煤矿主通风机变频节能技术的研究

任 慧

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司， 山西 长治 046600）

引言

通风机作为煤矿生产所需的主要机械设备之一，对矿井的安全生产起着决定性的作用。因此，煤矿在考虑生产成本的基础上，会选用风量较大而且节能的通风机作为主要通风设备。但由于以前的通风机噪声大、运行效率低，而且在连续工作的状态下损耗严重，给矿井的安全生产和利益带来不便。因此，本文以同煤集团四老沟矿所用通风机为研究对象，对通风机采用变频器或调整电极来控制通风机，通过提高风机转速的方式来增大风量，可以有效地降低企业的生产成本，为矿井的安全生产提供相关参考。

1 工程背景

同煤集团四老沟矿矿井结构由主斜井、副斜井和回风井组成，为使矿井安全生产，集团拟为矿井安装2 台通风机供风，以保证矿井的正常开采。两套通风设备一套正常运行，但转速为620 r/min，产生的风量仅为12 200 m3，运行效率低[1]，消耗能量较大。另一套通风设备作为备用，以防止风机发生故障而停止工作，影响煤矿的正常开采。同时煤矿为每台风机配备9.8 kV 供电设备，并安装防爆电机。

2 高能耗运行原因分析

为了更多的了解通风机能量损耗情况，列举了部分煤矿的风机及运行参数如表1 所示。

由表1 可以看出，风机能量损耗大有以下几点原因：第一，由于开采初期的矿井难以实现主通风机的高效运，而矿井选择的电机额定功率大、电机负荷率普遍偏低，形成“大马拉小车”现象；第二，煤矿企业的采掘设备实现了一井一面高产高效生产模式，造成风机与配套电机的性能超过系统实际需要，运行效率比风机样本提供的偏低很多；第三，风机在运行时由于机械振动造成离心式通风机叶轮、外壳、引风道不在同一轴线，形成风机低效运转，降低了通风性能。

针对以上问题，煤矿企业在进行合理选型的基础上，对风机的不足之处进行了切合实际的改进，从而在降低企业生产成本的同时，保证矿井的安全生产。

表1 主要风机运行参数

3 变频节能技术

在煤炭开采过程中，煤矿井下需要足够多的新鲜空气来供工作人员作业、排放有毒气体并且调节矿井气候，这就使得矿井对风量有一定的需求，当通风机所供应的风量不能满足矿井安全生产，同时风机在高速运转的情况下连续工作，不仅对电流造成损耗，还会对风机内部构件造成严重损坏，这就使得矿井的生产成本增加。因此，设计人员需要对通风设备进行一定的改造，比如增设变频调节系统来控制风机的转速，使得风机在不同的时间产生不同的风量，从而保证矿井生产的正常运行。

3.1 变频器的特点

变频调速技术主要是通过对变频器对风机的控制系统增加一个反馈装置。随着风机的正常运行，主机在摩擦的情况下产生热能，使得风机内的温度升高，当温度超过风机所能承载的最大温度差时，变频器会自动调整风机的转速，使得主机稳定散热，提高了工作效率的同时[2]，有效地降低l 主机的磨损程度，延长了风机的使用寿命，保证了矿井安全生产的进行。

3.2 变频节能原理

1）变频调速技术主要是通过变频器调整通风机的转速，使得通风机在不同的时间产生不同的风量，转速可以用以下公式来表示：

式中：a为风机的频率；b为风机的转差率；c为电机极对数。由公式（1）可以看出，当改变风机的频率a、风机的转差率b或者电机的极对数c时，风机的转速随之改变，其中最容易实现的是改变电机的频率，从而使得矿井风量达到平衡[3-4]。

2）变频节能技术主要是电机转速提高的情况下产生了更多的风量，减少了电能的损耗，从而达到增速节能的效果。节能可以用以下公式来表示：

式中：Q为风机产生的风量；H为风机的风压；n为风机的转速；P为风机的功率。由公式（2）可以看出，风机的风量、功率和风压随着风机的额定转速的改变而改变。矿井在应用变频装置，风机可以根据需风量的不同而实现不同的转速，节约了电能的损耗，减少了风机的磨损，从而降低了企业的生产成本，使煤炭企业的利益最大化。

3）由于风机参数规格的不同，在运行过程中需要消耗的电能也不同，能耗可用式（3）计算：

式中：W为风机消耗的电能，kWh；Q为风机风量，m3/s；H为风机风压，Pa；η 为风机效率；T为风机工作时间，h。

由公式（3）可以看出，在风压和进风量不变的情况下，降低风机的转速，可以提高风机的运行效率，从而较少能量的损耗，为矿井的生产节约成本。

4 应用效果

为检验变频节能技术的合理性，根据矿井目前的实际情况通风机安装变频器前后的能耗进行校核，计算结果如表2 所示。

表2 风机变频前后参数表

由表2 可以看出，未安装变频装置之前，通风机的转速为728 r/min，额定功率为58 Hz，每秒可提供97.6 m3的风量，平均风压为1 937.32 Pa，效率为η=0.66，根据年度365 d，风扇工作一整天24 h,计算出风机变频调速前的能耗为2.51×106kWh；安装变频装置后，通风机电机的转速n降低为525 r/min，在所需风量及平均风压不变的情况下，风机的工作效率n=0.84，计算出年耗电量为1.97×106kWh，得出矿井通风机的年节电率高达21.5%。

综上所述，通对对通风机安装变频器可以调节电机的转速，提高了风机的工作效率，降低了能量的损耗。说明此方案是合理的、科学的，为类似矿井的节能减耗提供有益参考和指导价值。

5 结论

1）根据同煤集团四老沟煤矿实际概况，通过分析通风机高能耗的原因，选用HTVC-A15/8200-F 型号的风机作为主要供风设备，有效地保障了煤矿所需的风量，为矿井的安全生产提供了保障。

2）通过调节风机的转速可以提高风机的运行效率，有效的降低能量的损耗，年节电率可达21.5%。

3）通过本次对变频器在主通风机中的应用研究，说明对通风机进行合理的改进后，可以有效地提高工作效率，降低企业的生产成本，并为类似矿井的风机改进提供技术支持。