CN106437814A - 一种脉动风流发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉动风流发生装置，包括风筒连接件、外壳、轴固定件、固定轴、曲型叶片和转动轴承，外壳为两端开口的桶状物，风筒连接件固定于外壳一端连接风筒，外壳内装有固定轴，固定轴由轴固定件与外壳连接固定，曲型叶片为2片，曲型叶片通过转动轴承呈S状对称安装于所述固定轴两侧。本发明构造了一种简单的纯机械式的脉动风流的装置，能依靠风压动力自动生成速度呈周期性变化脉动风流，无需增加控制装置，就能在低成本、具有良好的环境适应性、操作便捷和不影响风流射程的情况下，提高驱尘排毒效率。

Description

一种脉动风流发生装置

技术领域

本发明涉及风流控制装置，尤其涉及一种脉动风流发生装置。

背景技术

矿山井下生产在有限空间进行，受矿尘和有毒有害气体污染严重，因此良好的通风是矿井安全生产的基本条件。在各种通风方式中，采用局部通风机配接导风风筒，将新鲜风流压入作业区域，以置换或排除污染空气，这种方式被称为“压入式通风”，是矿井独头巷道最常见的通风方式之一。通常实施方法是，将局部通风机布设在有新鲜风流的巷道里，利用通风机产生的风压，通过风筒将新鲜风流延送至作业面附近。为设备安全起见，风筒出口通常需与迎头面保持一定安全距离。在局部通风机工作基本稳定条件下，送出风流的风压、风速基本稳定，可视为恒流压风。由于风筒悬挂在巷道侧帮，受空间限制，压风风流为受限附壁射流。这种受限附壁射流会在巷道内形成射流区、回流区和涡流区。风流从风筒口射出，进入射流区，携带污染空气由回流区返回。回流区距离风筒出口越远，风流清洗巷道的距离就越长，而这段距离主要由风流射程决定。涡流区是指回流区与独头巷道迎头面之间的区域，涡流区内的污染空气以涡流方式流动，一般视为不规则运动状态，主要依靠自行扩散进入回流区，而这一过程往往十分缓慢，使得作业面污染空气长期滞留。这也是目前独头巷道应用恒流压风排尘效果普遍不佳的主要原因。研究和实验显示，与恒流通风相比，风速不断发生变化的风流，对污染物的运移更为有利，主要原因是速度变化的风流，其紊流特性更强，能在一定程度上强化新鲜风流与污染空气之间的参混，还能破坏污染物聚集区的稳定性(例如煤矿瓦斯在上隅角的聚集)，加速扩散效应。这种方式为变速通风。

目前，实现变速通风的方法主要有两种，一是通过控制通风机转速，二是调节通风机出口风量。两种方法都可实现风量调节。而风量的变化在同一断面尺寸巷道内流动，即会反映在风速的变化上。

控制通风机转速的常见方法是，给通风机加装一套变频调速控制系统，通过设定的程序来控制调节通风机供电的频率，从而实现通风机转速的变化。该方法存在的主要问题是：需要给通风机加装变频调速控制系统，该类系统为电子装置，成本高，技术复杂，连接线路多，受到使用环境条件限制。一个典型的变频调速控制系统包括的基本单元有控制单元和执行机构，造价较高，连接线路复杂。而独头巷道区域空间狭窄、通风条件差，环境温、湿度都较高，这些都属于影响变频调速控制系统正常工作的不利因素。另一方面，当通风机转速调整到较低状态时，风流射程会显著减小，严重影响作业面通风效果。

调节通风机出口风量的常见方法是在通风机出口加装风门，用时间继电器控制牵引电磁铁的分离、吸合，通过连杆带动挡风板的开启、闭锁，实现风量的大小切换。该方法存在的主要问题有三个：一是风门需要专门的操作控制机构，结构较复杂，连线多；二是继电器触点易老化失灵，影响系统可靠性；三是风门在关闭过程中，风阻快速加大，通风机工作点快速上移，容易出现进入非稳定工作区现象，导致通风机发生“喘振”。

发明内容

本发明的目的是构造一种简单的纯机械式的能自动生成速度呈周期性变化脉动风流的装置，无需增加控制装置，就能在低成本、具有良好的环境适应性、操作便捷和不影响风流射程的条件下，提高驱尘排毒效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种脉动风流发生装置，包括风筒连接件、外壳、轴固定件、固定轴、曲型叶片和第一转动轴承，外壳为两端开口的桶状物，风筒连接件固定于外壳一端连接风筒，外壳内装有固定轴，固定轴由轴固定件与外壳连接固定，曲型叶片有2片，曲型叶片通过第一转动轴承呈S状对称安装于固定轴两侧。

本发明还提供了一种脉动风流发生装置，包括风筒连接件、外壳、转轴、曲型叶片和第二转动轴承，外壳为两端开口的筒状物，风筒连接件固定于外壳一端用于连接风筒，外壳内装有转轴，转轴与外壳连接处安装有第二转动轴承，曲型叶片有2片，曲型叶片呈S状对称固定于转轴两侧。

进一步地，本装置的外壳为圆筒形，曲型叶片为半圆形，弯曲弧度为120°，曲型叶片与外壳的间隙宽度为外壳内径的0.1-0.2倍。

进一步地，本装置还包括安全网，安全网用合页和/或插销固定在所述外壳尾端。

本发明具有以下有益效果：

本发明的一种脉动风流发生装置，通过风筒连接件连接到出风筒，当风流通过本装置时，双曲面结构的叶片在风流的作用下自行滚动旋转，对风流形成周期性的遮挡，使得出风口风量和风速发生周期性的变化，形成脉动风流。由于本装置为简单的纯机械式的装置，无电子元器件，具有成本低、可靠性高和适用性良好的特点，能在不影响风流射程的情况下产生脉动风流。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的一种脉动风流发生装置示意图；

图2(a)和图2(b)是本发明优选实施例的叶片转轴结构示意图；

图3(a)-图3(e)是本发明优选实施例的风流对叶片作用力分析图。

图中各标号表示：

1、风筒连接件；2、外壳；3、轴固定件；4、固定轴；5、曲型叶片；6、第一转动轴承；7、安全网。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：参见图1，本发明实施例的一种脉动风流发生装置，包括风筒连接件1、外壳2、轴固定件3、固定轴4、曲型叶片5和第一转动轴承6，外壳2为两端开口的筒状物，风筒连接件1固定于外壳2一端用于连接风筒，外壳2内装有固定轴4，固定轴4由轴固定件3与外壳2连接固定，曲型叶片5有2片，曲型叶片5通过第一转动轴承6呈S状对称安装于固定轴4两侧。本装置通过风筒连接件1安装在风筒尾端，使得风筒出来的风进入本装置。本装置中安装有一对通过第一转动轴承6呈S状安装于固定轴4两侧的曲型叶片5，当风流通过曲型叶片5时，曲型叶片5在风流作用下自行滚动旋转，使得过风面积发生周期性的变化，出风口风量和风速随之发生周期性的变化，形成脉动风流。

参见图2，本发明实施例的一种脉动风流发生装置，曲型叶片5通过第一转动轴承6呈S状对称安装于固定轴4两侧，曲型叶片5既可以直接安装在第一转动轴承6上，也可以在第一转动轴承6上安装一连接杆，曲型叶片5安装在连接杆上，第一转动轴承6带动连接杆转动从而使曲型叶片5转动。连接杆的设置使得曲型叶片5转动时或曲型叶片5发生微小形变时不会与固定轴4发生碰撞。

在本发明实施例中，对呈S型安装的曲型叶片受力分析如图3所示，图3(a)所示为风流受曲型叶片阻挡作用改变流动方向。如图3(b)所示，根据牛顿定律，风流对曲型叶片形成反作用力。根据受力分析结果可知，在上下曲型叶片上分别作用两个方向相反的水平方向作用分力，形成转矩，推动曲型叶片旋转。旋转过程中，转矩始终存在，参见图3(c)。到达图3(d)位置时，尽管上下曲型叶片转矩相反，但由于力矩之差，转动仍然继续，方向不变。尽管存在一个曲型上下叶片转矩平衡位置，如图3(e)所示，但由于惯性作用，曲型叶片瞬间离开平衡位置，转动继续。因此，只要风筒持续的送风，本装置就可以持续的产生周期性的脉动风流。

本发明实施例中的叶片转动原理也可由空气动力学原理得到解释：在同一个风流中，凸曲面流速快，受压较小，而凹曲面流速受阻，受压较大，压差形成转矩推动叶片旋转。由于上下曲型叶片反向安装，且叶片具有质量惯性，因此在旋转过程中，力矩始终存在，从而保证叶片能够连续自动旋转。

本发明实施例中，外壳2为圆筒形，曲型叶片5为半圆形，曲型叶片5旋转过程中其边缘与外壳2始终保留间隙，间隙宽度为圆筒外壳2内径的0.1-0.2倍。即使外壳发生微小形变，也能保证曲型叶片5在本装置的外壳2内能自如的转动，又不会使得间隙过大造成产生脉动风流的效率下降。

本发明实施例中，曲型叶片5的弯曲弧度为120°，在该弧度下，曲型叶片5在风流作用下形成的转矩最大，即使风流处于较小的时候，曲型叶片5也能形成旋转状态产生转矩，保证曲型叶片5能够连续自动的旋转。

本发明实施例中，本装置还包括安全网7，安全网7用合页和/或插销固定在外壳2尾端，由于安全网7的存在，阻断了叶片与外部的接触，既避免了物体进入装置对曲型叶片5造成损伤，又可以防止曲型叶片5对人体造成伤害。

实施例2：本发明实施例还包括一种脉动风流发生装置，包括风筒连接件1、外壳2、转轴、曲型叶片5和第二转动轴承，外壳2为两端开口的筒状物，风筒连接件1固定于外壳2一端用于连接风筒，外壳2内装有转轴，转轴与外壳2连接处安装有第二转动轴承，曲型叶片5有2片，所述曲型叶片5呈S状固定于转轴上。与上述方案不同的是，此方案是将曲型叶片5固定在转轴上不动，而通过转轴本身的转动来带动曲型叶片5转动从而产生脉动风流。

本发明实施例中，外壳2为圆筒形，曲型叶片5为半圆形，曲型叶片5旋转过程中其边缘与外壳2始终保留间隙，间隙宽度为圆筒外壳2内径的0.1-0.2倍。即使外壳发送微小形变，也能保证曲型叶片5在本装置的外壳2内能自如的转动，又不会使得间隙过大造成产生脉动风流的效率下降。

本发明实施例中，曲型叶片5的弯曲弧度为120°，在该弧度下，曲型叶片5在风流作用下形成的转矩最大，即使风流处于较小的时候，曲型叶片5也能形成旋转状态产生转矩，保证曲型叶片5能够连续自动的旋转。

本发明实施例中，本装置还包括安全网7，安全网7用合页和/或插销固定在外壳2尾端，由于安全网7的存在，阻断了叶片与外部的接触，既避免了物体进入装置对曲型叶片5造成损伤，又可以防止曲型叶片5对人体造成伤害。

本装置应用于某矿山井下独头掘进工作面爆破排烟，与恒流压风系统进行比较，当安装位置和爆破条件相同，恒流压风系统排出炮烟时间需32分钟，而本装置排出炮烟时间为25分钟，减少了五分之一。

综上所述，本发明构造了一种能自动生成速度呈周期性变化的滚动曲叶脉动风流发生装置，与其他变速通风设备相比具有稳定性高，不影响风流射程，无需加装控制装置和电子器件的优点，并具有成本低和适用性好的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉动风流发生装置，其特征在于，包括风筒连接件(1)、外壳(2)、轴固定件(3)、固定轴(4)、曲型叶片(5)和第一转动轴承(6)，所述外壳(2)为两端开口的筒状物，所述风筒连接件(1)固定于所述外壳(2)一端用于连接风筒，所述外壳(2)内装有所述固定轴(4)，所述固定轴(4)由所述轴固定件(3)与所述外壳(2)连接固定，所述曲型叶片(5)有2片，所述曲型叶片(5)通过所述第一转动轴承(6)呈S状对称安装于所述固定轴(4)两侧。

2.根据权利要求1所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，所述曲型叶片(5)弯曲弧度为120°。

3.根据权利要求2所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，所述曲型叶片(5)为半圆形，所述外壳(2)为圆筒形。

4.根据权利要求3所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，所述曲型叶片(5)与所述外壳(2)的间隙宽度为所述外壳(2)内径的0.1-0.2倍。

5.根据权利要求4所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，还包括安全网(7)，所述安全网(7)用合页和/或插销固定在所述外壳(2)另一端。

6.一种脉动风流发生装置，其特征在于，包括风筒连接件(1)、外壳(2)、转轴、曲型叶片(5)和第二转动轴承，所述外壳(2)为两端开口的筒状物，所述风筒连接件(1)固定于所述外壳(2)一端用于连接风筒，所述外壳(2)内装有所述转轴，所述转轴与所述外壳(2)连接处安装有所述第二转动轴承，所述曲型叶片(5)有2片，所述曲型叶片(5)呈S状对称固定于所述转轴两侧。

7.根据权利要求6所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，所述曲型叶片(5)弯曲弧度为120°。

8.根据权利要求7所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，所述曲型叶片(5)为半圆形，所述外壳(2)为圆筒形。

9.根据权利要求8所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，所述曲型叶片(5)与所述外壳(2)的间隙宽度为所述外壳(2)内径的0.1-0.2倍。

10.根据权利要求9所述的一种脉动风流发生装置，其特征在于，还包括安全网(7)，所述安全网(7)用合页和/或插销固定在所述外壳(2)另一端。