一種礦用離心除塵風(fēng)機及其優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦用離心除塵風(fēng)機及其優(yōu)化設(shè)計方法。本發(fā)明的礦用離心除塵風(fēng)機包括風(fēng)機段、離心脫塵段和脫水段，含塵風(fēng)流從風(fēng)機段進(jìn)入，通過脫塵脫水后變成潔凈風(fēng)流從脫水段出來；所述風(fēng)機段包括風(fēng)機；所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內(nèi)并通過聯(lián)軸器與風(fēng)機主軸聯(lián)接的延伸軸，延伸軸上安裝有螺旋葉片，螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內(nèi)設(shè)有水槽；所述脫水段包括脫水板。本發(fā)明利用平衡軌道理論，進(jìn)行礦用離心除塵風(fēng)機離心脫塵段內(nèi)煤塵顆粒受力與速度的分析，著重解決結(jié)構(gòu)參數(shù)與運行參數(shù)之間的組合對捕塵效率的影響，對礦用離心除塵風(fēng)機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。通過優(yōu)化后，能提高除塵效率，減少阻力，降低能耗。
【專利說明】—種礦用離心除塵風(fēng)機及其優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井井下除塵【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種礦用離心除塵風(fēng)機及其優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井井下采掘工作面控塵問題是行業(yè)內(nèi)難題之一，關(guān)系到井下作業(yè)人員的身心健康，一直是討論和研究的熱點問題。在國內(nèi)，目前我國煤礦井下使用的除塵器多為20世紀(jì)80年代從國外引進(jìn)或自主開發(fā)的除塵器；這些除塵器處理風(fēng)量均偏小(一般在180m3/min以下)，已不適應(yīng)煤礦高強度開采的需要；另外，這些除塵器要么除塵效率低(80%左右)、脫水效果差(低于85%)，要么工作阻力大(大于2200Pa)，很難全面達(dá)到除塵效率高(99%以上)、脫水效率高(95%以上)和工作阻力低(低于1500Pa)的要求。在國外，井下除塵裝置以過濾降塵、靜電降塵等機理的除塵器為主，效率雖然高，但存在阻力過大，經(jīng)常高達(dá)2300Pa以上，占地面積大，對井巷空間尺寸需要大，難以滿足中國煤礦地下開采的實際需要。尤其是，掘進(jìn)工作面等作業(yè)點，是井下粉塵污染最為嚴(yán)重的場所，也是配風(fēng)量大的需風(fēng)點；礦用局部除塵風(fēng)機，能同時實現(xiàn)供風(fēng)和除塵，是適合我國煤礦井下環(huán)境的通風(fēng)除塵裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的之一在于在利用除塵基本理論，結(jié)合我國礦用局部通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特點，提供一種礦用離心除塵風(fēng)機。
[0004]本發(fā)明的上述目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的:該礦用離心除塵風(fēng)機，它包括風(fēng)機段、離心脫塵段和脫水段，含塵風(fēng)流從風(fēng)機段進(jìn)入，通過脫塵脫水后變成潔凈風(fēng)流從脫水段出來；所述風(fēng)機段包括風(fēng)機；所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內(nèi)并通過聯(lián)軸器與風(fēng)機主軸聯(lián)接的延伸軸，延伸軸上安裝有螺旋葉片，螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內(nèi)設(shè)有水槽；所述脫水段包括脫水板。
[0005]本發(fā)明礦用離心除塵風(fēng)機的除塵原理是，在離心脫塵段內(nèi)，螺旋葉片固定在延伸軸上，螺旋葉片與風(fēng)機葉片同步旋轉(zhuǎn)，形成周期循環(huán)的螺旋流道，使氣流旋轉(zhuǎn)，煤塵顆粒受到離心力的作用向離心脫塵段筒壁運動，向筒壁運動的煤塵顆粒，受到包裹在其周邊空氣的運動阻力作用，即空氣阻力。煤塵顆粒受到離心力和空氣阻力，在離心力的作用下，煤塵顆粒不斷向筒壁方向運動，其受到的空氣阻力也在不斷增加，即空氣阻力逐漸趨近于離心力，當(dāng)空氣阻力等于離心力的時候，二者動態(tài)平衡，煤塵顆粒所在運動軌道，即為煤塵顆粒平衡軌道，以平衡軌道作為顆粒受力分析的方法，稱之為平衡軌道理論，大量的研究實踐表明該理論適用于降塵和大粒徑呼吸性粉塵的受力分析。利用平衡軌道理論，進(jìn)行礦用離心除塵風(fēng)機離心脫塵段內(nèi)煤塵顆粒受力與速度的分析，著重解決結(jié)構(gòu)參數(shù)與運行參數(shù)之間的組合對捕塵效率的影響，對礦用離心除塵風(fēng)機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
[0006]本發(fā)明的目的之二在于提供一種基于上述礦用離心除塵風(fēng)機的優(yōu)化設(shè)計方法，該方法包括:[0007]通過公式(24)計算離心脫塵段對顆粒粒徑為dp的煤塵顆粒的分級效率fUp定公式(24)中各變量之間的關(guān)系，通過數(shù)值仿真的方法，確定礦用離心除塵風(fēng)機的結(jié)構(gòu)參數(shù)，滿足工程需要，即是利用風(fēng)機內(nèi)的離心力，脫去含塵風(fēng)流中的煤塵顆粒，實現(xiàn)風(fēng)流凈化；
[0008]
【權(quán)利要求】
1.一種礦用離心除塵風(fēng)機，其特征在于:它包括風(fēng)機段、離心脫塵段和脫水段，含塵風(fēng)流從風(fēng)機段進(jìn)入，通過脫塵脫水后變成潔凈風(fēng)流從脫水段出來；所述風(fēng)機段包括風(fēng)機；所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內(nèi)并通過聯(lián)軸器與風(fēng)機主軸聯(lián)接的延伸軸，延伸軸上安裝有螺旋葉片，螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內(nèi)設(shè)有水槽；所述脫水段包括脫水板。
2.一種基于權(quán)利要求1所述礦用離心除塵風(fēng)機的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于包括:通過公式(24)計算離心脫塵段對顆粒粒徑為dp的煤塵顆粒的分級效率，確定公式(24)中各變量之間的關(guān)系，通過數(shù)值仿真的方法，確定礦用離心除塵風(fēng)機的結(jié)構(gòu)參數(shù)，滿足工程需要；即是利用風(fēng)機內(nèi)的離心力，脫去含塵風(fēng)流中的煤塵顆粒，實現(xiàn)風(fēng)流凈化；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述礦用離心除塵風(fēng)機的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于:根據(jù)現(xiàn)場對離心脫塵段尺寸的工程制約及中國國內(nèi)局部通風(fēng)機的技術(shù)參數(shù)，設(shè)P P=L 4X103kg/m3,L=Im, n=2900r/min, μ =1.428X IO^4Pa.s，代入式(24)中，則得公式(25):
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述礦用離心除塵風(fēng)機的優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟: (1)根據(jù)工程實際需要，計算出需風(fēng)量，確定礦用除塵風(fēng)機風(fēng)量，選擇風(fēng)機機號； (2)根據(jù)礦用除塵風(fēng)機機號，確定離心脫塵段的離心脫塵段筒壁半徑，即R1的數(shù)值； (3)根據(jù)確定出的風(fēng)機性能參數(shù)，確定風(fēng)量范圍，即Q的數(shù)值；選擇幾個風(fēng)量工況點，代入式(25)，簡化該公式； (4)根據(jù)邊界約束，顯然螺旋葉片半徑不可能大于離心脫塵段筒壁半徑，即O< R2 < R1 ;其中，R2=O表示未設(shè)置螺旋除塵葉片，而R2=R1表示螺旋葉片半徑等于離心脫塵段筒壁半徑，形成螺旋通道，式(25)不能進(jìn)行除塵效率及除塵風(fēng)機結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的分析；因此，R2的賦值范圍為0.01≤R2≤ 0.29; (5)給%賦值，依次賦值為 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80% 和 90% ； (6)把已經(jīng)賦值的，代入式(25)，進(jìn)一步簡化該公式，利用數(shù)值仿真工具，進(jìn)而分析%、R2> dp之間的因變關(guān)系，繪制因變關(guān)系圖，優(yōu)化R2即螺旋葉片半徑。
【文檔編號】B01D45/00GK103550991SQ201310528412
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】陳世強, 王海橋, 李軼群, 崔海蛟 申請人:湖南科技大學(xué)