时创新
淮南矿业集团潘三矿 安徽淮南 232096
摘要：现井巷广泛采用轴流式双级风机向工作面供风，但当工况点进入驼峰区后，风机工况点不稳定，严重时会出现喘振现象，导致风机损坏或矿井生产事故。本文主要阐述煤矿轴流式风机喘振原因及使用过程中的解决方法，确保风机安全高效运转，确保矿井安全生产。
关键词：轴流式风机；喘振；解决方法
随着煤矿开采深度的增加，煤、岩层中瓦斯含量不断加大，矿井向煤、岩巷掘进工作面供风的基本都是轴流式风机，风机风量大能够满足现场使用要求，但是轴流式风机存在一个不稳定运行区，一旦进入不稳定区风机就有可能出现喘振现象，风机喘振时，会导致风机内部气流发生周期性的变化，引起风机噪声变大，风机叶片收到的冲击力也较大，有可能导致风机风机叶片的变形、断裂，而且风流的不稳定变化会导致工作面风量小于设计风量情况的同时，对矿井瓦斯、通风管理极为不利，有可能导致重大安全事故。
因此必须保证轴流式局部风机在平稳区工作，必须及时了解风机运行状态，一旦发生喘振及时有效的进行处理。
1风机喘振的理论分析
1.1 通过风流在叶片中的流动进行分析
轴流式风机特性曲线在设计工况点，通风机的轴向流线是平直均匀的。当流量大于设计工况点时，流线稍向轮毂处偏移，在叶顶出口处出现较小的反向流，在该区域中，性能稍有变化但仍然可以正常使用，噪声特性也基本良好。随着通风阻力的增加（风筒长度增加、风筒拐弯点增多、巷道通风距离变长等）导致流量小于设计流量开始，出现较大的扰动，这是轴流风机的典型特点。接近工况点点，特性曲线出现峰值，这时流线向叶顶方向偏移，在轮毂出口处出现一个涡流区域，这是由于叶背面脱流引起的。在性能曲线的谷底，涡流更大，同时在叶顶进口处出现了新的旋涡，气流不再沿轴向通过叶轮，而是斜向通过叶轮。在零流量工况点（D）点，旋涡进一步扩大，使得叶轮前后的吸入空间和压出空间全部为旋涡所充塞。同时，随着旋涡的增大，噪声也增大了。在负流量工况点（C）点，风机风流方向出现反向。所以风机的有效工作范围只限在最高压力点K的右侧。
1.2 通过供风系统参数变化分析叶片受力状态
如图1所示，当轴流式风机启动后，开始时风机流量为QVA，此时风机与供风系统（如局部通风机风筒内风量）处于能量平衡状态，相应的运行工况点为A，风机运行稳定。当巷道向前掘进供风距离变长，轴流式风机供风风量减小，即风机运行工况点移至K点，风机仍然可以稳定运行。当巷道继续向前掘进供风距离更长，风机风筒内的风量继续减少为QVM时，风机所提供的压力将小于系统的压头，在此瞬间管路系统中的压头仍保持不变，而风机的压力已经降低，于是，风机完全停止向管路系统供风，并且为了保持风机的压力与管路的压头相平衡，风机的运行工况点便由K点迅速跳到C点，此时，气体开始出现倒流。由于倒流，管路系统中的压头迅速下降，风机的运行工况点则沿其压力性能曲线由C点将至D点；为了使风机的全压与管路系统中的压头相平衡，风机不可能继续维持在D点运行，而是迅速的由D点跳到E点；此后，风机的运行将会周而复始的按E、K、C、D、E个点重复循环，导致叶片受冲击。
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图1：轴流式风机工况点变化图
2 日常工作中喘振的判断
使用轴流式局部通风机追求大风量供风的同时，需要对轴流式局部通风机的运行状态，即是否有喘振情况有一个直观的判断标准。具体比较常用的判断标准如下：
1）轴流式局部通风机喘振时风量不稳定时大时小，会导致供风的风筒出现抖动情况；
2）轴流式局部通风机喘振时风机叶片受力变化比较剧烈，而且风量变化大，导致风机运行时的噪声比正常运行状态的噪声要大很多；
3）轴流式局部通风机司机必须经常查看并记录风机供电系统仪器仪表，关注电压、电流变化情况，轴流式局部通风机喘振时风机的电流会发生不稳定的变化；
4）经常对矿井在用的轴流式局部通风机运行参数进行测量，主要是运行工况点进行测量，分析工况点在性能曲线中所处的具体位置，掌握风机工况点与风机运行稳定区域最高的点关系；
3 现场使用过程中引起喘振的原因及解决方法
轴流式局部通风机在使用过程中因种种原因导致喘振时必须及时有效进行处理，才能保证安全生产。具体容易引起风机喘振的原因和解决方法如下：
1）巷道局部通风设计不合理，选用的轴流式局部通风机能力小，选用的风筒直径不合理导致阻力大。现在使用比较多的是直径1000mm、直径800mm、直径600mm的，每一种直径的风筒的阻力系数差距很大，直径1000mm风筒百米风阻0.92N.S2/m8，直径800mm风筒百米风阻5.35N.S2/m8，直径600mm风筒百米风阻34N.S2/m8。所以进行局部通风设计时必须综合考虑掘进巷道的瓦斯（二氧化碳涌）出量、矿井温度、巷道断面、巷道长度、施工人数及炸药量，合理确定出设计工况点，选择与之相匹配的风机。
2）风机、风筒安装不规范导致局部阻力增大，引起风机运行后期出现喘振情况。风机、风筒必须保持在一条直线上，减少阻力。
3）风机与风筒连接通过风筒切换过渡，在风筒出口处风量、风速大，而且风筒切换为双层风筒，使用时间长后风筒切换容易被吹烂，切换被吹烂一层后会在风机出口处形成一个气囊，双层都被吹烂会在风机出口处扰动，导致风机通风阻力增大，风量减小，使风机工况点向不稳定区域内靠近。所以必须经常对风机出口处的风筒切换进行检查，如果出现损坏等异常情况必须及时更换。
4）风机管理原因导致风机出现喘振，如风机安设位置距离巷道底板近或距离皮带机近，导致风机经常吸入杂物或风机入口滤网局部被杂物堵塞；风机机壳被设备碰撞导致变形等。通过制定风机安装、维护制度，加强管理可以杜绝以上情况。
5）风机司机必须加强风机的日常维护和检修，出现问题及时处理，确保风机始终处于良好的工作状态。
6）长距离煤巷掘进工作面需要采用两路风筒进行供风，有时两台风机单级供风不能满足要求，需要对其中一台风机开双级供风，双级供风时阻力大容易出现喘振情况。这种情况必须合理利用两路风筒的通风能力，在风机出风口处安设“四通切换”在风机出口处将风量平均分配给两路风筒，降低长距离掘进工作面的风机阻力，实现风机稳定运行。
4 总结
轴流式局部通风机现在已经被广泛使用与高突出、高瓦斯长距离通风的掘进工作面，虽说风机自身特性存在不稳定区域，但是只要我们矿井管理人员能够熟知风机原理，尤其是风机产生喘振的原因及危害，是能够很好使用的。在矿井使用经验，首先在通风设计、风机、风筒选型及安装使用方面能够提前考虑，其次在使用过程中加强维护，我们矿井现在长距离掘进工作面已经完全杜绝风机喘振现象。
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