气动马达驱动的局部通风机研制

王文英

（华北重型装备制造有限公司，河北邯郸 056200）

0 引言

我国煤矿每年都因瓦斯煤尘爆炸、火灾、透水、顶板冒落、煤与瓦斯突出、冲击地压、中毒、窒息等多种灾害事故造成巨大经济损失。调查表明其中约70%煤矿特别重大事故是由瓦斯爆炸引起的，因此保持矿井通风对防止瓦斯超限、减少瓦斯事故、改善煤矿生产安全状况具有重要意义。

1 矿井用局部通风机

为了确保煤矿井下安全高效生产，局部通风机是保证矿井通风的关键设备，安置通风设备的根本目的就是为了提高生产的安全性能。现有的局部通风机主要使用电机驱动，一旦电力中断势必影响到生产安全及人员安全，这就要求供电系统除了要向负载提供高质量的电源外，还要保证供电的连续性。

目前大多数应急电源还不能实现超大功率的供电要求，传统方案通常用铅酸低压蓄电池组的应急电源（EPS），而铅酸蓄电池在充电过程中会产生氢，当氢浓度达到4%就可能引起爆炸，因而大容量铅酸蓄电池难以做成隔爆型，不能满足煤矿井下供电要求，并且成本高。

作为掘进工作面局部通风机停电时的应急供风系统，气动马达驱动的局部通风机的研制，以矿井现有的压缩空气为动力源，使用电动局部通风机改造而成。在整机外形尺寸不变、功效相当的基础上，增加了PLC自动控制系统，可以实现自动监测、自动开停的功能，能保证在有瓦斯气体、油气等易燃易爆的环境下使用，是现有局部通风系统可靠的补充措施。

2 总体方案设计及工作原理

作为井下通风的应急风机，气动马达驱动的局部通风机由集风器、叶轮、机壳、气动马达、自动控制系统等部件组成。气动马达为齿轮马达，压气由管道供给，用胶管和气动马达进气口联接，气动马达驱动的局部通风机具有结构紧凑、体积小、重量轻、操作简单、维修方便、安全性能好等特点，能保证在有瓦斯气体、油气等易燃易爆的环境下使用。风机采用对旋结构，基于PLC自动控制，能够在主、备风机掉电的情况下，自动切换至气动马达风机供风，内置不间断电源（UPS），稳定供风2 h以上。安装有7寸工业控制显示屏，可直观观察风机启停状态。

2.1 通风机改造

使用现有电动局部通风机改造，将电机拆下，更换为气动马达驱动，结构如图1所示。

图1 改造通风机结构

2.2 控制系统工作原理

2.2.1 气动控制原理设计

动力源使用矿井原有压缩空气管道供气：①压缩空气通过截流阀控制风量大小及通断，从而控制气动风机的转速与风压；②经三通分为两路进入气动三联阀，实现空气干燥和油水分离；③通过高压胶管将气体送至PLC箱内电磁气动阀（下文简称电磁阀），由隔爆控制箱中的PLC控制模块依据主管路风压情况控制气动电磁阀驱动气动马达开停，局部通风机实现送风作业。管路连接示意如图2所示。

图2 管路连接

2.2.2 PLC控制模块的设计

使用2个风量开关监测矿井主风道内有无来风。当主风道无风时，任一风量开关启动，就发送12 V开关量信号给PLC控制模块。控制模块得到信号后，经延时（延时时间可设置）输出信号给气动电磁阀，电磁阀得电使气阀打开，气动马达获得气源开始工作，局部通风机实现供风。

当矿井主风机恢复工作后，主风道有风。当两个风量开关同时检测到风道有风时，PLC控制模块得到有风信号，控制电磁阀断电，气道关闭，局部通风机停止工作。控制系统增加了启动/停止按钮，用以实现手动控制局部通风机启停，方便临时作业，如图3所示。

图3 控制系统

2.3 关键部件设计及选型

2.3.1 气动马达的选型。

以2×15 kW对旋式局部通风机为例。根据电动局部通风机主要技术参数、功效、重量、连接方式等，经设计计算选用2台AMC16齿轮式气动马达，外形结构如图4所示。该马达可通过控制风量来控制转速，从而实现局部通风机风压控制，主要技术参数如表1所示。

表1 风机主要技术参数

图4 齿轮式气动马达

该马达的优点有：①可以无级调速，通过调节压力或进气量，可以实转速和功率调节；②能够正转使用也能反转使用，可以实现瞬时换向且换向时冲击很小；③不受振动、高温、电磁等影响，可在易爆、潮湿、粉尘等条件下正常工作；④有过载保护作用，不会因过载而发生故障；⑤具有较高的启动力矩，可以直接带负载启动，启动、停止均迅速；⑥功率范围及转速范围较宽；⑦操纵方便，维护检修较容易。

2.3.2 气动元件的设计

气动三联阀（过滤器、减压阀、油雾器）安装在专用防护箱内。两路气动三联阀的设计，便于实现两台风机各自单独运转或一起运转。设计隔爆防护箱安装气动电磁阀、压力变送器及PLC控制系统，箱体上布置可视化窗口随时监测供气压力数值。气体管路中增加不锈钢波纹管，解决各控制阀间连接端口相互位移问题，还能起到减振、消音等作用，具有柔性好、质量轻、耐腐蚀、抗疲劳、耐高低温等优点。

3 结语

与电动局部通风机比较，气动马达驱动局部通风机具有结构简单可靠，重量轻，可实现PLC自动控制等优点。还可使用旧风机改造，降低了采购成本。气动马达驱动局部通风机的研制，优化了井下工人的作业环境，满足了矿井巷道断电时备用应急通风要求，为巷道持续可靠送风提供了有力的支持，极大提高了矿井应急防灾能力。