第四章 矿井通风动力
本章重点与难点
1、自然风压的产生、计算、利用与控制
2、轴流式和离心式主要通风机特性
3、主要通风机的联合运转
4、主要通风机的合理工作范围
第四章 矿井通风动力
第一节 自然风压
一, 自然风压及其形成和计算
1、自然通风
由自然因素作用而形成的通风叫 自然通风 。
冬季,空气柱 0-1-2比 5-4-3的
平均温度较低，平均 空气密
度较大，导致两空气柱作用
在 2-3水平面上的重力不等。
它使 空气源源不断地从井
口 1流入，从井口 5流出。
夏季,相反。
自然风压,作用在最低水平两侧空气柱重力差
0
1
2 3
4
5
dzρ1
dzρ2
z
2、自然风压的计算
根据自然风压定义, 上图所示系统的自然风压 HN可用下式计算：
为了简化计算，一般采用测算出 0-1-2和 5-4-3井巷中空气密度的平
均值 ρ m1和 ρ m2，用其分别代替上式的 ρ 1和 ρ 2，则上式可写为：
注意, 1）自然风压的计算必须取一闭合系统。
2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。
3）一般选取最低点作为基准面。
二,自然风压的影响因素及变化规律
自然风压影响因素
HN=f (ρZ ） =f [ρ(T,P,R,φ), Z ]
1,矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响 HN的主要因素 。
2,空气成分和湿度影响空气的密度, 因而对自然风压也有一定影响,
但影响较小 。
g d Zg d ZH zN ?? ?? 53 20 1 ??
)( 21 mmN ZgH ?? ??
3、井深。 HN与矿井或回路最高与最低点间的高差 Z成正比。
4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。
三、自然风压的控制和利用
1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和
当地气候特点。
2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满
足矿井通风需要，又可节约电能。
3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土
施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自
然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。
4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便
可利用自然风压进行通风。
1012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12
月份
HN
5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变
化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事
故。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。
ABB’CEFA系统的自然风压为：
DBB’CED系统的自然风压为：
自然风压与主要通风机作用方向相反 。 相当于在平硐口 A和进风立
井口 D各安装一台抽风机 （ 向外 ） 。
a b
c
d
a b
c
d
ef
b’
RD RC
Z
)( ' AFCBNA ZgH ?? ??
)( ' BECBND ZgH ?? ??
设 AB风流停滞，对回路 ABDEFA和 ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程：
式中,HS— 风机静压, Pa；
Q — DBB’C风路风量, m3/S;
RD,RC—分别为 DB和 BB’C分支风阻, N·S2/m8。
两式相除：
此即 AB段风流停滞条件式 。
当上式变为
则 AB段风流反向 。
由此可知防止 AB风路风流反向的措施有, （ 1） 加大 RD； （ 2） 增大
HS； （ 3） 在 A点安装风机向巷道压风 。
2
2
QRHH
QRHH
CNAS
DNDNA
??
??
C
D
NAS
NDNA
R
R
HH
HH ?
?
?
C
D
NAS
NDNA
R
R
HH
HH ?
?
?
第二节 矿用通风机的类型及构造
矿用通风机按其服务范围可分为三种：
1,主要通风机, 服务于全矿或矿井的某一翼 （ 部分 ） ；
2,辅助通风机, 服务于矿井网络的某一分支 （ 采区或工作面 ）, 帮
助主通风机通风, 以保证该分支风量；
3,局部通风机, 服务于独头掘进井巷道等局部地区 。
按构造和工作原理可分为：
离心式通风机 和 轴流式通风机 。
一, 离心式通风机的构造和工作原理
1,风机构造 。
离心式通风机一般由,进风口, 工作轮 （ 叶轮 ）, 螺形机壳和扩
散器等部分组成 。 有的型号通风机在入风口中还有前导器 。
吸风口有,单吸和双吸 两种 。
叶片出口构造角,风流相对速度 W2的方向与圆周速度 u2的反方向夹角
称为 叶片出口构造角,以 β 2表示。
离心式风机可分为,前倾式 （ β 2>90o),径向式 （ β 2=90o)和后倾式
（ β 2<90o)三种 。
β 2不同, 通风机的性能也不同 。 矿用离心式风机多为后倾式 。
w2 c2
u2 c2u
β2
w2 c2
u2β2 u2
c2w2
β2
2,工作原理
当电机通过传动装置带动叶轮旋转时, 叶片流道间的空气随叶片旋转
而旋转, 获得离心力 。 经叶端被抛出叶轮, 进入机壳 。 在机壳内速度
逐渐减小, 压力升高, 然后经扩散器排出 。 与此同时, 在叶片入口
（ 叶根 ） 形成较低的压力 （ 低于吸风口压力 ）, 于是, 吸风口的风流
便在此压差的作用下流入叶道, 自叶根流入, 在叶端流出, 如此源源
不断, 形成连续的流动 。
3,常用型号
目前我国煤矿使用的离心式风机主要有 G4-73,4-73型和 K4-73型等 。
这些品种通风机具有规格齐全, 效率高和噪声低等特点 。
型号参数的含义举例说明如下：
G 4 — 73 — 1 1 № 25 D
代表通风机的用途, K表示 表示传动方式
矿用通风机, G代表鼓风机 通风机叶轮直径 （ 25dm)
表示通风机在最高效率点时 设计序号 (1表示第一次设计 ）
全压系数 10倍化整 表示通风机比转速 (ns)化整 表示进风口
数,1为单吸,0为双吸
二、轴流式风机的构造和工作原理
1,风机构造
主要由 进风口, 叶轮, 整流器, 风筒, 扩散 （ 芯筒 ） 器和传动部 件
等部分组成 。 叶轮有 一级 和 二级 两种
2,工作原理
（ 1） 特点,在轴流式风机中, 风流流动的特点是, 当动轮转动时, 气
流沿等半径的圆柱面旋绕流出 。
（ 2）叶片安装角
在叶片迎风侧作一外切线称为 弦线 。弦线与动轮旋转方向（ u)的夹角
称为 叶片安装角,以 θ 表示。
可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角 θ 必需
保持一致。
（ 3）工作原理
当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度 u 移动。处于叶片迎面的气流受
挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作
用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道
出口流出，翼背的低压区, 吸引, 叶道入口侧的气体流入，形成穿过
翼栅的连续气流。
u
θ
3,常用型号
目前我国煤矿在用的轴流式风机有 1K58,2K58,GAF和 BD或 BDK（ 对旋
式 ） 等系列轴流式风机 。 轴流式风机型号的一般含义是：
1 K— 58 — 4 № 25
表示表示叶轮级数,1表示 通风机叶轮直径 （ 25dm)
单级, 2表示双级 表示设计序号
表示用途, K表示矿用,
T表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整
B D K 65 8 № 24
防爆型 叶轮直径 （ 24dm)
对旋结构 电机为 8极 （ 740r/min）
表示用途, K为矿用 轮毂比 0,65的 100倍化整
4、对旋风机的特点
一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方
向也相反，两级叶片安装角一般相差 3o；电机为防爆型安装在主风筒
中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管
与大气相通，以达到散热目的。
第三节 通风机附属装置
一, 风硐
风硐是连接风机和井筒的一段巷道 。 通过风量大, 内外压差较大,
应尽量降低其风阻, 并减少漏风 。
二, 扩散器 (扩散塔 )
作用,是降低出口速压以提高风机静压 。
扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定 。
总的原则是, 扩散器的阻力小, 出口动压小并无回流 。
三, 防爆门 (防爆井盖 )
在斜井井口安设防爆门, 在立井
井口安设防爆井盖 。
作用,当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆
炸时, 受高压气浪的冲击作用, 自动
打开, 以保护主通风机免受毁坏；在
正常情况下它是气密的, 以防止风流短路 。
四、反风装置和功能
作用,使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产
生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。
反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：
1）设专用反风道反风；
2）利用备用风机作反风道反风；
3）轴流式风机反转反风
4）调节动叶安装角反风。
要求：
定期进行检修, 确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠, 能在
10min内改变巷道中风流方向；结构要严密, 漏风少；反风量不应
小于正常风量的 40%；每年至少进行一次反风演习 。
作业
? 4-1,4-3,4-4
本次课的重点和难点
1、主要通风机的实际工作参数及工作特性；
2、主要通风机水柱计读数；
3、类型风机曲线与比例定律
4、风机的工况点和合理工作范围；
5、风机的联合运转
第四节 通风机实际特性曲线
一, 通风机的工作参数
表示通风机性能的主要参数是风压 H,风量 Q,风机轴功率 N,效率 ?和
转速 n等 。
（ 一 ） 风机 (实际 )流量 Q
风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积, 亦称
体积流量 。 单位为 m3/h,m3/min 或 m3/s 。
（ 二 ） 风机 (实际 )全压 Hf与静压 Hs
全压 Ht:是通风机对空气作功, 消耗于每 1m3 空气的能量 （ N·m/m3 或
Pa）, 其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差 。
忽略自然风压时, Ht用以克服通风管网阻力 hk 和风机出口动能损失 hv，
即, Ht=hR+hV,Pa
静压,克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压 HS（ Pa） 。
HS=hR=RQ2 因此 Ht=HS+hV
(三 ） 通风机的功率
全压功率,通风机的输出功率以全压计算时称全压功率 Nt。 计算式：
Nt=HtQ× 10-3 KW
静压功率,用风机静压计算输出功率, 称为静压功率 NS。 计算式：
NS=HSQ× 10—3 KW
风机的轴功率, 即通风机的输入功率 N（ kW） 。 计算式：
或
式中 ?t,?S分别为风机的全压和静压效率 。
电动机的输入功率 （ Nm ）,
设电动机的效率为 ?m,传动效率为 ?tr时,则
tt
tNN ?? 1 0 0 0 QH t??
ss
sNN ?? 1000 QH S??
,1000
trmt
t
trm
m
QHNN
????? ??
二, 通风系统主要参数关系 －－ 风机房水柱计示值含义
1,抽出式通风矿井
（ 1） 水柱 （ 压差 ） 计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系
水柱计示值,即为 4 断面相对静压 h4
故 h4（负压） = P4 - P04
沿风流方向, 对 1,4两断面
列伯努力方程,
hR14=(P1+hv1+ρ m12 gZ12)
- (P4+hv4+ρ m34 gZ34)
由风流入口边界条件,Pt1＝ P01，
即 P1+hv1= Pt1=P01，
又因 1与 4断面同标高，所以 P01＝ P04
且,ρ m12gZ12’—ρ m34gZ34 = HN
z
1
2 3
5 6
h444
6
故上式可写为, hR14= P04 - P4- hv4 + HN
hR14=|h4|- hv4 + HN
即 |h4|= hR14+ hv4 - HN
即,风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系 。
（ 2） 风机房水柱计示值与风机风压之间关系
类似地对 4,5断面 (扩散器出口 ） 列伯努力方程, 忽略两断面之间的
位能差 。
扩散器的阻力 hRd ＝ (P5 + hv5)-(P6 + hv6 )
风流出口边界条件,P6＝ P06＝ P05＝ P04
故 hRd ＝ (P5 + hv5 )-(P04 + hv6 )＝ Pt5- P04–hv6
即 Pt5＝ hRd＋ P04＋ hv6
因为 风机全压 Ht＝ Pt5-Pt4 =(hRd＋ P04＋ hv6 )-(P4+hv4)
Ht = |h4|—hv4+hRd+hv6
若忽略 hRd 不计，则
Ht≌ |h 4|—hv4+ hv6
风机静压 Hs＝ |h4|— hv4
（ 3） Ht,HN,hR 之间的关系
综合上述两式：
Ht＝ |h4|- hv4+hRd+hv6
＝（ hR14+hv4-HN ） - hv4+hRd+hv6
＝ hR14 + hRd + hv6 - HN
即 Ht ＋ HN ＝ hR14 + hRd + hv6
表明,扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻
力，以及扩器出口动能损失。
2,压入式通风的系统
对 1,2两断面列伯努力方程得：
hR12=(P1+hv1+ρ m1gZ1)- (P2+hv2+ρ m2gZ2)
∵ 边界条件及 1,2同标高：
∴ P2 = P02 ＝ P01
故有,P1-P2= P1-P01= h1
ρ m1gZ1-ρ m2gZ2=HN
故上式可写为
hR12=h1+hV1-hv2+ HN
即 h1= hR12+ hv2- hV1-HN
又 Ht= Pt1-Pt1’= Pt1-P01
= P1+hv1-P01= h1+hv1
同理可得：
Ht+ HN = hR12 + hv2
1
z2
2
h1ρ
m1ρm2
1’1
三, 通风机的个体特性曲线
1,工况点,当风机以某 一转速, 在 风阻Ｒ的管网 上工作时, 可测
算出一组工作参数 （ 风压Ｈ, 风量Ｑ, 功率Ｎ, 和效率 η ）,
这就是该风机在管网风阻为Ｒ时的工况点 。
2,个体特性曲线,不断改变 R,得到许多的 Q,H,N,η 。 以 Q为
横坐标, 分别以 H,N,η 为纵坐标, 将同名的点用光滑的曲线相
连, 即得到个体特性曲线 。
3,通风机装置,把外接扩散器看作通风机的组成部分, 总称之为
通风机装置 。
4,通风机装置的全压Ｈ td,扩散器出口与风机入口风流的全压之
差, 与风机的全压Ｈ t之关系为：
式中 hd━━ 扩散器阻力 。
5,通风机装置的静压Ｈ sd：
dttd hHH ??
)( vddtvdtdsd hhHhHH ?????
6,Hs 和 Hsd 的关系
∵ Hs＝ Ht－ hvd
而
∴ 只有当 hd+hVd<hV 时，才有Ｈ sd>Ｈ s，
即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，
通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收
动能的作用。
7,Ht,Htd,Hs 和 Hsd 之间 的关系图
)( vddtvdtdsd hhHhHH ?????
Q
H
Ht-Q Htd-Q
HS-Q
Hsd-Q
8、离心式通风机个体特性曲线
特点,（ 1）离心式风机风压曲线驼峰
不明显，且随叶片后倾角度
增大逐渐减小，其风压曲线
工作段较轴流式风机平缓；
（ 2）当管网风阻作相同量的
变化时，其风量变化比轴
流式风机要大。
（ 3）离心式风机的轴功率Ｎ
随Ｑ增加而增大，只有在接
近风流短路时功率才略有下降。
风机开启方式,离心式风机在启动时应将风硐中的 闸门全闭,待其达
到正常转速后再将闸门逐渐打开。
说明,（ 1）离心式风机大多是全压特性曲线。（ 2）当供风量超过需
风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。
H/daPa
Q/m3/s
N/kW ?/%
HtH
S
N
?t?
S
9、轴流式通风机个体特性曲线
特点,（ 1）轴流式风机的风压特性
曲线一般都有马鞍形驼峰存在。
（ 2）驼峰点Ｄ以右的特性
曲线为单调下降区段，是稳定
工作段；
（ 3）点Ｄ以左是不稳定工作段，
产生所谓喘振（或飞动）现象；
（ 4）轴流式风机的叶片装置角
不太大时，在稳定工作段内，
功率随Ｑ增加而减小。
风机开启方式,轴流式风机应在风阻最小（ 闸门全开 ）时启动，
以减少启动负荷。
说明,轴流式风机给出的大多是静压特性曲线 。
Ht
Hs
?t
?s
?/%
Q/m3/s
H/daPa
N/kW
Q/m3/s
G F
D B
RM
三, 无因次系数与类型特性曲线
（一） 无因次系数
⒈ 通风机的相似条件
比例系数,两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似, 或者说它
们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数, 这些常数叫相似常数
或比例系数 。
几何相似 是风机相似的必要条件, 动力相似 则是相似风机的充分条件 。
2,无因次系数
（ 1） 压力系数
同系列风机 在相似工况点的全压和静压系数均为一常数, 可用下式表示：
式中,u为圆周速度, 为压力系数 。
（ 2） 流量系数
H
常数??? HuH 2?
H
Q 常数?? ?Q
uD
Q
2
4
?
（ 3） 功率系数
风机轴功率 计算公式中的 H 和 Q 分别上式代入得：
同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。
、, 三个参数都不含有因次, 因此叫 无因次系数 。
（ 二 ） 类型特性曲线
根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数 Q,H、
N和 η 。利用上三式计算出该系列风机的,, 和 η 。
然后以 为横坐标，以, 和 η 为纵坐标，绘出 - -
和 η - 曲线，此曲线即为该系列风机的 类型特性曲线, 见书 P67
图 4-4-6和图 4-4-7
?1000
HQN ?
常数?
?
??
???
NHQ
uD
N
??? 32
4
1000
?N
?NQH
H Q ?N
Q
H ?N H QQ
Q?N
四, 比例定律与通用特性曲线
1,比例定律 同类型风机它们的压力 H,流量 Q和功率 N与其转速 n、
尺寸 D和空气密度 ρ 成一定比例关系, 这种比例关系叫 比例定律 。
将转速 u=πDn/ 60 代入无因次系数关系式得：
对于 1,2两个相似风机而言，
∴
NnDN
QnDQ
HnDH
357
3
22
101 2 7.1
0 4 1 0 8.0
0 0 2 7 4.0
?
?
??
?
?
21 QQ ? 21 HH ? 21 NN ?
2
2
1
2
2
1
2
1
222222
121211
2
1
0 0 2 7 4.0
0 0 2 7 4.0
???
?
???
??
???
?
???
????
n
n
D
D
HnD
HnD
H
H
?
?
?
?
2
1
3
2
1
2232
1131
2
1
04108.0
04108.0
n
n
D
D
QnD
QnD
Q
Q ???
?
???
?
???
3
2
1
5
2
1
2
1
232522
131511
2
1
127.1
127.1 ??
?
???
?
????
?
???
?
????
n
n
D
D
NnD
NnD
N
N
?
?
?
?
2、通用特性曲线
根据比例定律，把一个系列产品的性能参数 H,Q,n,D,N、和 ?
等相互关系同画在一个坐标图上，叫通用曲线
例题 某矿使用主要通风机为 4-72-11№ 20B离心式风机, 图上给出三种不
同转速 n 的 Ht--Q 曲线 。 转速为 n1=630r/min,风 机 工 作 风 阻
R=0.0547× 9.81=0.53657N,s2/m8,工况点为 M0（ Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，
后来, 风阻变为 R’=0.7932 N,s2/m8,矿风量减小不能满足生产要求, 拟
采用调整转速方法保持风量 Q=58 m3/s,求转速调至多少？
解：同型号风机，故其
直径相等。由比例定律有：
n2＝ n1 Q2/Q1
＝ 630× 58/51.5
＝ 710r/min
即转速应调至 n2=710r/min，
可满足供风要求 。
M0
Q
H n =630
n =710
n =560
R=0.5367
R’=0.7932
M1
5851.5
第五节 通风机工况点及其经济运行
一, 工况点的确定方法
工况点,风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数, 如Ｑ, Ｈ,
Ｎ和 η 等, 一般是指Ｈ和Ｑ两参数 。
求风机工况点的方法：
1,图解法
理论依据是, 风机风压特性曲线的函数式为Ｈ＝ f(Ｑ ),管网风阻特
性曲线函数式是 h=ＲＱ 2,风机风压Ｈ是用以克服阻力 h,所以Ｈ＝ h，
因此两曲线的交点, 即两方程的联立解 。 可见图解法的前提是风压
与其所克服的阻力相对应 。
方法,在风机风压特性 （ Ｈ ─ Ｑ ） 曲线的坐标上, 按相同比例作出工
作管网的风阻曲线, 与风压曲线的交点之坐标值, 即为通风机的工
作风压和风量 。 通过交点作Ｑ轴垂线, 与Ｎ ─ Ｑ和 η─ Ｑ曲线相交,
交点的纵坐标即为风机的轴功率Ｎ和效率 η 。
若 使用厂家提供的不加外接扩散器的静压特性曲线Ｈ s─ Ｑ, 则要考虑安装扩
散器所回收的风机出口动能的影响, 此时所用的风阻Ｒ S应小于Ｒ m,即
式中 Ｒ v── 相当于风机出口动能损失的风阻,
Ｓ V── 风机出口断面, 即外接扩散器入口断面；
Ｒ d── 扩散器风阻；
Ｒ Vd── 相当于扩散器出口动能损失的风阻,
Ｓ Vd── 为扩散器出口断面 。
若 使用通风机全压特性曲线Ｈ t─ Ｑ, 则需用全压风阻Ｒ t作曲线, 且
若使用通风机装置全压特性曲线Ｈ td─ Ｑ, 则装置全压风阻应为Ｒ td,且
应当指出, 在一定条件下运行时, 不论是否安装外接扩散器, 通风机 全压特
性曲线是唯一 的, 而通风机装置的全压和静压特性曲线则因所安扩散器的规
格, 质量而有所变化 。
)( vddvms RRRRR ????
22
v
v SR
??
22
vd
vd SR
??
vddmt RRRR ???
2、解方程法
随着电子计算机的应用，复杂的数学计算已成为可能。
风机的风压曲线可用下面多项式拟合
式中 a1,a2,a3── 曲线拟合系数。
对于某一特定矿井, 可列出通风阻力方程
式中 Ｒ为通风机工作管网风阻 。
联立上述两方程, 即可得到风机工况点 。
332210 QaQaQaaH ????
2RQh ?
二, 通风机工点的合理工作范围
1,从经济角度, 通风机的运转效率不低于 60 %。
2,从安全角度, 工况点必须位于驼峰点右侧,
单调下降的直线段 。
3,实际工作风压不得超过最高风压的 90％ 。
4,风机的运轮转速不得超过额定转速 。
三, 主要通风机工况点调节
工点调节方法主要有：
1,改变风阻特性曲线
当风机特性曲线不变时, 改变工作风阻,
工况点沿风机特性曲线移动 。
A
B
C
D
上
下
右
左
0.6
0.65
0.7
15 30
45
Q/m3/s
H/Pa
R1
R1’
R1”
M
M’
M”
Q Q’Q”
H
H’
H”
１）增风调节 。为了增加矿井的供风量，可以采取下列措施：
（１）减少矿井总风阻。
（２）当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。
２）减风调节 。当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：
（１）增阻调节。
（２）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小矿井风量。
⒉, 改变风机特性曲线
这种调节方法的特点是矿井总风阻不变, 改变风机特性, 工况点沿风阻
特性曲线移动 。
nn1
n2
M
M1
M2
Q Q2Q1
H
H1
H2
Q
H
调节方法有：
１ ） 轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的 。
２ ） 装有前导器的离心式风机, 可以改变前导器叶片转角进行风量
调节 。
３ ） 改变风机转速 。 无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用 。
调节的理论依据是相似定律, 即
（ １ ） 改变电机转速 。
（ ２ ） 利用传动装置调速 。
调节方法的选择, 取决于调节期长短, 调节幅度, 投资大小和实
施的难易程度 。 调节之前应拟定多种方案, 经过技术和经济比较
后择优选用 。 选用时, 还要考虑实施的可能性 。 有时, 可以考虑
采用综合措施 。
3
0000 N
N
H
H
Q
Q
n
n ???
第六节 通风机的联合运转
两台或两台以上风机在同一管网上工作 。 叫风机联合工作 。 风机联
合工作可分为 串联 和 并联 两大类 。
一, 风机串联工作
一个风机的吸风口直接或通过一段巷道 （ 或管道 ） 联结到另一个风
机的出风口上同时运转, 称为风机串联工作 。
特点,1,通过管网的总风量等于每台风机的风量, 即 Q=Q1=Q2 。
2、总风压等于两台风机的工作风压之和，即 H＝ H1＋ H2 。
（一）、两台风压特性曲线不同风机串联工作分析
1,串联风机的等效特性曲线。
作图方法, 按风量相等，风压叠加的原则 。
F1 F2
2、风机的实际工况点。
在风阻为 R管网上风机串联工作,各风机的实际工况点按下述方法求得：
在等效风机特性曲线 Ⅰ+Ⅱ 上作管网
风阻特性曲线 R1，两者交点为 M0，过 M0
作横坐标垂线，分别与曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 相交
于 M1和 M2，此两点即是两风机的实际工况点。
效果分析,用等效风机产生的风量 Q与能
力较大风机的 F2单独工作产生风量 QⅡ 之差
表示。
（ 1） R=R1>R’,工况点位于 A点以上，
ΔQ=Q -QⅡ >0，则表示串联有效 ；
（ 2） R=R’工况点与 A点重合，
ΔQ=Q ’-Q’Ⅱ =0,则串联无增风；
（ 3） R=R”< R’,工况点位于 A点以下，
ΔQ=Q,-Q”Ⅱ <0，则表示串联有害。
F1
F2
F1+F2
R1
M0
M2
M1
Q
R’
QⅡ
R”
H
Q
Q”ⅡQ’
Q”
A
H2
H1
M’2
M”2
H’
H”
（ 二 ）, 风压特性曲线相同风机串联工作
两台特性曲线相同的风机串联
工作 。 由图可见, 临界点 A位于 Q轴
上 。 这就意味着在整个合成曲线范
围内串联工作都是有效的, 不过工作
风阻不同增风效果不同而已 。
结论, 1,风机串联工作适用于因
风阻大而风量不足的管网；
2,风压特性曲线相同的风机
串联工作较好；
3,串联合成特性曲线与工作风阻曲线
相匹配, 才会有较好的增风效果 。
4,串联工作的任务是增加风压,
用于克服管网过大阻力, 保证按需供风 。
H
Q
Ⅰ /Ⅱ
H
M
A
Ⅰ +Ⅱ
R1
Q
H
Q1
R2
Q’Q2
（ 三 ）, 风机与自然风压串联工作
1,自然风压特性
自然风压特性是指自然风压与风量
之间的关系 。自然风压随风量增大略
有增大。风机停止工作时自然风压依
然存在。故一般用平行 Q轴的直线表
示自然风压的特性。
2,自然风压对风机工况点影响
自然风压对机械风压的影响,
类似于两个风机串联工作 。
结论,当自然风压为正时, 机械
风 压与自然风压共同作用克服矿井通
风阻力, 使风量增加；当自然风压 为
负时, 成为矿井通风阻力 。
M1
M’1
Q
H
Ⅰ +Ⅱ
M”2
M”
Q1Q”2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Q
M
R
H
H’1 H”
2
Ⅰ +Ⅱ
H”1
二, 通风机并联工作
两台风机的吸风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机
并联 。 风机并联分为,集中并联 和 对角并联 之分 。
（ 一 ） 集中并联
特点, （ 1）, H = H1 = H2
（ 2）, Q = Q1 + Q2
1,风压特性曲线不同风机集中并联工作
1） 作图方法
原则,风压相等, 风量相加的原则 。
方法,根据上述原则在同一坐标系中
将两条风机特性曲线 （ I,II） 合成 。
F1 F2
Q1 Q2
Q
2） 工况分析
用并联等效风机产生 的风量 Q与能力较大风机 的 F1单独工作产生风量 Q1
之差来分析 Ⅰ+Ⅱ 合成曲线与 Ⅰ 风机曲线交点，临界点 A,R’临界风阻
(A)当工作风阻 R=R时,工况点位于 A点右下侧，
ΔQ=Q -Q1>0，并联有效；
(B)当工作风阻 R=R’时,工况点与 A点重合，
ΔQ=Q -Q1＝ 0，并联增风无效；
(C)当工作风阻 R=R”> R’时,工况点位于 A点左上侧，
ΔQ=Q -Q1＜ 0，并联有害。
Q
R
MM1M2
M1
Q=Q1+Q2Q1Q1Q1
R’R”H Ⅰ
Ⅰ +Ⅱ
Ⅱ
A
Q=Q1Q
Q2
M’M”
2,风压特性曲线相同风机并联工作
M1 为风机的实际工况点； M为并联合成工况点。
由图可见，总有 ΔQ=Q -Q1>0，且 R越小,ΔQ 越大。
结论,
1,风机并联工作适用于因风机能力小, 风阻小而风量不足的管网；
2,风压特性曲线相同的风机并联工作较好；
3,并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配, 才会有较好的增风效果 。
4,并联工作的任务是增加风量, 用于风机能力小, 保证按需供风 。
Q
R
MⅠⅡ M1
Ⅰ +Ⅱ
M’
QQ1=Q2Q1=Q2
H
A
（二）对角并联工况分析
两台不同型号风机 F1和 F2的特性曲线分别为 Ⅰ, Ⅱ,各自单独工作的管网
分别为 OA（风阻为 R1）和 OB（风阻为 R2），共同工作于公共风路 OC（风
阻为 R0）。 分析方法,
1、按等风量条件下把风机 F1的风压与风路 OA的的阻力相减的原则，求风机
F1为风路 OA服务后的剩余特性曲线 Ⅰ ’。
2、同理得到剩余特性曲线 Ⅱ ’。
3、按风压相等风量相加原理求得等效风机 F1’和 F2’集中并联的特性曲线 Ⅲ ’。
4、特性曲线 Ⅲ ’，它与风路 OC的风阻 R0曲线交点 M0，由此可得 OC风路的风量
Q0。
5、过 M0作 Q轴平行线与特性曲线 Ⅰ ’和 Ⅱ ’分别相交于 MⅠ ’和 MⅡ ’点。
6、过 MⅠ ’和 MⅡ ’点作 Q轴垂线与曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 相交于 MⅠ 和 MⅡ,此即在两个风机
的实际工况点。
结论,每个风机的实际工况点 MⅠ 和 MⅡ,既取决于各自风路的风阻，又取决
于公共风路的风阻。
A C BF1 F2
R1 R0 R2
O
C F1
F2
A
B
O
F1
F2
F1’
R1
R2
F2’
F1’+F2’
R0
Q0
M1’M
2’
M1
M2
Q1Q2 Q
H
H1
H2
三, 并联与串联工作的比较
以一离心式风机风压特性曲线为例。
当风阻 R2 通过 B点时，两者
增风效果相同（两者实际工况点
分别为 MI 和 MII），但串联功率
大于并联功率，即 Q并 =Q串,NS > NP 。
当风阻为 R1 时,Q并 ＞ Q串, N串 >N并 。
当风阻为 R3 时,Q串 ＞ Q并, N串 >N并 。
结论：
（ 1）并联适用于管网风阻较小，但因风机能力小导致风量不足的情况；
（ 2） 风压相同的风机并联运行较好；
（ 3） 轴流式风机并联作业时, 若风阻过大则可能出现不稳定运行 。 所以,
使用轴流式风机并联工作时, 除要考虑并联效果外, 还要进行稳定性分
析 。
R2
B
Q
H
0
N--QN
P
NS
R1
A
F
I M
I
MII
II R3
C
E
III
Q并Q串
Q串 =Q并
NSN
P
NS
NP
Q串Q并
作业
? 4-6,4-9,4-11,4-12
本章重点与难点
1、自然风压的产生、计算、利用与控制
2、轴流式和离心式主要通风机特性
3、主要通风机的联合运转
4、主要通风机的合理工作范围
第四章 矿井通风动力
第一节 自然风压
一, 自然风压及其形成和计算
1、自然通风
由自然因素作用而形成的通风叫 自然通风 。
冬季,空气柱 0-1-2比 5-4-3的
平均温度较低，平均 空气密
度较大，导致两空气柱作用
在 2-3水平面上的重力不等。
它使 空气源源不断地从井
口 1流入，从井口 5流出。
夏季,相反。
自然风压,作用在最低水平两侧空气柱重力差
0
1
2 3
4
5
dzρ1
dzρ2
z
2、自然风压的计算
根据自然风压定义, 上图所示系统的自然风压 HN可用下式计算：
为了简化计算，一般采用测算出 0-1-2和 5-4-3井巷中空气密度的平
均值 ρ m1和 ρ m2，用其分别代替上式的 ρ 1和 ρ 2，则上式可写为：
注意, 1）自然风压的计算必须取一闭合系统。
2）进风系统和回风系统必须取相同的标高。
3）一般选取最低点作为基准面。
二,自然风压的影响因素及变化规律
自然风压影响因素
HN=f (ρZ ） =f [ρ(T,P,R,φ), Z ]
1,矿井某一回路中两侧空气柱的温差是影响 HN的主要因素 。
2,空气成分和湿度影响空气的密度, 因而对自然风压也有一定影响,
但影响较小 。
g d Zg d ZH zN ?? ?? 53 20 1 ??
)( 21 mmN ZgH ?? ??
3、井深。 HN与矿井或回路最高与最低点间的高差 Z成正比。
4、主要通风机工作对自然风压的大小和方向也有一定影响。
三、自然风压的控制和利用
1、新设计矿井在选择开拓方案、拟定通风系统时，应充分考虑利用地形和
当地气候特点。
2、根据自然风压的变化规律，应适时调整主通风机的工况点，使其既能满
足矿井通风需要，又可节约电能。
3、在建井时期，要注意因地制宜和因时制宜利用自然风压通风，如在表土
施工阶段可利用自然通风；在主副井与风井贯通之后，有时也可利用自
然通风；有条件时还可利用钻孔构成回路。
4、利用自然风压做好非常时期通风。一旦主要通风机因故遭受破坏时，便
可利用自然风压进行通风。
1012 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 12
月份
HN
5、在多井口通风的山区，尤其在高瓦斯矿井，要掌握自然风压的变
化规律，防止因自然风压作用造成某些巷道无风或反向而发生事
故。如图是四川某矿因自然风压使风流反向示意图。
ABB’CEFA系统的自然风压为：
DBB’CED系统的自然风压为：
自然风压与主要通风机作用方向相反 。 相当于在平硐口 A和进风立
井口 D各安装一台抽风机 （ 向外 ） 。
a b
c
d
a b
c
d
ef
b’
RD RC
Z
)( ' AFCBNA ZgH ?? ??
)( ' BECBND ZgH ?? ??
设 AB风流停滞，对回路 ABDEFA和 ABB’CEFA可分别列出压力平衡方程：
式中,HS— 风机静压, Pa；
Q — DBB’C风路风量, m3/S;
RD,RC—分别为 DB和 BB’C分支风阻, N·S2/m8。
两式相除：
此即 AB段风流停滞条件式 。
当上式变为
则 AB段风流反向 。
由此可知防止 AB风路风流反向的措施有, （ 1） 加大 RD； （ 2） 增大
HS； （ 3） 在 A点安装风机向巷道压风 。
2
2
QRHH
QRHH
CNAS
DNDNA
??
??
C
D
NAS
NDNA
R
R
HH
HH ?
?
?
C
D
NAS
NDNA
R
R
HH
HH ?
?
?
第二节 矿用通风机的类型及构造
矿用通风机按其服务范围可分为三种：
1,主要通风机, 服务于全矿或矿井的某一翼 （ 部分 ） ；
2,辅助通风机, 服务于矿井网络的某一分支 （ 采区或工作面 ）, 帮
助主通风机通风, 以保证该分支风量；
3,局部通风机, 服务于独头掘进井巷道等局部地区 。
按构造和工作原理可分为：
离心式通风机 和 轴流式通风机 。
一, 离心式通风机的构造和工作原理
1,风机构造 。
离心式通风机一般由,进风口, 工作轮 （ 叶轮 ）, 螺形机壳和扩
散器等部分组成 。 有的型号通风机在入风口中还有前导器 。
吸风口有,单吸和双吸 两种 。
叶片出口构造角,风流相对速度 W2的方向与圆周速度 u2的反方向夹角
称为 叶片出口构造角,以 β 2表示。
离心式风机可分为,前倾式 （ β 2>90o),径向式 （ β 2=90o)和后倾式
（ β 2<90o)三种 。
β 2不同, 通风机的性能也不同 。 矿用离心式风机多为后倾式 。
w2 c2
u2 c2u
β2
w2 c2
u2β2 u2
c2w2
β2
2,工作原理
当电机通过传动装置带动叶轮旋转时, 叶片流道间的空气随叶片旋转
而旋转, 获得离心力 。 经叶端被抛出叶轮, 进入机壳 。 在机壳内速度
逐渐减小, 压力升高, 然后经扩散器排出 。 与此同时, 在叶片入口
（ 叶根 ） 形成较低的压力 （ 低于吸风口压力 ）, 于是, 吸风口的风流
便在此压差的作用下流入叶道, 自叶根流入, 在叶端流出, 如此源源
不断, 形成连续的流动 。
3,常用型号
目前我国煤矿使用的离心式风机主要有 G4-73,4-73型和 K4-73型等 。
这些品种通风机具有规格齐全, 效率高和噪声低等特点 。
型号参数的含义举例说明如下：
G 4 — 73 — 1 1 № 25 D
代表通风机的用途, K表示 表示传动方式
矿用通风机, G代表鼓风机 通风机叶轮直径 （ 25dm)
表示通风机在最高效率点时 设计序号 (1表示第一次设计 ）
全压系数 10倍化整 表示通风机比转速 (ns)化整 表示进风口
数,1为单吸,0为双吸
二、轴流式风机的构造和工作原理
1,风机构造
主要由 进风口, 叶轮, 整流器, 风筒, 扩散 （ 芯筒 ） 器和传动部 件
等部分组成 。 叶轮有 一级 和 二级 两种
2,工作原理
（ 1） 特点,在轴流式风机中, 风流流动的特点是, 当动轮转动时, 气
流沿等半径的圆柱面旋绕流出 。
（ 2）叶片安装角
在叶片迎风侧作一外切线称为 弦线 。弦线与动轮旋转方向（ u)的夹角
称为 叶片安装角,以 θ 表示。
可根据需要在规定范围内调整。但每个动轮上的叶片安装角 θ 必需
保持一致。
（ 3）工作原理
当动轮旋转时，翼栅即以圆周速度 u 移动。处于叶片迎面的气流受
挤压，静压增加；与此同时，叶片背的气体静压降低，翼栅受压差作
用，但受轴承限制，不能向前运动，于是叶片迎面的高压气流由叶道
出口流出，翼背的低压区, 吸引, 叶道入口侧的气体流入，形成穿过
翼栅的连续气流。
u
θ
3,常用型号
目前我国煤矿在用的轴流式风机有 1K58,2K58,GAF和 BD或 BDK（ 对旋
式 ） 等系列轴流式风机 。 轴流式风机型号的一般含义是：
1 K— 58 — 4 № 25
表示表示叶轮级数,1表示 通风机叶轮直径 （ 25dm)
单级, 2表示双级 表示设计序号
表示用途, K表示矿用,
T表示通用 表示通风机轮毂比,0.58化整
B D K 65 8 № 24
防爆型 叶轮直径 （ 24dm)
对旋结构 电机为 8极 （ 740r/min）
表示用途, K为矿用 轮毂比 0,65的 100倍化整
4、对旋风机的特点
一级叶轮和二级叶轮直接对接，旋转方向相反；机翼形叶片的扭曲方
向也相反，两级叶片安装角一般相差 3o；电机为防爆型安装在主风筒
中的密闭罩内，与通风机流道中的含瓦斯气流隔离，密闭罩中有扁管
与大气相通，以达到散热目的。
第三节 通风机附属装置
一, 风硐
风硐是连接风机和井筒的一段巷道 。 通过风量大, 内外压差较大,
应尽量降低其风阻, 并减少漏风 。
二, 扩散器 (扩散塔 )
作用,是降低出口速压以提高风机静压 。
扩散器四面张角的大小应视风流从叶片出口的绝对速度方向而定 。
总的原则是, 扩散器的阻力小, 出口动压小并无回流 。
三, 防爆门 (防爆井盖 )
在斜井井口安设防爆门, 在立井
井口安设防爆井盖 。
作用,当井下一旦发生瓦斯或煤尘爆
炸时, 受高压气浪的冲击作用, 自动
打开, 以保护主通风机免受毁坏；在
正常情况下它是气密的, 以防止风流短路 。
四、反风装置和功能
作用,使井下风流反向的一种设施，以防止进风系统发生火灾时产
生的有害气体进入作业区；有时为了适应救护工作也需要进行反风。
反风方法因风机的类型和结构不同而异。目前的反风方法主要有：
1）设专用反风道反风；
2）利用备用风机作反风道反风；
3）轴流式风机反转反风
4）调节动叶安装角反风。
要求：
定期进行检修, 确保反风装置处于良好状态；动作灵敏可靠, 能在
10min内改变巷道中风流方向；结构要严密, 漏风少；反风量不应
小于正常风量的 40%；每年至少进行一次反风演习 。
作业
? 4-1,4-3,4-4
本次课的重点和难点
1、主要通风机的实际工作参数及工作特性；
2、主要通风机水柱计读数；
3、类型风机曲线与比例定律
4、风机的工况点和合理工作范围；
5、风机的联合运转
第四节 通风机实际特性曲线
一, 通风机的工作参数
表示通风机性能的主要参数是风压 H,风量 Q,风机轴功率 N,效率 ?和
转速 n等 。
（ 一 ） 风机 (实际 )流量 Q
风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积, 亦称
体积流量 。 单位为 m3/h,m3/min 或 m3/s 。
（ 二 ） 风机 (实际 )全压 Hf与静压 Hs
全压 Ht:是通风机对空气作功, 消耗于每 1m3 空气的能量 （ N·m/m3 或
Pa）, 其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差 。
忽略自然风压时, Ht用以克服通风管网阻力 hk 和风机出口动能损失 hv，
即, Ht=hR+hV,Pa
静压,克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压 HS（ Pa） 。
HS=hR=RQ2 因此 Ht=HS+hV
(三 ） 通风机的功率
全压功率,通风机的输出功率以全压计算时称全压功率 Nt。 计算式：
Nt=HtQ× 10-3 KW
静压功率,用风机静压计算输出功率, 称为静压功率 NS。 计算式：
NS=HSQ× 10—3 KW
风机的轴功率, 即通风机的输入功率 N（ kW） 。 计算式：
或
式中 ?t,?S分别为风机的全压和静压效率 。
电动机的输入功率 （ Nm ）,
设电动机的效率为 ?m,传动效率为 ?tr时,则
tt
tNN ?? 1 0 0 0 QH t??
ss
sNN ?? 1000 QH S??
,1000
trmt
t
trm
m
QHNN
????? ??
二, 通风系统主要参数关系 －－ 风机房水柱计示值含义
1,抽出式通风矿井
（ 1） 水柱 （ 压差 ） 计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系
水柱计示值,即为 4 断面相对静压 h4
故 h4（负压） = P4 - P04
沿风流方向, 对 1,4两断面
列伯努力方程,
hR14=(P1+hv1+ρ m12 gZ12)
- (P4+hv4+ρ m34 gZ34)
由风流入口边界条件,Pt1＝ P01，
即 P1+hv1= Pt1=P01，
又因 1与 4断面同标高，所以 P01＝ P04
且,ρ m12gZ12’—ρ m34gZ34 = HN
z
1
2 3
5 6
h444
6
故上式可写为, hR14= P04 - P4- hv4 + HN
hR14=|h4|- hv4 + HN
即 |h4|= hR14+ hv4 - HN
即,风机房水柱计示值反映了矿井通风阻力和自然风压等参数的关系 。
（ 2） 风机房水柱计示值与风机风压之间关系
类似地对 4,5断面 (扩散器出口 ） 列伯努力方程, 忽略两断面之间的
位能差 。
扩散器的阻力 hRd ＝ (P5 + hv5)-(P6 + hv6 )
风流出口边界条件,P6＝ P06＝ P05＝ P04
故 hRd ＝ (P5 + hv5 )-(P04 + hv6 )＝ Pt5- P04–hv6
即 Pt5＝ hRd＋ P04＋ hv6
因为 风机全压 Ht＝ Pt5-Pt4 =(hRd＋ P04＋ hv6 )-(P4+hv4)
Ht = |h4|—hv4+hRd+hv6
若忽略 hRd 不计，则
Ht≌ |h 4|—hv4+ hv6
风机静压 Hs＝ |h4|— hv4
（ 3） Ht,HN,hR 之间的关系
综合上述两式：
Ht＝ |h4|- hv4+hRd+hv6
＝（ hR14+hv4-HN ） - hv4+hRd+hv6
＝ hR14 + hRd + hv6 - HN
即 Ht ＋ HN ＝ hR14 + hRd + hv6
表明,扇风机风压和自然风压联合作用，克服矿井和扩散器的阻
力，以及扩器出口动能损失。
2,压入式通风的系统
对 1,2两断面列伯努力方程得：
hR12=(P1+hv1+ρ m1gZ1)- (P2+hv2+ρ m2gZ2)
∵ 边界条件及 1,2同标高：
∴ P2 = P02 ＝ P01
故有,P1-P2= P1-P01= h1
ρ m1gZ1-ρ m2gZ2=HN
故上式可写为
hR12=h1+hV1-hv2+ HN
即 h1= hR12+ hv2- hV1-HN
又 Ht= Pt1-Pt1’= Pt1-P01
= P1+hv1-P01= h1+hv1
同理可得：
Ht+ HN = hR12 + hv2
1
z2
2
h1ρ
m1ρm2
1’1
三, 通风机的个体特性曲线
1,工况点,当风机以某 一转速, 在 风阻Ｒ的管网 上工作时, 可测
算出一组工作参数 （ 风压Ｈ, 风量Ｑ, 功率Ｎ, 和效率 η ）,
这就是该风机在管网风阻为Ｒ时的工况点 。
2,个体特性曲线,不断改变 R,得到许多的 Q,H,N,η 。 以 Q为
横坐标, 分别以 H,N,η 为纵坐标, 将同名的点用光滑的曲线相
连, 即得到个体特性曲线 。
3,通风机装置,把外接扩散器看作通风机的组成部分, 总称之为
通风机装置 。
4,通风机装置的全压Ｈ td,扩散器出口与风机入口风流的全压之
差, 与风机的全压Ｈ t之关系为：
式中 hd━━ 扩散器阻力 。
5,通风机装置的静压Ｈ sd：
dttd hHH ??
)( vddtvdtdsd hhHhHH ?????
6,Hs 和 Hsd 的关系
∵ Hs＝ Ht－ hvd
而
∴ 只有当 hd+hVd<hV 时，才有Ｈ sd>Ｈ s，
即通风机装置阻力与其出口动能损失之和小于通风机出口动能损失时，
通风机装置的静压才会因加扩散器而有所提高，即扩散器起到回收
动能的作用。
7,Ht,Htd,Hs 和 Hsd 之间 的关系图
)( vddtvdtdsd hhHhHH ?????
Q
H
Ht-Q Htd-Q
HS-Q
Hsd-Q
8、离心式通风机个体特性曲线
特点,（ 1）离心式风机风压曲线驼峰
不明显，且随叶片后倾角度
增大逐渐减小，其风压曲线
工作段较轴流式风机平缓；
（ 2）当管网风阻作相同量的
变化时，其风量变化比轴
流式风机要大。
（ 3）离心式风机的轴功率Ｎ
随Ｑ增加而增大，只有在接
近风流短路时功率才略有下降。
风机开启方式,离心式风机在启动时应将风硐中的 闸门全闭,待其达
到正常转速后再将闸门逐渐打开。
说明,（ 1）离心式风机大多是全压特性曲线。（ 2）当供风量超过需
风量过大时，常常利用闸门加阻来减少工作风量，以节省电能。
H/daPa
Q/m3/s
N/kW ?/%
HtH
S
N
?t?
S
9、轴流式通风机个体特性曲线
特点,（ 1）轴流式风机的风压特性
曲线一般都有马鞍形驼峰存在。
（ 2）驼峰点Ｄ以右的特性
曲线为单调下降区段，是稳定
工作段；
（ 3）点Ｄ以左是不稳定工作段，
产生所谓喘振（或飞动）现象；
（ 4）轴流式风机的叶片装置角
不太大时，在稳定工作段内，
功率随Ｑ增加而减小。
风机开启方式,轴流式风机应在风阻最小（ 闸门全开 ）时启动，
以减少启动负荷。
说明,轴流式风机给出的大多是静压特性曲线 。
Ht
Hs
?t
?s
?/%
Q/m3/s
H/daPa
N/kW
Q/m3/s
G F
D B
RM
三, 无因次系数与类型特性曲线
（一） 无因次系数
⒈ 通风机的相似条件
比例系数,两个通风机相似是指气体在风机内流动过程相似, 或者说它
们之间在任一对应点的同名物理量之比保持常数, 这些常数叫相似常数
或比例系数 。
几何相似 是风机相似的必要条件, 动力相似 则是相似风机的充分条件 。
2,无因次系数
（ 1） 压力系数
同系列风机 在相似工况点的全压和静压系数均为一常数, 可用下式表示：
式中,u为圆周速度, 为压力系数 。
（ 2） 流量系数
H
常数??? HuH 2?
H
Q 常数?? ?Q
uD
Q
2
4
?
（ 3） 功率系数
风机轴功率 计算公式中的 H 和 Q 分别上式代入得：
同系列风机在相似工况点的效率相等，功率系数为常数。
、, 三个参数都不含有因次, 因此叫 无因次系数 。
（ 二 ） 类型特性曲线
根据风机模型的几何尺寸、实验条件及实验时所得的工况参数 Q,H、
N和 η 。利用上三式计算出该系列风机的,, 和 η 。
然后以 为横坐标，以, 和 η 为纵坐标，绘出 - -
和 η - 曲线，此曲线即为该系列风机的 类型特性曲线, 见书 P67
图 4-4-6和图 4-4-7
?1000
HQN ?
常数?
?
??
???
NHQ
uD
N
??? 32
4
1000
?N
?NQH
H Q ?N
Q
H ?N H QQ
Q?N
四, 比例定律与通用特性曲线
1,比例定律 同类型风机它们的压力 H,流量 Q和功率 N与其转速 n、
尺寸 D和空气密度 ρ 成一定比例关系, 这种比例关系叫 比例定律 。
将转速 u=πDn/ 60 代入无因次系数关系式得：
对于 1,2两个相似风机而言，
∴
NnDN
QnDQ
HnDH
357
3
22
101 2 7.1
0 4 1 0 8.0
0 0 2 7 4.0
?
?
??
?
?
21 QQ ? 21 HH ? 21 NN ?
2
2
1
2
2
1
2
1
222222
121211
2
1
0 0 2 7 4.0
0 0 2 7 4.0
???
?
???
??
???
?
???
????
n
n
D
D
HnD
HnD
H
H
?
?
?
?
2
1
3
2
1
2232
1131
2
1
04108.0
04108.0
n
n
D
D
QnD
QnD
Q
Q ???
?
???
?
???
3
2
1
5
2
1
2
1
232522
131511
2
1
127.1
127.1 ??
?
???
?
????
?
???
?
????
n
n
D
D
NnD
NnD
N
N
?
?
?
?
2、通用特性曲线
根据比例定律，把一个系列产品的性能参数 H,Q,n,D,N、和 ?
等相互关系同画在一个坐标图上，叫通用曲线
例题 某矿使用主要通风机为 4-72-11№ 20B离心式风机, 图上给出三种不
同转速 n 的 Ht--Q 曲线 。 转速为 n1=630r/min,风 机 工 作 风 阻
R=0.0547× 9.81=0.53657N,s2/m8,工况点为 M0（ Q=58m3/s,Ht=1805Pa)，
后来, 风阻变为 R’=0.7932 N,s2/m8,矿风量减小不能满足生产要求, 拟
采用调整转速方法保持风量 Q=58 m3/s,求转速调至多少？
解：同型号风机，故其
直径相等。由比例定律有：
n2＝ n1 Q2/Q1
＝ 630× 58/51.5
＝ 710r/min
即转速应调至 n2=710r/min，
可满足供风要求 。
M0
Q
H n =630
n =710
n =560
R=0.5367
R’=0.7932
M1
5851.5
第五节 通风机工况点及其经济运行
一, 工况点的确定方法
工况点,风机在某一特定转速和工作风阻条件下的工作参数, 如Ｑ, Ｈ,
Ｎ和 η 等, 一般是指Ｈ和Ｑ两参数 。
求风机工况点的方法：
1,图解法
理论依据是, 风机风压特性曲线的函数式为Ｈ＝ f(Ｑ ),管网风阻特
性曲线函数式是 h=ＲＱ 2,风机风压Ｈ是用以克服阻力 h,所以Ｈ＝ h，
因此两曲线的交点, 即两方程的联立解 。 可见图解法的前提是风压
与其所克服的阻力相对应 。
方法,在风机风压特性 （ Ｈ ─ Ｑ ） 曲线的坐标上, 按相同比例作出工
作管网的风阻曲线, 与风压曲线的交点之坐标值, 即为通风机的工
作风压和风量 。 通过交点作Ｑ轴垂线, 与Ｎ ─ Ｑ和 η─ Ｑ曲线相交,
交点的纵坐标即为风机的轴功率Ｎ和效率 η 。
若 使用厂家提供的不加外接扩散器的静压特性曲线Ｈ s─ Ｑ, 则要考虑安装扩
散器所回收的风机出口动能的影响, 此时所用的风阻Ｒ S应小于Ｒ m,即
式中 Ｒ v── 相当于风机出口动能损失的风阻,
Ｓ V── 风机出口断面, 即外接扩散器入口断面；
Ｒ d── 扩散器风阻；
Ｒ Vd── 相当于扩散器出口动能损失的风阻,
Ｓ Vd── 为扩散器出口断面 。
若 使用通风机全压特性曲线Ｈ t─ Ｑ, 则需用全压风阻Ｒ t作曲线, 且
若使用通风机装置全压特性曲线Ｈ td─ Ｑ, 则装置全压风阻应为Ｒ td,且
应当指出, 在一定条件下运行时, 不论是否安装外接扩散器, 通风机 全压特
性曲线是唯一 的, 而通风机装置的全压和静压特性曲线则因所安扩散器的规
格, 质量而有所变化 。
)( vddvms RRRRR ????
22
v
v SR
??
22
vd
vd SR
??
vddmt RRRR ???
2、解方程法
随着电子计算机的应用，复杂的数学计算已成为可能。
风机的风压曲线可用下面多项式拟合
式中 a1,a2,a3── 曲线拟合系数。
对于某一特定矿井, 可列出通风阻力方程
式中 Ｒ为通风机工作管网风阻 。
联立上述两方程, 即可得到风机工况点 。
332210 QaQaQaaH ????
2RQh ?
二, 通风机工点的合理工作范围
1,从经济角度, 通风机的运转效率不低于 60 %。
2,从安全角度, 工况点必须位于驼峰点右侧,
单调下降的直线段 。
3,实际工作风压不得超过最高风压的 90％ 。
4,风机的运轮转速不得超过额定转速 。
三, 主要通风机工况点调节
工点调节方法主要有：
1,改变风阻特性曲线
当风机特性曲线不变时, 改变工作风阻,
工况点沿风机特性曲线移动 。
A
B
C
D
上
下
右
左
0.6
0.65
0.7
15 30
45
Q/m3/s
H/Pa
R1
R1’
R1”
M
M’
M”
Q Q’Q”
H
H’
H”
１）增风调节 。为了增加矿井的供风量，可以采取下列措施：
（１）减少矿井总风阻。
（２）当地面外部漏风较大时，可以采取堵塞地面的外部漏风措施。
２）减风调节 。当矿井风量过大时，应进行减风调节。其方法有：
（１）增阻调节。
（２）对于轴流式通风机，可以用增大外部漏风的方法，减小矿井风量。
⒉, 改变风机特性曲线
这种调节方法的特点是矿井总风阻不变, 改变风机特性, 工况点沿风阻
特性曲线移动 。
nn1
n2
M
M1
M2
Q Q2Q1
H
H1
H2
Q
H
调节方法有：
１ ） 轴流风机可采用改变叶片安装角度达到增减风量的目的 。
２ ） 装有前导器的离心式风机, 可以改变前导器叶片转角进行风量
调节 。
３ ） 改变风机转速 。 无论是轴流式风机还是离心式风机都可采用 。
调节的理论依据是相似定律, 即
（ １ ） 改变电机转速 。
（ ２ ） 利用传动装置调速 。
调节方法的选择, 取决于调节期长短, 调节幅度, 投资大小和实
施的难易程度 。 调节之前应拟定多种方案, 经过技术和经济比较
后择优选用 。 选用时, 还要考虑实施的可能性 。 有时, 可以考虑
采用综合措施 。
3
0000 N
N
H
H
Q
Q
n
n ???
第六节 通风机的联合运转
两台或两台以上风机在同一管网上工作 。 叫风机联合工作 。 风机联
合工作可分为 串联 和 并联 两大类 。
一, 风机串联工作
一个风机的吸风口直接或通过一段巷道 （ 或管道 ） 联结到另一个风
机的出风口上同时运转, 称为风机串联工作 。
特点,1,通过管网的总风量等于每台风机的风量, 即 Q=Q1=Q2 。
2、总风压等于两台风机的工作风压之和，即 H＝ H1＋ H2 。
（一）、两台风压特性曲线不同风机串联工作分析
1,串联风机的等效特性曲线。
作图方法, 按风量相等，风压叠加的原则 。
F1 F2
2、风机的实际工况点。
在风阻为 R管网上风机串联工作,各风机的实际工况点按下述方法求得：
在等效风机特性曲线 Ⅰ+Ⅱ 上作管网
风阻特性曲线 R1，两者交点为 M0，过 M0
作横坐标垂线，分别与曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 相交
于 M1和 M2，此两点即是两风机的实际工况点。
效果分析,用等效风机产生的风量 Q与能
力较大风机的 F2单独工作产生风量 QⅡ 之差
表示。
（ 1） R=R1>R’,工况点位于 A点以上，
ΔQ=Q -QⅡ >0，则表示串联有效 ；
（ 2） R=R’工况点与 A点重合，
ΔQ=Q ’-Q’Ⅱ =0,则串联无增风；
（ 3） R=R”< R’,工况点位于 A点以下，
ΔQ=Q,-Q”Ⅱ <0，则表示串联有害。
F1
F2
F1+F2
R1
M0
M2
M1
Q
R’
QⅡ
R”
H
Q
Q”ⅡQ’
Q”
A
H2
H1
M’2
M”2
H’
H”
（ 二 ）, 风压特性曲线相同风机串联工作
两台特性曲线相同的风机串联
工作 。 由图可见, 临界点 A位于 Q轴
上 。 这就意味着在整个合成曲线范
围内串联工作都是有效的, 不过工作
风阻不同增风效果不同而已 。
结论, 1,风机串联工作适用于因
风阻大而风量不足的管网；
2,风压特性曲线相同的风机
串联工作较好；
3,串联合成特性曲线与工作风阻曲线
相匹配, 才会有较好的增风效果 。
4,串联工作的任务是增加风压,
用于克服管网过大阻力, 保证按需供风 。
H
Q
Ⅰ /Ⅱ
H
M
A
Ⅰ +Ⅱ
R1
Q
H
Q1
R2
Q’Q2
（ 三 ）, 风机与自然风压串联工作
1,自然风压特性
自然风压特性是指自然风压与风量
之间的关系 。自然风压随风量增大略
有增大。风机停止工作时自然风压依
然存在。故一般用平行 Q轴的直线表
示自然风压的特性。
2,自然风压对风机工况点影响
自然风压对机械风压的影响,
类似于两个风机串联工作 。
结论,当自然风压为正时, 机械
风 压与自然风压共同作用克服矿井通
风阻力, 使风量增加；当自然风压 为
负时, 成为矿井通风阻力 。
M1
M’1
Q
H
Ⅰ +Ⅱ
M”2
M”
Q1Q”2
Ⅰ
Ⅱ
Ⅱ
Q
M
R
H
H’1 H”
2
Ⅰ +Ⅱ
H”1
二, 通风机并联工作
两台风机的吸风口直接或通过一段巷道连结在一起工作叫通风机
并联 。 风机并联分为,集中并联 和 对角并联 之分 。
（ 一 ） 集中并联
特点, （ 1）, H = H1 = H2
（ 2）, Q = Q1 + Q2
1,风压特性曲线不同风机集中并联工作
1） 作图方法
原则,风压相等, 风量相加的原则 。
方法,根据上述原则在同一坐标系中
将两条风机特性曲线 （ I,II） 合成 。
F1 F2
Q1 Q2
Q
2） 工况分析
用并联等效风机产生 的风量 Q与能力较大风机 的 F1单独工作产生风量 Q1
之差来分析 Ⅰ+Ⅱ 合成曲线与 Ⅰ 风机曲线交点，临界点 A,R’临界风阻
(A)当工作风阻 R=R时,工况点位于 A点右下侧，
ΔQ=Q -Q1>0，并联有效；
(B)当工作风阻 R=R’时,工况点与 A点重合，
ΔQ=Q -Q1＝ 0，并联增风无效；
(C)当工作风阻 R=R”> R’时,工况点位于 A点左上侧，
ΔQ=Q -Q1＜ 0，并联有害。
Q
R
MM1M2
M1
Q=Q1+Q2Q1Q1Q1
R’R”H Ⅰ
Ⅰ +Ⅱ
Ⅱ
A
Q=Q1Q
Q2
M’M”
2,风压特性曲线相同风机并联工作
M1 为风机的实际工况点； M为并联合成工况点。
由图可见，总有 ΔQ=Q -Q1>0，且 R越小,ΔQ 越大。
结论,
1,风机并联工作适用于因风机能力小, 风阻小而风量不足的管网；
2,风压特性曲线相同的风机并联工作较好；
3,并联合成特性曲线与工作风阻曲线相匹配, 才会有较好的增风效果 。
4,并联工作的任务是增加风量, 用于风机能力小, 保证按需供风 。
Q
R
MⅠⅡ M1
Ⅰ +Ⅱ
M’
QQ1=Q2Q1=Q2
H
A
（二）对角并联工况分析
两台不同型号风机 F1和 F2的特性曲线分别为 Ⅰ, Ⅱ,各自单独工作的管网
分别为 OA（风阻为 R1）和 OB（风阻为 R2），共同工作于公共风路 OC（风
阻为 R0）。 分析方法,
1、按等风量条件下把风机 F1的风压与风路 OA的的阻力相减的原则，求风机
F1为风路 OA服务后的剩余特性曲线 Ⅰ ’。
2、同理得到剩余特性曲线 Ⅱ ’。
3、按风压相等风量相加原理求得等效风机 F1’和 F2’集中并联的特性曲线 Ⅲ ’。
4、特性曲线 Ⅲ ’，它与风路 OC的风阻 R0曲线交点 M0，由此可得 OC风路的风量
Q0。
5、过 M0作 Q轴平行线与特性曲线 Ⅰ ’和 Ⅱ ’分别相交于 MⅠ ’和 MⅡ ’点。
6、过 MⅠ ’和 MⅡ ’点作 Q轴垂线与曲线 Ⅰ 和 Ⅱ 相交于 MⅠ 和 MⅡ,此即在两个风机
的实际工况点。
结论,每个风机的实际工况点 MⅠ 和 MⅡ,既取决于各自风路的风阻，又取决
于公共风路的风阻。
A C BF1 F2
R1 R0 R2
O
C F1
F2
A
B
O
F1
F2
F1’
R1
R2
F2’
F1’+F2’
R0
Q0
M1’M
2’
M1
M2
Q1Q2 Q
H
H1
H2
三, 并联与串联工作的比较
以一离心式风机风压特性曲线为例。
当风阻 R2 通过 B点时，两者
增风效果相同（两者实际工况点
分别为 MI 和 MII），但串联功率
大于并联功率，即 Q并 =Q串,NS > NP 。
当风阻为 R1 时,Q并 ＞ Q串, N串 >N并 。
当风阻为 R3 时,Q串 ＞ Q并, N串 >N并 。
结论：
（ 1）并联适用于管网风阻较小，但因风机能力小导致风量不足的情况；
（ 2） 风压相同的风机并联运行较好；
（ 3） 轴流式风机并联作业时, 若风阻过大则可能出现不稳定运行 。 所以,
使用轴流式风机并联工作时, 除要考虑并联效果外, 还要进行稳定性分
析 。
R2
B
Q
H
0
N--QN
P
NS
R1
A
F
I M
I
MII
II R3
C
E
III
Q并Q串
Q串 =Q并
NSN
P
NS
NP
Q串Q并
作业
? 4-6,4-9,4-11,4-12
