虚拟矿井通风系统说明书

1、本科毕业设计说明书虚拟矿井通风系统1VIRTUAL MINE VENTILATION SYSTEM 1学院（部）： 机械工程学院 专业班级： 机设0712班 学生姓名： 张 磊 指导教师： 张立祥 教授 2011年 6 月 3 日虚拟矿井通风系统1 摘要 矿井通风系统是由向井下各作业地点供给新鲜空气并排出污浊空气的通风网络、通风动力和通风控制设施等构成的体系的总称。矿井通风系统是矿井生产系统的重要组成部分，其设计是否合理，对整个矿井通风状况的好坏和能否保障矿井安全生产起着重要的作用。现阶段的有关矿井通风系统方面的教学都采用板书和PPT的形式，一般都是文字化描述，比较抽象，很难被接受。如果在教学

2、过程中能够插入一些形象具体的视频动画，将有助于学生理解掌握。虚拟矿井通风系统是运用3dmax等软件对矿井通风的一种虚拟模拟，能够形象直观的表达出矿井通风系统的工作原理过程及状况，将相关动画放入教学中能使其被形象具体地理解，更加容易吸收。 关键词：矿井通风系统，教学，虚拟矿井通风系统，3dmaxVIRTUAL MINE VENTILATION SYSTEM 1 ABSTRACT Mine ventilation system is operating from the location of all underground supply to the fresh air and exhaust

3、polluted air ventilation network, ventilation facilities, power and ventilation control system composed of a group. Mine ventilation system is an important part of the production system, its design is reasonable, on the whole good or bad of mine ventilation and mine safety protection can play an imp

4、ortant role.At this stage about the teaching of mine ventilation systems are used in the form of writing on the blackboard and the PPT are generally text of the description, more abstract, it is difficult to be accepted. If in the teaching process the image to insert some specific video animation wi

5、ll help students understand and master. Virtual mine ventilation system is to use the software such as 3D Studio Max on a virtual simulation of mine ventilation, to express the visual image of the mine ventilation system and the status of the working principle of the process will be related to the a

6、nimation into the teaching of specific understanding of the image to be more easily absorption. KEYWORDS: mine ventilation system, teaching，virtual mine ventilation system，3d studio max目录摘要（中文）1摘要（英文）21 概述5 1.1 本课题的意义5 1.2 本领域的工作进展52 矿井通风系统5 2.1 系统的组成、作用和要求5 2.1.1 矿井通风系统的组成 5 2.1.2 矿井通风系统的作用 6 2.1.3

7、 矿井通风系统的要求 6 2.2 矿井通风方式和通风系统7 2.2.1 矿井通风方式 7 2.2.2 矿井通风系统 8 2.3 矿井通风设备9 2.3.1 矿井通风设备的要求 9 2.3.2 通风机的工作原理 9 2.3.3 反风装置12 2.3.4 矿井漏风及有效风量.13 2.3.5 通风机的特性参数14 2.3.6离心式与轴流式通风机的比较 162.4通风机网络工况17 2.4.1通风网路的特性 17 2.4.2工况和工业利用区 173 虚拟工作系统的一般制作流程20 3.1 选用软件平台 20 3.1.1 电脑三维动画软件3dmax简介20 3.1.2 3dmax的特点 20 3.1.

8、3 学习3dmax必须掌握的内容20 3.2 建模 21 3.3 渲染 23 3.4 动画制作 23 3.4.1 动画制作 23 3.4.2 动画输出234 虚拟矿井通风系统 24 4.1 虚拟通风装置 24 4.1.1 风井及防爆门 25 4.1.2 电动机及联轴器 25 4.1.3 风门 26 4.1.4 轴流式通风机 26 4.2 虚拟通风系统 275 总结与展望 28参考文献 29致谢 301 概述1.1本课题的意义在煤矿井下开采时，不但煤层中所含的有毒气体（如甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等）会大量涌出，而且伴随着采煤过程还会产生大量易燃、易爆的煤尘；同时，由于地热和机电设备散发的

9、热量，使井下空气温度和湿度也随之增高。这些有毒的气体、过高的温度以及容易引起爆炸的煤气和瓦斯，不但影响井下工作人员的身体健康，而且对矿井安全构成很大的威胁。通风的目的是为了向井下输送新鲜空气，供人呼吸，并使有害气体的浓度降低到对人体和安全无害的程度；同时，调节温度和湿度，改善井下工作环境，保证煤矿生产安全。虚拟矿井通风系统是对矿井通风的一种软件模拟，能够形象直观的表达出矿井通风系统的工作原理过程及状况，将相关动画放入教学中能使其被形象具体地理解，更加容易吸收。1.2本领域的工作进展现阶段的有关矿井通风系统方面的教学都采用板书和PPT的形式，一般都是文字化描述，比较抽象，很难被接受。如果在教学过

10、程中能够插入一些形象具体的视频动画，将有助于学生理解掌握。当然，目前也有一些相应的视频，不过都是直接拍摄的。对于矿井而言，如果运用摄像机等对其进行拍摄，将具有很多安全隐患，并且矿井通风系统，贯穿整个矿井，拍摄工作也不易进行，故而对我们的实际研究没有可行性。因此本系统是运用3Dmax等软件对矿井通风系统的一种软件模拟，将矿井通风系统的工作过程及原理制作成动画形式，再将相关动画用于实际教学。2 矿井通风系统21 系统的组成、作用和要求2.1.1矿井通风系统的组成利用机械或自然通风动力，使地面空气进入井下，并在井巷中作定向和定量地流动，最后排出矿井的全过程称为矿井通风。风流由入风井口进入矿井后，经过

11、井下各用风场所，然后进入回风井，由回风井排出矿井，风流所经过的整个路线称为矿井通风系统。矿井通风系统是矿井通风方式、通风方法和通风网路与通风设施的总称。矿井通风系统是由通风机和通风网络两部分组成。矿井通风系统是否合理，对整个矿井通风状况的好坏和能否保障矿井安全生产起着重要的作用，同时还应在保证安全生产的前提下，尽量减少通风工程量，降低通风费用，力求经济合理。2.1.2矿井通风系统的作用在煤矿井下开采时，不但煤层中所含的有毒气体（如甲烷、一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等）会大量涌出，而且伴随着采煤过程还会产生大量易燃、易爆的煤尘；同时，由于地热和机电设备散发的热量，使井下空气温度和湿度也随之增高。这

12、些有毒的气体、过高的温度以及容易引起爆炸的煤气和瓦斯，不但影响井下工作人员的身体健康，而且对矿井安全构成很大的威胁。因此，矿井通风系统的作用是为井下输送新鲜空气，供人呼吸，并使有害气体的浓度降低到对人体和安全无害的程度；同时，调节温度和湿度，改善井下工作环境，保证煤矿生产安全。2.1.3矿井通风系统的要求1）矿井必须装设两套同等能力的主通风设备，其中一套作备用。2）选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。3）风机能力应留有一定的余量。4）进、出风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。5)每一矿井必须

13、有完整的独立通风系统。6)进风井囗应按全年风向频率，必须布置在不受粉尘、煤尘、灰尘、有害气体和高温气体侵入的地方。7)箕斗提升井或装有胶带输送机的井筒不应兼作进风井，如果兼作回风井使用，必须采取措施，满足安全的要求。8)多风机通风系统，在满足风量按需分配的前提下，各主要通风机的工作风压应接近。9)每一个生产水平和每一采区，必须布置回风巷，实行分区通风。10)井下爆破材料库必须有单独的新鲜风流，回风风流必须直接引入矿井的总回风巷或主要回风巷中。11)井下充电室必须单独的新鲜风流通风，回风风流应引入回风巷。2.2 矿井通风方式和通风系统2.2.1矿井通风方式煤矿安全规程规定，所有矿井都必须采用机械

14、通风，其通风方式可分为抽出式和压入式两种。（a） （b）图2-1 矿井通风方式示意图（a） 抽出式 （b）压入式1进风井；2井底车场；3石门；4运输平巷；5采煤工作面；6回风巷；7出风井；8风哃；9通风机；10风门 图2-1（a）所示为抽出式通风方式示意图。装在地面的通风机9运行时，在其入口处产生一定的负压，由于外部大气压力的作用，迫使新鲜空气进入风井1，流经井底车场2、石门3、运输平巷4，到达采煤工作面5，与工作面的有害气体及煤尘混合变成污浊气体后，沿回风巷6、出风井7、风哃8，最后由通风机排出地面。通风机连续不断的运转，新鲜空气不断流入矿井，污浊空气又不断地排出，在井巷中形成连续的风流，从

15、而达到通风目的。目前，煤矿通常采用抽出式通风方式。 抽出式通风的特点是：1、在矿井主要通风机的作用下，矿内空气处于低于当地大气压力的负压状态，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从地面漏入井内。2、抽出式通风矿井在主要进风巷无需安设风门，便于运输、行人和通风管理。3、在瓦斯矿井采用抽出式通风，若主要通风机因故停止运转，井下风流压力提高，在短时间内可以防止瓦斯从采空区涌出，比较安全。压入式通风方式图2-1（b）是将地面的新鲜空气由通风机压入井下巷道和工作面，再由风井排出。压入式通风的特点是：1、在矿井主通风机的作用下，矿内空气处于高于当地大气压力的正压状态，当矿井与地面间存在漏风通道时，漏风从井内

16、漏向地面。2、压入式通风矿井中，由于要在矿井的主要进风巷中安装风门，使运输、行人不便，漏风较大，通风管理工作较困难。3、当矿井主通风机因故停止运转时，井下风流压力降低，有可能使采空区瓦斯涌出量增加，造成瓦斯积聚，对安全不利。压入式通风的使用条件1、矿井浅部开采时，由于地表塌陷出现裂缝与井下沟通，为避免用抽出式通风将塌陷区内的有害气体吸入井下，可在矿井开采第一水平时采用压入式通风，当开采下水平时再改为抽出式通风。2、当矿井煤炭自然发火比较严重时，为避免将火区内的有毒有害气体抽到巷道中，有时也可采用压入式通风。 2.2.2矿井通风系统连接在一起的所有通风巷道及通风机构成了矿井通风系统。按通风机和巷

17、道布置方式的不同，有三种通风系统，如图2-2所示。图2-2 矿井通风系统示意图 （a）中央并列式；（b）对角式；（c）中央边界式图2-2（a）为中央并列式通风系统。其特点是进风井和出风井均在通风系统中部，一般布置在同一工业广场内。图2-2（b）为对角式通风系统。它是利用中央主要井筒作为进风井，在井田两翼各开一个出风井抽出式通风的通风系统。图2-2（c）为中央边界式通风系统。它是利用中央主要井筒作为进风井，在井田边界开一个出风井抽出式通风的通风系统。2.3 矿井通风设备2.3.1矿井通风设备的要求：矿井通风设备是指主要通风机和电动机。为了保证通风机安全可靠的运转，规程中规定：1.主要通风机必须安

18、装在地面；装有通风机的井口必须封闭严密，其外部漏风率在无提升设备时不得超过5%，有提升设备时不得超过15%。 2. 必须保证主要通风机连续运转。 3. 必须安装2套同等能力的主要通风机装置，其中一套作备用，备用通风机必须能在10min内开动。在建井期间可安装1套通风机和1部备用电动机。生产矿井现有的2套不同能力的主要通风机，在满足生产要求时，可继续使用。 4.严禁采用局部通风机或局部通风机群作为主要通风机使用。 5.装有主要通风机的出风井口应安装防爆门，防爆门每6个月检查维修1次。 6.新安装的主要通风机投入使用前，必须进行1次通风机性能测定和试运转工作，以后每5年至少进行1次性能测定。主要通

19、风机至少每月检查1次。改变通风机转数或叶片角度时，必须经矿技术负责人批准。 7.主要通风机因检修、停电或其它原因停止运转时，必须制订停风措施。主要通风机停止运转时，受停风影响的地点，必须立即停止工作、切断电源，工作人员撤到进风巷道中，由值班矿长迅速决定全矿井是否停止生产、工作人员是否全部撤出。主要通风机在停止运转期间，对由1台主要通风机担负全矿井通风的矿井，必须打开井口防爆门和有关风门，利用自然风压通风；对由多台主要通风机联合通风的矿井，必须正确控制风流，防止风流紊乱。 8.选择通风设备应满足第一开采水平各个时期工况变化，并使通风设备长期高效率运行。 9.风机能力应留有一定的余量。10.进、出

20、风井井口的高差在150m以上，或进、出风井井口标高相同，但井深400m以上时，宜计算矿井的自然风压。2.3.2通风机的工作原理通风机根据其作用原理的不同，一般可分为离心式、轴流式两类。离心式通风机是气体沿轴向流入叶轮，在叶轮内部转为径向流出，用在压力较高的条件下输送气体；轴流式通风机是气体沿轴向进入叶轮，经叶轮后仍沿轴向流出，在压力较小的条件下输送比较大量的气体。2.3.2.1离心式通风机1.组成及作用离心式通风机的主要结构部件为叶轮、机壳、进气口、出气口，如图2-3所示。其中，叶轮1是传送能量的关键部件，它由前、后盘和均布在其间的弯曲叶片组成，如图2-4所示。叶片有前弯、径向、后弯3种，煤矿

21、通风机大多采用后弯叶片。叶片的形状一般可分为平板、圆弧和机翼型，目前多采用机翼型叶片来提高通风机的效率。 机壳由一个截面逐渐扩大的螺旋流道和一个扩压器组成，用来收集叶轮来的气流，并导致通风机出口，同时将气流部分动压转变为静压。 改变前导器中叶片的开启度，可控制进气大小或叶轮入口气流方向，以扩大离心式通风机的使用范围和改善调节性能。 集流器的作用是引导气流均匀地充满叶轮入口，并减少流动损失和降低入口涡流噪声。进气箱安装在进口集流器之前，主要应用于大型离心式通风机入口前需接弯管的场合（如双吸离心式通风机）。因为气流转弯会使叶轮入口截面上的气流很不均匀，安装进气箱则可改善叶轮入口的气流状况。 图2-

22、3 离心式通风机简图1叶轮；2轴；3进风口；4机壳；5前导叶；6扩散器图2-4 叶轮结构示意图1前盘；2叶片；3后盘2.工作原理当叶轮1被电动机拖到旋转时，叶片流道间的空气受叶片的推动随之旋转，并在离心力的作用下，由叶轮中心以较高的速度被抛向轮缘，进入螺旋蜗壳4后经扩散器6排出。与此同时，叶轮入口处形成负压，外部空气在大气压力作用下，经进风口3进入叶轮，叶轮连续旋转，形成连续的风流。 2.3.2.2轴流式通风机1.组成及作用轴流式通风机的结构如图2-5所示，主要由集风器、叶轮、导叶和扩散器等组成。叶轮由若干扭曲的机翼型叶片和轮毂组成，叶片以一定的安装角度安装在轮毂上，导叶固定在机壳上，电动机与

23、叶轮直接联接。根据叶轮与导叶的相对位置不同，导叶分为前导叶、中导叶和后导叶，其主要作用是确保气流按所需的方向流动，减少流动损失。对于后导叶，还有将叶轮出口旋绕速度的动压转换成静压的作用；而前导叶，若做成可以转动的，则可以调节进入叶轮的气流方向，改变通风机工况。各种导叶的数目与叶片数互为质数，以避免气流通过时产生共振现象。集流器和疏流罩的主要作用是使进入通风机的气流成流线形，减少入口流动损失，提高通风机效率。扩散器的作用是使气流中的一部分动压转变为静压，以提高通风机的静压和静压效率。图2-5 轴流式通风机示意图1集流器；2前导叶；3第一级叶轮；4中导叶；5第二级叶轮；6后导叶；7扩散器；8主轴；

24、9疏流器；10外壳2.工作原理当电动机带动叶轮旋转时，叶轮流道中的气体受到叶片的作用而增加能量，经固定的各导叶校正流动方向后，以接近轴的方向通过扩散器7排出。由于风机叶轮的叶片具有一定的斜面形状，当叶轮在机壳中高速转动时，使叶轮周围气体一面随叶轮旋转；一面沿轴向推进，气体在通过叶轮时获得能量，压力升高，进入扩散管后一部分轴向气流的动能转变为静压能，最后以一定的压力从扩散管流出。2.3.3反风装置1.反风目的当矿井在进风井口附近、井筒或井底车场及其附近的进风巷中发生火灾、瓦斯和煤尘爆炸时，为了防止事故蔓延，缩小灾情，以便进行灾害处理和救护工作，有时需要改变矿井的风流方向。 规程规定：生产矿井主要

25、通风机必须装有反风设施，并能在l0min内改变巷道中的风流方向；当风流方向改变后，主要通风机的供给风量不应小于正常供风量的60。每季度应至少检查1次反风设施，每年应进行1次反风演习；当矿井通风系统有较大变化时，应进行1次反风演习。 2.反风方法：（1）利用专用反风门和反风道反风。如：离心式主通风机；部分老式轴流式主通风机。（2）调节通风机叶片角度反风。如：GAF轴流式主通风机（停机、调整叶片角度90度）（3）风机反转反风。如：轴流式通风机普遍采用。对旋式主通风机。目前，矿井反风装置主要有反风道反风和风机叶轮反转反风两种形式。2.3.4漏风及有效风量1.矿井漏风及其危害性 有效风量：矿井中流至各

26、用风地点，起到通风作用的风量。 漏风：未经用风地点而经过采空区、地表塌陷区、通风构筑物和煤柱裂隙等通道直接流（渗）入回风道或排出地表的风量。 漏风的危害：使工作面和用风地点的有效风量减少，气候和卫生条件恶化，增加无益的电能消耗，并可导致煤炭自燃等事故。减少漏风、提高有效风量是通风管理部门的基本任务。2、漏风的分类及原因1）漏风的分类 矿井漏风按其地点可分为：（1）外部漏风（或称井口漏风）泛指地表附近如箕斗井井口，地面主通风机附近的井口、防爆盖、反风门、调节闸门等处的漏风。（2）内部漏风（或称井下漏风）是指井下各种通风构筑物的漏风、采空区以及碎裂的煤柱的漏风。2）漏风的原因 当有漏风通路存在，并

27、在其两端有压差时，就可产生漏风。漏风风流通过孔隙的流态，视孔隙情况和漏风大小而异。3、矿井漏风率及有效风量率1）矿井有效风量Qe 是指风流通过井下各工作地点实际风量总和。2）矿井有效风量率： 矿井有效风量率是矿井有效风量Qe与各台主要通风机风量总和之比。矿井有效风量率应不低于85%。3）矿井外部漏风量 指直接由主要通风机装置及其风井附近地表漏失的风量总和。可用各台主要通风机风量的总和减去矿井总回（或进）风量。4）矿井外部漏风率 指矿井外部漏风量QL与各台主要通风机风量总和之比。 矿井主要通风机装置外部漏风率无提升设备时不得超过5，有提升设备时不得超过15。4、减少漏风、提高有效风量 漏风风量与

28、漏风通道两端的压差成正比，和漏风风阻的大小成反比。应增加地面主要通风机的风硐、反风道及附近的风门的气密性，以减少漏风。2.3.5通风机的特性参数通风机特性参数主要有流量Q、风压H、转速n、功率P效率 等，其含义与水泵对应的特性参数基本相同,下面作一简要说明。1.风压风压表征介质通过风机所获得的能量大小，单位为Pa。风机风压又可分为全压（H）、静压（Hst）和动压（Hd），分别指单位体积气体从风机获得的全部能量、势能和动能。三者的关系为2.风量风量指单位时间内通风机输送气体的体积，一般用Q表示,单位为m/s 。3.功率功率又分为有效功率和轴功率。因为风压是通风机输出给单位气体的功，而流量Q为单位

29、时间内输出气体的功，则有效功率为Kw轴功率是指原动机输入的功率，用N表示，单位为Kw。4.效率效率是有效功率与轴功率之比，分为全压效率 和静压效率 表达式分别为 2.3.6离心式与轴流式通风机的比较离心式通风机和轴流式通风机在矿井通风中都广泛使用，它们各有不同的特点，现从以下几方面做一简单比较。1.结构 轴流式风机：结构紧凑，体积较小，重量较轻，可采用高转速电动机直接拖动，传动方式简单，但结构复杂，维修困难； 离心式风机：结构简单，维修方便，但结构尺寸较大，安装占地大，转速低，传动方式较轴流式复杂。目前新型的离心式风机由于采用机翼形叶片，提高了转速，使体积与轴流式接近。2.性能 轴流式风机：风

30、压低，流量大，反风方法多；离心式风机则相反。在联合运行时，由于轴流式风机的特性曲线呈马鞍型，因此可能会出现不稳定的工况点，联合工作稳定性较差；噪声大，所以应采取消声措施；平均效率高。离心式风机：风压高，流量小，反风方法少；联合运行比较可靠；噪声小；最高效率比轴流式风机要高一些；3.启动、运转 离心式风机启动时，闸门必须关闭，以减小起动负荷；轴流式通风机启动时，闸门可半开或全开。在运转过程中，当风量突然增大时，轴流式风机的功率增加不大，不易过载，而离心式风机则相反。4.工况调节 轴流式风机：可通过改变叶轮叶片或静导叶片的安装角度，改变叶轮的级数、叶片片数、前导器等多种方法调节风机工况，特别是叶轮

31、叶片安装角的调节，既经济、又方便可靠； 离心式风机：一般采用闸门调节、尾翼调节、前导器调节或改变风机转速等调节风机工况，其总的调节性能不如轴流式风机。5.适用范围离心式风机适应于流量小、风压大、转速较低的情况，轴流式风机则相反。通常当风压在（33.2）kPa以下时，应尽量选用轴流式通风机。另外，由于轴流式风机的特性曲线有效部分陡斜，适用于矿井阻力变化大而风量变化不大的矿井；而离心式风机的特性曲线较平缓，适用风量变化大而矿井阻力变化不大的矿井。 大、中型矿井：轴流式通风机；中、小型矿井：叶片前弯式叶轮的离心式风机，因为这种风机的风压大，但效率低；特大型矿井：大型的叶片后弯式叶轮的离心式风机，主要

32、因为这种风机的效率高。2.4通风机网络工况气流在矿井中所流经的通道（井巷）称为网路。在矿井通风系统中，通风机被安置在网路上，与网路共同作用。因此，要求通风机与网路之间应合理匹配，不仅要满足矿井通风的要求，还要使通风机的运转经济、可靠。2.4.1通风网路的特性 气流在通过网路时，由于网路阻力的存在会产生各种损失，这就需要通风机提供能量（风压）来弥补损失，维持气流在网路中的流动。气流在通过网路时，网路流量与所需风压的关系就是通风网路阻力特性，简称网路特性。通风机在网路上的工作可用图2-6示意。设通风机全压为H，列截面11和22间有能量输入的伯努利方程式（不计空气重度） 式中 整个网路的流动损失，P

33、a； , 分别为1-1和2-2截面处的气流静压，Pa； V1,V2分别为1-1和2-2截面处的气流速度，m/s.图2-6 通风机在网路中的工作的示意图因为p1=p2=pa（大气压力），V10，所以上式可以写为 （5-1） 上式表明，通风机全压H中，一部分用来克服流动损失，即静压；另一部分用来增加空气动能。对通风系统来讲，气流从通风机获得的网路出口空气动量最终耗损在大气中，所以通风机提供给网路有效能量的大小为网路静压Hst。由流体力学的阻力损失公式可得 （5-2） 式中 R通网路阻力系数，网路一定时，R为常数。设网路的出口截面积为F，则 H=BQ2 （5-3）式中 b比例系数，b=R+ ,网路一

34、定时，b为常数。 式（5-2）和（5-3）分别为通风机网路静压特性方程和全压特性方程。以流量为横坐标，风压为纵坐标，将特性方程绘制成曲线，此曲线就称为通风机网路特性曲线（图2-7），其中曲线R和b分别为静压和全压特性曲线，它们都是通过坐标原点的二次抛物线。对于具体网路，当其参数确定时，它的网路特性曲线也是确定的。由曲线可以看出，随着通风量的变化，所需的风压也随之变化。图2-7 通风网路特性曲线2.4.2工况和工业利用区1.工况在通风系统中，风机装置的风压特性曲线与通风机网路特性曲线在同一坐标图上的交点称为工况，与工况点相对应的各参数称为工况参数。在确定工况时，若风机装置为全压特性，网路特性也应

35、该是全压特性；若风机装置为静压特性，网路特性也应该是静压特性。但无论用全压特性还是静压特性，两工况点的流量是相等的（图2-8）。图2-8 工况点的确定2.工业利用区划分工业利用区的目的，是保证通风机工作时具有良好的稳定性和经济性。对于轴流式通风机而言，由于其特性曲线有凹凸区域，见图2-9中MK区域，此区域为不稳定区域，为了保证通风机稳定工作，应使通风机运转工况点落在K点以右的区域。考虑到电压变化使通风机转速下降，因此限定轴流式通风机工业利用区工况静压不得超过最高静压的90%。另外，从经济性讲，对于工况点的效率也应有一定要求，所以划定工业利用区的条件是稳定性 Hst(0.90.95)Hm，st，

36、QQm经济性 h h min且h 0.8hmax式中 Hmst最高静压； hmax风机的最高效率； hmin规定的最低效率，一般取0.6。对于离心式通风机，由于它的特性曲线上没有不稳定段（个别除外），其工业利用区的划分只有效率要求，即h h min且h 0.8hmax，如图2-9（b）中的xy段。（a） （b）图2-9 通风机的工业利用区（a）轴流式通风机；（b）离心式通风机3 虚拟工作系统的一般制作流程3.1 选用软件平台3.1.1电脑三维动画软件3dmax简介3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其前身

37、是基于DOS操作系统的3D Studio系列软件，最新版本是2011。在Windows NT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。3D Studio Max + Windows NT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等。在应用范围方面，广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。 3.1.2 3dmax的特点1、功能强大，扩展性好。 建模功能强大，在角色动画方面具备很强的优势，另外丰富的插件也是其一大亮点 2、操作简单，容易上手。 与

38、强大的功能相比，3dmax可以说是最容易上手的3D软件 3、和其它相关软件配合流畅。4、做出来的效果非常的逼真。3.1.3 学习3dmax必须掌握的内容1.三维空间能力三维空间能力的锻炼，熟练掌握视图、坐标与物体的位置关系。应该要做到放眼过去就可以判断物体的空间位置关系，可以随心所欲地控制物体的位置。 这是最基本的要掌握的内容，如果掌握不好，学习本软件的所有内容都会受到影响。 对于我们学习机械的即将毕业的同学都具有这方面的能力。2.基本操作命令基本的几个操作命令：选择、移动、旋转、缩放、镜像、对齐、阵列、视图工具，这些命令是最常用也是最基本的，几乎所有制作都用到。 几个常用的三维和二维几何体的

39、创建及参数，熟悉了之后，就掌握了3dmax的基本操作习惯。 3.二维图案编辑二维图案的编辑，这是非常重要的一部分内容，很多三维物体的生成和效果都是取决于二维图案。主要是用“Edit Spline”来实现。对于曲线图案的点、段、线编辑主要涉及到几个常用的命令：Attach Refine Outline Boonlean Trim Wed Fillet Chemfer等，熟练掌握这些子命令，才可以自如地编辑各类图案。 4.材质灯光材质、灯光是不可分割的，材质效果是靠灯光来体现的，材质也应该影响灯光效果表现。没有灯光的世界都是黑的。材质、灯光效果是效果图的灵魂，也是效果图制作一个难点。如何掌握好材质

40、灯光效果，大概也有以下几个途径和方法：（1）掌握常用的材质参数、贴图的原理和应用。（2）熟悉灯光的参数及与材质效果的关系。（3）灯光、材质效果地表现主要是物理方面的体现，应该加强实际常识的认识和物理知识。（4）想掌握好材质、灯光效果的控制，除了以上的几方面，感觉也是很重要的，也是突破境界的一个瓶颈。所谓的感觉，就是艺术方面的修养，这就需要我们不断加强美术方面的修养，多注意观察实际生活中的效果，加强色彩方面的知识等！ 本设计对具体尺寸没有要求，只要比例相差不大，能够形象地反应出通风系统主要的运动过程就可以。鉴于3dmax具有以上特点，故选用此软件。3.2建模建模就是在视图（Viewport）中进

41、行物体的制作。可以通过二维绘图工具绘制形体的截面，然后通过指定的路径进行三维放样；也可以利用三维绘图工具可以直接生成三维形体。几个三维形体之间可以通过布尔运算功能组合成新的形体。当然，3dmax也提供了许多复杂形体的创建功能，比如造山、造水、创建闪电和爆炸效果等等。首先，先选取制作物体的工具，然后制作你所希望的物体，当然也可以将由其它软件所制作的几何物体，输入（Import）至3dmax中，比如通过AUTO CAD建模。可以在命令面板（Command Panel ）的卷展栏中，控制物体的制作参数，物体可以是“表面”（Surface）或“样条”（Spline）、 2D或3D的几何物体，而这些物体

42、全都放置在三维空间中。最后给做好的三维形体赋予材质，一方面，3dmax提供了强大的材质库供你选择，另一方面，你可以在材质编辑器中任意编辑所需的材料，调整它们的颜色、材料类型、表面贴图、凹凸效果、反光效果、发光属性、透明度等等，直到满意为止。此次毕业设计之时老师带领我们去现场参观实习，通过老师的指导和矿区工作人员的解说，我们对不同类型通风系统的特点及工作过程有了一定了解，回校后通过查阅相关书籍、上网搜索资料的方式，对通风系统的各个部件有了更进一步的了解。准备工作完毕，开始进行建模。通过编辑可编辑多边形，将各个部件单独设计，然后进行合成。以下就是用3dmax绘制的轴流式通风装置和系统的模型图。图3

43、-2 轴流式通风装置图3-3 轴流式通风系统3.3渲染渲染是CG的最后一道工序，也是最终使你图象符合你的3d场景的阶段。 首先，必须定位三维场景中的摄像机，这和真实的摄影是一样的。一般来说，三维软件已经提供了四个默认的摄像机，那就是软件中四个主要的窗口，分为顶视图、正视图、侧视图和透视图。我们大多数时候渲染的是透视图而不是其它视图，透视图的摄像机基本遵循真实摄像机的原理，所以我们看到的结果才会和真实的三维世界一样，具备立体感。接下来，为了体现空间感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是决定哪些物体在前面、哪些物体在后面和那些物体被遮挡等。空间感仅通过物体的遮挡关系是不能完美再现的，很多初学三维

44、的人只注意立体感的塑造而忽略了空间感。要知道空间感和光源的衰减、环境雾、景深效果都是有着密切联系的。 渲染程序通过摄像机获取了需要渲染的范围之后，就要计算光源对物体的影响，这和真实世界的情况又是一样的。许多三维软件都有默认的光源，否则，我们是看不到透视图中的着色效果的，更不要说渲染了。因此，渲染程序就是要计算我们在场景中添加的每一个光源对物体的影响。和真实世界中光源不同的是，渲染程序往往要计算大量的辅助光源。在场景中，有的光源会照射所有的物体，而有的光源只照射某个物体，这样使得原本简单的事情又变得复杂起来。在这之后，还要是使用深度贴图阴影还是使用光线追踪阴影？这往往取决于在场景中是否使用了透明

45、材质的物体计算光源投射出来的阴影。另外，使用了面积光源之后，渲染程序还要计算一种特殊的阴影软阴影（只能使用光线追踪），场景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序还将花费更多的系统资源来计算特效的结果，特别是体积光，也称为灯光雾，它会占用代量的系统资源，使用的时候一定要注意。 在这之后，渲染程序还要根据物体的材质来计算物体表面的颜色，材质的类型不同，属性不同，纹理不同都会产生各种不同的效果。而且，这个结果不是独立存在的，它必须和前面所说的光源结合起来。如果场景中有粒子系统，比如火焰、烟雾等，渲染程序都要加以“考虑”。3.4动画制作3.4.1动画制作 场景设置完成，便可以开始以“关键帧”（Key f

46、rame）的方式，进行动画的设定。先选取场景中的物体，然后按下Animate（动画）按钮，您可以移动、旋转或缩放（Scale）场景中的物体，进行动画的设定。你可以使用“时间滑块”（Time Slider）移动至任何一帧动画， Animate按钮为您自动设定关键帧，任何参数的改变都将产生动画的效果，而你可以直接在视图中看到大部分的动画效果。复杂的动画还包括形体与形体之间的链接关系，比如手关节的运动，急速前行的车子上的转动车轮。在3DStudioMAX中，您还可以制作许多其它类型的动画：可以在动画轨迹中加入Motion（运动）控制器，制作真实的机械动画；可以运用“原动力性质”（Dynamics），

47、模拟重力及固体物体之间的碰撞；可以使物体沿着特定路径飞行，或使用Noise（噪音）控制器，使物体震动；摄像机的运动（跟踪）产生拍摄角度的变化和行进效果；可以使用morpher（变形）编辑器，使物体变形。3.4.2动画的输出当动画完成时，您可以使用3dmax的渲染功能（Rendering），进行作品的渲染，您可将动画以电脑影像的格式、或是序列静态图像的方式输出。3D Studio MAX可以产生大部分行业标准的文件格式，您可以将输出图像设定成任意的分辨率。当渲染完成后，还可以进一步进行图像的后期（Post）特效处理，例如：耀光（G1ow）、模糊（B1ur）或颜色校正等。在广告制作中，将动画帧逐渲

48、染后的序列静态图像导入到视频非线性编辑系统中进行后期编辑合成，最终输出到录像上。4 虚拟矿井通风系统4.1 虚拟通风装置虚拟通风装置是由风井、防爆门装置、电动机及联轴器、风门、轴流式通风机、扩散塔以及风道等组成。其结构如图4-1所示。图4-1 虚拟通风装置4.1.1 风井及防爆门装置风井的防爆门装置如图4-2所示。正常情况下，防爆门在四个重锤的作用下处于悬空状态。当发生矿井爆炸等矿难时，由于爆炸等产生的压力会顶开防爆门，重锤下降，防爆门被提起。爆炸气流沿风井流出，对后面的通风机等装置起到了保护作用。图4-2风井及防爆门装置4.1.2 电动机及联轴器电动机与轴流式通风机的主轴之间通过联轴器进行连接，电动机的运动直接传递给轴流式通风机。其示意图如图4-3所示。图4-3 电动机和联轴器4.1.3 风门风门采用百叶窗式。当风门关闭时所有窗叶都处于竖直状态，当所有窗叶都旋转90度变为水平方向时风门处于开启状态。其结构如图4-4所示。图4-4