基于矿井主通风机上变频调速节能技术要点分析

＊王鹏飞

（山西省长治经坊煤业有限公司 山西 046000）

主通风机在采矿工程中是不可缺少的重要组成部分，一般起到的作用就是实现井上井下的空气流通，同时还具有一定的有毒气体排出效果，充分保证井下工作人员的生命安全和采矿工作的正常进行。但是主通风机也是采矿工作中的主要用电设备之一，然而在实际使用的过程中并不需要主通风机进行最大功率的全时间段运转，所以需要主通风机使用变频调速节能技术。

1.主通风机浪费电能的原因

主通风机在传统的控制管理中，需要将电能转化成能够推动风扇进行转动的机械能[1]。在进行转化的过程中就会造成一定的电能流失，因为现阶段还没有技术能够将能量进行无损耗的转化。同时在传统的主通风机控制管理中，往往会使用一个主通风机对井上空气和井下空气进行充分的控制，同时准备另一个主通风机备用。所以主通风机会消耗大量的电能，同时主通风机在建设过程中也会造成一定的资源浪费，在能量转化的过程中也会造成一部分电能的损耗。

最重要的是在采矿过程中，主通风机会持续不断的对空气进行控制管理，即使在井下空气质量比较好时候，主通风机也会进行持续不断的运转，但是主通风机工作的质量和效率显然就过度消耗了电能[2]。而在采矿工程进行的过程中，如果对主通风机进行转速以及力度的调整第一是会阻碍采矿工作的正常进行，第二是浪费的人力资源成本和物力成本很大程度上会超过对主通风机的调整成本，所以在采矿工程中也不能够对主通风机进行调整，只能够使用传统的浪费电量的主通风机的控制方法。所以在现阶段使用变频调速技术对主通风机进行调整，通过新技术的使用在不影响采矿工程正常进行的背景下，降低主通风机的电能消耗，从而达到节能减排的工作目标，降低采矿工程的经营成本，推动我国生态建设。

2.变频调速技术的原理

(1)变频调速技术

为了控制矿井下空气的平衡，通常情况下，煤矿矿井中会安装两台主通风机设备，其中一台主要负责日常工作，另一台主要在第一台出现故障时发挥代替作用。为了全面保证井下空气实现流通，主通风机往往具备着最大的工作功率，然而矿井中的具体空气质量通常会随着时间的推移而出现波动，当矿井中保持良好的空气质量时，主通风机仍旧处于满功率工作状态，进而导致功率的浪费。由于主通风机拥有着特殊的结构，导致其无法借助常规形式的调速装置，达到控制风机转速的效果，进一步导致所需成本和相关技术要求都相对较高。然而变频节能技术能够促使主通风机在运转的基础上达到控制风机工作功率的效果，结合矿井下的实际空气质量适当控制风机功率，这种控制方式拥有较高的精确度，可以在平衡矿机下空气质量的基础上实现风机用电量的减少。

(2)主通风机变频调速的原理

主通风机的主要电能消耗的部分就是主通风机的电动机，这是主通风机将电能转化成机械能的重要部分，而主通风机的电动机的主要作用就是提供能够保证主通风机转动的转速[3]。所以使用变频调速的方式，通过影响主通风机电动机的转速，实现对电量的控制，最终降低采矿过程中生产经营的成本。也就是说在使用变频调速技术之后，能够控制电动机的转速，进而实现对电动机用电量的控制。电动机转速越低，需要的电量就越少，相反的是电动机转速越高，需要的电量就越高。需要注意的是，在使用主通风机变频调速技术时，一定要保证井下空气的质量。不要造成本末倒置的现象，重视控制电量的消耗而忽视了井下空气的质量，最终造成安全事故的发生。这样也不利于企业获得良好的经济效益和社会效益。

所以在使用主通风机变频调速的过程中，需要使用对井下空气质量进行实时监测的设备，这样才能够为主通风机变频调速工作奠定良好的工作基础[4]。像工作人员可以在井下放置具备信息传输功能的空气质量监测设备，通过检测设备对空气质量的实时监测，帮助工作人员了解井下空气质量是否符合标准，在发现空气质量不能够充分满足采矿工作进行的条件时，提高电动机的转速，加快井下井上空气置换的效率，保护井下工作人员的生命健康安全。

3.调速的目的

(1)调节工况和节能

在矿井实际作业期间，因为井下无论是对风量的需求，还是对通风网络特性往往存在较高的要求，需要通过对风机工况点的实时调节来达到生产要求。《安全规程》中明确提出了煤矿井下作业中的通风量，当通风量较小时，无法达到生产要求，当通风量较大时，则会导致采煤工作面出现粉尘加剧的现象，进而导致能源的大量浪费。经常纳入调节范畴的方法，如节流调节会导致能源的浪费；改变前导器叶片安装角度调节通常会影响风机的效率，同时只适用于离心式风机上；调整叶轮叶片安装角度不仅需要停机状态操作，而且会导致风机效率出现较大变化，一般情况下，适用于调节幅度较大作业中；只有转速调节不会影响风机效率，如果安装调节转速设备，则可以达到不停机调节的效果。因为矿井通风设备属于一种连续运转、常年不停机的大型设备，具有较大的耗电量，倘若风机不管安装在哪个工况点上都可以保持高效运转状态，则会创造良好的经济效益。所以，小幅度的调节可以尝试着运用转速调节，变频调速借助控制电源频率保证电机达到无级变速效果，进而保证电机始终处于无极调节状态。

(2)优化启动功能

因为矿井通风设备往往运用轴流式通风机，然而轴流式通风机的启动条件在于风门保持全开或者半开状态，具体而言，是带负载启动，同时矿用通风机往往配备着惯性力相对较强的旋转部件，风机的负载性保持着一定的特殊性，所以风机存在较大的启动难度，启动电流相对较强，逐渐成为通风机设备相关操作管理中的关键环节。为了保证通风机实现启动平稳，其中最佳的方法是保证软启动，具体而言是让风机的转速从最初的零值开始到额定值始终保持缓慢增加状态，进而降低动负荷。通过变频技术可以达到这一目的，主要原因在于，交流电动机的转速n与电源频率f保持着n=60f/p（p表示交流电动机的级对数），在风机处于启动状态时，保证电源频率有最初的零工频一步步稳定变化，保证电动机的转速稳定上升，严格控制启动与速度，达到通风机处于软启动状态。

4.选择变频调速方案

在采矿工程中使用主通风机变频调速的过程中，由于矿井的结构不同，矿道的挖掘程度也不同，所以选择的变频调速方案也是不同的。所以需要结合实际情况，选择高质量高效率的变频调速方案，在保证采矿工作能够安全进行的条件下，对采矿工程中的主通风机进行充分合理调整，使其适应工程中的工作状态，充分保证井下空气的质量。

常见的为了保证主通风机工作不受井下设备谐波的影响，需要使用质量较好的变频器，这样能够尽量避免谐波影响变频调速设备的工作，从而影响主通风机的工作质量和效率。其次就是为了提高两个主通风机的工作效率，降低主通风机工作对采矿工程的不良影响。所以应该在变频设备上设置分离线，将分离线分别置于两个主通风机的电动机中，这样在一个主通风机由于质量问题而失灵之后，可以通过变频器对另一个备用主通风机进行快速高效的转速控制，进而实现对电量的有效控制，降低采矿企业生产经营的成本，同时提高工作人员的工作效率，降低了主通风机不工作或者更换主通风机工作对采矿工作的阻碍程度。最后就是将变频调速控制系统和能够实时监测井下空气质量的智能设备进行充分的连接，这样做能够减少调整主通风机转速的人力资源投入成本，整个变频调速系统能够实现智能化的控制，针对井下空气的质量进行及时的调整，最终提高采矿工程中采矿工作的安全性，同时降低采矿企业生产经营的成本。

5.实施变频调速方案

针对不同的采矿工程实施的变频调速方案是不同的，不仅是针对主通风机的规格和效率选择的不同，同时矿井中有害气体的含量和矿井中矿物的含量也对实施变频调速方案有一定的影响，所以在实施变频调速的过程中需要根据实际采矿工程的实施情况进行调整。保证实施变频调速方案之后的主通风机能够充分适应采矿工作的要求。

首先工作人员应该先对主通风机使用的情况进行充分的调查，调查主通风机是不是能够满足实施变频调速方案的要求。如果主通风机不满足的话，需要结合实际的采矿工程对通风的要求进行采购，以此来充分落实主通风机能够满足采矿工程要求的工作。同时工作人员应该对矿井中的有害气体含量进行调查，这样能够帮助设计主通风机变频调速系统，进而实现较好的空气流通效果。

在调查工作完成之后，工作人员应该结合调查结果进行实际的安装变频调速系统工作。在安装的过程中，需要工作人员先暂停采矿工程的相关工作，进行主线路的断电。这样既能够保证工作人员的生命安全，同时也有助于保证井下工作人员的生命安全。然后通过对接线路，实现效果良好的变频调速安装工作。在安装工作完成之后，面对主通风机进行效果检测，检测的同时也要对备用通风机进行效果监测，充分保证变频调速系统能够适应采矿工程对通风效果的要求。在效果监测工作完成之后，可以将实施完变频调速方案的主通风机运用在实际的采矿工程中。在这个过程中需要注意的有两点。第一就是在安装的过程中一定要停止采矿工程进行的工作，因为在安装的过程中，主通风机是不进行运转的，所以不能够产生地上空气和地下空气实时置换的效果，强行采矿的话，可能会对井下工作人员造成生命安全威胁。第二点就是在进行安装之前一定要进行充分的调查，这样不仅能够保证主通风机能够适应采矿工程工作的进行，同时还能够充分保证主通风机在运行过程中减少故障事件出现的概率。通过对不同的采矿工程设计不同的变频调速方案，能够充分发挥主通风机的作用，同时降低企业的能耗，促进企业实现经济效益和社会效益的目标。

6.主通风机变频技术节能效果

通过实例来讲解主通风机变频技术的节能效果。在某个采矿工程中，没有安装变频调速系统之前，电动机的频率大概是50Hz，转速是740r/min，按照工作效率是56%来计算。主通风机每年消耗的电能是324万千瓦时，而在安装完变频调速系统之后，平均转速是550r/min，效率提高到80%，所以最终的耗电量是225万千瓦时，能够明显看出省电的效果，所以在采矿工程中使用主通风机变频调速技术能够充分降低采矿企业的生产经营成本。

其次就是在采矿工程中使用变频调速技术能够实现的间接经济效益。在传统的主通风机使用过程中，由于电力强压的影响，主通风机使用的寿命相对较短。而在实施了变频调速技术之后，电动机接收到的电流相对平滑，对电动机的冲击力度小，同时电动机起步也是逐渐加速和逐渐减速，所以电动机起步要相对平稳。这样能够充分延长主通风机的使用寿命，不仅能够降低日常的维护成本投入，同时还能够延长主通风机的使用时间。大大降低了企业在主通风机的投入资金成本，实现了高效高质量的经济成本目标。

最后就是针对环保的收益，在传统的主通风机使用过程中，对电能的浪费和对二氧化碳的排放量都是最大的，而在使用了主通风机变频调速的技术之后，对电能的浪费变小，同时二氧化碳的排放量也变低。这样能够有效推动我国节能减排工作和生态建设工作的实施，为我国的社会主义建设贡献力量，帮助企业在获得良好经济效益的基础上也获得良好的社会效益，建立良好的企业形象。

7.变频节能技术纳入煤矿通风机设备范畴的具体应用实践分析

在全面推广和实践变频节能技术期间，需要立足于多个角度优化矿井通风机，并根据变频节能技术的相关应用原理进一步完善其实践形式，进而保证矿井通风机性能得到全面优化。在矿井通风机的运行中，变频节能技术的实践应用主要有以下几方面：

（1）变频器的优化在矿井通风机中的具体应用变频节能技术，关键环节在于矿井通风机设备的变频器安装，根据相关变频调速功能的具体应用效果，对矿井通风机设备的送风量、风速、使用效率和稳定性起到控制作用，保证矿井通风机发挥节能效应。

（2）液力耦合器调速的优化，主要是对矿井通风机设备内部耦合器部件调速功能的优化，具体而言，是借助新型的液力耦合器对矿井通风机设备的运行速度发挥调整作用。在现阶段矿井通风机设备的电动机耦合器的优化中，主要借助更新耦合器内部的泵轮与涡轮转速调节部件来实现控制整个矿井通风机设备转速的效果。这种液力耦合器在实际应用中，需要通过液体的帮助，立足于传到扭矩作用的基础上，调节矿井通风机设备的转动速度，同时保证通风机设备的电动机拥有较强的运行与功率输出稳定性，促进其具备一定的实用价值。但是，随着变频节能技术的持续发展，液力耦合器因为其自身体积较大、调速效果不明显的相关因素而逐渐突出的各方面的缺陷，导致应用情况受到严重影响。

8.结束语

通过讲解主通风机的变频调速技术原理和具体的使用要点，以及实际的采矿工程中的节能实例，能够充分证明主通风机变频调速技术的使用能够降低采矿企业生产经营成本。同时使用变频调速技术能够降低主通风机电动机长时间在最大功率下进行工作对电动机造成的损坏，也就是能够显著提高主通风机使用寿命，从某种程度上来说，能够帮助采矿企业获得相对良好的经济效益和社会效益。