隨著礦井開采的進行,網絡阻力將不斷增加,但所需風量在各個時期或要求保持不變,或要求有所增加。因此通風機的工況點必須根據礦井實際需要和穩定、經濟條件,進行必要的調節。調節通機工況點的途徑有兩條:一為改變網絡特性曲線,二為改變通風機特性曲線。
1.改變網絡特性曲線
通風機進風道上都裝有調節閘門,用適當關閉閘門的方法來增大網絡阻力,以達到調節流量的目的,這種方法稱為閘門節流法。
如圖7 -12所示,開采初期和末期的網絡特性曲線分別用1和2表示。在開采初期,如不進行調整,通風機送入井下的風量Q1比礦井需要的風量Q2大得多,因此多消耗功率P1- P2。為了節省電能,可將風道中的調節風門適當關小,使網絡特性曲線由1變為2。隨著巷道的延長和網絡阻力的增加,再將閘門逐漸開大,使網絡特性曲線始終對應于曲線2,以保持通風機的供風量等于礦井所需風量Q2。

圖7 -12 風門節流調節
這種調節方法,設備簡單,調整容易而均勻。但從圖中可以看出,H2 >H1,即調節后的風壓大于調節前的風壓,△H=H2 -H1 >0,通風機提供△H是為了克服人為增加的風門阻力,由此引起的AP =Q1△H>0屬無用的能量損失。所以,這是一種不經濟的調節方法,只能作為一種暫時的應急方法使用。
2.改變通風機特性曲線
1)改變葉輪轉速調節法
在圖7 -13中,曲線1、2、3、4分別為開采初期、中期和末期的網絡特性曲線。在礦井開采初期,通風機若以最大轉速n
max運轉,所產生的風量Q1將大大超過礦井所需風量Q2。為了避免浪費,將轉速由n
max減至n
min。在n
min時,通風機工作在特性曲線5,工況點為I,此時的風量正好滿足要求。但當網絡阻力隨巷道延長增大時,工況點將左移,使通風機的風量小于Q2。因此,在開采初期,通風機需以轉速n.運轉,此時通風機的風量稍大于礦井所需風量Q2,經過一段時間后,由于網絡阻力的增加,工況點將由Ⅱ點移至Ⅲ點。為不使通風機的風量繼續減小,必須將通風機的轉速由n1增至n2,將通風機特性曲線由6調整為7,工況點由Ⅲ點移至Ⅳ點。依次調節,直到采掘終了為止,此時轉速為n
max,通風機特性曲線為8,工況點為Ⅵ。采用這種調節方法時,為滿足網絡特性的不斷變化,相應的使通風機的轉速由n1→n2→nn
max,工況點則由Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→V→Ⅵ→Ⅶ。

圖7 -13 改變葉輪轉速調節法
改變通風機轉速的方法有以下幾種:
(1)用三角皮帶傳動的通風機,更換不同直徑的帶輪,改變其傳動比,以改變通風機的轉速。這種方法簡單易行。但用三角皮帶傳動的通風機不多,只有一部分離心式通風機才采用這種傳動方法,而且只限于小功率通風機。
(2)更換不同轉速的電動機,以改變通風機的轉速。由于電動機的同步轉速只有3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min、750 r/min、600 r/min、500 r/min、428 r/min、375 r/min、300 r/min等幾種,其調速只能是階段性的,而且更換電動機需要一定投資,故此法不常用。
(3)采用繞線式感應電動機的通風機,用串級的方法來改變通風機轉速,這是一個比較好的方法。它把轉差功率大部分反饋到電網,因而可以節約電能。其缺點是功率因數較低,調速范圍也不宜過大,使用維護技術也比較復雜。此法在國內早已應用但未得到大量推廣。
(4)采用液力耦合器傳動,以改變通風機轉速。這種方法的特點是因液力傳動具有一套比較復雜的油、水系統,增加了運行維護工作量;隨著轉差率的增大,轉差率損耗也越大。此法目前在國內應用不多。
(5)采用齒輪調速器以調整通風機的轉速。這種方法需增加一套變速箱,而且調速也是階段性的,運行維護比較復雜,但傳動功率比較高。國內目前尚未開始應用此法。
(6)采用同步(包括異步)電動機的通風機,用變頻的方法調速,即用變頻器對同步電動機輸入不同頻率的電源,從而達到調速的目的。這種方法效率高,調速范圍廣,可從2:1到10:1,精度又高,是比較理想的調速方法;但投資費用較大,技術也比較復雜,在礦井通風系統中尚未推廣。
改變葉輪轉速調節法,可以獲得較寬廣的調節范圍。若調節前后的工況是相似的,則效率基本不變。階段調速與無級調速相比,前者機構簡單,但需在停機情況下操作。后者調速系統機構復雜,投資大,但調節性能好,節電效果明顯。尤其是變頻技術發展迅速,變頻器容量已達到了完全能夠滿足大中型、特大型通風機的要求,該調節系統具有機構簡單,設備數量少,調節平穩,區域寬廣,且操作方便,控制精度高,但變頻器投資很大。而實際應用中調節的高效率,可以較快地補償投資。該項技術在火電廠送風、引風系統推廣很快,反映良好。
2)前導器調節法
離心式通風機和軸流式通風機的理論風壓與通風機入口處的絕對速度c1在圓周速度方向的投影c1u(入口旋繞速度)的大小有關。當c1u的方向與葉輪旋轉方向一致時,c1u本身為正,風壓減小;反之,c1u為負,風壓增加。試驗證明,無論上調或下調,通風機效率都有變化。
用前導器調節工況時,通風機效率略有降低。它的經濟性比改變轉速調節法差,但優于閘門節流法。這種調節方法結構比較簡單,操作方便,使用可靠,調節范圍較窄。因此,作為輔助調節措施在通風機調節中得到廣泛應用。
3)改變葉輪葉片安裝角調節法
安裝角θ越大,通風機產生的風壓就越高;反之,風壓越低。所以這種調節方法實質上是改變通風機特性曲線,其調節過程如圖7 -14所示。在礦井開采初期,葉片可在安裝角θ1的位置工作,其工況點為I。為了避免在網絡阻力稍有增加就產生風量不足的現象,一般均將安裝角調整在θ2的位置工作。隨著開采的進行,網絡特性曲線由1、2、3,最后變為4。為了滿足風量Q,可逐漸增大葉片的安裝角,由θ2→θ3→θ4,其工況點將由Ⅱ→Ⅲ→Ⅳ→V→Ⅵ,最后移至Ⅶ。

圖7 -14 改變葉輪葉片安裝角調節法
改變葉片安裝角的方法很多。最原始的方法是在停止通風機的情況下,人工扳動葉片,使其自身軸旋轉到所需的角度,逐一地完成各葉片的調節工作。此種調節方法存在的問題是,所有葉片調到相同的角度是困難的。
4)改變葉片數目調節
相同的葉輪,葉片數目不一樣時,葉片之間的距離不等,根據通風機工作理論可知,通過葉片間的氣流狀態會發生變化,受力情況將產生相應的改變,表現出不同的特性。
軸流式通風機,可以對稱地取掉部分葉片進行調節。圖7 -15所示為某兩級通風機的類型通風機特性,原機葉片共14支,其特性如圖7 -15中實線所示。若對稱地取掉一半,各級葉輪均保留7支葉片,其特性如圖7 -15中點畫線所示。通過對比,可以看出,當安裝角較大時,特性有明顯變化,隨著安裝角減小,葉片數目的影響逐漸減弱。若保持首級葉輪不動,只減少次級葉輪葉片,其安裝角為40°時的風壓特性如圖7 - 15中虛線所示,它介于全葉片曲線和半數葉片特性曲線之間。減少葉片數目后,通風機效率有所下降,但不明顯。

圖7 -15 改變葉片數目調節特性
5)各種調節方法比較
改變前導器葉片角度調節的機構比較簡單,可以在不停止通風機的情況下完成操作,通常只能達到階段調節的目的,在網絡特性不變的情況下調節時,效率有所變化。由于調節范圍比較窄,作為其他階段性調節的補充較為適宜。
階段變轉速調節的機構簡單,可實現階段性調節,調節范圍較寬,但必須在停機時操作。在網絡特性不變的情況下調節時,效率不變。若補充其他可以在不停機時完成操作的調節機構,可彌補階段之間的調節空擋,增加可調密度。圖7 -16所示為階段調速與前導器聯合調節時的特性。由圖可看出,n= 600 r/min時,用前導器調節可填補它與n=515 r/min之間的空當。

圖7 -16 階段調速與前導器聯合調節時的特性
無級變速調節的當前措施是采用串激調速系統,可以在不停機的情況下完成調節工作,網絡定常情況下效率不變。調節范圍較寬,但受調速系統的調速比限制。在可調范圍內,可以得到覆蓋全部范圍的特性曲線。這是一種較好的調節方式,但由于調速系統的裝備價格昂貴,限制了它的使用。
停機調節葉片安裝角的機構簡單,理論上可以實現無級調節,但由于必須停機操作,實際上只能做到階段調節,調節范圍較寬,調節中效率有所變化。這種調節方法是礦井軸流式通風機普遍采用的方法。
動葉調節安裝角的調節機構比較復雜,可在不停機的情況下完成操作并實現無級調節,調節范圍廣,而且可以得到覆蓋全調節范圍的特性,調節時效率有所變化。采用這種機構便于實現自動化。
改變葉片數目調節時,不需要另外的附加機構,需在停機情況下操作,只能實現階段調節,可調范圍窄,效率也有所變化,可以作為輔助的調節措施。