CN104549810B - 主动式隔爆旋流喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种主动式隔爆旋流喷头，该装置必须要爆炸压力达到一定值才能触发隔爆装置，对煤尘防爆的适用性较强；采用的技术方案为：主动式隔爆旋流喷头，喷头与给水管的一端通过法兰连接，给水管的另一端为封闭端，喷头用于喷射液体使其按照设计的曲面形式进行喷射；旋转机构活动套装在给水管的外部，用于为喷头及给水管提供旋转功能；壳体机构设置在旋转机构的外侧，用于提供支撑和连接固定；给水管的侧面设置有进水口，转速控制机构设置在给水管内，并相邻进水口设置，转速控制机构用于控制喷头的转速；密封机构设置在给水管和壳体机构之间，用于二者之间的流体密封；本发明主要应用于消防、巷道降尘、防爆等领域。
Description
技术领域
本发明主动式隔爆旋流喷头，属于煤化工安全生产、消防防险、管道安全输送等技术领域。
背景技术
随着煤化工生产规模的不断扩大，煤矿井下瓦斯爆炸是造成煤矿重大事故的根源，我国95%以上的煤矿为瓦斯矿，其中49.2%的煤矿是高瓦斯矿，而高瓦斯矿的煤尘一样具有爆炸危险性，所以高瓦斯、煤尘爆炸对煤矿安全生产威胁程度在不断加大。因此有效和可靠地抑制瓦斯、煤尘爆炸，降低爆炸灾害带来的损失是我国煤矿安全生产中迫切需要解决的问题。
目前国内外多个技术领域对各种隔爆技术已经展开了研究，如岩粉棚、隔爆水槽及隔爆水袋等已经在生产过程中有了一定的应用，但基本上使用的是被动隔爆技术。被动式隔爆技术主要是依赖瓦斯煤尘爆炸中冲击波的动力使隔爆装置产生动作，如水槽、岩粉槽破碎、水袋脱钩并抛撒消焰剂等，从而形成爆炸抑制带，扑灭滞后于冲击波传播的爆炸火焰，以阻止爆炸传播的技术。如隔爆水槽是依靠爆炸时产生的冲击波压力击碎水槽，形成水雾从而扑灭火焰并阻止火焰传播来达到隔爆目的。隔爆水袋是依靠爆炸时产生的压力使水袋脱钩，形成水雾体以水的吸热效应，扑灭并阻断火焰的传播以达到隔爆目的。目前煤矿采用的岩粉棚和水袋等设施均为一次性，不具有重复使用性，因此对二次爆炸及多次爆炸事故均失去了相应的隔爆作用。此外，被动隔爆设施的隔爆效能受现场安装的规范性影响，如水袋挂钩的角度和储存水量直接影响到隔爆水袋的效果，可靠性大大减低。现有喷阻设备主要存在的问题是仅有单个喷头、隔爆液喷洒范围小、喷洒液量少，除尘效果差，防爆效果容易受到空气流动的影响。如果要实现有效的隔爆效果必须得有多个喷头联合喷洒，但往往喷洒力度不均匀，方向性不准确，设备结构复杂，占用空间较大，造成资源浪费，加工成本也相对较高。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供了一种主动式隔爆旋流喷头，该装置必须要爆炸压力达到一定值才能触发隔爆装置，对煤尘防爆的适用性较强。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：主动式隔爆旋流喷头，包括喷头、给水管、旋转机构、密封机构、转速控制机构和壳体机构；所述喷头与给水管的一端通过法兰连接，所述给水管的另一端为封闭端，所述喷头用于喷射液体使其按照设计的曲面形式进行喷射，所述给水管用于对喷头给水；所述旋转机构活动套装在给水管的外部，用于为喷头及给水管提供旋转功能；所述壳体机构设置在旋转机构的外侧，用于提供支撑和连接固定；所述给水管的侧面设置有进水口，所述转速控制机构设置在给水管内，并相邻进水口设置，所述转速控制机构用于控制喷头的转速；所述密封机构设置在给水管和壳体机构之间，用于二者之间的流体密封。
优选地，所述壳体机构的结构为：包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体分别设置在给水管的两侧，所述第一壳体和第二壳体与给水管配合形成一个环形的给水仓，所述第一壳体上设置有进水管，所述进水管与给水仓相连通，所述给水仓内设置有多个条形的进水通道，所述进水通道与给水管内部连通。
优选地，所述密封机构的结构为：包括轴承防尘密封圈、迷宫密封环，所述轴承防尘密封圈设置在轴承的一侧，所述迷宫密封环设置在轴承的另一侧；
所述迷宫密封环的结构为：包括溢流带、外密封圈、导流孔、内密封圈和密封环本体，所述密封环本体的外侧设置有环形槽状的溢流带，所述密封环本体的内侧呈齿状，所述外密封圈设置在密封环本体的外侧，所述内密封圈设置在密封环本体的内侧，所述导流孔设置在密封环本体内，将密封环本体内侧与溢流带连通。
优选地，所述第一壳体和第二壳体在与迷宫密封环接触的部位设置有溢流孔，所述溢流孔与溢流带相连通，将溢出的液体排出第一壳体和第二壳体外部。
优选地，所述喷头的结构为：包括四个曲线型出水孔，所述出水孔的出水口圆形阵列分布在喷头的头部，所述出水孔由圆形阵列分布在喷头内的四个弧形的叶片配合形成。
优选地，所述旋转机构的结构为：包括轴承和轴承固定瓦，所述轴承固定瓦对应设置在给水管两端外侧的定位槽内，所述轴承对应设置在轴承固定瓦内。
优选地，所述转速控制机构为：包括内叶片和/或外叶片，所述内叶片设置在给水仓内，所述外叶片可拆卸地设置在给水管外侧，用于辅助内叶片控制喷头的转速。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明利用曲线出水孔，加上自身转子转动形成螺旋的由液滴组成的曲面，从而使液体均匀分布在工作空间内，喷洒力度均匀，方向性准确，节约资源。
2、本发明中给水管采用径向进水,内设四个叶片形成阻力控制转速，采用压力和内叶片（和/或外叶片）相结合的方式限制转速。
3、本发明密封采用迷宫密封与传统密封圈相结合的方式，保证较小的阻力。
4、本发明推动其中湿润气体流动，形成远大于液体喷射射程的安全隔爆区域，从而阻隔爆炸火焰的传播，且本发明设备结构简单，占用空间小，加工成本低。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A区域的局部放大图。
图3为本发明中喷头的结构示意图。
图4为本发明中喷头的剖视图。
图中，1为喷头、11为出水孔、2为给水管、3为旋转机构、31为轴承、32为轴承固定瓦、4为密封机构、41为轴承防尘密封圈、42为迷宫密封环、421为溢流带、422为外密封圈、423为导流孔、424为内密封圈、425为密封环本体、5为转速控制机构、51为内叶片、6为壳体机构、61为第一壳体、62为第二壳体、63为给水仓、64为进水管、65为溢流孔。
具体实施方式
如图1～图4所示，本发明主动式隔爆旋流喷头，包括喷头1、给水管2、旋转机构3、密封机构4、转速控制机构5和壳体机构6；所述喷头1与给水管2的一端通过法兰连接，所述给水管2的另一端为封闭端，所述喷头1用于喷射液体使其按照设计的曲面形式进行喷射，所述给水管2用于对喷头1给水；所述旋转机构3活动套装在给水管2的外部，用于为喷头1及给水管2提供旋转功能；所述壳体机构6设置在旋转机构3的外侧，用于提供支撑和连接固定；所述给水管2的侧面设置有进水口，所述转速控制机构5设置在给水管2内，并相邻进水口设置，所述转速控制机构5用于控制喷头1的转速；所述密封机构4设置在给水管2和壳体机构6之间，用于二者之间的流体密封。
所述壳体机构6的结构为：包括第一壳体61和第二壳体62，所述第一壳体61和第二壳体62分别设置在给水管2的两侧，所述第一壳体61和第二壳体62与给水管2配合形成一个环形的给水仓63，所述第一壳体61上设置有进水管64，所述进水管64与给水仓63相连通，所述给水仓63内设置有多个条形的进水通道，所述进水通道与给水管2内部连通。
所述密封机构4的结构为：包括轴承防尘密封圈41、迷宫密封环42，所述轴承防尘密封圈41设置在轴承31的一侧，所述迷宫密封环42设置在轴承31的另一侧；
所述迷宫密封环42的结构为：包括溢流带421、外密封圈422、导流孔423、内密封圈424和密封环本体425，所述密封环本体425的外侧设置有环形槽状的溢流带421，所述密封环本体425的内侧呈齿状，所述外密封圈422设置在密封环本体425的外侧，所述内密封圈424设置在密封环本体425的内侧，所述导流孔423设置在密封环本体425内，将密封环本体425内侧与溢流带421连通。
所述第一壳体61和第二壳体62在与迷宫密封环42接触的部位设置有溢流孔65，所述溢流孔65与溢流带421相连通，将溢出的液体排出第一壳体61和第二壳体62外部。
所述喷头1的结构为：包括四个曲线型出水孔11，所述出水孔11的出水口圆形阵列分布在喷头1的头部，所述出水孔11由圆形阵列分布在喷头1内的四个弧形的叶片配合形成。
所述旋转机构3的结构为：包括轴承31和轴承固定瓦32，所述轴承固定瓦32对应设置在给水管2两端外侧的定位槽内，所述轴承31对应设置在轴承固定瓦32内。
所述转速控制机构5为：包括内叶片51和/或外叶片，所述内叶片51设置在给水仓63内，所述外叶片可拆卸地设置在给水管2外侧，用于辅助内叶片51控制喷头1的转速。
本发明必须要爆炸压力达到一定值才能触发隔爆装置，对煤尘防爆的适用性较强。
主动式隔爆装置结合探测器、控制器、喷阻器协同工作，其工作原理为：探测器探测到爆炸燃烧火焰时，将燃烧火焰的物理量转化为电信号传送给控制器，控制器发出指令，指挥喷洒装置喷洒出抑爆剂扑灭火焰从而阻断火焰传播。
煤矿井发生瓦斯爆炸，爆炸火焰在巷道内传播，传感器将信号通过转换设备输入单片机分析识别启动隔爆系统，给液体施加压力使隔爆液注入本装置。
本发明的组装过程：首先用螺栓通过法兰连接喷头1与给水管2接口处增添密封垫圈组成转子，将轴承防尘密封圈41、轴承31和迷宫密封环42（已安装配套的橡胶密封圈）从后部装入给水管2管身顺序依次为：轴承防尘密封圈41、轴承31、迷宫密封环42、迷宫密封环42、轴承31、轴承防尘密封圈41，将轴承固定瓦32（共两组，每组两个）从轴承31和迷宫密封环42之间装入给水管2的定位槽中，将两轴承31分别套在轴承固定瓦32的外侧完成中心部位机构的装配；然后将先前的中心部分机构按照各自对应的固定槽装入第一壳体61和第二壳体62中，在第一壳体61和第二壳体62之间加装轴向密封条，然后并用螺栓连接固定；最后，将装置通过螺栓和法兰安装在相应的管道和设备上组装完成。
本发明的工作过程：系统启动后管道内液体经进水管64被压入环形的给水仓63，分布在给水管2内给水仓63上的四个条形进水通道，实现喷头1第一步进液；液体充满环形的给水仓63后，从给水管2内的四个条形进水通道流入给水管2内部实现第二进液。（在进水口处的设计有弧形的内叶片51对进水口处管体进行补强，在转子转动时产生阻力为转子提供阻尼，其形状设计为弧形类似泵的叶片有利于减少湍流，增加实际的进水截面积，从而降低压力损失其。液体进入给水管2后由于内部的压力作用向转子的头部流动并喷射出去由于反冲作用推动转子旋转。喷头1的出水孔11采用连续的曲线形式，使喷射液滴基本形成四个不断旋转的连续曲面，使液滴形成的曲面进一步变化成为四个螺旋曲面均分布在巷道或其他工作空间内，不段旋转的螺旋曲面与巷道的四壁接触形成与巷道形状吻合的四个由液滴组成螺旋叶片推动其中湿润气体流动（类似轴流风机），形成远大于液体喷射射程的安全隔爆区域，从而有效阻隔爆炸火焰的传播。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.主动式隔爆旋流喷头，其特征在于，包括喷头（1）、给水管（2）、旋转机构（3）、密封机构（4）、转速控制机构（5）和壳体机构（6）；所述喷头（1）与给水管（2）的一端通过法兰连接，所述给水管（2）的另一端为封闭端，所述喷头（1）用于喷射液体使其按照设计的曲面形式进行喷射，所述给水管（2）用于对喷头（1）给水；所述旋转机构（3）活动套装在给水管（2）的外部，用于为喷头（1）及给水管（2）提供旋转功能；所述壳体机构（6）设置在旋转机构（3）的外侧，用于提供支撑和连接固定；所述给水管（2）的侧面设置有进水口，所述转速控制机构（5）设置在给水管（2）内，并相邻进水口设置，所述转速控制机构（5）用于控制喷头（1）的转速；所述密封机构（4）设置在给水管（2）和壳体机构（6）之间，用于二者之间的流体密封；
还包括探测器、控制器、喷阻器，所述探测器用于探测爆炸产生的燃烧火焰并能将燃烧火焰的物理量转化为电信号传送给控制器，所述控制器控制喷阻器为喷头（1）提供抑爆剂扑灭火焰从而阻断火焰传播；所述壳体机构（6）的结构为：包括第一壳体（61）和第二壳体（62），所述第一壳体（61）和第二壳体（62）分别设置在给水管（2）的两侧，所述第一壳体（61）和第二壳体（62）与给水管（2）配合形成一个环形的给水仓（63），所述第一壳体（61）上设置有进水管（64），所述进水管（64）与给水仓（63）相连通，所述给水仓（63）内设置有多个条形的进水通道，所述进水通道与给水管（2）内部连通；
所述密封机构（4）的结构为：包括轴承防尘密封圈（41）、迷宫密封环（42），所述轴承防尘密封圈（41）设置在轴承（31）的一侧，所述迷宫密封环（42）设置在轴承（31）的另一侧；
所述迷宫密封环（42）的结构为：包括溢流带（421）、外密封圈（422）、导流孔（423）、内密封圈（424）和密封环本体（425），所述密封环本体（425）的外侧设置有环形槽状的溢流带（421），所述密封环本体（425）的内侧呈齿状，所述外密封圈（422）设置在密封环本体（425）的外侧，所述内密封圈（424）设置在密封环本体（425）的内侧，所述导流孔（423）设置在密封环本体（425）内，将密封环本体（425）内侧与溢流带（421）连通。
2.根据权利要求1所述的主动式隔爆旋流喷头，其特征在于，所述第一壳体（61）和第二壳体（62）在与迷宫密封环（42）接触的部位设置有溢流孔（65），所述溢流孔（65）与溢流带（421）相连通，将溢出的液体排出第一壳体（61）和第二壳体（62）外部。
3.根据权利要求2所述的主动式隔爆旋流喷头，其特征在于，所述喷头（1）的结构为：包括四个曲线型出水孔（11），所述出水孔（11）的出水口圆形阵列分布在喷头（1）的头部，所述出水孔（11）由圆形阵列分布在喷头（1）内的四个弧形的叶片配合形成。
4.根据权利要求3所述的主动式隔爆旋流喷头，其特征在于，所述旋转机构（3）的结构为：包括轴承（31）和轴承固定瓦（32），所述轴承固定瓦（32）对应设置在给水管（2）两端外侧的定位槽内，所述轴承（31）对应设置在轴承固定瓦（32）内。
5.根据权利要求4所述的主动式隔爆旋流喷头，其特征在于，所述转速控制机构（5）为：包括内叶片（51）和/或外叶片，所述内叶片（51）设置在给水仓（63）内，所述外叶片可拆卸地设置在给水管（2）外侧，用于辅助内叶片（51）控制喷头（1）的转速。
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