摘要：长期以来，有关的规程以及矿井主通风机的生产和使用单位都将通风机效率作为衡量其性能的一个重要指标，笔者通过多年现场实测认为，影响风机效率的因素太多，是一个很难测准的指标量，过分强调有失偏颇，而且也不完全符合经济原则，从而提出采用综合效率来评价矿井主通风机装置性能的观点，并在文中对两种评价方法进行了阐述比较。

　　关 键 词：主通风机 电网功耗 电机效率 传动效率 综合效率

　　通风系统是矿井五大系统之一，而在通风系统中，主通风机装置是核心，是保证安全生产必不可少的大型机电设备。但因其功率大，且常年连续运转，是矿山的用电大户，耗电量大约占全矿井用电量的25 %左右，若要提高矿井通风系统的防灾抗灾能力，必须使主通风机装置高效、安全、合理地运转，并与通风网络达到最佳的匹配。要达到上述目的，就要掌握主通风机的实际运转特性。风机出厂前一般都是只作抽查试验，大型通风机的特性曲线通常是根据模型 (或样机) 试验资料换算求得的。但由于通风机本身在生产过程中的因素以及在矿山使用过程中的磨损、锈蚀等原因，使其性能不断发生变化。因此 , 为掌握实际运转条件下的性能，必须定期对其进行性能测定。《煤矿安全规程》规定：“新安装的矿井主要通风机在运行之前必须进行一次性能测试和试运行工作，以后每5年至少进行一次性能测定”[1]。

　　一、综合效率评价通风机性能的提出

长期以来，有关的规程以及矿井主通风机的生产和使用单位都将通风机效率作为衡量其性能的一个重要指标。传统的通风机效率ηf定义为：风机输出的有效风量Q与有效风压H的乘积比上风机输入轴功率Wf的百分数，用公式可表示为：ηf=×100%。笔者通过多年现场实测认为，影响风机效率的因素太多，是一个很难测准的指标量，过分强调有失偏颇，而且也不完全符合经济原则，从而提出采用综合效率来评价矿井主通风机装置性能的观点。这里所说的通风机装置的综合效率ηz则定义为通风机输出的有效风量Q与有效风压H的乘积比上电网功耗Wd的百分数，用公式可表示为：ηz=×100%。很显然，由于Wd大于Wf ，综合效率ηz则要小于传统意义上的风机效率ηf 。之所以提出综合效率这样一个指标，是基于如下几个理由。

　　1.影响通风机效率的因素太多，且有的因素很难测定，因此通风机效率是一个很难测准的指标量。可以说在很大程度上，通风机效率不是测出来的，而是计算出来的。

　　2. 用综合效率取代通风机效率更有助于生产厂家对主通风机装置及其配套电动机进行全面优化。

　　3.采用综合效率来评价通风机性能有利于节约能源，提高通风机的综合运行效益，更符合经济原则。

　　关于评价主通风机性能应采用综合效率的观点笔者曾于矿井通风专业委员会第十一届学术会议交流时提出过，下面仅对上述几个理由作进一步阐述。

　　二、影响风机效率的因素分析

　　为便于分析问题起见，先假定能直接测量的量均能准确测量，再分析影响风机效率计算的非直接测量的因素。按通风机效率ηf的定义，风机输出的有效风量Q与有效风压H的乘积比上风机输入轴功率Wf的百分数，其中有效风量Q算是直接测量的量，而有效风压H是直接测量的风洞内某一断面处的负压值(抽出式工作方式)与该断面上的速压之差，尽管也有计算的成分，但在假定有效风量Q和引压断面都能测量准确的前提下，还不至于产生计算误差，所以可将Q和H都看成是直接测量的量。但通风机输入轴功率Wf的值就难以直接测量，且其影响因素很多。首先，通风机输入轴功率Wf等于拖动通风机的电动机的输出轴功率Wz乘以传动效率ηc，而传动效率ηc在进行通风机性能测定时也是无法直接测量的，而是根据具体情况人为给定的。按许多教课书的分类，通常是将电动机与通风机之间的传动方式分为直接传动和间接传动两类，并建议传动效率ηc分别取值为1和0.95。而笔者认为这种取值与实际情况并不相符，故在KSC-6型通风机装置性能测定仪的程序设计中，笔者将其修正为直接传动、间接传动和液力传动三种，并将传动效率ηc分别取值为0.98、0.95和0.93。即便如此，仍难以准确反映实际的传动效率，因为在实际的传动方式中，所谓的直接传动(即联轴器传动)其联轴器结构也是不尽相同的，可分为齿轮联轴器、弹性联轴器等若干种类，所谓的间接传动亦如此。下表是国家安全生产监督管理局发布的《煤矿在用通风机系统安全检测检验规范》(AQ 1011-2005)中对不同传动方式时的传动效率的取值建议[1]。

　　类别 传动形式 传动效率ηc 联轴器 浮动联轴器 0.98 齿轮联轴器 0.99 弹性联轴器 0.99 万向联轴器(α≤3°) 0.97 万向联轴器(α>3°) 0.95 梅花接轴 0.97 液力联轴器(在设计点) 0.93 带式传动 平带无压紧轮的开式传动 0.98 平带有压紧轮的开式传动 0.97 平带交叉传动 0.90 三角带传动 0.96 由此可以看出，仅传动效率一项，如在通风机性能测定时取值不当，就可能对风机效率的计算产生5个百分点的误差。

　　其次，对于电动机的输出轴功率Wz是如何得到的?根据定义，电动机的轴功率Wz应为电动机消耗电网的有功功率(输入功率)乘以电动机效率ηd，或者说是电动机消耗电网的有功功率减去电动机工作时的各种损耗，这些损耗可归纳为以下4种[2]。

　　1.电阻损耗

　　电动机的定子绕组、转子绕组以及导体连接处都有电阻，当电流通过时，即产生电阻损耗P=I2R，也即电阻损耗与电流的平方和电阻成正比。

　　2.铁磁损耗

　　定子、转子的铁磁体在交变磁场反复磁化作用下，将产生磁滞、涡流损耗，使铁磁物质发热。

磁滞损耗可用经验公式Pcz=ηf求得。

　　式中 η——与材料性质有关的系数;

　　f——交流电频率，50Hz;

　　n——指数，Bm<104Gs时，n=1.6;当Bm>104Gs时，n=2 。

　　可见磁滞损耗既与材料性质有关，也与频率的一次方成正比，与最大磁感应强度Bm的n次方成正比。

　　涡流损耗是电动机的铁磁物质内部产生的涡流电流并转变为热能产生的。

　　在电动机中为了减少铁芯的涡流损耗和去磁作用，通常采用增加铁磁材料电阻率的办法以减少涡流损耗。如用硅钢片迭片的方法等以减小涡流。即便如此，在交流电动机中，涡流损失也是不能忽视的。

　　实验和数学分析表明，涡流损失与电源频率的平方成正比，与磁感应强度最大值的平方和体积成正比。

　　磁滞损耗和涡流损耗合起来叫做铁磁损耗，简称铁损。

 1/2    1 2 下一页 尾页