脉动通风技术

脉动风流的产生是因为风机体旋转，在风机体周围获得脉动风流。脉动通风机主要由以下部分组成：

（1）液压动力源；

（2）执行元件（液压马达）；

（3）控制元件（包括各种压力、流量、方向控制阀及其他各种控制元件）；

（4）辅助装置（滤油器及冷却器、压力表及管道、管接头等）。

整个系统包括将流体压力能转换为机械能并完成作功动作的液压马达，控制乳化液的压力、流量及运动方向的各种阀组，以及压力表、液压管等其他辅助装置。

上隅角作为整个工作面采空区的漏风汇合处，极易形成瓦斯积聚，已成为威胁矿井安全生产的痼疾。由于工作面上隅角瓦斯超限所引起的瓦斯爆炸恶性事故，有所增加。因此，采取安全、经济、有效的措施把上隅角瓦斯浓度稳定地降到《煤矿安全规程》规定值以下，是亟待解决的问题。“九五”期间研制成功了多种处理回采工作面上隅角瓦斯积聚的装置 。2100433B

脉动通风技术就是利用风流的紊流扩散系数与风流脉动特性相关的理论，研制的一套技术可靠、经济合理且实用的脉动风机。在正常通风风流中叠加脉动风流，从而增加风流的紊流扩散系数，提高风流驱散局部积聚瓦斯的能力，从根本上解决回采工作面上隅角瓦斯积聚问题。

针对脉动通风机运行环境的特殊安全要求，在其动力方面考虑采用气压或液压作为动力源。由于综采工作面都有配套的乳化液泵站，因此对于综采工作面确定采用高压乳化液作为动力源，这样也可简化通风机的动力系统。在叶轮材质方面，选用具有抗静电和阻燃性能的高强度工程塑料 。

其工作原理为，由乳化液泵来的乳化液经过手动阀后，分成二路，分别经过减压阀供给叶片旋转马达和机体旋转马达。液压叶片旋转马达带动通风机叶片旋转，产生定常射流；同时风机体旋转，在其周围转化成环绕脉动风流。脉动风流的风量和脉动频率可通过液压控制阀组实现无级调节。

该通风机主要特性：

（1）乳化液动力源和抗静电和阻燃工程塑料叶轮，具有可靠的无火花防爆性能，可在有矿井瓦斯或可燃气体爆炸危险的通风工程中使用；

（2）液压马达驱动叶轮和机体，产生双旋转脉动射流，不仅有效射程长，冲淡瓦斯的扩散系数高，而且还有对瓦斯仓储区的柔性排放效应等特性，特别适合于采煤工作面上隅角瓦斯积聚的有效治理或类似的目的；

（3）网式开放与螺式封闭巧妙结合的防护笼体，不仅提高了脉动通风的效果，而且对作业人员的安全和健康具有保护作用 。

脉动流速有大有小，有正有负，为了比较不同点水流脉动的强弱，常用脉动流速的均方根来表示，称脉动强度。

压力脉动常规压力脉动

(1)常规压力脉动是混流式水轮机正常运行情况下产生的，只要水轮机在一定的工况下运行，相应的常规压力脉动就必然产生。

(2)每个导叶开度区的常规压力脉动都有其一定的特征和规律，而且所有混流式水轮机都具有基本相同的特征和变化规律。

(3)涡带压力脉动是常规压力脉动中最重要的一个，它对机组稳定运行的影响需要进行具体分析。

(4)常规压力脉动的幅值随工况参数的变化是渐变式的，不会发生突然的变化。

(5)水轮机中的其他压力脉动虽然并不代表水轮机的水力稳定性，但可能会对机组的振动稳定性产生影响。

压力脉动异常压力脉动

1、异常压力脉动产生的充分条件

异常压力脉动是水体或水、气联合体共振产生的。异常压力脉动产生的充分条件是：①一定的工况条件；②尾水管水、气联合体的固有频率与尾水管同步压力脉动频率一致。

在不同工况下，两种频率具有不同的组合关系；而在不同的组合关系下，就可能产生不同的异常压力脉动。组合关系的产生和特性则间接反映水轮机特征参数选择和转轮水力与结构设计的水平和取向。

2、尾水管水、气联合体是最重要的共振体

在水电站和水轮机中，主要的共振水体有3处：引水管路水体、转轮与导叶之间无叶区环形水体和尾水管水、气联合体。其中，引水管路水体共振和无叶区环形水体共振不反映或不完全反映水轮机的水力稳定性。因此，尾水管中的水、气联合体是水轮机中最重要的共振体。已知的高部分负荷压力脉动、低部分负荷压力脉动、涡带频率的异常压力脉动等，都是它共振的结果。此外，在偏离最优工况的各种水轮机工况下，还有产生其他尾水管水、气联合体其振的可能性。

3、异常压力脉动的幅值

各种由水体共振产生的异常压力脉动幅值的巨大区别，基本原因在于共振水体振动特性的差别。

单一水体共振产生的异常压力脉动幅值最大，这是由于共振水体在常压下具有不可压缩和阻尼比较小的原因。

尾水管水、气联合体共振产生的异常压力脉动最大幅值比单一水体小，与尾水管中气体空腔的体积有关；体积越大，空腔的吸收缓冲作用越大，最大值越小，反之亦然。在模型水轮机中，高部分负荷压力脉动最大相对幅值可能达到30%；涡带频率的尾水管水、气联合体共振产生的最大相对幅值曾经达到40%。在原型水轮机中，其他小负荷区和大负荷区由尾水管水、气联合体共振产生的压力脉动最大相对值很少有超过20%的。

4、异常压力脉动的其他重要特征

共振工况区范围比较小，共振又使压力脉动幅值有很大的升幅，故共振区内压力脉动幅值表现为“陡起陡落”的特征，这也是它最大的外在特征。

在水轮机流道横断面上，异常压力脉动都具有同步特性，这也是对机组振动的影响主要表现在垂直振动上的主要原因。