CN103362832B

CN103362832B - 基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机

Info

Publication number: CN103362832B
Application number: CN201310324150.3A
Authority: CN
Inventors: 傅中良
Original assignee: 傅中良
Current assignee: YONGZHOU YIDA AUTOMATION MACHINERY Co.,Ltd.
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-07-30
Also published as: CN103362832A

Abstract

一种基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，它包括一水箱基座，水箱基座上设一水轮装置，水轮装置经皮带连接风轮装置，一高压喷水装置连接于水轮装置和风轮装置；它采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案；它克服了现有高瓦斯矿井采煤时所用设备，存在电机电火花引发瓦斯和煤尘爆炸的频率仍然较高，而且还存在投资成本高、系统配套工程要求全、机器噪声大、散热性能差、使用寿命短、生产效率低、生产劳动环境恶劣、作业人员易得职业病和煤炭资源浪费严重等缺陷；它适合各型煤矿采掘用通风设备；特别适合高瓦斯突出型矿井煤层采掘用通风设备。

Description

基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机

技术领域

本发明涉及一种基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机。

背景技术

目前，煤矿矿井产生爆炸的主要因素除了有瓦斯产生的爆炸外，还有因煤尘浓度超标而产生的爆炸。针对高瓦斯矿井采煤时，需要选用具有防瓦斯爆炸功能的设备，同时做抽排放瓦斯处理；而做抽排放瓦斯处理会使采煤成本增加许多,有些采区因瓦斯含量过高而无法作抽排放瓦斯处理时,只好放弃采掘任其煤炭资源的浪费；对于高瓦斯矿井采掘时因电气设备工作而容易引发瓦斯爆炸的问题，人们研发了多功能的风机、双风机、双电源装置以及自动切换控制瓦斯、风电闭锁、高压变频等应用技术于矿井的预防瓦斯爆炸设备中，使得在预防高瓦斯矿井采掘上有了许多技术上的改进，但目前较成熟的技术也有待进一步的改进，而且还存在投资成本高，系统配套工程要求全等缺陷；如高压变频电机风机，它能使井下瓦斯浓度超标时自动调节电机的转速，使风速加快，达到稀释瓦斯浓度，从而减少爆炸事故的发生，但是电机在自动调节速度时因电机转子转速的加快，使得电机因此产生的电火花而引发瓦斯爆炸的频率又增加了许多；二、空压式风机，它虽无火花产生，但空气压缩式风机存在噪声大，散热性能差，因空压输气距离远而无法长时间稳定工作，只能作辅助机使用；三、双电源供电装置则需有至少两套线路供电，如果设在采区高压变电所旁，则必须采用不在同一进线上设置动力电源和风机专用电源，否则，会因高压故障引发大面积停电。

针对矿井中煤尘达到一定浓度时易引发爆炸的问题，经对它主要的煤尘云进行研究表明，煤尘爆炸下限为45g/m³，上限为1500-2000g/m³，爆炸力最强的煤尘浓度为300-400g/m³；能够引燃煤尘爆炸的热源温度变化的范围还是比较大的，它与煤尘中挥发份含量有关，煤矿井下能点燃煤尘的高温火源主要有：爆破时出现的火焰、电气火花、静电放电、摩擦放电、摩擦高温、井下火灾和瓦斯爆炸等；现有矿井中使用的电动风机其主要设计功能是起通风和防瓦斯爆炸的作用，而对于煤尘超标时，井道内全是饱和煤尘，如果此时启用电动风机作主要通风工具，其煤尘无法散开，只能在井道内徘徊，这时电机只要产生一星点火花，火花就会使煤尘在高压下产生爆炸，其破坏性与瓦斯爆炸作用相同。

发明内容

针对上述情况，本发明的目的在于提供一种基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，它采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合，其高压喷雾嘴和无电源动力风机的组成，既可有效稀释井道中的瓦斯浓度和煤炭粉尘，又能堵截井道中的瓦斯爆炸，还能增氧和改善井道通风环境，实现煤炭资源无浪费、高压水源循环使用，风机能全天候超时长工作，操作控制容易，运行安全可靠，工作效率高，无噪声、粉尘污染作业场地，劳动环境好，职业病病患率低，投资成本少，经济实惠，便于在中小型煤矿中普及推广。

为了实现上述目的，一种基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，它包括一水箱基座，水箱基座上设一水轮装置，水轮装置经皮带连接风轮装置，一高压喷水装置连接于水轮装置和风轮装置。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是。

所述水箱基座包括基座箱体、回流水箱、回流水槽、箱体侧板。

所述水轮装置包括一设置于水箱基座上的水轮座架，水轮座架中设有轴承座，轴承座中固定一水轮轴，水轮轴上装置皮带轮、叶轮。

所述风轮装置包括设置于基座箱体上的风筒、安装在风筒内的风轮座、连接于风轮座的风轮轴，固定于风轮轴上的风轮。

所述风筒包括风筒头、主风筒、风筒尾。

所述风筒头为直锥筒、主风筒为圆柱筒、风筒尾为过渡锥筒。

所述风筒尾内边缘处装置护栏网。

所述高压喷水装置包括连接于井下水仓的高压水管、连接于高压水管的高压喷水嘴、高压支管、连接于高压支管的高压喷雾嘴和喷雾开关。

所述高压喷雾嘴呈均匀间隔安装于风筒头内边缘处。

所述皮带设有皮带防护套。

本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案；它克服了现有高瓦斯矿井采煤时所用设备，存在电机电火花引发瓦斯和煤尘爆炸的频率仍然较高，而且还存在投资成本高、系统配套工程要求全、机器噪声大、散热性能差、使用寿命短、生产效率低、生产劳动环境恶劣和作业人员易得职业病等缺陷。

本发明相比现有技术所产生的有益效果：

（Ⅰ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，较好地解决了高瓦斯矿井采煤时所用设备的安全问题，它充分利用井下水仓水源作风轮装置的动力源,通过原有的井下水泵经三级变频加压直接将压力水送至水轮上方冲击叶轮叶片而作功并带动风轮旋转；

（Ⅱ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，它利用井下水仓作能源，高压水冲击叶轮，从而带动风轮送风，高压水循环使用，如相同口径的电源风机的额定功率为55KW，即一小时耗电达70-80元，而本发明利用井下原有水泵做动力，不需另外增加设备和投资，每台设备一年能为煤矿企业节约能耗资金数十万元；

（Ⅲ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，特别是将高压喷雾与风筒送风融为一体，采用高压水管旁接高压支管及将高压喷雾嘴连接于水轮装置风筒头处，送风的同时喷雾，水雾能有效稀释井道中的煤炭粉尘,可有效降低井道中的煤尘达60%-70%，显著改善了作业环境，实现了完全无煤尘操作，而且还能有效降低近年出现的湿肺病病患率；

（Ⅳ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，特别是将高压喷雾与风筒送风融为一体，采用高压水管旁接高压支管及将高压喷雾嘴连接于水轮装置风筒头处，送风的同时喷雾，通过风力和水雾的结合达到使井道中的煤尘无法形成煤尘云，实现了真正无煤尘爆炸隐患的井下安全采掘；

（Ⅴ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，利用井下水仓水源，经多级变压后冲击叶轮，从而带动风轮送风和喷雾，送风现场无电机电源，系统工作时完全不会产生火花，可以在高瓦斯矿区内发挥其特有的功能，排除了目前许多高瓦斯矿井采煤时必需要先抽排放瓦斯后才能采煤的困惑，能全天候保障井道中空气的充足和流动，气体中的瓦斯气味通过水雾与凉风的动态混合后被完全稀释，克服了传统作业中不能带瓦斯作业的缺陷，完全做到有效防火、防尘、防爆和安全开采、低成本开采；

（Ⅵ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，利用井下水仓水源驱动送风、喷雾装置，设备运行时不会产生如电动机、空压机的大电流声，一台110KW的电动机所产生的电流声、气流声以及电机转动声约合100分贝，电动机功率越大噪声越大，经地面检测：一台出风口径为500mm的气压风机的气流所产生的噪声达到90-120分贝，该噪声如果转入井下，会使井下作业人员无法正常工作，由于采用了井下水仓水源作动力源的无电源设备，从而改善了传统运行系统的大噪声工作环境，使运行系统总噪声不高于65分贝，显著提高了工作效力；

（Ⅶ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，其综合能效比较高，从而有效提高了矿井采掘的效率；

（Ⅷ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，可在高瓦斯区内不必实施抽排放瓦斯就可开展采掘作业，煤矿瓦斯抽排放费用是依据煤层深度与瓦斯的密度来计算收费，一个煤层深度为300米的矿井的瓦斯抽排放收费约为40-70万元每平方公理，所以本方案不但节省了抽排放瓦斯的费用，而且不会因抽排放瓦斯的难题留下煤炭弃采死角，做到了既不浪费煤炭资源，还显著降低了开采成本；

（Ⅸ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，其综合能效比较高，由于采用无电机电源工作模式，运行时水能有效降低风叶运行时所产生的热量，更能长时间的保障旋转轴与轴承在低温时的运行工况，运行安全可靠，完全消除了传统的只当辅助机使用的缺陷；

（Ⅹ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，其结构极其简单，操作使用容易，运行时不会产生震动，安装时只需将水仓中的水管改道通过至少二相二级变频变径连接于水轮装置和风轮装置，其安装环境无特殊要求，不需要用水泥做机座基础，只需将地面整平即可；

（Ⅺ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，由于结构简单，故不需要特定的维修工具和专业维修人员，可不停机现场进行在线抢修、维护，操作方便，能实现全天候作业；

（Ⅻ）本发明采用井下水仓水源作动力源并将高压喷水装置与水轮装置和风轮装置连接的送风、喷雾相结合的技术方案，其结构简化、紧凑、体积小，操作控制灵活轻快，工作效率高，动力源完全是利用井下水仓水源，不用电机，无特殊工艺要求，是同样型号的电动风机成本的35%，投资成本较低，它克服了现有通风设备不能作主机的缺陷，市场潜力巨大，极易普及推广。

本发明适合各型煤矿采掘用通风设备；特别适合高瓦斯突出型矿井煤层采掘用通风设备。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为本发明基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机的主视图。

图2为本发明基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机的透视图。

图3为本发明中显示水轮装置与风轮装置连接的侧向透视图。

图4为本发明中显示水轮装置、高压喷水装置与风轮装置连接的轴向透视图。

图中：1、水箱基座，11、基座箱体，12、回流水箱，13、回流水槽，14、箱体侧板，15、锣丝，2、水轮装置，21、水轮座架，22、水轮轴，23、皮带轮，24、皮带，25、叶轮，26、轴承座，27、轴承盖，28、轴承，29、卡销，3、风轮装置，31、风筒，311、风筒头，312、主风筒，313、风筒尾，314、护栏网，32、风轮座，33、风轮轴，34、风轮，4、高压喷水装置，41、高压水管，42、高压喷水嘴，43、高压支管，44、高压喷雾嘴，45、喷雾开关，5、皮带防护套。

具体实施方式

结合附图，基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，它包括一水箱基座1，水箱基座1上设一水轮装置2，水轮装置2经皮带24连接风轮装置3，一高压喷水装置4连接于水轮装置2和风轮装置3。

参照附图，水箱基座1包括基座箱体11、回流水箱12、回流水槽13、箱体侧板14。

参照附图，水轮装置2包括一设置于水箱基座1上的水轮座架21，水轮座架21中设有轴承座26，轴承座26中固定一水轮轴22，水轮轴22上装置皮带轮23、叶轮25。为了防水、防尘，轴承座26还设有密封用轴承盖27。

参照附图，风轮装置3包括设置于基座箱体11上的风筒31、安装在风筒31内的风轮座32、连接于风轮座32的风轮轴33，固定于风轮轴33上的前、后风轮34，为了取得好的送风、喷雾和安全运行效果，风筒31包括一形状为直锥筒的风筒头311、圆柱筒的主风筒312、过渡锥筒的风筒尾313，风筒尾313内边缘处装置护栏网314。

参照附图，高压喷水装置4包括连接于井下水仓的高压水管41、连接于高压水管41的高压喷水嘴42、高压支管43，连接于高压支管43的高压喷雾嘴44和喷雾开关45，高压喷雾嘴44呈均匀间隔安装于风筒头311内边缘处。

参照附图，为确保全天候24小时作业，皮带24还设有皮带防护套5。

由附图所示，本发明基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机的工作原理与工况：在井下水仓内安装一台输出压力为0.5-0.7MPa的高压水泵做动力，水仓内的水能循环使用；高压水泵经高压喷水装置4连接于水轮装置2和风轮装置3；高压喷水装置4中的高压水管41经多次多级变径后连接高压喷水嘴42并直接喷向到水轮装置2上，由于增加了数倍于基础水压的高压水，喷向安装在水箱基座1上水轮装置2的叶轮25，使叶轮25高速旋转，并带动水轮座架21中水轮轴22和皮带轮23同时旋转，经皮带24连接风轮装置3，从而带动设置在基座箱体11上风筒31内风轮座32的风轮轴33转动，使安装在风轮轴33前、后端的风轮34转动；同时高压喷水装置4中高压喷雾嘴44经高压支管43连接并安装在风轮装置3的风筒头311，四个高压喷雾嘴44呈圆周状均匀间隔安装于风筒头311内边缘处，配合风轮34旋转送风并同时喷雾，本实施例中选用10.5MPa的高压水泵做动力，高压水管41选用公称外径110mm的PSP管，经至少二级变径成公称外径为50-32mm的PSP管；本实施例变径后的高压支管43为公称外径25mm的PSP管。

结合附图，具体操作步骤：启动高压水泵，水泵中压力水在变径管中快速增压成高压水经高压喷水嘴42冲击叶轮25，叶轮25的旋转使水轮轴22和皮带轮23同时转动，同时由皮带24带动风轮轴33及其上的前、后风轮34旋转，此时，打开喷雾开关45，使高压喷雾嘴44向风轮34叶片喷雾，细雾和着空气一同送到作业现场，同时高压水经回流水箱12、回流水槽13实现循环。

结合附图，本发明基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机的组装操作步骤：

①水箱基座1和水轮装置2的安装：先用锣丝15将水轮座架21固定在基座箱体11上，再用锣丝15将轴承座26、轴承盖27固定在水轮座架21上，其内安装轴承28，轴承28内安装水轮轴22，再在水轮轴22上装置皮带轮23和叶轮25，皮带轮23和叶轮25安装完毕后用卡销29将其与水轮轴22固定，使其成为一体，基座箱体11内部零部件安装完成，基座箱体11下端安装一回流水槽13。

②风轮装置3的安装：风轮装置3经风筒31连接于基座箱体11上，风筒31主风筒312中固定风轮座32，再用锣丝15将轴承座26及轴承盖27固定在风轮座32上，其内安装轴承28，轴承28内安装风轮轴33，再在风轮轴33上安装皮带轮23及皮带24，使皮带24通过主风筒312下的皮带孔进入基座箱体11内，并套在基座箱体11的皮带轮23上，使其上下连接成传动链，同时将筒内零件已全部安装完毕的风筒31与内部零件已全部安装完毕的基座箱体11整体相连接，用锣丝15使其固定；皮带24安装完毕后，再于皮带24外安装皮带防护套5，并将其固定于主风筒312，使基座箱体11内的循环水不能进入主风筒312内；再将前、后叶轮25分别安装在风轮轴33上，并用卡销29将叶轮25卡住；主风筒312与基座箱体11组装完毕后，再将风筒头311用锣丝15固定在主风筒312的前端，风筒尾313用锣丝15固定在主风筒312的后面，护栏网314用锣丝15固定于风筒尾313内边缘处，至此，基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机主体部分安装完毕。

③高压喷水装置4的安装：高压喷水装置4安装在基座箱体11上，其中一高压水泵与水轮装置2和风轮装置3连接，高压水泵的水压由高压水管41经多相多级变频变径加压连接高压喷水嘴42，高压喷水嘴42分为上下两个，高压喷水嘴42嘴头分别对准叶轮25上下的叶轮片；在高压水管41上分接高压支管43，高压支管43中部安装喷雾开关45，高压支管43末端分别连接四个高压喷雾嘴44，高压喷雾嘴44呈均匀间隔安装于风筒头311内边缘处，高压喷雾嘴44的喷雾大小由喷雾开关45控制；所有零部件安装完毕后，再将箱体侧板14用锣丝15固定在基座箱体11上，使其完全封闭。

Claims

1.基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，其特征在于它包括由基座箱体（11）、回流水箱（12）、回流水槽（13）、箱体侧板（14）组成的水箱基座（1），该水箱基座（1）上设一水轮装置（2），此水轮装置（2）包括一设置于水箱基座（1）上的水轮座架（21），水轮座架（21）中设有轴承座（26），轴承座（26）中固定一水轮轴（22），水轮轴（22）上装置皮带轮（23）、叶轮（25）；水轮装置（2）经皮带（24）连接风轮装置（3），该风轮装置（3）包括设置于基座箱体（11）上的风筒（31）、安装在风筒（31）内的风轮座（32）、连接于风轮座（32）的风轮轴（33）、固定于风轮轴（33）上的风轮（34）；风筒（31）包括风筒头（311）、主风筒（312）、风筒尾（313）；一高压喷水装置（4）连接于水轮装置（2）和风轮装置（3）。

2.根据权利要求1所述的基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，其特征在于所述风筒头（311）为直锥筒、主风筒（312）为圆柱筒、风筒尾（313）为过渡锥筒。

3.根据权利要求1所述的基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，其特征在于所述风筒尾（313）内边缘处装置护栏网（314）。

4.根据权利要求1所述的基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，其特征在于所述高压喷水装置（4）包括连接于井下水仓的高压水管（41），连接于高压水管（41）的高压喷水嘴（42）和高压支管（43），连接于高压支管（43）的高压喷雾嘴（44）和喷雾开关（45）。

5.根据权利要求4所述的基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，其特征在于所述高压喷雾嘴（44）呈均匀间隔安装于风筒头（311）内边缘处。

6.根据权利要求1所述的基于井下水仓水源喷雾式环保节能防爆风机，其特征在于所述皮带（24）设有皮带防护套（5）。