变频装置在煤矿主通风机上的应用

赵 励

（晋城乾泰安全技术有限责任公司，山西 晋城 048006）

引言

主通风机作为煤矿重要通风设备，在新建矿井中为满足生产需要，通常按生产所需最大风量进行风机选型，但是由于国家对煤矿统筹管理，矿井在基建到达二期后停工，矿井执行一停四不停政策，致使在实际运行中存在耗能大、效率低的问题。在对主通风机投入使用变频控制以后，能够解决“大马拉小车”的问题，但是变频运行中也存在一些风险。

1 煤矿主通风机结构

晋城地区某矿井于2014 年初安装了型号为FBCDZ №38的对旋轴流通风机2 台，每台风机配用型号为YBF 800M1-10 额定功率1 000 kW 电机2台，风量为13 860～26 820 m3/min，风压为1 442～4 821 Pa，转速580 r/min。

2 煤矿主通风机性能测定

通风机安装试运转正常后，该矿委托晋城乾泰安全技术有限责任公司对其通风机进行了性能测定，具体数据如表1 和图1 所示。

图1 换算后的主扇风机性能曲线图

表1 在用主通风机系统气动性能测定数据汇总表

结合通风机测定数据汇总表和性能曲线图分析可以得出：

1）通风机运行第3～6 个工况点，为风机运行的合理利用区。

2）超过第6 个工况点静压时，风机会发生“喘振”现象，从而影响矿井的正常生产。

因此，建议矿方针对风机“喘振”极限点进行报警设置，即在通风机监测监控系统中加入“喘振”示警功能，当风机运行静压超过4 700 Pa 时，会发出报警，提示风机即将“喘振”，必须采取降阻措施，防止“喘振”现象发生，矿方听从建议，在监测监控系统中添加了上诉保护，在之后运行的两年内，风机运行一切正常。

3 煤矿主通风机故障及原因分析

两年后，由于国家对煤矿统筹管理，矿井在基建到达二期后停工，矿井执行一停四不停政策，矿井用风量减小，矿方为降低能耗，采取通风机变频运行的方式减少风量，从而达到降低能耗的目的，具体的实施方法是将通风机频率降至19 Hz 运行，具体运行参数如下：

风量为109.07 m3/s；静压为761 Pa；主扇输入功率为103 kW；风机效率为80.6%；振动为4.3 mm/s。

这样运行半年后，矿井恢复正常生产，因而将风机运行频率恢复到工频状态，刚恢复到工频状态运行后，就发生了风叶断裂“扫膛”扫膛事故。

这次事故给矿方造成10 万元的直接经济损失，影响正常生产3 d 以上，间接经济损失更是巨大，事故发生后，矿方邀请公司和风机制造厂家进行事故分析，通过严密科学的分析，得出事故的主要原因为过低的运行频率，通风机检修工对通风机每月一次的维护保养流于形式，未能及时发现风叶运行不正常为次要原因。理由如下：

根据通风机比例定律：

式中：Q1、H1、N1、n1、ρ1分别代表风机工频的流量、静压、功率、转速、密度，Q2、H2、N2、n2、ρ2分别代表风机变频后的流量、静压、功率、转速、密度。

通过计算，将通风机19 Hz 运行时的工况：风量为109.07 m3/s；静压为761 Pa；主扇输入功率为103 kW；风机效率为80.6%；

换算到工频运行下的工况：风量为279 m3/s；静压为4 525 Pa；主扇输入功率为1 558 kW；风机效率为81.0%；

结合表1 和图1 可以发现，换算后的数据在性能曲线图中所处的位置在第6 到第7 个工况点之间，为风机的“喘振”运行区域，因此该通风机低频运行时，实际上就是在该风机“喘振”运行区域运行，也正因为是低频运行，典型风机“喘振”的表现，如：振动超标，噪声过大，气流、功率周期性变化等表现不明显，现场值班人员和检修工未能及时发现，导致该风机长期在“喘振”状态下运行，风叶处于受伤状态，当风机由低频到工频转换时，风压变化非常大，风叶受伤部位发生断裂，造成了事故的发生[1-2]。

4 结论

1）煤矿用主通风机采取变频运行时，不宜采取过低的频率运行，一般最低不得低于30 Hz 运行，因为通过实验得出，当风机低于30 Hz 运行时，典型风机“喘振”的表现，如：振动超标，噪声过大，气流、功率周期性变化等表现不明显，对风机安全运行造成隐患。

2）当通风机使用变频控制系统时，通风机的监测监控系统应加设通风机比例定律计算，将通风机实际低频运行工况换算到工频运行的工况，能够保证所设置的“喘振”示警保护起到相应的作用。

3）通风机检修工除了日常维护工作外，应每月进入风机，对每一片风叶进行检查，排除隐患。