矿井三维通风仿真系统中的风机静压与全压

 知识资讯     |      2024-07-26 10:02

在矿井三维通风仿真系统中,用户可对通风网络中的风机采用“全压法”、“静压法”和“混合压力法”三种方式进行建模。本文对这三种方法的技术差异做简单说明,供读者参考。

1.全压法
从技术上说,风机全压法是进行风流模拟的正确方法。风机数据库中的风机曲线数据至少包括全压曲线。如果只有风机静压曲线,运用此方法进行风流模拟就会发生错误。矿井三维通风仿真系统在风机数据编辑器中提供工具可根据现有风机静压曲线估算出风机全压曲线。

全压法假定风机的全部风压都给矿井通风提供动力。该方法也考虑了出风口的系统动压损失(例如回风井),并将其考虑进风流模拟计算中。全压法要求用户通过采用合适的局部阻力系数和风阻精确地定义风机出口损失,因为很少有风机全压全部都为矿井风流提供动力。在风机曲线数据中,如果没有考虑风机出口构造、出口风流方向改变、含有扩散器(提高静压性能,降低出口损失)或其它诸如风机调节阀门的出口装置,那么使用全压法模拟时就需要通过风机出口配置来考虑这些因素,否则模拟的风压和风量值将大于实际值。

2.静压法
静压法是一种传统普遍被采用的方法,这种方法假定风机动压全部损失,并不给系统提供通风动力。这从技术上来说是不正确的,该假定不考虑定义精确的出口损失,当出口损失不能被忽略时,模拟得到的风压和风量将会相对保守。静压法也忽略了系统出口动压损失。对于一个靠地面主风机驱动的单级通风网络系统,静压法和全压法的区别是可以忽略的(因为全压法将动压损失作为系统风压的一部分),但是当井下存在局部通风机给风流提供动力时,这两种方法模拟结果的差异将会显著增加。

采用风机静压法,风机数据库中的风机曲线必须包含静压曲线,如果只有全压曲线,使用该方法模拟时就会出现错误。和全压法一样, GinVent系统在风机数据编辑器中提供工具可根据现有风机全压曲线估算出风机静压曲线。

3.混合压力法
混合压力法保持了与
GinVent系统早期版本的兼容性,采用这种方法,风网中风机可以使用两种风压类型(静压和全压)。混合压力法类似于静压法,这种方法没有考虑系统出口动压损失。通风网络中不同位置的风机可以分别指定风压类型。当一些风机没有同时提供两种风压曲线,而又不希望估算另外一种风压曲线时,这种方法非常有用。混合压力法是一种兼容性较差的方法,应该尽少采用。尤其当地面主风机使用风机全压时,由于没有考虑系统动压损失将过高估计风机性能。

4.选用风机静压还是风机全压
大部分风机厂商提供了两种或其中的一种风压曲线。
GinVent三维通风仿真系统与早期版本的不同处在于其在“设置>风流模拟”菜单下可以选择风机风压模拟类型,如:全压法、静压法或者混合压力法。

采用静压曲线将忽略风机动压部分对风网的贡献,但同时也将忽略风网地表出口部分的动压损失。

采用全压曲线将考虑风机的动压部分,但同时也将风网地表出口部分的动压损失作为风网总风压的一部分。

5.风机静压模拟案例
从技术上来说,对安装的风机采用全压曲线进行模拟是正确的。但是由于风机安装配置相关的出口损失,风机全压并不全都转化为有效的通风动力。

GinVent三维通风仿真系统早期版本也鼓励用户采用静压法建模(尽管全压曲线建模也已经作为可选项)。使用静压曲线建模时,风机曲线的动压部分将不被考虑(并假定不对整个通风网络风压做出贡献)。为部分抵消未考虑风机动压部分的影响,GinVent三维通风仿真系统早期版本在计算系统总风压时也忽略了系统的出口动压损失。这两个因素相互抵消了一部分,但如果对风机出口(局部)损失对静压法和全压法都同样进行了建模的情况下,对井下局扇采用静压法建模时,所得的系统风压和风量将相对保守。

当进行通风设计时,风网设计的灵活性是非常重要的。此外,使用静压曲线对风机出口损失精确建模的依赖较小,并为设计通风网络提供更大的可操作性。总的来说,静压法建模对缺乏经验的用户来说更加合适。

6.风机全压模拟案例
全压法建模时,
GinVent三维通风仿真系统将使用风机全压曲线作为风网系统风压。考虑风机安装和出口风流方向来考虑风机出口损失,这种方法能提供更加正确的结果。另外,当使用全压建模时,GinVent系统将考虑系统出口动压,可通过调整风机出口直径、回风井地表断面尺寸和扩散器尺寸来模拟对地表出风井和矿井系统压力的影响。

GinVent系统中,增大井下安装风机的直径或者增加扩散器对风网模拟计算结果不会有影响,因为这些调整不会改变地表出口的动压损失。但这些操作能减小风机出口的局部损失,在GinVent系统中减小局部损失能提升风机性能。

采用全压法时,扩散器尺寸对地表出风井的影响很容易被观测到。只要单击地表回风风路,选中扩散器并输入尺寸,尺寸必须比原风路断面尺寸要大,同样在风井连接地表处设置一条放大的短风路也可以产生和扩散器一样的效果。

7.小结
大部分情况下,如果风机出口局部损失采用同样的参数建模,全压法得到的模拟计算结果将更准确,并且为矿井输送的风量将稍微偏高。但这些偏差对系统建模并不重要,仅当考虑总体建模过程的偶然因素时需要考虑这点。