本發(fā)明涉及礦井乏風(fēng)管理領(lǐng)域，具體涉及一種礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置與方法。

背景技術(shù)：

為了沖淡和排除井下的有害氣體和粉塵，為井下各巷道及采掘工作面提供新鮮風(fēng)流，保證井下工作人員有足夠數(shù)量、符合要求的空氣供呼吸，確保井下工作人員的人身安全，改善井下工作環(huán)境，在煤礦生產(chǎn)中必須不間斷地向井下供給大量的新鮮空氣。煤礦用主通風(fēng)機(jī)就是向井下輸送空氣的設(shè)備，通常情況井下每采1t煤炭就要向井下輸送4-6t新鮮空氣，礦井主通風(fēng)機(jī)的電耗平均約占煤礦電耗的8%-15%，它是煤礦井下通風(fēng)不可缺少的安全設(shè)備，也是礦井的關(guān)鍵設(shè)備。中國(guó)煤礦數(shù)量眾多，由此產(chǎn)生的乏風(fēng)量也是相當(dāng)可觀的，一個(gè)典型煤礦主排風(fēng)口的乏風(fēng)量為6×10⁵-10×10⁵m³/h。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)礦井乏風(fēng)回收與利用的技術(shù)主要集中于瓦斯利用和余熱回收兩方面，很少有關(guān)于處理礦井乏風(fēng)動(dòng)能方面的技術(shù)，本發(fā)明彌補(bǔ)了對(duì)礦井乏風(fēng)能源回收利用的不足。若不考慮礦井通風(fēng)機(jī)性能參數(shù)的變化，只從風(fēng)力機(jī)發(fā)電的可利用角度來(lái)考慮，環(huán)道協(xié)同整流裝置離擴(kuò)散器出口越近，風(fēng)力機(jī)的有效功率值越大。但是，在通風(fēng)過(guò)程中，受風(fēng)力機(jī)影響，在風(fēng)力機(jī)前形成的滯止壓力會(huì)對(duì)通風(fēng)機(jī)的正常通風(fēng)造成一定影響，通風(fēng)機(jī)的效率會(huì)降低，這種影響的強(qiáng)度與風(fēng)力機(jī)葉片面積有關(guān)。為了保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量，會(huì)增加通風(fēng)機(jī)功耗。如何不增加通風(fēng)機(jī)出力將動(dòng)能轉(zhuǎn)換，這是我們需要解決的難點(diǎn)。

本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一種礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置，通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定，達(dá)到不影響通風(fēng)機(jī)出力的目的，發(fā)明了環(huán)道協(xié)同整流的方法，減少乏風(fēng)流動(dòng)損失與沖擊損失，提高乏風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)出口乏風(fēng)直排造成能量浪費(fèi)的情況，發(fā)明了一種將乏風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)換而不影響通風(fēng)機(jī)出力的礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置與方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置，包括集流器、疏流器、工作腔、消能管和支架；所述疏流器設(shè)置于集流器內(nèi)，沿乏風(fēng)的流動(dòng)方向集流器與工作腔和消能管順序連接；所述集流器包括一個(gè)錐弧形集流道，集流道的收口端連接一段圓筒??；所述疏流器包括一段圓筒ⅱ，圓筒ⅱ的一端以外凸的曲面疏流罩密封，一端以圓板密封；所述疏流器同軸懸置于集流器內(nèi)，其疏流罩端正對(duì)集流器的開(kāi)口方向，集流器和疏流器形成環(huán)道協(xié)同整流裝置；所述工作腔后部設(shè)有發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)外部設(shè)置防腐蝕機(jī)殼，防腐蝕機(jī)殼與工作腔之間形成環(huán)形氣流通道，發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸伸出機(jī)殼在接近工作腔前端口部位安裝風(fēng)輪，所述風(fēng)輪與工作腔同軸設(shè)置,且與疏流器之間留有間隙；所述消能管錐形結(jié)構(gòu)，其較細(xì)端與工作腔連接；所述集流器、疏流器、工作腔、消能管組裝完畢后，安裝于支架上，使集流器正對(duì)通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口設(shè)置。

所述集流器的入射角為30°，其開(kāi)口處內(nèi)徑是礦井?dāng)U散器出口內(nèi)徑的1.5-2倍，用于將氣流聚集，增大壓力和流速；所述圓筒ⅰ的內(nèi)徑與集流道收口處內(nèi)徑相等。

所述圓筒ⅰ的內(nèi)壁周向均布至少三個(gè)支耳，用于固定疏流器，末端配有法蘭，用于連接工作腔。

所述疏流罩呈球面或橢球面；圓筒ⅱ的直徑為圓筒ⅰ直徑的1/4-1/3，圓筒ⅱ的長(zhǎng)度為自身直徑的0.5-1倍，圓筒ⅱ與圓筒ⅰ等長(zhǎng)；圓筒ⅱ的壁厚為2-4mm；圓筒ⅱ的外壁周向均布支耳，能夠與圓筒ⅰ內(nèi)的支耳通過(guò)連接板配合安裝。

所述發(fā)電機(jī)整體為圓筒形結(jié)構(gòu)，前端用圓板密封，機(jī)殼末端采用整流罩結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)出口氣流流通條件。

所述機(jī)殼下部設(shè)有散熱管，散熱管對(duì)機(jī)殼起到支撐作用，工作腔的腔壁上開(kāi)設(shè)散熱孔，散熱管接通散熱孔，用于發(fā)電機(jī)的散熱以及接出發(fā)電機(jī)引線。

所述發(fā)電機(jī)的型號(hào)可以根據(jù)使用需求選擇，其g與機(jī)殼的固定方式由發(fā)電機(jī)的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)自由確定，例如通過(guò)支架、螺栓等固定，或者利用彈性裝置壓緊等。

所述風(fēng)輪的輪轂前端距疏流器末端30-60mm，風(fēng)輪的葉片外緣距離工作腔內(nèi)壁10-20mm。

所述工作腔的內(nèi)徑與圓筒ⅰ的內(nèi)徑相等，其壁厚3-5mm,長(zhǎng)度為其自身直徑的0.8-1.5倍；工作腔的兩端連接有法蘭，法蘭軸向厚度10mm,徑向?qū)挾?0mm,孔眼直徑8mm。

所述消能管的入口處直徑與工作腔的直徑相等，其長(zhǎng)度為入口直徑的0.8-1.2倍，敞角為4°-6°。

一種采用礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置的管理方法：1）礦井乏風(fēng)在負(fù)壓作用下經(jīng)葉輪由通風(fēng)機(jī)抽出，此時(shí)風(fēng)速變大、動(dòng)壓增加；2）乏風(fēng)進(jìn)入擴(kuò)散器，隨著擴(kuò)散器的截面增大，風(fēng)機(jī)出口的一部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓，動(dòng)壓減小、靜壓增大，提高了通風(fēng)機(jī)的效率；3）乏風(fēng)通過(guò)擴(kuò)散器出口后，在集流器和疏流器的協(xié)同整流下，使氣流順利進(jìn)入圓筒ⅰ與圓筒ⅱ形成的環(huán)形入口通道，在風(fēng)輪入口處形成均勻的速度場(chǎng)，保證氣流均勻沖擊風(fēng)輪葉面，減少入口動(dòng)能損失；4）風(fēng)輪在氣流的沖擊作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)以機(jī)械能的形式驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆?chǔ)備或直接供給礦井其它設(shè)備用電；5）少部分殘余風(fēng)能在消能管完全耗盡。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明為礦井乏風(fēng)提供了一種新的能量回收與利用方式，使礦井乏風(fēng)的利用從瓦斯和余熱回收利用進(jìn)一步擴(kuò)大到乏風(fēng)動(dòng)能的利用，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的要求。礦井乏風(fēng)由通風(fēng)機(jī)抽出，通過(guò)擴(kuò)散器排出，氣流具有一定的動(dòng)能，以較大的速度進(jìn)入大氣中，通常擴(kuò)散器出口風(fēng)速在10-15m/s。本發(fā)明在擴(kuò)散器后面設(shè)置動(dòng)能管理裝置，對(duì)這部分動(dòng)能進(jìn)行回收利用，但是不以增加通風(fēng)機(jī)功耗為代價(jià)而提高效率，避免了電能轉(zhuǎn)換為電能的誤區(qū)。先通過(guò)集流器對(duì)擴(kuò)散器出口乏風(fēng)氣流進(jìn)行引流，盡可能減少風(fēng)量損失，在疏流器的協(xié)同整流下，形成環(huán)形的氣流通道，氣流直接沖擊工作腔中發(fā)電機(jī)的葉輪，減少?zèng)_擊損失。由于礦井乏風(fēng)具有風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)向持續(xù)穩(wěn)定的特點(diǎn)，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電壓、頻率較為穩(wěn)定的交流電，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換處理可以供給負(fù)載。

附圖說(shuō)明

附圖1為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖2為集流器、疏流器、工作腔、發(fā)電機(jī)以及消能管組裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖3為組裝支架后的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1.集流器，1-1.集流道，1-2.圓筒ⅰ，2.疏流器，2-1.圓筒ⅱ，2-2.疏流罩，2-3.圓板，3.工作腔，3-1.散熱孔，4.消能管，5.支架，6.發(fā)電機(jī)，6-1.風(fēng)輪，6-2.機(jī)殼，6-3.散熱管，7.支耳，8.連接板，9.法蘭。

具體實(shí)施方式

如圖1-3所示，一種礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置，包括集流器1、疏流器2、工作腔3、消能管4和支架5；所述疏流器2設(shè)置于集流器1內(nèi)，沿乏風(fēng)的流動(dòng)方向集流器1與工作腔3和消能管4順序連接。

如圖2-3所示，所述集流器1包括一個(gè)錐弧形集流道1-1，集流道1-1的收口端連接一段圓筒ⅰ1-2；集流器1的入射角為30°，其開(kāi)口處內(nèi)徑是礦井?dāng)U散器出口內(nèi)徑的1.5-2倍，用于將氣流聚集，增大壓力和流速；圓筒ⅰ1-2的內(nèi)徑與集流道1-1收口處內(nèi)徑相等；圓筒ⅰ1-2的內(nèi)壁周向均布至少三個(gè)支耳7，用于固定疏流器2，末端配有法蘭9，用于連接工作腔3。

如圖2-3所示，所述疏流器2包括一段圓筒ⅱ2-1，圓筒ⅱ2-1的一端以外凸的曲面疏流罩2-2密封，一端以圓板2-3密封；所述疏流器2同軸懸置于集流器1內(nèi)，其疏流罩2-2端正對(duì)集流器1的開(kāi)口方向，集流器1和疏流器2形成環(huán)道協(xié)同整流裝置；所述疏流罩2-2呈球面或橢球面；圓筒ⅱ2-1的直徑為圓筒ⅰ1-2直徑的1/4-1/3，圓筒ⅱ2-1的長(zhǎng)度為自身直徑的0.5-1倍，圓筒ⅰ1-2與圓筒ⅱ2-1等長(zhǎng)；圓筒ⅱ2-1的壁厚為2-4mm；圓筒ⅱ2-1的外壁周向均布支耳9，能夠與圓筒ⅰ1-2內(nèi)的支耳7通過(guò)連接板8配合安裝。

如圖2-3所示，所述工作腔3的內(nèi)徑與圓筒ⅰ2-1的內(nèi)徑相等，其壁厚3-5mm,長(zhǎng)度為其自身直徑的0.8-1.5倍；工作腔3的兩端連接有法蘭9，法蘭9軸向厚度10mm,徑向?qū)挾?0mm,孔眼直徑8mm；工作腔3后部設(shè)有發(fā)電機(jī)6，發(fā)電機(jī)6外部設(shè)置防腐蝕機(jī)殼6-2，機(jī)殼6-2整體為圓筒形結(jié)構(gòu)，前端用圓板密封，末端采用整流罩結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)出口氣流流通條件防腐蝕機(jī)殼6-2與工作腔3之間形成環(huán)形氣流通道，機(jī)殼6-2的外部以及工作腔3的內(nèi)壁分別對(duì)應(yīng)設(shè)置至少3個(gè)支耳7，相應(yīng)的支耳7之間通過(guò)連接接板8連接，機(jī)殼6-2下部設(shè)有散熱管6-3，散熱管6-3和支耳7共同作用使機(jī)殼6-2牢固地安裝于工作腔3中，工作腔3的腔壁上開(kāi)設(shè)散熱孔3-1，散熱管6-3接通散熱孔3-1，用于發(fā)電機(jī)6的散熱以及接出發(fā)電機(jī)引線；機(jī)殼6-2內(nèi)部焊接安裝支架，發(fā)電機(jī)6通過(guò)螺栓固定于安裝支架上，發(fā)電機(jī)6固定后保證其傳動(dòng)軸的高度位于工作腔3的中心，發(fā)電機(jī)6的傳動(dòng)軸伸出機(jī)殼6-2在接近工作腔3前端口部位安裝風(fēng)輪6-1，所述風(fēng)輪6-1與工作腔3同軸設(shè)置,且與疏流器2之間留有間隙；風(fēng)輪6-1的輪轂前端距疏流器末端30-60mm，風(fēng)輪6-1的葉片外緣距離工作腔內(nèi)壁10-20mm。

如圖2-3所示，所述消能管4為錐形結(jié)構(gòu)，其較細(xì)端與工作腔3連接；消能管4的入口處直徑與工作腔3的直徑相等，其長(zhǎng)度為入口直徑的0.8-1.2倍，敞角為4°-6°。所述集流器1、疏流器2、工作腔3、消能管4組裝完畢后，安裝于支架5上，使集流器1正對(duì)通風(fēng)機(jī)的出風(fēng)口設(shè)置。

所述發(fā)電機(jī)6的型號(hào)可以根據(jù)使用需求選擇，其固定方式由發(fā)電機(jī)的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)自由確定，例如通過(guò)支架、螺栓等固定，或者利用彈性裝置壓緊等。

一種采用礦井乏風(fēng)動(dòng)能管理裝置的管理方法：1）礦井乏風(fēng)在負(fù)壓作用下經(jīng)葉輪由通風(fēng)機(jī)抽出，此時(shí)風(fēng)速變大、動(dòng)壓增加；2）乏風(fēng)進(jìn)入擴(kuò)散器，隨著擴(kuò)散器的截面增大，風(fēng)機(jī)出口的一部分動(dòng)壓轉(zhuǎn)化為靜壓，動(dòng)壓減小、靜壓增大，提高了通風(fēng)機(jī)的效率；3）乏風(fēng)通過(guò)擴(kuò)散器出口后，在集流器1和疏流器2的協(xié)同整流下，使氣流順利進(jìn)入圓筒ⅰ1-2與圓筒ⅱ2-1形成的環(huán)形入口通道，在風(fēng)輪6-1入口處形成均勻的速度場(chǎng)，保證氣流均勻沖擊風(fēng)輪6-1葉面，減少入口動(dòng)能損失；4）風(fēng)輪6-1在氣流的沖擊作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)以機(jī)械能的形式驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)6，發(fā)電機(jī)6將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆?chǔ)備或直接供給礦井其它設(shè)備用電；5）少部分殘余風(fēng)能在消能管4完全耗盡。

我國(guó)大多數(shù)礦井主要通風(fēng)采用抽出式通風(fēng)，在負(fù)壓作用下新鮮空氣進(jìn)入礦井內(nèi)，提供生存環(huán)境，并沖淡井下有毒有害氣體和粉塵，保證安全生產(chǎn)，在回風(fēng)井形成乏風(fēng)。乏風(fēng)從通風(fēng)機(jī)后面的擴(kuò)散器排出，具有一定的動(dòng)能，本裝置設(shè)置在擴(kuò)散器出口一定距離，此距離的特點(diǎn)是乏風(fēng)排氣壓力降為大氣壓力，再增加“環(huán)道協(xié)同整流裝置”之后對(duì)通風(fēng)機(jī)的影響會(huì)降到最小，不增加功耗，不影響發(fā)電機(jī)出力，但是乏風(fēng)仍有一定的風(fēng)速，經(jīng)過(guò)集流器引流后風(fēng)速、壓力反而有進(jìn)一步提升，增加風(fēng)力機(jī)發(fā)電效率，在疏流器的分流作用下，氣流不是直接沖擊風(fēng)輪輪轂（一般大型風(fēng)輪輪轂前端略平或微凸，會(huì)產(chǎn)生沖擊損失），在經(jīng)過(guò)環(huán)形通道后驅(qū)動(dòng)工作腔內(nèi)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，乏風(fēng)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械能，而未被吸收的乏風(fēng)動(dòng)能從消能管快速排出，避免對(duì)在風(fēng)力機(jī)葉后產(chǎn)生阻力，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，可以通過(guò)用電設(shè)備或電能存儲(chǔ)設(shè)備加以利用和存儲(chǔ)，達(dá)到動(dòng)能回收的目的。