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煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制裝置的研制

文檔作者：李新文檔來源：中煤科工集團重慶研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月04日
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2011年10月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第38卷第5期
煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型
變頻控制裝置的研制
李 新
(中煤科工集團重慶研究院，重慶400039)
摘要：煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制裝置由風道式隔爆型變頻調(diào)速裝置、控制及顯示裝
置和機殼組成，其結(jié)構(gòu)緊湊，與礦用對旋式局部通風機連接安裝成一體。該變頻控制裝置具有自控排放
瓦斯和節(jié)能運行功能，為礦井掘進巷道通風及瓦斯排放提供了新裝備和新工藝。
關(guān)鍵詞：瓦斯排放；按需通風；變頻調(diào)速；局部通風機
中圖分類號：TD724 文獻標志碼：B 文章編號：1008—4495(2011)05—0025—02
在煤礦巷道掘進中，傳統(tǒng)的礦用局部通風機不
具備調(diào)速功能，為了排放瓦斯或其他原因需要控制
通風機風量時，常采用扎風筒、遮擋局部通風機入
口、斷開風筒、接三通風筒等方法來調(diào)節(jié)進入工作巷
道的風量¨ ，其方法簡單易行，但都需要人工進行操
作，一旦操作不當則可能導致重大事故。隨著科技
進步，近幾年來礦用隔爆型變頻調(diào)速裝置也開始用
于局部通風機的速度調(diào)節(jié)，配合瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，?
以安全快捷地進行自控排放瓦斯，不過該類變頻調(diào)
速裝置存在2點不足：第一是采用熱管散熱器，由于
是被動散熱，散熱器體型大，導致調(diào)速裝置體型大，
不方便在巷道中安放布置；第二是變頻器在對通風
機的電動機進行速度調(diào)節(jié)時，只是根據(jù)輸出頻率來
調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，并不知道局部通風機的實際輸出風量。
為此，研制了煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控
制裝置，其與局部通風機連接在一起，并利用通風機
風道內(nèi)的巨大風量為風道式變頻調(diào)速裝置的散熱器
散熱，其結(jié)構(gòu)緊湊，同時該變頻控制裝置還可在線測
量和顯示通風機工作風量、風壓、功率、效率等參數(shù)，
為瓦斯通風管理提供可靠數(shù)據(jù)。
1 變頻控制裝置的結(jié)構(gòu)
煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制裝置由
風道式隔爆變頻調(diào)速裝置、控制及顯示裝置和機殼
組成，安裝在對旋式局部通風機的集流器及一級筒
體之間，見圖1。
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圖1 煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制裝置結(jié)構(gòu)簡圖
1)風道式隔爆變頻調(diào)速裝置安裝有散熱器、變
頻器、EMI輸入濾波器、電抗器等元器件。變頻器負
責拖動對旋式通風機的2臺電動機，并對2臺電動
收稿日期：2011—03—28；2011—07—09修訂
作者簡介：李新(1978一)，男，四』Il瀘州人，工程師，主
要從事礦用設備的研制及開發(fā)工作。
機實現(xiàn)調(diào)速控制。通過圖1可以看到，變頻器的散
熱器安裝于通風機的流道內(nèi)，風機工作時產(chǎn)生的高
速風流流過散熱筋，達到較好的散熱效果。
2)控制及顯示裝置內(nèi)安裝有液晶顯示面板、操
作按鈕、PLC、控制變壓器、中間繼電器等元器件。其
中液晶顯示面板和操作按鈕共同完成人機信息交互
功能；PLC是整臺設備的核心控制器件，負責運行操
· 25 ．
201 1年l0月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第38卷第5期
作程序，讀取瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯男盘?，并通過
MODBUS總線與變頻器進行通信，控制變頻器的輸
出頻率。
3)對旋式局部通風機則與普通風機完全一樣，
只是在其集流器與一級簡體之間安裝了隔爆變頻調(diào)
速裝置。
2 變頻控制裝置的安裝與布置
煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制裝置與
專用供電
備用供電
對旋局部通風機安裝在進風巷，動力電源通過隔爆
型真空磁力啟動器接入風道式隔爆變頻調(diào)速裝置，
同時Tl、T2、T3瓦斯?jié)舛葌鞲衅鞯男盘柧€纜接入控
制及顯示裝置內(nèi)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)
定，高瓦斯礦井的掘進工作面可布置2臺礦用智能
局部通風機，一備一用，2臺智能風機之間用通信線
纜連接，如果其中1臺出現(xiàn)故障，另1臺可自動啟
動。其安裝布置見圖2。
3 變頻控制裝置的工作原理
圖2 安裝布置圖
如圖2所示，Tl、 、13為瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，?
別檢測掘進工作面、掘進出口、回風混合處的瓦斯?jié)?
度，變頻控制裝置根據(jù)T1、112、1r3的瓦斯?jié)舛戎祦碜?
動調(diào)節(jié)通風機輸出風量，保證通風過程中巷道各個
地點的瓦斯?jié)舛炔怀^標準規(guī)定。
3．1 自控排放瓦斯功能
當T1、1’2、13中任意一個瓦斯?jié)舛戎党^允許
值時，變頻控制裝置進人自控排放瓦斯狀態(tài)，此時系
統(tǒng)程序以T3的甲烷體積分數(shù)小于1．0％為判別條
件，當T3值增大，輸出頻率減小時，通風機輸出風量
也減?。划擳3值減小，輸出頻率增大時，通風機風量
增大。變頻控制裝置在30～50 Hz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)輸出
頻率，進行最大效率安全排放瓦斯。當T1、 、T3的
甲烷體積分數(shù)降到允許值以內(nèi)時，延時10 min后，
系統(tǒng)完成排放瓦斯過程，自動返回自控通風狀態(tài)_2 J。
3．2 自控通風功能
當Tl、 、r乃的瓦斯?jié)舛戎刀荚谠试S值以內(nèi)時，
變頻控制裝置進入自動通風狀態(tài)。此時，輸出頻率
為30～50 Hz。調(diào)速裝置輸出頻率由T1值決定，在
T1的甲烷體積分數(shù)小于1．0％ 條件下，當T1值增
大，輸出頻率增大，風機風量增大；當T1值減小，輸
· 26 ·
出頻率減小，風機風量減小，頻率在30～50 Hz連續(xù)
可調(diào)，實現(xiàn)節(jié)能通風。
3．3 在線測量風量功能
變頻控制裝置通過電動機功率來判斷風機的風
量和壓力，其工作原理如下 ：
1)預先測定通風機在各頻率下的空氣動力性
能曲線，見圖3。
風量／(m ~rain)
圖3 通風機風量壓力調(diào)速特性曲線
2)將試驗數(shù)據(jù)輸入控制程序中，在任意頻率下
的風機功率、風量、壓力可以通過通風機相似原理
算出。
(下轉(zhuǎn)第36頁)
O O O O O O O O 0 O O 0 O O O 0 O O O O O 8 7 6 5 4 3 2 d／趟
201 1年10月 礦業(yè)安全與環(huán)保 第38卷第5期
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0 3 6 9 l2 15 l8 21 24 27 3O 33 36
觀測時間／d
fa)頂板離層·
圖5
12 15 1 8 2l 24 27 30 33 36
觀測時間／d
(b)表面位移
觀測結(jié)果曲線圖
大跨度切眼支護技術(shù)的應用，為綜采工作面快速安
裝創(chuàng)造了良好條件，為安全生產(chǎn)提供了可靠保障。
3)結(jié)合實際地質(zhì)條件，通過理論研究、數(shù)值模
擬及現(xiàn)場實測的系統(tǒng)方法，可以設計出良好的支護
方案。本次的設計過程可以為支護設計提供可靠的
思路。
參考文獻：
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(責任編輯：衛(wèi) 蓉)
(上接第26頁)
3)在已知頻率下，風機功率與風機風量、壓力
呈一一對應關(guān)系，通過變頻器可直接測得通風機的
電動機功率，由功率的對應關(guān)系可以得到通風機運
行的實時風量、壓力。
如果掘進巷道瓦斯?jié)舛茸兓淮?，用戶也可?
根據(jù)需求通風量來指定風機運行風量，變頻控制裝
置通過風機功率來判斷風機風量和壓力，自動調(diào)節(jié)
輸出頻率，使通風機始終在用戶指定風量點運行，以
達到節(jié)能運行的目的。
3．4 其他功能
1)主備通風機自動切換功能。
2)溫度保護功能。變頻控制裝置能對局部通
風機的電動機繞組溫度進行監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)溫度超
過保護限制，則自動停機保護，并切換到備用智能風
機工作。
3)風電閉鎖功能，瓦斯電閉鎖功能。
4)報警功能。當變頻控制裝置有故障出現(xiàn)時，
液晶顯示屏的畫面會自動彈出中文報警信息，指出
故障現(xiàn)象和處理方法。
5)記憶功能。在自控排放瓦斯功能下，變頻控
· 36 ·
制裝置能夠循環(huán)保存最近10次的排放瓦斯過程，并
能查詢起始時間、瓦斯?jié)舛取⑴欧磐咚菇Y(jié)束時間、運
行最高頻率、運行最低頻率。
4 結(jié)語
煤礦風機用隔爆兼本質(zhì)安全型變頻控制裝置，
在高瓦斯礦井能夠根據(jù)掘進巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛戎颠M
行自控排放瓦斯、自控通風；在低瓦斯礦井可按需求
風量進行定風量通風，實現(xiàn)通風機的節(jié)能運行。該
變頻控制裝置的研制成功為煤礦掘進巷道的通風及
瓦斯排放提供了新裝備、新工藝。
參考文獻：
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(責任編輯：衛(wèi) 蓉)

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