主扇風(fēng)機(jī)高效運(yùn)行與穩(wěn)健啟動(dòng)實(shí)現(xiàn)研究

摘 要：高效運(yùn)行與穩(wěn)健啟動(dòng)，是對(duì)礦井主扇風(fēng)機(jī)的兩個(gè)基本要求。通過異步電機(jī)幾種調(diào)速方式的對(duì)比，結(jié)合實(shí)例說明主扇風(fēng)機(jī)采用的高壓變頻調(diào)速裝置，具有優(yōu)良的啟動(dòng)特性和調(diào)速能，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)特性曲線的合理變化，獲得經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況點(diǎn)，降低了能耗，實(shí)現(xiàn)了重載軟啟動(dòng)，是先進(jìn)的電氣控制技術(shù)。
關(guān)鍵詞：主扇風(fēng)機(jī)；變頻調(diào)速；工況點(diǎn)；軟啟動(dòng)；高效；節(jié)能

    煤礦生產(chǎn)過程中，礦井對(duì)風(fēng)量的需求和通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力經(jīng)常發(fā)生化，需要經(jīng)常調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)的工況點(diǎn)以適應(yīng)生產(chǎn)要求。通常的做法是選用較大富裕量的風(fēng)機(jī)再配合不同方式的調(diào)節(jié)，如軸流式風(fēng)機(jī)改變?nèi)~片安裝角度、離心式風(fēng)機(jī)改變前導(dǎo)器葉片轉(zhuǎn)角、調(diào)節(jié)風(fēng)門閘板改變通風(fēng)阻力等。這些方法存在著調(diào)節(jié)不方便、可調(diào)范圍小、運(yùn)行工況處在高速低效高耗能的狀態(tài)等缺陷。大部分礦井采用軸流式風(fēng)機(jī)，軸流式風(fēng)機(jī)只能在風(fēng)門開啟狀態(tài)下啟動(dòng)，屬于重載啟動(dòng)，而且通風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)部件的飛輪慣量也比較大，風(fēng)機(jī)的負(fù)載特性還是 T∝n 2 ，需要的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，常規(guī)的啟動(dòng)設(shè)備或直接啟動(dòng)很容易造成風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)困難、啟動(dòng)電流過大，成為通風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的一項(xiàng)重要技術(shù)內(nèi)容。
    根據(jù)風(fēng)機(jī)特性，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率主要通過兩個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)。一是合理布置礦井通風(fēng)網(wǎng)路，盡量降低通風(fēng)網(wǎng)路阻力，本文不贅述。二是配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)方式，使通風(fēng)機(jī)與通風(fēng)網(wǎng)路達(dá)到合理的匹配，讓通風(fēng)機(jī)在高效區(qū)運(yùn)行。流體機(jī)械技術(shù)表明，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效途徑。變頻技術(shù)的快速發(fā)展使交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速技術(shù)發(fā)生了深刻變化，其優(yōu)良的調(diào)速性能與獨(dú)特的軟啟動(dòng)特性，對(duì)通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行與穩(wěn)健啟動(dòng)具有重要的意義。
1 風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能基本原理與啟動(dòng)特性分析
1. 1 風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的基本原理
    從圖 1 可知，曲線 1 為通風(fēng)機(jī)在全速下風(fēng)壓—風(fēng)量的特性曲線，曲線 2 為風(fēng)門全開時(shí)管網(wǎng)的特性曲線，石家莊風(fēng)機(jī)上述兩曲線的交點(diǎn) A 代表自然運(yùn)行工況點(diǎn)，其風(fēng)壓和風(fēng)量分別為 H 1 和 Q 1 。如果礦井需要的實(shí)際通風(fēng)量為 Q 2 ，可以通過調(diào)節(jié)風(fēng)門，改變管網(wǎng)的特性得到曲線 3，它與曲線 1 的交于 B 點(diǎn)，取得要求的風(fēng)量 Q 2 ，但風(fēng)壓上升至 H 2 。也可以通過改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速而使風(fēng)機(jī)的特性曲線變?yōu)榍€ 4，它  與管網(wǎng)的特性曲線 2 交于 C 點(diǎn)，同樣取得要求的風(fēng)量 Q 2 ，同時(shí)風(fēng)壓降至 H 3 。假定在上述 3 個(gè)不同的工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，機(jī)械和電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的效率都相等，則在 3 個(gè)不同的工況點(diǎn)運(yùn)行時(shí)從電網(wǎng)吸收的功率應(yīng)與相應(yīng)工況點(diǎn)的風(fēng)量和風(fēng)壓的乘積成正比，即與圖中 AH 1OQ1、BH 2OQ2、CH 3OQ2 這 3 個(gè)矩形的面積成正比。從以上分析可以看出，調(diào)節(jié)通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變風(fēng)量的運(yùn)行方式屬于減少空氣動(dòng)力的節(jié)電方法，它跟一般常用的調(diào)節(jié)風(fēng)門控制風(fēng)量的方法比較，具有明顯的節(jié)電效果。

1. 2 風(fēng)機(jī)啟動(dòng)特性分析
軟啟動(dòng)可以使電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩滿足機(jī)械系統(tǒng)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，平滑加速，平滑過渡，避免出現(xiàn)沖擊性力矩；降低電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，避免沖擊電網(wǎng)和燒壞電動(dòng)機(jī)絕緣。
礦井主扇風(fēng)機(jī)屬于葉片式平方轉(zhuǎn)矩型負(fù)載，在低速時(shí)負(fù)荷較輕，可按線性方式加速，加速過程可快一些，以縮短啟動(dòng)時(shí)間；但隨著轉(zhuǎn)速的增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大較多，加速度應(yīng)減緩一些，以減小啟動(dòng)電流。所以采用半 S 形速度圖并控制啟動(dòng)加速度的軟啟動(dòng)方式是比較適宜的，如圖 2 所示。