较高，在AQ1011-2005中要求皮托管在流速均匀的测定断面安装支撑架和皮托管，皮托管测头应超前支撑架100 mm，其余压孔应迎风正对气流，允许偏差不大于5°. 皮托管法存在定点不准，测压端在风流冲击下摆动大，读数不稳定，现场有无测孔等问题[2].

1 静压差法测定风量原理

静压差法测试风量是在风机入口处选择两个不同断面(图1)，通过测定1-1、2-2断面面积和静压值计算出风量[2-4]. 由于断面1-1、2-2距离很近，所以1-1、2-2断面间的阻力忽略不计，可以列出理想的流体力学方程：

(1)

P1、P2—1-1、2-2断面的静压，Pa；

V1、V2—1-1、2-2断面的风速，m/s；

ρ—风流空气密度，kg/m3.

由流体流动连续性方程得出：

Q=V1S1=V2S2

(2)

式中：

S1、S2—1-1、2-2断面的面积，m2；

Q—风量，m3/s.

联合方程(1)、(2)可得：

民国 《潼关县新志》。该志成书于民国二十年（1931），是赵鹏超于民国二十年回故乡避暑时主持编写的。是志记事始于上古，迄于民国十九年。全书分两卷，正文分八门（《地理志》《建置志》《田赋志》《官师志》《人物志》《选举志》《兵事志》 和 《艺文志》），约七万字。据《凡例》记载：“篇内资料，多取旧志”[3]，但赵鹏超在采用旧志史料的同时简要地补入了嘉庆二十二年（1817）至民国十九年间（1930）的人事史料。其体例无创新之处，内容太简。如人物、官师等门，对旧志删十之七、八，新增亦常以“无事可记”省略。

(3)

图1 通风机布置示意图

用该方法测试风机风量理论上是成熟的。但当两断面间的阻力不可忽略而将其忽略时，会导致所测试风量偏大；可将两断面间的风阻值R，根据具体情况进行标定以进一步提高测量精确度，此时：

(4)

此公式利用检定风表装置(标准风硐)，通过给定标准风量，取两个不同的标准断面测取静压值，利用静压差法计算出风量，与标准风量进行比较调整风阻值R；R值给定后不再调整，通过调节风硐给定高速、中速、低速多个风量值和静压差法测试风量值进行比较，接近标准风量。并且风量测试值相对稳定，同一风量值时，通过3次测取风量值计算其算术平均值，与最大值、最小值的相对差值均不大于2.5%(检测检验标准AQ1011-2005规定值)。在实际运用中需要测取风机网络工况运行稳定状态下风量和断面1-1、2-2的静压值来修订R值。在风机性能测试时，现场条件满足的情况下也可以人工用风表测取最大、最小和中间风量来比对风量的准确性。

2 在通风性能测试中的应用

测试前需要对通风机现场进行勘测，根据现场条件制定出可行的测试方案。在制定测试方案时需要考虑因素有：

1) 人工改变阻力位置，与测点保持足够的距离，确定在改变阻力时不影响测点的风流稳定，一般测点距离改变阻力位置最好控制在风机直径的5～10倍，这样既可以保证数据的快速反应也不影响数据的准确性。

2) 在给变阻力位置到压力测试点之间的风道无影响风流稳定的东西，并且无明显的内外漏风现象。通风机进、出口之间不得存在气体循环。

3) 由于静压差法是通过静压差(ΔP)计算风量的，因此ΔP愈大愈容易测试，得到的结果也就越准确。在风量一定的情况下，S2/S1越小ΔP愈大。选择测试断面S1、S2应有明显的面积差，一般情况应S2/S1<0.75.

4) 布置静压测点位置，为了避免静压测量时出现误差偏大，通常需要在通风机正上方和左下、右下(120°夹角)处取直径约为10 mm的圆孔(图2)，测取通风机的静压。

图2 静压测点布置示意图

通风机测试前需要准备的主要工作有：分别将断面1-1、2-2上的3个静压孔用软管串联在一起，连接于通风参数仪(气压表)上，测取断面1-1、2-2的静压值。保证在连接中没有漏气现象，软管在测试过程中不能出现被挤压现象。同时用电动机经济运行测试仪分别测取一级、二级电机功率。

测试时需要人为从通风机最小阻力一直测试到风机可以运行的最大阻力(俗称喘振)。在测试过程中断面1-1、2-2的静压会随着阻力的增大而增大，而风量逐渐减小；断面1-1、2-2的静压差值是随着风量的减小逐渐缩小的。测试过程中需要一直关注静压及静压差的变化，发现异常时及时找出原因并排除后继续测试。测试前期人为增加阻力时可幅度大一些，当出现一级、二级功率接近时说明风机进入高效率区域，之后再增加阻力时会出现二级功率逐步超越一级功率，这时增加阻力的幅度需要逐步降低。此时特别关注断面1-1、2-2的静压变化，当小端面2-2的静压几乎不增加时风机运行接近最高静压值，这时增加阻力时进入微调，在增加阻力出现静压、功率回落时风机进入喘振区，风机的声音也会发生变化，风机测试完毕停机。

案例1：引用某煤矿新安装通风机测试报告部分数据(表1,2)详细解析。

表1 某矿通风概况表

根据表2数据显示,在第5测点时一级、二级功率接近，通风机运行静压效率为70%. AQ1011-2005中要求主通风机装置运行效率应不小于最高效率的70%，即80%×70%=56%. 因此当一级、二级功率接近时在高效率区域运行。在第8测点时出现一级、二级功率回落，断面2-2静压增幅明显低于断面1-1静压增幅，根据经验此时接近通风机运行最高静压。如果再继续增加阻力时，人为减小进风面积不好控制，有可能直接进去喘振区，对风机造成损伤或出现事故。考虑到安全，在第8测点测试完成结束此次检测。

表2 某煤矿新安装通风机测试相关数据表

3 在通风机正常运行时的应用

通风机在正常运行的过程中，矿井通风系统发生改变，通风阻力增加并长期运行。为了保证通风机在有效区域运行，可以通过人为继续短暂增加井下阻力，观察大小断面的静压和功率变化来判断是否接近喘振区运行。记录风机大断面1-1的最大静压值(P大)，用P大×90%与通风机实际运行工况的静压值(P工)做比较；P大×90%

4 结 论

静压差法测试风量相对于其他方法比较容易实现，在实践操作中比较简单，配套工具只需要连接接头、软管和气压表就可以实现。现场准备工作量小，一般在通风机上就可以实现安装测试(利用风机的风筒作为大断面测试面，利用集流器处的环形断面作为小断面测试面)，并且测试过程数据稳定、数据变化反应灵敏，适合大部分矿井通风机性能检测检验和通风机日常监控使用。建议将静压差法测试写进通风机性能检测标准中，作为标准测试方法之一，并在通风机监控使用中推广应用。