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0引言
礦用通風機是確保煤礦生產安全的一項基礎設備，借助于合理化的通風調控措施來為井下作業人員提供新鮮空氣，營造良好的作業環境。但同時也應注意到，礦用通風機具有運行功率大、效率低的顯著特點，且還要經常性連續作業，這也就促使礦用通風機成為了煤礦生產過程中的主要耗電源頭。因而開展合理化的節能降耗技術研究，對于減少企業生產成本、提高經濟效益有著巨大的現實意義。
1概述
長期以來，考慮到煤礦作業的特殊性，對于煤礦通風設備的型號選取大都是以大功率設備為主。在煤礦通風設備的運行過程中，對電力能源應用的低效化將會帶來巨大的能耗損失。因而，需盡快開展相關的節能技術研究并投入到實際應用中，以降低煤礦生產的電能耗損，減少生產成本支出，并最終促使企業勞動效率水平能得以持續提升，這一方面的問題將是當前廣大煤礦企業所亟需解決的一項主要難題。通風設備是為煤礦井下作業生產提供新鮮空氣的主要支持設備，在保障煤礦企業正常生產作業方面有著至關重要的作用。而且為保障井下能持續獲得新鮮空氣，并將井下的危險氣體排除出去，往往需要通風機晝夜不停地持續運轉。然而伴隨著井下生產作業的持續推進、掘進工作面的不斷深入，井下所需風量也將越來越大，這一狀況下就要應用到更多的大功率通風設備。另外，因季節環境溫度的改變，井下的通風需求總量也會隨之產生改變，并也需由此做出一定的調整處理。在煤礦通風設備的型號選取方面，最開始是結合設計需求通風量來選擇，因而通風設備功率相較于初期實際所需功率要明顯大了許多，因此也就導致了一部分的電能浪費情況發生。
2礦用通風機存在的問題
2.1節能問題
在煤礦企業的日常生產過程中，對于通風機節能技術的應用可達到較好的環保節能、降耗增收效果。但從目前中國在這一方面的技術應用現狀來看，其中仍存在大量不足之處，現展開具體分析：a)電能耗費大。煤礦初期投產風量需求小，但設計余量又較大，因此便會在較長的一段時間中面臨著供大于求的能源耗損，導致額外的成本費用產生；b)啟動難度大，機械易受損。主要通風設備的直接啟動方式存在著高電流、耗時長等特點，對于設備將會造成較為嚴重的絕緣危險，使得通風設備的應用壽命大打折扣；c)系統本身自動化水平程度不高。風機設備的風葉角度調整還要人工進行操作，無法做到對通風量的實時性調節。考慮到目前礦用通風機所存在著的上述問題，應用傳統調節方式難以有效適應高效化的煤礦生產需求。因而，要實現高效、低噪聲及自動調節通風量的礦用通風機研究還面臨著較大的難度挑戰。
2.2不完善的礦井通風系統
隨著社會的發展與科學技術的進步，煤礦企業逐漸獲得了較為長遠的發展，但近年來，瓦斯爆炸等事故層出不窮，在一定程度上對于整個社會的安定團結十分不利，嚴重威脅到人們的生命財產安全，而這一切與礦井通風系統不完善等有很大關系。a)人為因素。管理人員和礦工不具備良好的職業素養與工作技能，不能在認真思考的基礎上將與建設要求相符的通風系統設計出來，致使通風系統本身存在一定的安全隱患；b)物的因素。在建設通風系統中，基于巷道巖性和巖層硬度的不同，建設工藝、進度和安全的差異，在內外力的影響下各種設備出現安全事故的可能性比較大，如撞擊、滲漏、翻車和墜落等；同時煤礦中所存在的危險物質比較多，且在一定條件下極易發生爆炸。
2.3礦井通風和安全監察系統相互分離
現階段，中國煤礦所具備的安全監察系統相對比較薄弱，并不能很好地結合通風系統，相應地便加重了通風系統不安全問題的嚴重性。同時，包括礦井通風安全在內的煤礦安全問題已得到相關部門的重視，且證實了上述兩系統分離會加重問題，為此需要相關部門有效調控與監管煤礦企業。
2.4通風管理嚴重滯后監督不力
在先進科學技術基礎上，建立和健全煤礦通風安全制度至關重要。制度在一定程度上可以保障通風系統的安全性，但目前通風管理存在嚴重的滯后性及監督不力的情況，相關管理人員不能嚴格按照相關標準來管理設備安置和質量效果。某些煤礦井下進風和回風風門的安置位置與標準不符，風門的數量和質量調控不合格，且頻繁出現漏風和連鎖性能差的問題。同時，煤礦通風系統管理人員在實施管理時不認真、不負責，只顧完成任務而不進行有效的檢查，即便出現問題也不能進行科學處理，致使安全事故頻繁發生。
3變頻節能原理
3.1變頻調速原理
要想實現對通風機設備轉動速度的調節，主要可采取的方式包括調整風機轉差率、電機極對數或風機電源初始頻率值這三種。其中實際操作起來相對較為簡便的是通過對變頻器初始電源頻率的調節來達到對通風機變頻調速的目的，且采用這一方法還能做到對風機風量的平移調整。依據流體力學的比例定律可知，當風機轉速在額定轉動速率方面發生改變時，與之所相對應的風量、負壓、功率及轉速間的相關性即可被確定為：風量和轉速成一次方正比例關系，風壓和轉速二次方成正比例關系，軸功率和轉速三次方成正比例關系。據此便可得出，若風量總需求低于電機功率所產生出的總風量時，則通過減小風機轉動速度便可促使與之所相對應的功率依據轉速三次方明顯下降。因而，將變頻調節技術用到主通風機系統中，可達到良好的節能降耗效果。
3.2高壓變頻器的特點
3.2.1系統結構
明鑫煤礦用通風機變頻控制系統采用JD-BP38-315F高壓變頻調速設備，這一種變頻調速設備的輸入及輸出部分均為三相。該型號變頻設備主要包括移相變壓設備、控制器、功率單元三部分，應用變頻器電路結構和功率單元實現串聯，輸出疊加為高壓直接發送至高壓電機內，無需應用功率因素補償設備及濾波器。
3.2.2設備特點
a)在變頻設備前方應用多項繞組所隔離出的移相變壓器，把高壓工作頻率電源轉換成低壓且同時獨立的工作頻率電源，進而提供給需求電源的多項功率單元。變壓設備次級各相依次排列并分組7組副邊繞組，共21組。采取獨立布設形式，確保不同功率單元各自保持獨立性，可實現對變頻器抗干擾性能的大幅度提升；b)功率單元在整個高壓變頻調速器當中有著至關重要的作用。單元功率主體構成內容包括了濾波、整流、逆變3項，用交-直-交單相逆變電路組成，將來源于移相變壓器內的低壓交流電通過整流濾波處理后逆變成波狀交流通電形式，并供應至主通風機設備。功率單元整流部分選用二極管與48脈沖多級相疊加整流來達到三相全波整流。逆變部分則利用逆變橋開展PWM（脈寬調制）控制來達到逆變目的。功率單元每一相均選用低壓功率單元所串聯形成，輸入諧波后可直接達到標準要求。鑒于功率單元在整個變頻器內的作用價值愈發突出，系統應用模塊化設計方式，各相7個單元，共三相21個單元。若其中某單元出現故障隱患而難以正常運轉，則與之所相對應的單元輸出一端便可自主通過軟件控制旁路，進而確保整機運行不受影響。變頻器各功率單元主體結構均相同，可互相更換，有助于提高維修效率；c)本次研究所采用的變頻調速器控制器主要由可編程邏輯控制器及人機界面共同構成，通過高效化的微型處理設備達到控制目的并和子微處理器互相連通，可實現對整體網絡的遠程管控。
4改造方案
要實現對當前煤礦通風機設備電能浪費問題的處理，達到理想的節能目的，就必須采用變頻節能技術開展改造處理工作。一般而言，進行礦用通風機的節能改造處理可選取多種方案，各項節能技術所需達到的節能需求也不盡一致。目前較常用到的礦用通風節能技術主要是針對通風機型號、管路設計、運行狀態控制等進行改造處理。在具體實施時：a)首先需確保所選用的設備型號和實際通風總量需求保持較高的匹配度；b)針對目前的通風機設計管路做出調整，以期能較大程度地降低管網限制影響；c)需針對通風機運行情況采取自動化的調控措施。為達到較為理想的節能效果，較為可行的方案是對通風機的工作狀態做出自動化調整，可供選用的方法有：a)改變通風設備節流狀況。節流調節大多是在通風設備轉速保持恒定的狀態下，利用壓力閥來調整其曲線，進而達到對通風流量的控制。通過具體分析可發現，在應用這一方法后效果并不顯著；b)應用液力耦合器進行通風設備運行速度調節。在電動機保持穩定轉動速度的狀態下，利用對耦合器泵輪及渦輪轉動速度的調節來達到對礦用通風機的轉速調控，其原理是通過液體傳導扭矩來實現對風機轉速的控制。經實踐檢驗表明采用這一種方法可達到一定的風機轉速調控效果，有著較為普遍的應用性。然而伴隨著相關技術的不斷發展，此項技術因其所存在的占地面積大、調速效果有限等不足而逐漸被新型技術所取代；c)應用變頻節能技術。和上述兩種較常用到的調節通風機運轉速度方法相比，這項技術不僅應用效果顯著且有著較高的成熟度，是當前實現煤礦通風機運轉速度精準調控的有效方法，可達到較為顯著的節能降耗效果。且此項技術的應用還具有典型的低成本特點，其關鍵是基于原基礎新增加了變頻器，在確保不新增額外成本費用的基礎上還可實現對通風機運轉速度的有效調節，因此在當前的煤礦生產作業過程中這項技術的應用已十分廣泛。目前，變頻調速節能技術在煤礦通風機的節能方面得到了越來越廣泛的應用，已成為井下作業生產通風供給最常用到的一項技術手段，實現了對整體煤礦通風系統自動化水平的提升，降低了勞動強度，不僅有著良好的節能降耗特點且在設備管理方面發揮出了巨大作用。
5結語
隨著相關機電設備變頻調速技術逐步改進與完善，其目前被大規模推廣應用。井下通風設備長期存在著低效率、強噪聲、高能耗等問題，相關工程技術人員不斷努力，將變頻節能技術應用到煤礦通風機當中，實現了對礦井通風條件的有效改善，并同時也可達到十分顯著的節能效果，可根據實際的通風量需求來調節電機運行速度，在煤礦通風中有著十分廣闊的應用前景。