礦井通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成及主要參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

叢高影

摘 要：礦井主通風(fēng)機(jī)主要擔(dān)負(fù)著整個(gè)礦井或礦井某一區(qū)域的通風(fēng)任務(wù)，由于主通風(fēng)機(jī)需要保持長(zhǎng)期持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如果出現(xiàn)問題直接影響煤礦的安全，所以，必須通過對(duì)風(fēng)機(jī)、溫度、振動(dòng)參數(shù)等各種參數(shù)采集與監(jiān)測(cè)以達(dá)到控制風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，主要包括根據(jù)實(shí)際情況對(duì)風(fēng)機(jī)的選型、溫度傳感器的選擇、風(fēng)量的監(jiān)測(cè)方法和風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況的監(jiān)測(cè)等。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī) 參數(shù) 監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TD635 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）06（a）-0089-02

1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成

該系統(tǒng)的主通風(fēng)機(jī)有兩臺(tái)，它們之間沒有主次之分，兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)輪流使用，這樣就能夠保證一旦主通風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，這個(gè)通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)不至于癱瘓，既能使設(shè)備得到及時(shí)的保養(yǎng)，又能使系統(tǒng)可靠運(yùn)行，這種結(jié)構(gòu)就是雙冗余結(jié)構(gòu)。風(fēng)壓、溫度、瓦斯?jié)舛鹊葦?shù)據(jù)是該系統(tǒng)控制的重要依據(jù)。

該系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，即上位機(jī)系統(tǒng)和下位機(jī)系統(tǒng)。西門子公司W(wǎng)inCC組態(tài)軟件是上位機(jī)系統(tǒng)的控制軟件。西門子s7-300作為下位機(jī)的處理核心，負(fù)責(zé)完成各種任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)輸出和控制算法等，適用于大量的信息處理和高實(shí)時(shí)性的煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。其中有4個(gè)變頻器，主要作用是接受指令，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率，達(dá)到控制目的；6個(gè)EM277擴(kuò)展模塊，主要作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量的模擬量輸入模塊；兩個(gè)風(fēng)壓傳感器，主要作用是測(cè)量礦井下風(fēng)量的大小；兩個(gè)溫度傳感器，主要作用是測(cè)量電機(jī)的軸承溫度和整個(gè)運(yùn)行環(huán)境的溫度；兩個(gè)瓦斯傳感器，監(jiān)測(cè)巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛取?/p>

2 礦井主通風(fēng)機(jī)的選擇

2.1 按氣體流動(dòng)方向的不同，通風(fēng)機(jī)的分類

（1）離心式風(fēng)機(jī)：空氣流入風(fēng)機(jī)葉輪，離心力使其被軸向壓縮，然后徑向流動(dòng)。

（2）軸流式風(fēng)機(jī)：氣體沿著主承軸進(jìn)入到葉片通道，在旋轉(zhuǎn)的過程中，形成圓柱形的氣流，氣體在其上面流動(dòng)。

（3）混流式風(fēng)機(jī)：氣體在進(jìn)入葉道時(shí)，不與主軸平行，而是有一定角度，這樣在旋轉(zhuǎn)式就形成錐形氣流。

（4）橫流式風(fēng)機(jī)：氣體以垂直于主軸的方向進(jìn)入葉道，旋轉(zhuǎn)時(shí)氣體受到葉片作用產(chǎn)生壓力。

對(duì)于我國(guó)的大中型礦井來說，采用較多的還是軸流式通風(fēng)機(jī)，主要是原因是該系列風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)固可靠、噪聲小和功能選擇范圍廣等特點(diǎn)。

2.2 對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)具有的優(yōu)缺點(diǎn)為：

（1）傳動(dòng)的效率十分高。

（2）對(duì)旋軸流式風(fēng)機(jī)最高壓力點(diǎn)值較高。

（3）靜壓力的效率高。

（4）對(duì)旋式軸流風(fēng)機(jī)能夠逆向送風(fēng)。

2.3 礦井主通風(fēng)機(jī)的有關(guān)參數(shù)的計(jì)算和處理

2.3.1 風(fēng)量

通風(fēng)機(jī)風(fēng)量就是在單位時(shí)間內(nèi)，氣體流入通風(fēng)機(jī)的體積。

2.3.2 風(fēng)壓

在通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，風(fēng)壓就是單位體積內(nèi)，空氣所具有的勢(shì)能。風(fēng)壓可分為全壓、動(dòng)壓和靜壓。

2.4 風(fēng)機(jī)的特性曲線

隨著通風(fēng)機(jī)內(nèi)氣體流量的變化，通風(fēng)的效率、風(fēng)壓和軸功率也發(fā)生變化，它們之間存在一定的關(guān)聯(lián)。由此得到的曲線就是通風(fēng)機(jī)的特性曲線（圖1）。

3 礦井主通風(fēng)機(jī)主要傳感器的選擇

能夠確保煤礦生產(chǎn)一直處于一個(gè)安全穩(wěn)定的條件下，即風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中的，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要包括風(fēng)機(jī)的后軸承溫度、負(fù)壓的大小、風(fēng)速的大小等。

3.1 溫度傳感器

在整個(gè)煤礦通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)是其中一項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)。鉑熱電阻是熱電阻中應(yīng)用比較廣泛的，它在復(fù)雜環(huán)境下和高溫狀態(tài)下工作穩(wěn)定，鉑熱電阻制成標(biāo)準(zhǔn)溫度的基準(zhǔn)儀，其溫度測(cè)量區(qū)間在-200 ℃～+600 ℃。Ptl00是該系統(tǒng)選用的溫度傳感器。

通風(fēng)機(jī)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的軸承溫度，它的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也是必須采集的一種參數(shù)。整個(gè)溫度數(shù)據(jù)采集的過程，先由溫度傳感器測(cè)量溫度，將采集來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可傳輸?shù)男盘?hào)，經(jīng)過信號(hào)整定，再將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，最后傳給PLC。

3.2 風(fēng)機(jī)振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量

在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動(dòng)，如果振動(dòng)輕微，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。但振動(dòng)的幅度太大或者振動(dòng)不規(guī)律，就可能造成風(fēng)機(jī)停機(jī)或損壞。在測(cè)量振動(dòng)時(shí)，要選取合理的測(cè)量量，如振動(dòng)位移、振動(dòng)加速度和振動(dòng)速度等。

根據(jù)系統(tǒng)的要求，選取風(fēng)機(jī)主軸承的振動(dòng)速度作為反映測(cè)量振動(dòng)參數(shù)好壞的依據(jù)。振動(dòng)速度快則噪音大，振動(dòng)速度慢則噪音小。在通風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)風(fēng)機(jī)主軸承振動(dòng)的測(cè)量，分為水平和垂直振動(dòng)兩種。

通過歷史使用經(jīng)驗(yàn)法可以知道，如果用振動(dòng)位移作為測(cè)量參量，就應(yīng)該使用電渦流式傳感器；如果用振動(dòng)速度作為測(cè)量參量，就應(yīng)該使用速度式傳感器；如果用振動(dòng)加速度值作為測(cè)量參量，就應(yīng)該使用加速度式傳感器。

3.3 風(fēng)機(jī)風(fēng)量的測(cè)量

風(fēng)量是監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。要測(cè)量風(fēng)量主要有兩個(gè)途徑，一個(gè)是通過風(fēng)速來測(cè)量風(fēng)量，另一個(gè)是通過測(cè)壓管來測(cè)量風(fēng)量。

3.3.1 風(fēng)速監(jiān)測(cè)風(fēng)量

通過測(cè)量風(fēng)速的大小來確定風(fēng)量的大小，所以要得到風(fēng)量的測(cè)量值，只要測(cè)量出風(fēng)速的大小就可以了，這樣就需要使用風(fēng)速傳感器。

在礦井中需要測(cè)量風(fēng)速的地方主要有：通風(fēng)機(jī)的井口、每一個(gè)巷道和各種風(fēng)口等處。這些地方的風(fēng)速大小都是通過GFWl5風(fēng)速傳感器測(cè)量出來的，最后通過這些測(cè)量數(shù)據(jù)來計(jì)算風(fēng)量的大小，調(diào)整礦井通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，保證礦井的安全。

3.3.2 測(cè)壓管監(jiān)測(cè)風(fēng)量

應(yīng)用測(cè)壓管監(jiān)測(cè)風(fēng)量，其原理是只要能夠測(cè)出管內(nèi)一點(diǎn)的動(dòng)壓值，根據(jù)下面的計(jì)算公式就能夠算出這一點(diǎn)的風(fēng)速。這是一種十分簡(jiǎn)便可行的方法。

計(jì)算公式如下：

4 結(jié)語

該文主要介紹了礦井主通風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對(duì)通風(fēng)機(jī)性能特性的比較，選擇了對(duì)旋式軸流通風(fēng)機(jī)作為該系統(tǒng)的礦井主通風(fēng)機(jī)。該文還詳細(xì)了介紹了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法的特點(diǎn)和功能，分析了礦井主通風(fēng)機(jī)的各種實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)方法，選取合理的傳感器構(gòu)成整個(gè)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1] 安賽，林柏泉.主要通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工礦自動(dòng)化，2012（1）：4-7.

[2] 張紅.熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)誤差剖析及處理對(duì)策[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（2）：63-66.