矿井通风用MZX型旋叶式风门的设计与研究

0 引言

矿井通风在矿井安全生产中具有至关重要的作用，矿井生产对井下通风有着十分严格的要求。局部瓦斯超限是制约矿井安全生产的主要安全隐患，这就需要通风机利用风门源源不断地向井下输送新鲜空气，实现井下空气的正常流通，达到稀释和排出井下有害气和粉尘，同时调节井下空气温度和湿度的目的^[1]。目前，矿井通风希望在倒机过程中实现主扇的不停风倒机，即要求两个风道的风门实现联动，同时矿井通风中要求风门密闭性好、操控和维护方便、运行平稳。传统的闸板式风门并不能满足上述新的要求，不适应矿井通风现代化发展的需要。本文在研究现有矿井通风用风门的基础上，设计一种新型的操控方便、密闭性优良、能实现联动运行的MZX型旋叶式风门，该旋叶式风门可以实现现场控制、远程控制、手动控制、点动控制，通过联动运行可以实现主扇的不停风倒机。与传统的闸板式风门相比，MZX型旋叶式风门更适合现代矿井通风自动化的要求，通风效能也更好。

1 MZX型旋叶式风门的结构组成

MZX型旋叶式风门主要由框体、扇叶、传动构件、电动执行器、电控系统几部分组成，其结构如图1所示。

图1  MZX型旋叶式风门三维模型图

1.框体 2.扇叶 3.齿轮 4.齿条5.轴承室

（1）框体部分

框体部分主要由传动梁、从动梁、横梁、传动梁罩板、从动梁罩板、电机架等部件组成，框体部分用于支撑安装风门中其它部件，是整套旋叶式风门的“骨架”。其中，传动梁、从动梁和横梁均由整块HG70高强钢板弯折而成，保证其有足够的强度和力学性能。梁与梁的结合处夹塞泡沫密封板，横梁的侧板上要粘贴橡胶密封条，保证在工作中框体部分严格密封，无泄漏现象。

（2）扇叶部分

扇叶主要由不锈钢钢板、轴、支撑板、横向密封条（B型橡胶条）、纵向密封条（P型橡胶条）、挡风板等部件组成，其结构如图2所示。

图2  扇叶三维模型图

1.纵向密封条 2.不锈钢钢板 3.挡风板

4.横向密封条5.轴

扇叶由整块不锈钢钢板对称折弯而成，结合处采用焊接加铆接，扇叶外表依旧光滑平整，采用菱形流线型设计，将风流经过风门时的损耗降低到最小。不锈钢材质保证扇叶在矿井露天工作环境下具有防锈和防腐性能，可以长时间有效工作。扇叶采用硬度和强度适中的B型和P型橡胶条进行密封，密封效果良好，而且金属与橡胶接触噪音小，运行平稳可靠，密封条用冷凝胶粘贴在扇叶上，再通过不锈钢压条铆接固定。

（3）传动构件

MZX旋叶式风门采用齿轮齿条结构作为风门的传动机构，主要由齿轮、齿条、传动轴、托辊、轴承、轴承室等组成，其结构如图3所示。

图3  传动构件三维模型图

1.齿条 2.轴承及轴承室 3.齿轮 4.传动轴

5.定位螺钉6.托辊

齿轮齿条配合作为传动件具有传动平稳性好、传递力的同步性好、容易调整初始位置等优点，这样可以保证风门开闭时运行平稳，振动和噪音较小，同时保证扇叶启闭时的同步动作，而且方便进行微调保证扇叶都关到位，避免泄露。

2 MZX型旋叶式风门的工作原理

MZX型旋叶式风门由电动执行机构提供动力，扇叶均匀地布置在框体内，每一片扇叶都有配套的传动构件相连接，电动执行器工作带动传动构件中的齿轮齿条进行同步运动，从而通过扇叶的同步转动实现风门的启闭，其现场工作状态如图4所示。

      （a）MZX旋叶式风门打开状态

（b）MZX旋叶式风门关闭状态

图4  MZX旋叶式风门实物图

在主扇进行倒机更换通风风道时，当电动执行器带动MZX旋叶式风门运行一定的角度后，风门中的扇叶可以利用风压实现自动密闭，节省动力的同时，可以保证在风压作用下产生良好的密闭效果，MZX旋叶式风门主要依靠扇叶与框体之间的摩擦、扇叶之间的搭接，压迫橡胶密封条实现密封。

配合先进的电动执行器和电控系统，可以实现MZX旋叶式风门的远程控制、现场控制、点动控制和手动控制，既方便控制台对风门系统进行集中有效控制，又可以保证在风门电控系统出现故障时进行人工操作，顺利开启和关闭风门^[2]。本文中设计的MZX旋叶式风门可以保证风门在承受负压的情况下在1分钟内顺利开启和关闭，匀速平稳运行，无振动和抖动现象^[3]。MZX旋叶式风门的监控系统界面如图5所示。

图5  MZX旋叶式风门监控系统界面

3 MZX型旋叶式风门实际运行情况

MZX旋叶式风门已经在平煤集团的一些矿井投入使用，实际运行效果良好，该型号风门不仅操控方便可靠，而且各项运行参数均符合煤矿安全生产的要求^[4]。表1对比列举了MZX旋叶式风门与传统的闸板式风门的主要性能参数。

表1  两种类型风门的主要性能参数

从表1可以清楚地看出，MZX旋叶式风门的各项主要性能参数均优于传统的闸板式风门，在实际应用中的效果更好。

4 结语

MZX旋叶式风门操作简单可靠，设备维护方便，运行平稳可靠，运行动作快速，密封性能好，使用寿命较长。同时，配合先进的电动执行器和电控系统，可以实现风门的远程控制、现场控制、点动控制和手动控制，可以进行多个风门的联动操作，从而可以实现主通风机的不停风倒机，可以作为不停风倒机系统中的关键设备进行使用。MZX旋叶式风门在现场的实际运行效果良好，具有使用和推广价值。