【摘 要】 本文通过对轴流风机特性曲线的讨论，从理论层面对风机运行的稳定性进行了分析，同时结合矿井实际风机串并联运行的能量简图，提出了轴流式风机联合工作方式的实际性建议，此研究为煤矿风机调节以及风量的分配提供了理论依据。
【关键词】 轴流风机;风机串并联;风机稳定性;风量分配
【中图分类号】 TD32 【文献标识码】 A
【文章编号】 2096-4102（2019）04-0039-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
在煤矿井下开采中，必须进行机械通风，而通风机是矿井机械通风的主要设备。一些学者对通风机工作方式及通风阻力进行了大量研究。通过分析角联风阻特性曲线发现在角联通风系统中风阻增大时存在一个增区间与减区间，利用自动识别方法对通风系统进行检测分析，对于复杂矿井及多风机联合运转下巷道通风都起到良好的检测作用，结合风阻调节法适当地改变巷道断面尺寸以及风机的联合运作方式都会提高通风效率。
本文在已有研究的基础上，对风机稳定性进行了进一步的分析，对风量的分配以及调节给出了合适的建议，为矿井通风系统稳定性的研究提供了参考。
1风机运行稳定性的分析
煤矿众多机械通风设备中，轴流风机因为工作稳定性高、风机叶片角度可以实现大范围的调节而被众多需要大量通风的矿井采用。如图1所示为轴流风机的H-Q特性曲线示意图，三条单调递增的曲线是三种不同类型的通风机的等效特性曲线，图中D点为轴流风机的稳定性零界点，D点右侧风机的压力随着风量的增加而降低，在这个区域内，风机运行平稳，矿井通风效果也最佳;在D點左侧，曲线从开始零区域到E点先是出现降低趋势，从E点到D点风机压力随风量出现急剧增长，在此区域内，轴流风机工作并不稳定，对于煤矿通风效果也不佳，严重情况下，风机噪音会不断加大，以至轴流风机停止运行，影响工作面开采的顺利推进以及巷道的正常通风，所以在风机的设计上，避免工况点出现在此区域是较好的选择。
图2为轴流风机能量图，能量图能很好地反应风机运行过程中风能的变化趋势，图2风机运行中，压力虽然呈现波动变化趋势，但是风机压力整体在增高，为“+H”;风机的运转方向与其作用的方向一致，为“+Q”。
在实际的工作中，因为通风需求的原因，单个风机很难达到通风安全标准，所以，许多矿井都根据实际的通风需求，将通风机串联或者并联使用。串联连接即两台或者两台风机通过串联连接的方式从而增大通风量的连接方式，并联连接即多台通风机同在一个通风网络中联合工作，达到风机的并联。风机的串并联虽然通风效果好，但是因为风机的交互联合工作，其运行特性也更加复杂。图3、图4分别为风机串联以及并联情况下运行能量简图。
图3中风机A和风机B为串联方式，且风机A、B的作用方向相同，正常工作情况下，风机的出口压力应该大于进口的压力，所以风机B的压力要高于风机A的压力，对于风机A而言，风流经过它时，出口侧的压力应该大于进口一端的压力，但是因为风机B的压力较大，导致风机A出现反常，风机A工况点为（+Q，-H），这种情况下风机就会不稳定运转导致设备运行中温度过高，影响通风效果的同时，也对风机有所损坏。
图4中风机A和风机B为并联方式，不同于串联方式，风机A、B的作用方向相反，同样，通风机B的通风能力大于通风机A的通风能力，因为通风机采用并联的方式，这种情况下，风机A并没有起到排风工作的作用，处于停滞运行状态，或者风机A排出的风在此进入通风机B，风机A的工况点为（-Q，+H），也是不稳定运行状态，长时间的运行会导致设备瘫痪，影响生产的正常进行。
在上述分析的基础上，我们得出在风机串联运行的状态下，尽量选择两台功率相近的通风机，如果其中一台功率较小，就会出现图3这种情况，通风能力强的风机阻碍通风能力弱的风机的运行，出现阻力，对通风能力弱的风机会造成回风倒转，风机损耗大;在并联连接方式下，应该充分设计安排风机之间的通风网络问题，不能一味简单地进行并联连接，如果通风网络没有设计好，很容易造成通过风机的风量反向转动流动，这对通风效果有严重的影响。在实际的煤矿通风中，应该使得通风机的工况点为（+Q，+H）或者（-Q，-H）时，风机才能正常高效地达到通风的目的，才能为井下提供新鲜的气流。
2通风系统中风量的分配与调节
多风井通风系统中，对于风量的合理分配是重要的工作，风量的合理分配能有效减少排风过程中的阻力大、能量损失等问题，因此，风量的合理分配是高效通风的重要保证。在风量大分配过程中，我们利用风量平衡定律、风压平衡定律以及能量守恒定律得到K=，式中R1、R2为两台风机对应的风阻，此公式说明在通风过程中，应该充分地考虑自然分风规律，在自然的分风规律下，巷道内的通风才能达到最小的阻力，通风效率才会达到最高。对于串并联的通风网络中，通风分支的并联会大大降低通风过程中的阻力，而串联通风网络中，每一条巷道的阻力即为总的通风阻力，所以，对于煤矿而言，应该尽量选择并联通风，在实际的工程中，矿井在进风口采用串联通风，在工作面之间则采用并联通风的方式，这样既达到了高效通风的目的，又实现了利益的最大化。
在煤矿通风中，虽然已经对风量进行过严格的分配，但是因为巷道阻力的原因，往往不能达到预期的效果，一定的风量调节措施就显得非常必要了。风量的调节可以有效地缓解巷道内风流因阻力、能量损失等外在原因造成的停止流动或流速慢等现象。为此，我们对原始风阻为R1=0.034Ns2/m8，R2=0.264Ns2/m8进行了风量的调节调整。得到图5以及图6的风量曲线，从曲线中可以看出，风路风量随风阻的变化规律较为明显，当风阻较低时，风量与风阻呈现幂指数降低的趋势，当风阻较大时，风量逐渐趋于平缓，呈现线性降低的趋势，不论是R1还是R2，调节后的风量分配在曲线图中都存在一定的空白阶段，且随着风阻的增大，此空白区越大，这是因为风阻调节对于风量具有一定的滞后作用，当风量达到一定值后，风阻不再对风量有影响。
综上所述，巷道风量的调节能够有效地降低风阻大引起的风量流动慢等现象。在矿井通风中，因为风阻较大，出现了风量的停滞阶段，在通风的调节中，应该避免风量停滞的阶段，尽量使风量达到一定的稳定值不受风阻的影响，在实际的调节过程中，应该在敏感区对风机进行合适的调节，对于串并联通风网络中，因为通风网络系统的复杂性，应该充分考虑通风机的通风性能以及结合巷道具体的通风方式进行合适的调节，使得矿井通风顺利地进行（如图5、图6）。
3结论
（1）通过对轴流风机的特性曲线分析，得到轴流风机的设计应该满足工况点在风机稳定区域内，才能保证风机平稳高效地运行。
（2）對于风机通过串联连接通风的情况，两台风机应该选择功率接近的设备进行串联，否则通风效果好的会对通风效果相对差的通风机造成阻力;对于并联连接的通风机，应该充分设计通风网络，保证两台通风机的工况点在第一第三象限，对于设备运行以及通风效果才最佳。
（3）对风量进行分配时，应该根据工作的地点以及风量对串联通风以及并联通风进行合适的选择;对风量进行调节时，应该在敏感区域对风机进行调节，使风机的风量在稳定的区域内是最好的调节措施。
【参考文献】
[1]杨国权.采矿区通风安全管理的重要性分析[J].山西能源学院学报，2017，30（2）：87-89.
[2]彭云，赵伏军，童阳春，周勇，等.角联通风网络风阻特性[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2014（6）：778-781.
[3]蔡峰，刘泽功.复杂矿井通风系统角联风路自动识别方法的研究[J].中国安全科学学报，2005（7）：3-6.
[4]何廷山.两翼对角式主要通风机联合运转的解析调节[J].矿业安全与环保，2005（6）：58-60.
[5]王从陆，吴国珉，王根，等.风机并联运转效能分析及工矿优化[J].金属矿山，2013（10）：155-157.
[6]王桂坤.多风机联合运转相互干扰的分析[D].青岛：山东科技大学，2008.
[7]肖伟，李昕.增加风阻调节法在矿井风量调节的应用[J].科技创业家，2013（9）：105.
[8]刘杰，杨鹏，谢贤平，等.基于Visual Stusio的矿井通风井巷断面优化研究[J].安全与环境学报，2012，12（6）：208-212.