第八章 矿井通风设备
矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器
及反风装置等。
§ 8— 1概述
一、矿井通风设备的作用
向井下输送新鲜空气，稀释和排除有毒、有害气体，调节
井下所需风量、温度和湿度，改善劳动条件，保证安全生
产。
二、矿井通风方法及方式
1、通风方法
自然通风：
机械通风：（每个矿井必须采用（, 规程, 规定））
2、主通风设备的工作方式
抽出式：（我国常采用）
压入式：
三、通风机的工作原理
通风机的分类 通风机按服务范围分，可分
为主要通风机（它负责全矿井或某一区域通
风任务）和局部通风机（它负责掘进工作面
或加强采煤工作面通风）；按气体在叶轮内
部流动方向分，可分为离心式通风机和轴流
式通风机
（一）离心式通风机的工作原理
（二）轴流式通风机的工作原理
四、通风机的性能参数
1、风量（流量）（ Q）
m3/s,m3/min,m3/h
2、风压（ P）
通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为 Pa（ N/㎡ ）
（ 1）静压（ Pj） 指单位体积的气体流过通风机后所获得的
压力能（即压力势能）（ 2）动压（ Pd） 指单位体积的气
体流过通风机后所获得的动能。
（ 3）全压（ P） 指单位体积的气体流过通风机后所获得的
总能量。
3、功率
（ 1）轴功率（ P） 单位 KW。
（ 2）有效功率（ Pe） 指单位时间内气体从通风机获得的
能量。
1 0 0 0
Qp
P e ?
5、转速（ n）
风机叶轮每分钟的转数，单位为 r/min。
P
Qp
P
P e
1 0 0 0???
P
Qp j
j 1 0 0 0??
4、效率
（ 1）全效率（ η） 指通风机的有效功率与轴功率之比。
（ 2）静效率（ ηj） 指在上式中如果用静压代替全压，则
所得的效率称为静效率。
§ 8— 2 通风机的特性曲线
一、离心式通风机的特性曲线
（一）理论风压方程式与个体特性曲线
1、理论风压方程式
ut
uuT
uuT
cup
mNcucup
cucu
g
H
22
2
1122
1122
/),,,,,,(
),,,,,,(
1
?
?
?
???
?? 米空气柱
3、影响理论风压的因素
（ 1）结构尺寸（ D2）
（ 2）运转工况（ n）
（ 3）叶片型式（前向、径向、后向）
4、实际风压特性曲线
2
2
22
2
2
222
2
c o t
c o t
?
?
?
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S
u
BuA
BQAp
Q
S
u
up
TT
TT
??
???
??；式中，
2、理论风压特性曲线
（二）离心式通风机的类型系数和类型曲线
同类型风机：满足几何相似、运动相似、动力
相似的风机。
1、类型系数
（ 1）风压系数
Slu
ut
kcup
cup
??
?
22
22
??
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常数
、且、
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k
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c
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kcu
p
p
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sl
u
sl
u
slu
slu
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2
2
2
2
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?
（ 2）流量系数
常数??
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Q
Q
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b
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r
r
r
r
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2
2
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2
2
2
2
2
2
2
22
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
222
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4
4
4
4
4
4
4
4
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常数??
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P
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P
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uD
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P
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2
2
2
3
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2
2
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3
2
2
2
44
4
4
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?
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?
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?
?
?
?
（ 3）功率系数
2、离心式通风机的类型特性
（ 1）类型特性曲线
（ 2）类型特性曲线的作用
1）用一个类型特性曲线代替该类型不同尺寸和
转速的通风机的所用个体特性曲线；
2）用类型特性曲线比较不同类型通风机的性能；
3）用类型曲线选取最有利的通风机。
二、轴流式通风机的特性曲线
（一）轴流式通风机叶轮中气流的运动及速度三角
形
1、气流在叶轮中的流动
（ 1）基元环
（ 2）叶栅 将基元环展开成平面后，成为直列叶栅。
栅距：叶栅中的相邻叶片间的间距，以,t”表示。
栅稠：弦长与栅距之比。栅稠在外缘处最小并向轮
毂处逐渐增大。
安装角：叶片弦长与栅出口边缘线的交角，以,θ”
表示。通常以叶根处安装角标志叶轮叶片安装角。
2、速度三角形
图 8— 5
Q
M
p
MP
QpP
T
T
?
??
??
????
???
?
?
（二）轴流式通风机基本方程式
1、理论压头（风压）
不考虑任何损失的情况下，叶栅输入的功率
△ P等于输出功率：
按照动量矩定理，在稳定流动中，单位时间内
气流动量矩的变化量等于同一时间的外力对同一轴线
的外力矩。则：
uTu
uuT
uu
ucpc
ccup
ccQrM
21
12
12
0
)(
)(
?
?
?
??
???
????
时，当
如叶轮加装前导叶时，产生强迫旋绕，这时
（当 c1u与 u同向时取,-”,c1u与 u反向时取,+”）
2、基本方程式的能量意义
因此，在其它条件相同的情况下，轴流式风机
的静压要低于离心式通风机。
3、气流速度和压力沿叶片高度分布
（三）轴流式通风机理论压头特性
1、理论压头特性
利用出口三角形的速度关系
rcu?
=常数，扭曲状
22 c o t ?au cuc ??
)c o t( 2?? aT cuup ???
可以用叶轮外缘处的参数代换任意半径处的
参数。以下缀,R”表示外缘参数，则有：
rcu?
条下斜的直线。理论压头特性曲线是一?
??
?
???
??
??
90
)/.(.,,,,,,,,,
)(
4
c o t
)(
4
)c o t(
2
2
22
22
22
2
?
?
?
?
?
??
?
mNQ
dD
up
cdDQ
cuup
TRT
aT
aRRT
在 = 常数情况下,
2、静压与动压的分配
于动压的比例。静压在全压中的比例大
即
?
????
??
????
???
190
2
1
)
2
1
(
2
2
)(
2
2
2
2.
2
22
2
22.
2
2
2
1
2
2.
u
c
u
c
p
p
cuccucp
cccp
u
u
T
dT
uuuustT
dT
?
?
?
?
??
（四）轴流式通风机实际特性
1、轴流式通风机的损失
（ 1）气流在进入叶轮前由于进风部件阻力而形成的
损失；
（ 2）气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间
的缝隙而形成的损失；
（ 3）气流由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损
失；
（ 4）在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换
的损失；
（ 5）传动时的机械损失。
2、实际特性曲线（图 8-6,7）
它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。
§ 8— 3 通风机的构造及反风装置
一、离心式通风机的构造及性能
（一）结构
离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器（进风
口）和外壳。
叶轮
组成 由前盘面、后盘面和叶片组成。
叶型 用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机。
过去，它的叶轮叶型多采用圆弧形；现在，多采用机翼
形叶片。（矿用风机多采用后向叶片，安装角一般 18～
75° 之间,4— 72和 4— 73模型机安装角一致，均为
45° 。）
叶轮的叶片数目 与安装角和叶轮外径对内径的比值有
关，通过试验可以找到某一最佳值,4— 72和 4— 73模型
机的叶轮叶片数目均为 10片。
2、外壳（螺壳）
风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，
并输送到外壳的出口。
形状 外壳的截面呈螺旋状。其螺壳的型线与
其中气流要求有关。假定气流在所有径向截面中的
流速保持常数，其螺壳的型线应是阿基米德螺线；
若假定叶轮出口绝对速度在圆周方向上的分量，即
旋绕速度 C2u的分布规律为 C2uR=常数，则螺壳的型
线为对数螺旋线。
3,集流器 （ 进风口 ）
集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，
使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的，
它的前半部分是圆锥形的收敛段，后部是近似双
曲线的扩散段，前后两段之间的过度段，是收敛
度较大的喉部。气流进入这种集流器后，首先是
缓慢加速，在喉部形成高速气流，而后又均匀扩
散，均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形
状和喉部直径，对风机效率有较大影响。集流器
与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小，对容积
损失和流动损失有重要影响。 4— 72和 4— 73模型
机采用径向间隙，通过这种间隙的泄漏气流方向，
与主气流方向一致，不会干扰主气流。此外，为
了减少容积损失，在工艺允许的条件下，应尽可
能采用较小的间隙尺寸。
（ 二 ） 几种常用离心式通风机
1,4— 72— 11型离心式通风机
（ 1） 结构特点
（ 2） 型号意义
□ 4— 72— 11— No.20 B 右 90°
□ —— 一般用字母表示通风机的用途 。, G”表示锅炉用通风机；, K”表
示矿用通风机；
4—— 最高效率点的全压系数乘以 10；
72—— 比转数
1—— 表示叶轮进风方式 。, 1”表示叶轮单侧进风；, 0” 表示叶轮双侧进
风
No.20—— 机号；叶轮直径除以 100
B—— 传动方式 （ 离心式通风机的传动方式有六种,A— 无轴承箱； B—
支撑皮带 （ 悬臂支撑, 皮带传动, 带轮在支撑点中部 ） ； C— 悬臂皮
带； D— 悬臂联轴节； E— 中间皮带； F— 中间联轴节 。 一般 4— 72—
11和 G4— 73— 11采用前四种；大型的 K4— 73— 01采用后两种 。 ）
右 —— 叶轮旋向 （ 站在电动机一侧正视叶轮, 顺时针方向旋转的称为
,右, 旋, 逆时针方向旋转的称为, 左, 旋 。 ）
90° —— 出风口位置
（ 3） 技术性能及特性曲线
2,G4— 73— 11型离心式通风机
3,K4— 73— 01型离心式通风机
二, 轴流式通风机的构造及性能
（ 一 ） 结构
一般矿用轴流式通风机的主要气动部件有叶轮, 导叶 （ 前导叶
,中导叶, 后导叶 ）, 外壳, 进风口 （ 集流器, 疏流罩 ） 以及出
口处的扩散器 。
1,叶轮
叶轮是风机的主要部件，决定着风机性能的主要因素是风机翼
型、叶轮外径、外径对轮毂的比值（轮毂比）和叶轮转速。适用
于矿用通风机的翼型,CLARK— Y翼型和 RAF— 6E翼型等。叶
轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机全压。轮毂
比与风机比转数有关。一般说来，轮毂比大时，轴向速度 Ca增大
，叶片数目 z和叶片相对宽度 b/l（ b为弦长,l为叶展）也相应增
大，风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，多数取 0.6，风压
系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风
机全压。通常，可在 10～ 45° 范围内调整。
2,导叶
前导叶 某些风机设有前导叶, 用以控制进入叶轮的气流方
向, 达到调节特性的目的 。 此导叶可分为两段, 头部固定
不动, 尾部可以摆动 。 这样, 外界气流可以较小的冲击进
入前导叶, 而后改变方向进入叶轮 。
中导叶 在多级轴流式通风机中级间设置 。 它的作用是将前
级叶轮的流出气流方向, 转为轴向流入后级叶轮 。
后导叶 作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流
出 。 剩余的旋绕速度使气流不仅沿轴向, 而且是沿螺线方
向在扩散器中流动, 有利于改善扩散器的工作 。
注意：
（ 1） 导叶的形式 以前多采用圆弧形叶片 。 现在多采用机翼
形叶片, 中, 后导叶还采用扭曲机翼形叶片 。
（ 2） 导叶的数目 （ 前导叶, 中导叶, 后导叶 ） 应与叶轮叶
片数互为质数, 以避免气流通过时产生同期扰动 。lss /?
3、进风口（集流器和整流罩）
作用是使气流顺利地进入风机的环行入口信道，并在叶
轮入口处，形成均匀的速度场。目前，矿用通风机集流
器型线为圆弧形，疏流罩的型面为球面或椭球面。
4、扩散器
作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风
机的静效率。一般由锥形筒芯和筒壳组成，装在风机出
口侧。
5、外壳
风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的
径向间隙应尽可能地减小。通常 （ s— 径向间隙，
l— 叶片展长）在 0.01～ 0.06之间。
二）几种常用轴流式通风机
1,2K60型通风机
（ 1）结构特点
（ 2）技术性能和性能曲线
（ 3）型号意义
2,2K56型轴流式通风机
三, 矿用通风机的反风
（ 一 ） 反风的意义及要求
1,意义
2,要求
,煤矿安全规程, 规定：生产矿井主要通风
机必须装有反风设施, 必须能在 10min内改变巷道
中的风流方向 。
当风流方向改变后, 主要通风机的供风量,
不应小于正常风量的 40%。
反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检
查一次, 每年应进行 1次反风演习 。 当矿井通风系
统有较大变化时, 也应进行 1次反风演习 。
（二）离心式通风机的反风
利用反风道（图 8— 19）
（三）轴流式通风机的反风
1、反转反风法
2、反风道反风法（ 图 8— 20）
3、无反风道反风法
（ 图 8— 21）
4、各种反风方法的比较
§ 8— 4 通风机在网络中的工作
通风机是与一定的网络相连接而进行工
作的, 因此通风机本身与相应的网络构成
一个完整的系统 。 通风机的工作状况不仅
取决于通风机本身, 同时也取决于网络的
状况 。
一、通风机在网络上的工作分析
通风机或以抽出方式工作, 或以压入方式工作 。 前者,
设备位于系统的出口端；后者, 位于系统入口端 。 设备在
系统中的位置不同, 会不会影响其工作参数呢？
取某一通风系统, 假设通风机位于网络中部, 将网络
分为两段, 对来流段以吸风方式工作, 对出流段以压风方
式工作 。
如上图所示，取四个截面,Ⅰ — Ⅰ 截面为系统入口前
未受到风机工作干扰的某一截面，因未受干扰，故
V1=0,P1=Pa； Ⅱ — Ⅱ 截面为风机入口截面，此处全
压为 H2； Ⅲ — Ⅲ 截面为设备出口截面，此处全压为 H3；
Ⅳ — Ⅳ 截面为系统出口截面，此处风压为大气压，气
流速度为气流脱离系统的速度，即 P4=Pa和 V4=c。就
Ⅰ — Ⅰ 和 Ⅱ — Ⅱ 截面，以及 Ⅲ — Ⅲ 和 Ⅳ — Ⅳ 截面之间
写伯诺里方程式，得：
2
433212 2
1 cphphpp
aa ?????? ?? 和
利用此两式可求得风机工作的全压
式中 h—— 网络中风压损失,
ρ —— 矿井空气密度；
c—— 气流脱离系统时的断面平均流速 。
此式说明风机在网络中工作时，产生的全压等于，等于网络中风压损失，
与气流脱离系统时带走的动压损失之和。通常，将通风机产生的风压
p称为全压；克服网络阻力的风压称为静压，用 pj表示，即 pj=h；出口
动能损失称动压，用符号 pd表示，即
。
223 21 chppp ?????
4321 ?? ?? hhh
2
2 cp d
??
于是 Hppp dj ???
可以明显看出，风机全压与风机在网络中的位置无关
又因
jj pQRS
Q
d
Lv
d
Lh ?????? ?? 222 )(
2)(2)(
??????
2
4
2 )(
22 S
Qcp
d
?? ??
二、通风网络特性曲线
1、网络特性方程式
（通风网络静阻力特性方程 ）
式中 S—— 通风网络过流面积，㎡；
Q—— 通风网络的流量,m3/s；
Rj—— 通风网络静阻力系数,N·s2/m8。
式中 S4—— 通风机出口过流面积，㎡。
式中 R—— 通风网络全阻力系数,N·s2/m8。
22
2
4
)2( RQQSRH j ???? ?
（ 通风网络全阻力特性方程）
三, 通风机工况点和工业利用区
（ 一 ） 工况点
1,定义
2,工况参数
注意：网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系 。
（ 二 ） 工业利用区
1,划定原则
稳定性和经济性
1,划定方法
（ 1） 稳定工作条件 （ 有且只有一个工作点 ）
m a x9.0 jjM pp ?
（ 2）经济工作条件
6.0
8.0 m a x
?
?
jm
jjm
?
??
四, 通风机的工况调节及运行
调节原因：在矿井开采过程中, 通风网络的参数是变
化的, 为了适应这种变化, 通风机的工况应具有可
调节性 。
调节途径：一是改变网络特性曲线调节法；二是改变
通风机特性曲线调节法 。
（ 一 ） 改变网络特性曲线调节法
1,闸门调节
（ 1） 调节原理及方法
注意：闸门调节不节能 。
（ 2） 适用范围及特点
设备简单, 调整容易而均匀 。 但有附加能量损失 。 只
能作为一种暂时的应急方法使用 。
2、串并联巷道
（二）改变通风机特性曲线调节法
mmmm n
n
P
P
p
p
Q
Q ??? 3/12/1 )()(
1、改变叶轮转速调节法
（ 1）调节原理
比例定律：
（ 2）调节方法
1）阶段调节
2）无级调节
注意：转速不能超过叶轮圆周速度允许值。
（ 3）应用范围及特点
1）特点 调节范围较宽，在网络特性不变的情况调节时，
效率不变。阶段性
调速的调节机构简单，但必须在停机时操作；无级调速机
构复杂投资大，但
调节性能好，节电效果明显，其投资很快可以得到补偿，
且能在不停机情况
下完成调节工作。
2）应用范围
2、改变叶片安装角调节法
（ 1）调节原理
增大增大增大 pc u ?? 2?
（ 2） 调节方法
1） 停机调节
方法：人工和机构
2） 动叶调节
调节原理 平衡抵消闭合力矩 。
调节机构 油压式, 机械式, 电气式
（ 3） 特点及适用范围
停机调节叶片安装角的机构简单, 理论上可以实现
无级调节, 但由于必须停机操作, 实际上只能做到阶段
调节, 调节范围较宽, 调节中效率有所变化 。
动叶调节的调节机构比较复杂, 可在不停机情况下
完成操作并实现无级调节 。 调节范围广, 而且可以得到
覆盖全调节范围的特性, 调节时效率有所变化 。 采用这
种机构便于实现自动化 。
广泛应用于轴流式通风机的调节中。
（ 2） 调节方法
1） 离心式通风机的前导器
2） 轴流式通风机的前导器
（ 3） 特点及适用范围
前导器调节法调节的机构比较简单，可以在不停机
的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目
的，在网络特性不变的情况下调节时，效率有所
变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调
节的补充较为适宜。
改变改变 Tu pc ?1
3、前导器调节法
（ 1）调节原理
4,改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法
（ 1） 调节原理
（ 2） 调节方法
注意：改变叶片数目后, 叶轮的平衡问题 。
（ 3） 特点及适用范围
不需要另外附加机构, 需要在停机情况下操
作 。 只能实现阶段调节, 可调范围窄, 效率也有
所变化, 可以作为辅助的调节措施 。
五、通风机的联合工作
当一台通风机不能满足矿井通风要求时，可
以将多台通风机同时在网络上工作，增加系统的
风量或提高风压，满足矿井通风要求。这种多台
通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合
工作。联合工作的基本方式为串联和并联。
（ 一 ） 通风机的串联工作
1,串联工作的任务
增加风压
2,串联工作的特点
两台风机的风量相等, 风压为两台风机在该流量下的风压之和 。
3,串联工况点
（ 1） 构造等效风机
按照, 相同流量下, 风压相加, 的原则 。
（ 2） 求等效风机的特性曲线
（ 3） 等效工况点
（ 4） 串联效果
)( 2121 ppppp m ????? 和
注意：两台风机串联后并不都是增加风压。一般是
对于网络阻力较大的系统，串联效果较好。
（ 二 ） 通风机的并联工作
1,并联工作的任务
增加风量
2,并联工作特点
两台风机产生的风压相等, 都等于克服网络阻力所需的风压,
通过网络的风量等于两风机风量之和 。
3,并联工况点
（ 1） 构造等效风机
按照, 等风压下, 流量相加, 的原则 。
（ 2） 求等效风机的特性曲线
（ 3） 等效工况点
（ 4） 并联效果
)( 2121 QQQQQ ????? 和并
注意：两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对
于网络阻力较小的系统，并联效果较好；两台风机并联后
运转的稳定性。
六, 通风机的运行与使用
1,起动前的检查 通风机起动前要进行全面检查,
从传动部分开始, 检查联轴节, 皮带, 螺栓连接
及焊接部分是否牢固；轴承部分润滑油量是否合
适；检查各风门的关开程度是否合乎要求；各测
量仪表是否齐全；最后关闭所有检查孔, 才能启
动 。
2,起动工况的选择
（ 1） 原则
1） 功率最低处；
2） 尽量避免出现不稳定现象 。
（ 2） 起动工况的选择
1） 离心式通风机 闸门完全关闭
2） 轴流式通风机
闸门半开或全开
3,试运转
4,运转期间的维护
（ 1） 保持机房和通风设备的整洁；
（ 2） 定时检查各轴承的润滑油量和轴承温度, 若是
滑动轴承, 还应检查油环带油情况, 油质是否清
洁 。 轴承温度一般不应超过 60℃, 超过此温度,
超温自动信号器能及时发出信号；
（ 3） 应经常观察电流表和测压仪表的读数, 并定时
记入记录本中；
（ 4） 要注意通风机的振动和各部分螺帽的拧紧程度,
如发现有异常振动和响声要及时向矿井主管人员
报告, 必要时应迅速开动备用通风机, 停车检修 。
矿井通风设备包括通风机、电气设备、扩散器
及反风装置等。
§ 8— 1概述
一、矿井通风设备的作用
向井下输送新鲜空气，稀释和排除有毒、有害气体，调节
井下所需风量、温度和湿度，改善劳动条件，保证安全生
产。
二、矿井通风方法及方式
1、通风方法
自然通风：
机械通风：（每个矿井必须采用（, 规程, 规定））
2、主通风设备的工作方式
抽出式：（我国常采用）
压入式：
三、通风机的工作原理
通风机的分类 通风机按服务范围分，可分
为主要通风机（它负责全矿井或某一区域通
风任务）和局部通风机（它负责掘进工作面
或加强采煤工作面通风）；按气体在叶轮内
部流动方向分，可分为离心式通风机和轴流
式通风机
（一）离心式通风机的工作原理
（二）轴流式通风机的工作原理
四、通风机的性能参数
1、风量（流量）（ Q）
m3/s,m3/min,m3/h
2、风压（ P）
通风机的风压分为静压、动压和全压。单位为 Pa（ N/㎡ ）
（ 1）静压（ Pj） 指单位体积的气体流过通风机后所获得的
压力能（即压力势能）（ 2）动压（ Pd） 指单位体积的气
体流过通风机后所获得的动能。
（ 3）全压（ P） 指单位体积的气体流过通风机后所获得的
总能量。
3、功率
（ 1）轴功率（ P） 单位 KW。
（ 2）有效功率（ Pe） 指单位时间内气体从通风机获得的
能量。
1 0 0 0
Qp
P e ?
5、转速（ n）
风机叶轮每分钟的转数，单位为 r/min。
P
Qp
P
P e
1 0 0 0???
P
Qp j
j 1 0 0 0??
4、效率
（ 1）全效率（ η） 指通风机的有效功率与轴功率之比。
（ 2）静效率（ ηj） 指在上式中如果用静压代替全压，则
所得的效率称为静效率。
§ 8— 2 通风机的特性曲线
一、离心式通风机的特性曲线
（一）理论风压方程式与个体特性曲线
1、理论风压方程式
ut
uuT
uuT
cup
mNcucup
cucu
g
H
22
2
1122
1122
/),,,,,,(
),,,,,,(
1
?
?
?
???
?? 米空气柱
3、影响理论风压的因素
（ 1）结构尺寸（ D2）
（ 2）运转工况（ n）
（ 3）叶片型式（前向、径向、后向）
4、实际风压特性曲线
2
2
22
2
2
222
2
c o t
c o t
?
?
?
??
?
S
u
BuA
BQAp
Q
S
u
up
TT
TT
??
???
??；式中，
2、理论风压特性曲线
（二）离心式通风机的类型系数和类型曲线
同类型风机：满足几何相似、运动相似、动力
相似的风机。
1、类型系数
（ 1）风压系数
Slu
ut
kcup
cup
??
?
22
22
??
?
常数
、且、
??
??
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k
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u
k
u
c
u
kcu
kcu
p
p
uu
slsl
sl
u
sl
u
slu
slu
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
22
2
22
22
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?
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??
??
??
?
（ 2）流量系数
常数??
??
?
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??
?
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??
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?
?
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?
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Q
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c
D
b
Q
Q
uD
u
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D
b
cbDQ
r
r
r
r
r
rrr
2
2
22
2
2
2
2
2
2
2
2
22
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
222
44
4
4
4
4
4
4
4
4
??
?
?
?
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?
?????
常数??
???
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???
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??
?
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?
?
P
uD
P
uD
P
uD
uD
pQ
Qp
P
P
Qp
P
3
2
2
2
3
2
2
2
3
2
2
2
3
2
2
2
44
4
4
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
（ 3）功率系数
2、离心式通风机的类型特性
（ 1）类型特性曲线
（ 2）类型特性曲线的作用
1）用一个类型特性曲线代替该类型不同尺寸和
转速的通风机的所用个体特性曲线；
2）用类型特性曲线比较不同类型通风机的性能；
3）用类型曲线选取最有利的通风机。
二、轴流式通风机的特性曲线
（一）轴流式通风机叶轮中气流的运动及速度三角
形
1、气流在叶轮中的流动
（ 1）基元环
（ 2）叶栅 将基元环展开成平面后，成为直列叶栅。
栅距：叶栅中的相邻叶片间的间距，以,t”表示。
栅稠：弦长与栅距之比。栅稠在外缘处最小并向轮
毂处逐渐增大。
安装角：叶片弦长与栅出口边缘线的交角，以,θ”
表示。通常以叶根处安装角标志叶轮叶片安装角。
2、速度三角形
图 8— 5
Q
M
p
MP
QpP
T
T
?
??
??
????
???
?
?
（二）轴流式通风机基本方程式
1、理论压头（风压）
不考虑任何损失的情况下，叶栅输入的功率
△ P等于输出功率：
按照动量矩定理，在稳定流动中，单位时间内
气流动量矩的变化量等于同一时间的外力对同一轴线
的外力矩。则：
uTu
uuT
uu
ucpc
ccup
ccQrM
21
12
12
0
)(
)(
?
?
?
??
???
????
时，当
如叶轮加装前导叶时，产生强迫旋绕，这时
（当 c1u与 u同向时取,-”,c1u与 u反向时取,+”）
2、基本方程式的能量意义
因此，在其它条件相同的情况下，轴流式风机
的静压要低于离心式通风机。
3、气流速度和压力沿叶片高度分布
（三）轴流式通风机理论压头特性
1、理论压头特性
利用出口三角形的速度关系
rcu?
=常数，扭曲状
22 c o t ?au cuc ??
)c o t( 2?? aT cuup ???
可以用叶轮外缘处的参数代换任意半径处的
参数。以下缀,R”表示外缘参数，则有：
rcu?
条下斜的直线。理论压头特性曲线是一?
??
?
???
??
??
90
)/.(.,,,,,,,,,
)(
4
c o t
)(
4
)c o t(
2
2
22
22
22
2
?
?
?
?
?
??
?
mNQ
dD
up
cdDQ
cuup
TRT
aT
aRRT
在 = 常数情况下,
2、静压与动压的分配
于动压的比例。静压在全压中的比例大
即
?
????
??
????
???
190
2
1
)
2
1
(
2
2
)(
2
2
2
2.
2
22
2
22.
2
2
2
1
2
2.
u
c
u
c
p
p
cuccucp
cccp
u
u
T
dT
uuuustT
dT
?
?
?
?
??
（四）轴流式通风机实际特性
1、轴流式通风机的损失
（ 1）气流在进入叶轮前由于进风部件阻力而形成的
损失；
（ 2）气流在叶轮中由于翼型的阻力和叶片与外壳间
的缝隙而形成的损失；
（ 3）气流由叶轮脱出时由于气流的旋流而造成的损
失；
（ 4）在叶轮后面的通流部件中气流转向和能量转换
的损失；
（ 5）传动时的机械损失。
2、实际特性曲线（图 8-6,7）
它的特点是在曲线上出现了马鞍形区域。
§ 8— 3 通风机的构造及反风装置
一、离心式通风机的构造及性能
（一）结构
离心式通风机的主要气动部件是叶轮、集流器（进风
口）和外壳。
叶轮
组成 由前盘面、后盘面和叶片组成。
叶型 用于矿井通风的离心式通风机属于中、低压风机。
过去，它的叶轮叶型多采用圆弧形；现在，多采用机翼
形叶片。（矿用风机多采用后向叶片，安装角一般 18～
75° 之间,4— 72和 4— 73模型机安装角一致，均为
45° 。）
叶轮的叶片数目 与安装角和叶轮外径对内径的比值有
关，通过试验可以找到某一最佳值,4— 72和 4— 73模型
机的叶轮叶片数目均为 10片。
2、外壳（螺壳）
风机的外壳的作用是汇集从叶轮流出的气流，
并输送到外壳的出口。
形状 外壳的截面呈螺旋状。其螺壳的型线与
其中气流要求有关。假定气流在所有径向截面中的
流速保持常数，其螺壳的型线应是阿基米德螺线；
若假定叶轮出口绝对速度在圆周方向上的分量，即
旋绕速度 C2u的分布规律为 C2uR=常数，则螺壳的型
线为对数螺旋线。
3,集流器 （ 进风口 ）
集流器的作用是保证气流平稳地进入叶轮，
使叶轮得到良好的进气条件。常用的是锥弧形的，
它的前半部分是圆锥形的收敛段，后部是近似双
曲线的扩散段，前后两段之间的过度段，是收敛
度较大的喉部。气流进入这种集流器后，首先是
缓慢加速，在喉部形成高速气流，而后又均匀扩
散，均匀地充满整个叶轮流道。集流器的喉部形
状和喉部直径，对风机效率有较大影响。集流器
与叶轮入口部分之间的间隙形式和大小，对容积
损失和流动损失有重要影响。 4— 72和 4— 73模型
机采用径向间隙，通过这种间隙的泄漏气流方向，
与主气流方向一致，不会干扰主气流。此外，为
了减少容积损失，在工艺允许的条件下，应尽可
能采用较小的间隙尺寸。
（ 二 ） 几种常用离心式通风机
1,4— 72— 11型离心式通风机
（ 1） 结构特点
（ 2） 型号意义
□ 4— 72— 11— No.20 B 右 90°
□ —— 一般用字母表示通风机的用途 。, G”表示锅炉用通风机；, K”表
示矿用通风机；
4—— 最高效率点的全压系数乘以 10；
72—— 比转数
1—— 表示叶轮进风方式 。, 1”表示叶轮单侧进风；, 0” 表示叶轮双侧进
风
No.20—— 机号；叶轮直径除以 100
B—— 传动方式 （ 离心式通风机的传动方式有六种,A— 无轴承箱； B—
支撑皮带 （ 悬臂支撑, 皮带传动, 带轮在支撑点中部 ） ； C— 悬臂皮
带； D— 悬臂联轴节； E— 中间皮带； F— 中间联轴节 。 一般 4— 72—
11和 G4— 73— 11采用前四种；大型的 K4— 73— 01采用后两种 。 ）
右 —— 叶轮旋向 （ 站在电动机一侧正视叶轮, 顺时针方向旋转的称为
,右, 旋, 逆时针方向旋转的称为, 左, 旋 。 ）
90° —— 出风口位置
（ 3） 技术性能及特性曲线
2,G4— 73— 11型离心式通风机
3,K4— 73— 01型离心式通风机
二, 轴流式通风机的构造及性能
（ 一 ） 结构
一般矿用轴流式通风机的主要气动部件有叶轮, 导叶 （ 前导叶
,中导叶, 后导叶 ）, 外壳, 进风口 （ 集流器, 疏流罩 ） 以及出
口处的扩散器 。
1,叶轮
叶轮是风机的主要部件，决定着风机性能的主要因素是风机翼
型、叶轮外径、外径对轮毂的比值（轮毂比）和叶轮转速。适用
于矿用通风机的翼型,CLARK— Y翼型和 RAF— 6E翼型等。叶
轮外径和风机轴转速决定圆周速度，直接影响到风机全压。轮毂
比与风机比转数有关。一般说来，轮毂比大时，轴向速度 Ca增大
，叶片数目 z和叶片相对宽度 b/l（ b为弦长,l为叶展）也相应增
大，风机的风压系数提高；反之，轮毂比小，多数取 0.6，风压
系数也较低。叶轮叶片安装角直接影响旋绕速度的增量，影响风
机全压。通常，可在 10～ 45° 范围内调整。
2,导叶
前导叶 某些风机设有前导叶, 用以控制进入叶轮的气流方
向, 达到调节特性的目的 。 此导叶可分为两段, 头部固定
不动, 尾部可以摆动 。 这样, 外界气流可以较小的冲击进
入前导叶, 而后改变方向进入叶轮 。
中导叶 在多级轴流式通风机中级间设置 。 它的作用是将前
级叶轮的流出气流方向, 转为轴向流入后级叶轮 。
后导叶 作用是将最后一级叶轮的出流方向转为接近轴向流
出 。 剩余的旋绕速度使气流不仅沿轴向, 而且是沿螺线方
向在扩散器中流动, 有利于改善扩散器的工作 。
注意：
（ 1） 导叶的形式 以前多采用圆弧形叶片 。 现在多采用机翼
形叶片, 中, 后导叶还采用扭曲机翼形叶片 。
（ 2） 导叶的数目 （ 前导叶, 中导叶, 后导叶 ） 应与叶轮叶
片数互为质数, 以避免气流通过时产生同期扰动 。lss /?
3、进风口（集流器和整流罩）
作用是使气流顺利地进入风机的环行入口信道，并在叶
轮入口处，形成均匀的速度场。目前，矿用通风机集流
器型线为圆弧形，疏流罩的型面为球面或椭球面。
4、扩散器
作用是把风机出口动压的一部分转换为静压，以提高风
机的静效率。一般由锥形筒芯和筒壳组成，装在风机出
口侧。
5、外壳
风机外壳呈圆筒形，重要的是叶轮外缘与外壳内表面的
径向间隙应尽可能地减小。通常 （ s— 径向间隙，
l— 叶片展长）在 0.01～ 0.06之间。
二）几种常用轴流式通风机
1,2K60型通风机
（ 1）结构特点
（ 2）技术性能和性能曲线
（ 3）型号意义
2,2K56型轴流式通风机
三, 矿用通风机的反风
（ 一 ） 反风的意义及要求
1,意义
2,要求
,煤矿安全规程, 规定：生产矿井主要通风
机必须装有反风设施, 必须能在 10min内改变巷道
中的风流方向 。
当风流方向改变后, 主要通风机的供风量,
不应小于正常风量的 40%。
反风设施由矿长组织有关部门每季度至少检
查一次, 每年应进行 1次反风演习 。 当矿井通风系
统有较大变化时, 也应进行 1次反风演习 。
（二）离心式通风机的反风
利用反风道（图 8— 19）
（三）轴流式通风机的反风
1、反转反风法
2、反风道反风法（ 图 8— 20）
3、无反风道反风法
（ 图 8— 21）
4、各种反风方法的比较
§ 8— 4 通风机在网络中的工作
通风机是与一定的网络相连接而进行工
作的, 因此通风机本身与相应的网络构成
一个完整的系统 。 通风机的工作状况不仅
取决于通风机本身, 同时也取决于网络的
状况 。
一、通风机在网络上的工作分析
通风机或以抽出方式工作, 或以压入方式工作 。 前者,
设备位于系统的出口端；后者, 位于系统入口端 。 设备在
系统中的位置不同, 会不会影响其工作参数呢？
取某一通风系统, 假设通风机位于网络中部, 将网络
分为两段, 对来流段以吸风方式工作, 对出流段以压风方
式工作 。
如上图所示，取四个截面,Ⅰ — Ⅰ 截面为系统入口前
未受到风机工作干扰的某一截面，因未受干扰，故
V1=0,P1=Pa； Ⅱ — Ⅱ 截面为风机入口截面，此处全
压为 H2； Ⅲ — Ⅲ 截面为设备出口截面，此处全压为 H3；
Ⅳ — Ⅳ 截面为系统出口截面，此处风压为大气压，气
流速度为气流脱离系统的速度，即 P4=Pa和 V4=c。就
Ⅰ — Ⅰ 和 Ⅱ — Ⅱ 截面，以及 Ⅲ — Ⅲ 和 Ⅳ — Ⅳ 截面之间
写伯诺里方程式，得：
2
433212 2
1 cphphpp
aa ?????? ?? 和
利用此两式可求得风机工作的全压
式中 h—— 网络中风压损失,
ρ —— 矿井空气密度；
c—— 气流脱离系统时的断面平均流速 。
此式说明风机在网络中工作时，产生的全压等于，等于网络中风压损失，
与气流脱离系统时带走的动压损失之和。通常，将通风机产生的风压
p称为全压；克服网络阻力的风压称为静压，用 pj表示，即 pj=h；出口
动能损失称动压，用符号 pd表示，即
。
223 21 chppp ?????
4321 ?? ?? hhh
2
2 cp d
??
于是 Hppp dj ???
可以明显看出，风机全压与风机在网络中的位置无关
又因
jj pQRS
Q
d
Lv
d
Lh ?????? ?? 222 )(
2)(2)(
??????
2
4
2 )(
22 S
Qcp
d
?? ??
二、通风网络特性曲线
1、网络特性方程式
（通风网络静阻力特性方程 ）
式中 S—— 通风网络过流面积，㎡；
Q—— 通风网络的流量,m3/s；
Rj—— 通风网络静阻力系数,N·s2/m8。
式中 S4—— 通风机出口过流面积，㎡。
式中 R—— 通风网络全阻力系数,N·s2/m8。
22
2
4
)2( RQQSRH j ???? ?
（ 通风网络全阻力特性方程）
三, 通风机工况点和工业利用区
（ 一 ） 工况点
1,定义
2,工况参数
注意：网络特性曲线与风压特性曲线的对应关系 。
（ 二 ） 工业利用区
1,划定原则
稳定性和经济性
1,划定方法
（ 1） 稳定工作条件 （ 有且只有一个工作点 ）
m a x9.0 jjM pp ?
（ 2）经济工作条件
6.0
8.0 m a x
?
?
jm
jjm
?
??
四, 通风机的工况调节及运行
调节原因：在矿井开采过程中, 通风网络的参数是变
化的, 为了适应这种变化, 通风机的工况应具有可
调节性 。
调节途径：一是改变网络特性曲线调节法；二是改变
通风机特性曲线调节法 。
（ 一 ） 改变网络特性曲线调节法
1,闸门调节
（ 1） 调节原理及方法
注意：闸门调节不节能 。
（ 2） 适用范围及特点
设备简单, 调整容易而均匀 。 但有附加能量损失 。 只
能作为一种暂时的应急方法使用 。
2、串并联巷道
（二）改变通风机特性曲线调节法
mmmm n
n
P
P
p
p
Q
Q ??? 3/12/1 )()(
1、改变叶轮转速调节法
（ 1）调节原理
比例定律：
（ 2）调节方法
1）阶段调节
2）无级调节
注意：转速不能超过叶轮圆周速度允许值。
（ 3）应用范围及特点
1）特点 调节范围较宽，在网络特性不变的情况调节时，
效率不变。阶段性
调速的调节机构简单，但必须在停机时操作；无级调速机
构复杂投资大，但
调节性能好，节电效果明显，其投资很快可以得到补偿，
且能在不停机情况
下完成调节工作。
2）应用范围
2、改变叶片安装角调节法
（ 1）调节原理
增大增大增大 pc u ?? 2?
（ 2） 调节方法
1） 停机调节
方法：人工和机构
2） 动叶调节
调节原理 平衡抵消闭合力矩 。
调节机构 油压式, 机械式, 电气式
（ 3） 特点及适用范围
停机调节叶片安装角的机构简单, 理论上可以实现
无级调节, 但由于必须停机操作, 实际上只能做到阶段
调节, 调节范围较宽, 调节中效率有所变化 。
动叶调节的调节机构比较复杂, 可在不停机情况下
完成操作并实现无级调节 。 调节范围广, 而且可以得到
覆盖全调节范围的特性, 调节时效率有所变化 。 采用这
种机构便于实现自动化 。
广泛应用于轴流式通风机的调节中。
（ 2） 调节方法
1） 离心式通风机的前导器
2） 轴流式通风机的前导器
（ 3） 特点及适用范围
前导器调节法调节的机构比较简单，可以在不停机
的情况下完成操作，通常只能达到阶段调节的目
的，在网络特性不变的情况下调节时，效率有所
变化。由于调节范围比较窄，作为其它阶段性调
节的补充较为适宜。
改变改变 Tu pc ?1
3、前导器调节法
（ 1）调节原理
4,改变轴流式通风机级数和叶轮叶片数调节法
（ 1） 调节原理
（ 2） 调节方法
注意：改变叶片数目后, 叶轮的平衡问题 。
（ 3） 特点及适用范围
不需要另外附加机构, 需要在停机情况下操
作 。 只能实现阶段调节, 可调范围窄, 效率也有
所变化, 可以作为辅助的调节措施 。
五、通风机的联合工作
当一台通风机不能满足矿井通风要求时，可
以将多台通风机同时在网络上工作，增加系统的
风量或提高风压，满足矿井通风要求。这种多台
通风机在一个网络上同时工作称为通风机的联合
工作。联合工作的基本方式为串联和并联。
（ 一 ） 通风机的串联工作
1,串联工作的任务
增加风压
2,串联工作的特点
两台风机的风量相等, 风压为两台风机在该流量下的风压之和 。
3,串联工况点
（ 1） 构造等效风机
按照, 相同流量下, 风压相加, 的原则 。
（ 2） 求等效风机的特性曲线
（ 3） 等效工况点
（ 4） 串联效果
)( 2121 ppppp m ????? 和
注意：两台风机串联后并不都是增加风压。一般是
对于网络阻力较大的系统，串联效果较好。
（ 二 ） 通风机的并联工作
1,并联工作的任务
增加风量
2,并联工作特点
两台风机产生的风压相等, 都等于克服网络阻力所需的风压,
通过网络的风量等于两风机风量之和 。
3,并联工况点
（ 1） 构造等效风机
按照, 等风压下, 流量相加, 的原则 。
（ 2） 求等效风机的特性曲线
（ 3） 等效工况点
（ 4） 并联效果
)( 2121 QQQQQ ????? 和并
注意：两台风机并联后并不都是增加风量。一般是对
于网络阻力较小的系统，并联效果较好；两台风机并联后
运转的稳定性。
六, 通风机的运行与使用
1,起动前的检查 通风机起动前要进行全面检查,
从传动部分开始, 检查联轴节, 皮带, 螺栓连接
及焊接部分是否牢固；轴承部分润滑油量是否合
适；检查各风门的关开程度是否合乎要求；各测
量仪表是否齐全；最后关闭所有检查孔, 才能启
动 。
2,起动工况的选择
（ 1） 原则
1） 功率最低处；
2） 尽量避免出现不稳定现象 。
（ 2） 起动工况的选择
1） 离心式通风机 闸门完全关闭
2） 轴流式通风机
闸门半开或全开
3,试运转
4,运转期间的维护
（ 1） 保持机房和通风设备的整洁；
（ 2） 定时检查各轴承的润滑油量和轴承温度, 若是
滑动轴承, 还应检查油环带油情况, 油质是否清
洁 。 轴承温度一般不应超过 60℃, 超过此温度,
超温自动信号器能及时发出信号；
（ 3） 应经常观察电流表和测压仪表的读数, 并定时
记入记录本中；
（ 4） 要注意通风机的振动和各部分螺帽的拧紧程度,
如发现有异常振动和响声要及时向矿井主管人员
报告, 必要时应迅速开动备用通风机, 停车检修 。
