一、引言

　　煤礦通風機俗稱“電老虎”，其耗電量較大。該設備全年不停地運行，而且不同時期對風量的要求又不相同，如節(jié)假日用風量較小，礦井建設初期用風量也較少，因此，選擇一種好的調(diào)節(jié)風量的方法，完全可以降低噸煤電耗，而且可以提高風機的使用壽命，這樣就可以給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

　　二、工作原理及有效途徑

　　1、工作原理

　　礦用通風機調(diào)節(jié)方法有多種形式，目前國內(nèi)煤炭企業(yè)主要采用調(diào)節(jié)管網(wǎng)阻力法、調(diào)節(jié)轉速法、調(diào)節(jié)進口導流器葉片法、調(diào)節(jié)葉輪葉片法等形式。根據(jù)風機的軸功率變化特性曲線顯示，當風機的轉速改變時，軸功率與轉速的三次方成正比變化，可見，調(diào)節(jié)轉速是風機節(jié)能改造效果最明顯的技術途徑。

　　2、調(diào)節(jié)方法

　　通風機常見的調(diào)速方法主要有：可控硅串級調(diào)速、直流機組調(diào)速，交-交變頻調(diào)速、液力調(diào)速等幾種方式。

　　2.1 液力偶合器調(diào)速

　　1）調(diào)節(jié)原理

　　電機輸出軸高速旋轉帶動液力偶合器泵輪旋轉，將液體介質以高速高壓流沖向液力偶合器渦輪葉片，使渦輪跟隨泵輪作同向旋轉并帶動風機；而傳動介質由渦輪外緣流向內(nèi)側并減速減壓流向泵輪形成渦流循環(huán)，在這種循環(huán)中，通過導管系統(tǒng)直接改變傳動介質質量，可無級調(diào)節(jié)轉速并將電動機的機械能柔性傳遞至風機。

　　2）技術特點

　?、儆捎谡{(diào)速型液力偶合器本身結構特點，可實現(xiàn)電動機空載起動，可放棄原有的已老化的電動機控制系統(tǒng)，采用液力偶合器自身的簡單控制系統(tǒng)，并利用電動機可空載起動，提高其起動能力，減小對電網(wǎng)的沖擊；

　?、谟捎趥鲃咏橘|為油液，可隔離扭振，減緩沖擊；

　?、劢Y構簡單可靠，控制操作方便；

　?、艹S承之外，無機械磨損，效率高，節(jié)能效果顯著。

　　2.2.2 可控硅串級調(diào)節(jié)電機轉速

　　1）調(diào)節(jié)原理

　　電網(wǎng)電能經(jīng)異步電動機氣隙傳遞到轉子的電磁功率P2，一部分為機械輸出功率Pm，另一部分為轉差功率Ps。它們之間的關系如下

　　P2＝Pm+ps

　　P2＝Mω1

　　Pm＝（1－s）P2

　　Ps＝sP2＝3I22R

　　式中 M-電動機的電磁轉矩；

　　ω1-同步角速度；

　　I2-轉子每相電流；

　　R-轉子電阻；

　　s-轉差率。

　　原機組采用轉子電路串接附加電阻實現(xiàn)調(diào)速。顯然在低速運轉時，s升高，轉差功率Ps升高，此時，轉差功率Ps無法加以利用，只能白白消耗在外部附加電阻上，所以這是一種低效率的能耗調(diào)速方法。如在轉子回路代替附加電阻接入一套電器裝置，同樣能實現(xiàn)調(diào)速，并具有節(jié)能的顯著優(yōu)點。

　　2）技術特點

　　調(diào)速系統(tǒng)為全數(shù)字化顯示，電控系統(tǒng)采用PLC技術取代模擬控制和有觸點電器傳動方案，提高系統(tǒng)可靠性。本方案控制的只是轉子轉差功率，系統(tǒng)設備投資少。尤其是采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié)技術，可以做到平滑無級調(diào)速及較硬的機械特性。此方案是礦用風機節(jié)能調(diào)速的優(yōu)選技術方案之一。

　　2.2.3 直流機組調(diào)速

　　1）調(diào)節(jié)原理

　　直流電機采用它激勵磁，定子電路采用固定直流供電，轉子電路采用可控硅變流器供電，改變可控硅導通角α，即改變轉子供電電壓，改變轉子電磁轉矩，實現(xiàn)調(diào)速目的。

　　2）技術特點

　　調(diào)速范圍廣，調(diào)速性能好，效率高，技術穩(wěn)定可靠。但常見的通風系統(tǒng)采用交流電機，需改換成直流電機，設備投資及直流電機維護量大，不代表電氣傳動的發(fā)展方向。因此，在風機節(jié)能項目改造中應用較少。

　　2.2.4 交-交變頻調(diào)速

　　1）調(diào)節(jié)原理

　　交-交變頻器其主回路由2組并聯(lián)的變流器P組和N組組成。P組和N組輪流向負載供電，則在負載上獲得交流輸出電壓U0。U0的幅值由變流器的控制角α決定。U0的頻率由2組變流器的切換頻率決定。如果變流器采用橋式接法，則三相負載需要36個晶閘管元件；如果用零式接法，也需要18個晶閘管元件，元件數(shù)量較多。另外，礦井供電電壓常見為雙路6kV，目前還沒有能直接在6kV電壓下的晶閘管元件。故系統(tǒng)采用高-低-高供電方案，需增加2套晶閘管用變壓器。

　　2）技術特點

　　調(diào)速范圍廣、高效、優(yōu)質調(diào)節(jié)。晶閘管元件數(shù)量多，需增加降壓、升壓變壓器，系統(tǒng)設備多，投資大。因此，在風機節(jié)能項目改造中應用較少。

　　三、經(jīng)濟效益分析

　　煤礦原有工作方式為全年12月，每月30d工作制，目前隨著高產(chǎn)高效工作面的推廣應用及國家法定假日制的實行，粗略計算每年約有休息時間T=2,400h。若風機裝機容量P1按500-1,000kW考慮，工業(yè)電費m按0.3元/kWh計算，保安風量按常規(guī)的85%考慮，風機功率降低為P2＝P1×0.853＝61.4%P1。每年節(jié)約電費：M＝（P2－P1）Tm。風機功率越大，每年節(jié)約電費也越多。

　　風機功率與節(jié)電費的對應關系

　　風機單機功率/kW 年節(jié)約電費/萬元

　　500 22

　　600 26.5

　　700 30.9

　　800 35.4

　　900 39.8

　　1000 44

　　四、結束語

　　經(jīng)分析，選擇可控硅串級調(diào)速和液力偶合器調(diào)速作為優(yōu)選方案。

　　調(diào)速系統(tǒng)全數(shù)字化，電控系統(tǒng)采用PLC技術，尤其是采用雙閉環(huán)調(diào)節(jié)技術，可以做到平滑無級調(diào)速，及較硬的機械特性。

　　柔性傳遞機械能，可無級調(diào)速并空載起動，對電網(wǎng)沖擊小，結構簡單可靠，控制系統(tǒng)簡單，操作方便，效率高，節(jié)能效果顯著。

　　通過上述分析，通風機系統(tǒng)風機節(jié)能改造項目從技術途徑上看是完全可行和可靠的，從每年節(jié)約電費考慮，可給生產(chǎn)單位帶來顯著的經(jīng)濟效益；從國家能源政策來看，此項工作具有現(xiàn)實意義。