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摘要：简要介绍了当前煤矿矿用通风机存在的主要节能问题，分析了变频节能原理，并对基于变频节能技术的煤矿通风机改造方案进行了探讨。该方案取得了良好的节能效果，经济效益显著。
关键词：通风机；变频节能技术；节能效果；经济效益
0引言
矿用通风机是确保煤矿生产安全的一项基础设备，借助于合理化的通风调控措施来为井下作业人员提供新鲜空气，营造良好的作业环境。但同时也应注意到，矿用通风机具有运行功率大、效率低的显著特点，且还要经常性连续作业，这也就促使矿用通风机成为了煤矿生产过程中的主要耗电源头。因而开展合理化的节能降耗技术研究，对于减少企业生产成本、提高经济效益有着巨大的现实意义。
1概述
长期以来，考虑到煤矿作业的特殊性，对于煤矿通风设备的型号选取大都是以大功率设备为主。在煤矿通风设备的运行过程中，对电力能源应用的低效化将会带来巨大的能耗损失。因而，需尽快开展相关的节能技术研究并投入到实际应用中，以降低煤矿生产的电能耗损，减少生产成本支出，并最终促使企业劳动效率水平能得以持续提升，这一方面的问题将是当前广大煤矿企业所亟需解决的一项主要难题。通风设备是为煤矿井下作业生产提供新鲜空气的主要支持设备，在保障煤矿企业正常生产作业方面有着至关重要的作用。而且为保障井下能持续获得新鲜空气，并将井下的危险气体排除出去，往往需要通风机昼夜不停地持续运转。然而伴随着井下生产作业的持续推进、掘进工作面的不断深入，井下所需风量也将越来越大，这一状况下就要应用到更多的大功率通风设备。另外，因季节环境温度的改变，井下的通风需求总量也会随之产生改变，并也需由此做出一定的调整处理。在煤矿通风设备的型号选取方面，最开始是结合设计需求通风量来选择，因而通风设备功率相较于初期实际所需功率要明显大了许多，因此也就导致了一部分的电能浪费情况发生[1-2]。
2矿用通风机存在的问题
2.1节能问题
在煤矿企业的日常生产过程中，对于通风机节能技术的应用可达到较好的环保节能、降耗增收效果。但从目前中国在这一方面的技术应用现状来看，其中仍存在大量不足之处，现展开具体分析：a)电能耗费大。煤矿初期投产风量需求小，但设计余量又较大，因此便会在较长的一段时间中面临着供大于求的能源耗损，导致额外的成本费用产生；b)启动难度大，机械易受损。主要通风设备的直接启动方式存在着高电流、耗时长等特点，对于设备将会造成较为严重的绝缘危险，使得通风设备的应用寿命大打折扣；c)系统本身自动化水平程度不高。风机设备的风叶角度调整还要人工进行操作，无法做到对通风量的实时性调节[3]。考虑到目前矿用通风机所存在着的上述问题，应用传统调节方式难以有效适应高效化的煤矿生产需求。因而，要实现高效、低噪声及自动调节通风量的矿用通风机研究还面临着较大的难度挑战。
2.2不完善的矿井通风系统
随着社会的发展与科学技术的进步，煤矿企业逐渐获得了较为长远的发展，但近年来，瓦斯爆炸等事故层出不穷，在一定程度上对于整个社会的安定团结十分不利，严重威胁到人们的生命财产安全，而这一切与矿井通风系统不完善等有很大关系。a)人为因素。管理人员和矿工不具备良好的职业素养与工作技能，不能在认真思考的基础上将与建设要求相符的通风系统设计出来，致使通风系统本身存在一定的安全隐患；b)物的因素。在建设通风系统中，基于巷道岩性和岩层硬度的不同，建设工艺、进度和安全的差异，在内外力的影响下各种设备出现安全事故的可能性比较大，如撞击、渗漏、翻车和坠落等；同时煤矿中所存在的危险物质比较多，且在一定条件下极易发生爆炸。
2.3矿井通风和安全监察系统相互分离
现阶段，中国煤矿所具备的安全监察系统相对比较薄弱，并不能很好地结合通风系统，相应地便加重了通风系统不安全问题的严重性。同时，包括矿井通风安全在内的煤矿安全问题已得到相关部门的重视，且证实了上述两系统分离会加重问题，为此需要相关部门有效调控与监管煤矿企业。
2.4通风管理严重滞后监督不力
在先进科学技术基础上，建立和健全煤矿通风安全制度至关重要。制度在一定程度上可以保障通风系统的安全性，但目前通风管理存在严重的滞后性及监督不力的情况，相关管理人员不能严格按照相关标准来管理设备安置和质量效果。某些煤矿井下进风和回风风门的安置位置与标准不符，风门的数量和质量调控不合格，且频繁出现漏风和连锁性能差的问题。同时，煤矿通风系统管理人员在实施管理时不认真、不负责，只顾完成任务而不进行有效的检查，即便出现问题也不能进行科学处理，致使安全事故频繁发生。
3变频节能原理
3.1变频调速原理
要想实现对通风机设备转动速度的调节，主要可采取的方式包括调整风机转差率、电机极对数或风机电源初始频率值这三种。其中实际操作起来相对较为简便的是通过对变频器初始电源频率的调节来达到对通风机变频调速的目的，且采用这一方法还能做到对风机风量的平移调整。依据流体力学的比例定律可知，当风机转速在额定转动速率方面发生改变时，与之所相对应的风量、负压、功率及转速间的相关性即可被确定为：风量和转速成一次方正比例关系，风压和转速二次方成正比例关系，轴功率和转速三次方成正比例关系。据此便可得出，若风量总需求低于电机功率所产生出的总风量时，则通过减小风机转动速度便可促使与之所相对应的功率依据转速三次方明显下降。因而，将变频调节技术用到主通风机系统中，可达到良好的节能降耗效果[4]。
3.2高压变频器的特点
3.2.1系统结构
明鑫煤矿用通风机变频控制系统采用JD-BP38-315F高压变频调速设备，这一种变频调速设备的输入及输出部分均为三相。该型号变频设备主要包括移相变压设备、控制器、功率单元三部分，应用变频器电路结构和功率单元实现串联，输出叠加为高压直接发送至高压电机内，无需应用功率因素补偿设备及滤波器。
3.2.2设备特点
a)在变频设备前方应用多项绕组所隔离出的移相变压器，把高压工作频率电源转换成低压且同时独立的工作频率电源，进而提供给需求电源的多项功率单元。变压设备次级各相依次排列并分组7组副边绕组，共21组。采取独立布设形式，确保不同功率单元各自保持独立性，可实现对变频器抗干扰性能的大幅度提升；b)功率单元在整个高压变频调速器当中有着至关重要的作用。单元功率主体构成内容包括了滤波、整流、逆变3项，用交-直-交单相逆变电路组成，将来源于移相变压器内的低压交流电通过整流滤波处理后逆变成波状交流通电形式，并供应至主通风机设备。功率单元整流部分选用二极管与48脉冲多级相叠加整流来达到三相全波整流。逆变部分则利用逆变桥开展PWM（脉宽调制）控制来达到逆变目的。功率单元每一相均选用低压功率单元所串联形成，输入谐波后可直接达到标准要求。鉴于功率单元在整个变频器内的作用价值愈发突出，系统应用模块化设计方式，各相7个单元，共三相21个单元。若其中某单元出现故障隐患而难以正常运转，则与之所相对应的单元输出一端便可自主通过软件控制旁路，进而确保整机运行不受影响。变频器各功率单元主体结构均完全相同，可互相更换，有助于提高维修效率；c)本次研究所采用的变频调速器控制器主要由可编程逻辑控制器及人机界面共同构成，通过高效化的微型处理设备达到控制目的并和子微处理器互相连通，可实现对整体网络的远程管控。
4改造方案
要实现对当前煤矿通风机设备电能浪费问题的处理，达到理想的节能目的，就必须采用变频节能技术开展改造处理工作。一般而言，进行矿用通风机的节能改造处理可选取多种方案，各项节能技术所需达到的节能需求也不尽一致。目前较常用到的矿用通风节能技术主要是针对通风机型号、管路设计、运行状态控制等进行改造处理。在具体实施时：a)首先需确保所选用的设备型号和实际通风总量需求保持较高的匹配度；b)针对目前的通风机设计管路做出调整，以期能最大程度地降低管网限制影响；c)需针对通风机运行情况采取自动化的调控措施[5]。为达到较为理想的节能效果，较为可行的方案是对通风机的工作状态做出自动化调整，可供选用的方法有：a)改变通风设备节流状况。节流调节大多是在通风设备转速保持恒定的状态下，利用压力阀来调整其曲线，进而达到对通风流量的控制。通过具体分析可发现，在应用这一方法后效果并不显著；b)应用液力耦合器进行通风设备运行速度调节。在电动机保持稳定转动速度的状态下，利用对耦合器泵轮及涡轮转动速度的调节来达到对矿用通风机的转速调控，其原理是通过液体传导扭矩来实现对风机转速的控制。经实践检验表明采用这一种方法可达到一定的风机转速调控效果，有着较为普遍的应用性。然而伴随着相关技术的不断发展，此项技术因其所存在的占地面积大、调速效果有限等不足而逐渐被新型技术所取代；c)应用变频节能技术。和上述两种较常用到的调节通风机运转速度方法相比，这项技术不仅应用效果显著且有着较高的成熟度，是当前实现煤矿通风机运转速度精准调控的有效方法，可达到较为显著的节能降耗效果。且此项技术的应用还具有典型的低成本特点，其关键是基于原基础新增加了变频器，在确保不新增额外成本费用的基础上还可实现对通风机运转速度的有效调节，因此在当前的煤矿生产作业过程中这项技术的应用已十分广泛。目前，变频调速节能技术在煤矿通风机的节能方面得到了越来越广泛的应用，已成为井下作业生产通风供给最常用到的一项技术手段，实现了对整体煤矿通风系统自动化水平的全面提升，降低了劳动强度，不仅有着良好的节能降耗特点且在设备管理方面发挥出了巨大作用[6]。
5结语
随着相关机电设备变频调速技术逐步改进与完善，其目前被大规模推广应用。井下通风设备长期存在着低效率、强噪声、高能耗等问题，相关工程技术人员不断努力，将变频节能技术应用到煤矿通风机当中，实现了对矿井通风条件的有效改善，并同时也可达到十分显著的节能效果，可根据实际的通风量需求来调节电机运行速度，在煤矿通风中有着十分广阔的应用前景。
参考文献：
［1］任帅.煤矿机电设备中变频器的选择分析［J］.能源技术与管理，2017，42(3)：176-177.
［2］付勇强.煤矿机电设备中变频技术的应用［J］.机械管理开发，2017，32(12)：176-177.
［3］李德钖，邓朵.应用高压变频器对通风机进行节能改造［J］.江西煤炭科技，2013(1)：33-34.
［4］赵前诗，贠彦章.变频调速技术在主通风机、主排水泵中的应用［J］.价值工程，2014(21)：34-35.
［5］刘洋.关于煤矿机电设备中变频节能技术的思考［J］.机械管理开发，2016，31(9)：189-191.
［6］吴仲强，裴德胜，孔令龙.关于煤矿机电设备中变频技术的应用分析［J］.科技传播，2016，8(11)：206-207.
作者:王德干 单位:太原华润煤业有限公司