【摘 要】通过建立通风机性能测定实验系统，测定了基于变频技术轴流式通风机在不同频率下（25Hz-50Hz）的性能参数，在此基础上绘制了风量—风压、风量—功率、风量—效率等风机性能曲线，并分析得出轴流式风机特性曲线在不同频率下的分布是均匀的，同时可通过变频调节较方便地对风机风量等参数进行调控。最后对实验结论进行了验证，确保了实验结果的正确性。

【关键字】轴流式风机；变频；性能曲线

一、引言

井下空气的瓦斯浓度大小与巷道通风是否通畅、风量是否充足有直接关系。目前煤矿主要依靠离心式风机和轴流式风机为井下提供风量和动力，其中大多数矿井通过改变风机的叶片角度来改变风机运行工况和改变井下风量[1]。

二、通风机性能测定实验系统

为了实现测试基于变频技术轴流式风机性能的目的，实验人员研发了ZSCD-I型矿井主通风机参数测定系统，如图1所示。该系统为分布式系统，主要包括风速、风温测定子系统部分，以及大气压、电机轴温度、通风机静压、电机转速子系统、电机参数测定子系统，通讯系统和上位机等部分。

（一）风速、风温测定子系统

该系统由皮托管、温度传感器组成，经PLC（S7-200）、EM231直接测出风速和风温。风速测定范围为0～45m/s，输出标准信号范围为4～20mA，温度测定范围为-20～200℃。

（二）大气压、通风机静压、电机轴温、电机转速子系统

该系统由相对静压传感器、温度传感器、大气压力传感器、自制转速测定仪组成。

（三）电机参数测定子系统

该系统由EDA9033AC模块及电源组成[4]，用来测定电机相电压、相电流、功率、效率等参数；EDA9033AC输入为三相电压（0～500V）、三相电流（0～1000A）。

（四）通讯系统

1、硬件部分主要采用西蒙子PLC485通讯的自由口模式与上位机通讯。2、软件部分主要对采集的数据进行计算，并在上位机程序的主界面中直接显示各相关参数，包括各测点的位置、拟合的性能参数曲线以及上位机与各分模块的通讯状态，而且此程序可以自动输出和打印测定报告。

三、系统实验与数据分析

（一）前期准备

1、搭建实验风筒。在此基础上，使用变频器（日普RP3200变频器）与风机相连，调节变频器的频率来调节风机的转速，从而改变风机的个体特性。

2、风阻的调节。本实验利用人工制作的挡板来实现对风阻的改变。挡板共有三个，其中两个为正方形，每个中间有不同直径的圆形挖空，将挡板套在风筒的一端，由于圆孔直径的不同，造成风筒内产生不同数值的阻力；另外一个挡板为圆形，整个挡板钻有140个相同的圆孔，并且每个圆孔配有黑色橡胶塞2。

（二）实验测定流程

1、根据现场试验的条件，在合适的位置放置主机，应考虑电磁的干扰，避免其离变频器太近，按照步骤连接性能测定系统，建立及时通讯。

2、测定工作开始，在无挡板遮蔽风筒的情况下，即风筒内阻力最小时打开轴流式风机，测定实时环境参数，将变频器频率从25HZ逐步增加到50Hz，并测定在相应频率下风机的性能参数，在电脑终端上选择所要的工况点，绘制风机性能特性曲线；

3、在风筒一端套上挡板I，重复以上步骤，绘制风机性能特性曲线；

4、将挡板II套在风筒的一端，重复1的步骤，绘制风机性能特性曲线；

5、将挡板III套在风筒上，并把相应的圆孔用橡胶塞从外圈到内圈相继堵住，打开风机，测定不同风阻情况下相应的环境参数，把变频器频率从25Hz逐步调节到50Hz，并测定风机性能特性曲线。

6、实验人员在不同风阻的情况下（8个不同阻值），即在一般情况下掌握8个测点，依次测得从25Hz到50Hz下的风机特性曲线。

（三）实验结果及分析

实验选取8个测点，实际测得25Hz到50Hz下的风机工况参数，主要包括风量、风压、大气压力、空气温度、空气密度、风机效率和功率，即26组特性参数。根据所得数据，分别将数据曲线绘制出来，下面根据所得实验结果，从三个方面对通风机性能曲线进行分析。

1、风量—风压特性曲线分析

一般来说，轴流式风机的风压特性曲线较陡，并有一个“马鞍形”的“驼峰”区，但由于本实验所采用的SF4-2风机不是矿用防爆型通风机，在测量时存在漏风较严重的现象，加上变频器本身的损耗（一般在4%左右），实际测得的二次拟合曲线较为平稳，并趋近于直线，与理论上的性能曲线相比，并没有“马鞍形”的“驼峰”区的出现。

2、风量—效率特性曲线分析

按照同样的方法选取不同频率下的26组风量和效率数据形成的曲线绘制在一张图表上。由图可以看出，当变频器频率由26Hz提高到50Hz时，风量从小到大逐渐增加，通风机的效率也逐渐增大，并且增大到最大值后逐渐呈下降趋势，而26条曲线的趋势基本一致并相互重合，说明了同一风机在相似工况点下的效率是相等的。

3、风量—功率特性曲线分析

随着变频器功率的增加，轴流式风机的转速相应增加，风量不断增加，当有效功率增大到最大值后，随着风量的增加而逐渐减小。且当变频器频率越高，风机的有效功率相比之下能达到的最大值也越大，26条风量—功率特性曲线的趋势是相对一致的，证明调节频率来对风机性能调节的可靠性较高。

四、结论

结果分析表明，轴流式风机特性曲线在不同频率下的分布是均匀的，通过变频调节可以较容易地对风量等参数进行调控。最后，利用倾斜压差计等机械式仪器对对本实验采用的硬件和软件系统进行校正实验，验证了风机性能测定系统及所测得数据的可靠性。

参考文献：

[1] 王启立，胡亚非，刘颀等. 便携式通风机综合性能测试系统的研制[J]. 风机技术， 2004， （6）： 37-38.

[2] 齐振邦. 风机变频调速应用现状及节能原理[J]. 风机技术， 2000， （3）： 39-41.

[3] 商坤，王建军. 变频调速在煤矿矿井通风机上的应用[J]. 煤矿安全， 2006， 37（7）： 18-20.

[4] 迟洪有，蒋曙光，吴征艳等. EDA9033A在分布式风机性能测试系统中的应用[J]. 工矿自动化， 2010， 36（12）： 93-95.

作者简介：胡利明（1971-）， 男，汉，湖南汨罗市，副教授， 中国矿业大学在读博士研究生，主要从事通风方面的教学和科研工作。