2009年 7月 30日星期四,矿井通风,1
第六章 机械通风
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 扇风机的构造及工作原理
◆ 第二节 扇风机的个体特性曲线
◆ 第三节 扇风机的联合作业
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,2
主要内容与基本要求
1、了解扇风机的分类、构造及工作原理。
2、理解扇风机的理论风压特性曲线、实际风压特性曲线的物理意义。
3、掌握风机工况点的概念及选择。
4、掌握扇风机联合作业时工况点的选择及扇风机选型。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,3
一、扇风机的分类二、扇风机结构及工作原理
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,4
按作用原理分类扇风机,风压 <10KPa
鼓风机,风压 10~ 304KPa
压缩机,风压 >304KPa
容积式叶片式滑片式、罗茨式、螺杆式离心式,混流式、轴流式、
横流式一、扇风机的分类按压力高低分类喷射式活塞式回转式
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,5
◆ 离心式扇风机 ◆ 轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,6
二、扇风机结构及工作原理
1、离心式扇风机
2、轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,7
① 离心式扇风机的结构离心式扇风机主要由动轮 （ 叶轮 ） 1,螺旋形机壳 5,吸风管
6 和锥形扩散器 7组成 。
动轮是固定在主轴 3 上的轮毂 4 和安装在轮毂上的一定数量的叶片 2 组成（前盘、叶片
、后盘组成）。
离心式扇风机
1、离心式扇风机
◆ 特征：空气沿着轴向进入，
而在叶轮内沿着径向流动。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,8
β 2是空气沿叶片出口的切线速度 w2与圆周速度 u2的夹角 。
叶片按其在动轮出口处 安装角 的不同
90
90
90
2
2
径向式后倾式前倾式
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,9
② 工作原理当动轮旋转时，空气随叶片的旋转获得离心力而被抛出，流到螺旋机壳里，在机壳内空气流速逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出；在吸风口处形成较低压力，吸风口处的空气在风机出口和入口的压差作用下，空气连续不断的流过扇风机，
形成连续的空气流动。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,10
① 构造由工作动轮 1,圆筒形外壳 3,集风器 4,整流器 5,流线体 6
和环形扩散器 7 所组成 。
1）动轮动轮是由固定在轮轴上的轮毂和等间距安装的叶片所组成。
叶片用螺杆以一定角度 θ 固定在轮毂上，其横断面与机翼的的形状相似。
2、轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,11
轴流式扇风机的性能主要取决于 θ 角的大小,θ 角越大，产生的风压和风量就越高。
叶片形状与安装角叶片安装角 θ 可根据需要进行调节。 θ 是指叶片的叶弦与动轮旋转的切线方向之间的夹角。
叶弦：沿气流方向连接前缘和后缘的直线称叶弦。
2） 整流器主要用来整直由动轮流出的旋转气流,以减少涡流损失 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,12
3）集流器集流器是由一个断面逐渐缩小的喇叭形圆筒，位于扇风机入口，它的作用是引导气流，均匀而平滑的流入动轮，以提高扇风机的效率。
4） 流线体表面呈流线型罩子,它与集风器组成一段面积逐渐减小的流道,是为了提高风机的效率 。
轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,13
5）环形扩散器使后整流器流出的气流速度逐渐降低以减小冲击损失，把气流大部分动压转变为静压，提高风机的效率。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,14
② 工作原理当动轮旋转时，叶片的凹面挤压空气，给予空气能量产生正压力，将空气推向叶道出口流出 ;叶片背面牵动空气，使空气静压下降产生负压，吸入叶道入口处的空气，空气连续地流过通风机而获得能量。
◆ 特征：空气沿着轴向进入，
经动轮后也沿着轴向流出。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,15
一、扇风机工作的基本参数二,扇风机 特性曲线三,扇 风机的工况点四,扇 风机的选择
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,16
一、扇风机工作的基本参数
1、风量
2,风压
3、功率
4,效率
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,17
风量：单位时间内，通过扇风机的空气体积，
称为扇风机的风量。
（ m3/s,m3/min,m3/h）
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,18
风压：扇风机运转时，叶轮给予每立方米空气的全部能量称扇风机的全压。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,19
功率 N（ 扇风机的输出功率）,单位时间内空气从扇风机所获得的实际能量，叫扇风机有效功率。
1000
f
t
QHN?
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,20
效率 扇风机输出功率与扇风机轴功率的比值称为扇风机的效率。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,21
00,QfH t?
① 离心式扇风机
1、扇风机的理论风压特性扇风机的 Ht,0 和 Q0 之间的关系称为理论风压特性。
—— 理论风压特性方程
Ht,0 与 Q0 的关系曲线称为扇风机的 理论风压特性曲线
0
22
2
2
2
20,QbD
ct guuH
t?
上式就是离心式扇风机的理论风压特性方程。
二、扇风机特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,22
当叶轮直径,转速,空气密度一定时,A,B为定值,将该方程表示风压特性曲线是一条直线 。
0
22
22
0,
)(4
Q
dD
c t guuH
t
这是轴流式扇风机的理论风压特性方程。
对离心式、轴流式扇风机的理论风压特性方程，有相似之处，
可用一个通式表示
Ht,0 = A + BQ0
② 轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,23
2,实际风压特性曲线空气流过扇风机时,产生能量损失主要在三个方面 。
1） 摩擦损失
2） 冲击损失
3） 环流损失
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,24
考虑能量损失后的风压特性曲线，即为扇风机的风压特性曲线，它表示实际风压与风量之间的关系。
有能量损失的风压特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,25
注意,凡是具有驼峰状的特性曲线,在驼峰点的左段是不稳定工作段 。
曲线显驼峰状叶片前倾式曲线显单斜状叶片后倾式
◆ 轴流式风机风压曲线呈现马鞍形 。
扇风机风压特性曲线的形式：
◆ 离心式风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,26
3,扇风机运转特性曲线 （ 个体特性曲线 ）
把扇风机在一定转速下,风压,轴功率,效率分别与风量之间的关系的这组曲线称为扇风机的运转特性曲线 （ 个体特性曲线 ） 。
一组曲线
Q
QN
QH
扇风机的运转特性曲线是在 n一定时的扇风机的运转特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,27
三、扇风机的工况点指扇风机的风压特性曲线与矿井风阻特性曲线的交点。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,28
1、所选扇风机须满足的条件
①满足所需的风量和风压。
②经济性：扇风机工作效率要高 η >60%。
③ 稳定性：扇风机工况应落在,
驼峰,的右侧，而且风压值不应大于驼峰点风压的 90%。
扇风机的运转特性曲线四、扇风机的选择
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,29
2,选择风机注意的问题
(1)根据输送的气体性质，选择风机的类型。
(2)根据所需的风量,风压及选定的类型,确定风机型号 。
(3)选用的风机的风量和风压 >计算的风量和风压值。
(4)对风机性能参数进行换算 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,30
一、联合作业设计的基本方法和原理二、扇风机串联作业三、两台扇风机在同一井口并联作业四、扇风机两翼并联作业
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,31
一、联合作业设计的基本方法和原理
1、联合运转选型设计的步骤
1）根据拟定的通风系统和要求每台风机的风量和风压，按前述方法选择风机。
2）对初选风机进一步分析联合作业的工况和效果。
2、图解法求联合作业工况的原理
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,32
二、扇风机串联作业常用于矿井通风阻力大的矿井。
特点：通过各风机的风量相等，风机风压之和等于网路总阻力。下面以两台风机抽压式串联作业为例。
1、分析扇风机实际运转工况
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,33
2、联合运转的效率分析
1）稳定性
2）有效性
3）经济性根据联合运转的综合效率来衡量，联合运转的综合效率可近下式计算
i
ii
ii
QH
QH
式中 Hi,Qi,ηi—— 分别为各风机的风压、风量和效率。一般认为联合运转的综合效率 η＞ 60%,经济上是合理的。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,34
三、两台扇风机在同一井口并联作业在矿井通风中，若要求较大的风量，一台风机不能满足要求时，则需两台风机并联作业，来提高矿井的总风量。
特点：两台风机工作风压相等，网路总风量等于两风机风量之和。
1、分析扇风机的实际运转工况
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,35
2、联合作业效果分析
1）稳定性
2）有效性并联运转是稳定的，同时也是有效的，其有效性的大小可根据并联风量 QI+II比单独运转风量 QI0增加的百分率来衡量
%100
IO
IOIIIp Q QQQ
6.0?
i
ii
ii
HQ
HQ
Δ Qp值越大，表明效率越好，反之越差。
3）经济性综合效率 则为经济合理。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,36
3、（并联作业）注意问题
1）保持运转稳定。并联运转不应出现不稳定，不稳定运转时，总风量增加少，通风效果差。
2）网路风阻 R要小。网路风阻 R对于驼峰特性的风机的稳定性影响很大,R越大，
并联运转的稳定性和效果越差,R小稳定性和效率就好。
3）注意反向自然风压和影响
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,37
1、分析扇风机实际运转工况四、扇风机两翼并联作业
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,38
2、联合效果分析只要保证并联运转的稳定，则扇风机并联作业就是有效的。
若公共段风阻 R0增大时，使工况落在 M′ 时，则有 Q0=QⅠ,
QⅡ =0，这时工况落在不稳定区段，并联作业是不稳定的，而且也是无效的。
若 R0继续再增大，则 QⅡ
则为负值,II风机为进风，
这时并联运转没有起到应有的作用效果，而且变成有害。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,39
3、注意问题
1）应尽量减小公共段的风阻 R0。
2）尽量选用两台同型号风机并联运转（使扇风机担负的风压和风量相等，小型号风机易出现不稳定运转）
3）当某一翼风量需调节时，要注意对另一翼风机工况的影响。
当一台风机风量增加，风压增加，则另一台风机风量减少，
工况有可能向驼峰左侧移动，出现不稳定现象。
第六章 机械通风
◆ 主要内容与基本要 求
◆ 第一节 扇风机的构造及工作原理
◆ 第二节 扇风机的个体特性曲线
◆ 第三节 扇风机的联合作业
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,2
主要内容与基本要求
1、了解扇风机的分类、构造及工作原理。
2、理解扇风机的理论风压特性曲线、实际风压特性曲线的物理意义。
3、掌握风机工况点的概念及选择。
4、掌握扇风机联合作业时工况点的选择及扇风机选型。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,3
一、扇风机的分类二、扇风机结构及工作原理
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,4
按作用原理分类扇风机,风压 <10KPa
鼓风机,风压 10~ 304KPa
压缩机,风压 >304KPa
容积式叶片式滑片式、罗茨式、螺杆式离心式,混流式、轴流式、
横流式一、扇风机的分类按压力高低分类喷射式活塞式回转式
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,5
◆ 离心式扇风机 ◆ 轴流式扇风机
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二、扇风机结构及工作原理
1、离心式扇风机
2、轴流式扇风机
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① 离心式扇风机的结构离心式扇风机主要由动轮 （ 叶轮 ） 1,螺旋形机壳 5,吸风管
6 和锥形扩散器 7组成 。
动轮是固定在主轴 3 上的轮毂 4 和安装在轮毂上的一定数量的叶片 2 组成（前盘、叶片
、后盘组成）。
离心式扇风机
1、离心式扇风机
◆ 特征：空气沿着轴向进入，
而在叶轮内沿着径向流动。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,8
β 2是空气沿叶片出口的切线速度 w2与圆周速度 u2的夹角 。
叶片按其在动轮出口处 安装角 的不同
90
90
90
2
2
径向式后倾式前倾式
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,9
② 工作原理当动轮旋转时，空气随叶片的旋转获得离心力而被抛出，流到螺旋机壳里，在机壳内空气流速逐渐减小，压力升高，然后经扩散器排出；在吸风口处形成较低压力，吸风口处的空气在风机出口和入口的压差作用下，空气连续不断的流过扇风机，
形成连续的空气流动。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,10
① 构造由工作动轮 1,圆筒形外壳 3,集风器 4,整流器 5,流线体 6
和环形扩散器 7 所组成 。
1）动轮动轮是由固定在轮轴上的轮毂和等间距安装的叶片所组成。
叶片用螺杆以一定角度 θ 固定在轮毂上，其横断面与机翼的的形状相似。
2、轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,11
轴流式扇风机的性能主要取决于 θ 角的大小,θ 角越大，产生的风压和风量就越高。
叶片形状与安装角叶片安装角 θ 可根据需要进行调节。 θ 是指叶片的叶弦与动轮旋转的切线方向之间的夹角。
叶弦：沿气流方向连接前缘和后缘的直线称叶弦。
2） 整流器主要用来整直由动轮流出的旋转气流,以减少涡流损失 。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,12
3）集流器集流器是由一个断面逐渐缩小的喇叭形圆筒，位于扇风机入口，它的作用是引导气流，均匀而平滑的流入动轮，以提高扇风机的效率。
4） 流线体表面呈流线型罩子,它与集风器组成一段面积逐渐减小的流道,是为了提高风机的效率 。
轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,13
5）环形扩散器使后整流器流出的气流速度逐渐降低以减小冲击损失，把气流大部分动压转变为静压，提高风机的效率。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,14
② 工作原理当动轮旋转时，叶片的凹面挤压空气，给予空气能量产生正压力，将空气推向叶道出口流出 ;叶片背面牵动空气，使空气静压下降产生负压，吸入叶道入口处的空气，空气连续地流过通风机而获得能量。
◆ 特征：空气沿着轴向进入，
经动轮后也沿着轴向流出。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,15
一、扇风机工作的基本参数二,扇风机 特性曲线三,扇 风机的工况点四,扇 风机的选择
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,16
一、扇风机工作的基本参数
1、风量
2,风压
3、功率
4,效率
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风量：单位时间内，通过扇风机的空气体积，
称为扇风机的风量。
（ m3/s,m3/min,m3/h）
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,18
风压：扇风机运转时，叶轮给予每立方米空气的全部能量称扇风机的全压。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,19
功率 N（ 扇风机的输出功率）,单位时间内空气从扇风机所获得的实际能量，叫扇风机有效功率。
1000
f
t
QHN?
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效率 扇风机输出功率与扇风机轴功率的比值称为扇风机的效率。
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00,QfH t?
① 离心式扇风机
1、扇风机的理论风压特性扇风机的 Ht,0 和 Q0 之间的关系称为理论风压特性。
—— 理论风压特性方程
Ht,0 与 Q0 的关系曲线称为扇风机的 理论风压特性曲线
0
22
2
2
2
20,QbD
ct guuH
t?
上式就是离心式扇风机的理论风压特性方程。
二、扇风机特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,22
当叶轮直径,转速,空气密度一定时,A,B为定值,将该方程表示风压特性曲线是一条直线 。
0
22
22
0,
)(4
Q
dD
c t guuH
t
这是轴流式扇风机的理论风压特性方程。
对离心式、轴流式扇风机的理论风压特性方程，有相似之处，
可用一个通式表示
Ht,0 = A + BQ0
② 轴流式扇风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,23
2,实际风压特性曲线空气流过扇风机时,产生能量损失主要在三个方面 。
1） 摩擦损失
2） 冲击损失
3） 环流损失
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考虑能量损失后的风压特性曲线，即为扇风机的风压特性曲线，它表示实际风压与风量之间的关系。
有能量损失的风压特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,25
注意,凡是具有驼峰状的特性曲线,在驼峰点的左段是不稳定工作段 。
曲线显驼峰状叶片前倾式曲线显单斜状叶片后倾式
◆ 轴流式风机风压曲线呈现马鞍形 。
扇风机风压特性曲线的形式：
◆ 离心式风机
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,26
3,扇风机运转特性曲线 （ 个体特性曲线 ）
把扇风机在一定转速下,风压,轴功率,效率分别与风量之间的关系的这组曲线称为扇风机的运转特性曲线 （ 个体特性曲线 ） 。
一组曲线
Q
QN
QH
扇风机的运转特性曲线是在 n一定时的扇风机的运转特性曲线
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,27
三、扇风机的工况点指扇风机的风压特性曲线与矿井风阻特性曲线的交点。
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1、所选扇风机须满足的条件
①满足所需的风量和风压。
②经济性：扇风机工作效率要高 η >60%。
③ 稳定性：扇风机工况应落在,
驼峰,的右侧，而且风压值不应大于驼峰点风压的 90%。
扇风机的运转特性曲线四、扇风机的选择
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,29
2,选择风机注意的问题
(1)根据输送的气体性质，选择风机的类型。
(2)根据所需的风量,风压及选定的类型,确定风机型号 。
(3)选用的风机的风量和风压 >计算的风量和风压值。
(4)对风机性能参数进行换算 。
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一、联合作业设计的基本方法和原理二、扇风机串联作业三、两台扇风机在同一井口并联作业四、扇风机两翼并联作业
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一、联合作业设计的基本方法和原理
1、联合运转选型设计的步骤
1）根据拟定的通风系统和要求每台风机的风量和风压，按前述方法选择风机。
2）对初选风机进一步分析联合作业的工况和效果。
2、图解法求联合作业工况的原理
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二、扇风机串联作业常用于矿井通风阻力大的矿井。
特点：通过各风机的风量相等，风机风压之和等于网路总阻力。下面以两台风机抽压式串联作业为例。
1、分析扇风机实际运转工况
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2、联合运转的效率分析
1）稳定性
2）有效性
3）经济性根据联合运转的综合效率来衡量，联合运转的综合效率可近下式计算
i
ii
ii
QH
QH
式中 Hi,Qi,ηi—— 分别为各风机的风压、风量和效率。一般认为联合运转的综合效率 η＞ 60%,经济上是合理的。
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三、两台扇风机在同一井口并联作业在矿井通风中，若要求较大的风量，一台风机不能满足要求时，则需两台风机并联作业，来提高矿井的总风量。
特点：两台风机工作风压相等，网路总风量等于两风机风量之和。
1、分析扇风机的实际运转工况
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,35
2、联合作业效果分析
1）稳定性
2）有效性并联运转是稳定的，同时也是有效的，其有效性的大小可根据并联风量 QI+II比单独运转风量 QI0增加的百分率来衡量
%100
IO
IOIIIp Q QQQ
6.0?
i
ii
ii
HQ
HQ
Δ Qp值越大，表明效率越好，反之越差。
3）经济性综合效率 则为经济合理。
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,36
3、（并联作业）注意问题
1）保持运转稳定。并联运转不应出现不稳定，不稳定运转时，总风量增加少，通风效果差。
2）网路风阻 R要小。网路风阻 R对于驼峰特性的风机的稳定性影响很大,R越大，
并联运转的稳定性和效果越差,R小稳定性和效率就好。
3）注意反向自然风压和影响
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,37
1、分析扇风机实际运转工况四、扇风机两翼并联作业
2009年 7月 30日星期四,矿井通风,38
2、联合效果分析只要保证并联运转的稳定，则扇风机并联作业就是有效的。
若公共段风阻 R0增大时，使工况落在 M′ 时，则有 Q0=QⅠ,
QⅡ =0，这时工况落在不稳定区段，并联作业是不稳定的，而且也是无效的。
若 R0继续再增大，则 QⅡ
则为负值,II风机为进风，
这时并联运转没有起到应有的作用效果，而且变成有害。
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3、注意问题
1）应尽量减小公共段的风阻 R0。
2）尽量选用两台同型号风机并联运转（使扇风机担负的风压和风量相等，小型号风机易出现不稳定运转）
3）当某一翼风量需调节时，要注意对另一翼风机工况的影响。
当一台风机风量增加，风压增加，则另一台风机风量减少，
工况有可能向驼峰左侧移动，出现不稳定现象。
