CN106558947B - 一种固体充填采煤垂直投料井多级发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，属于利用下投的固体充填物料进行发电的系统。在垂直投料系统底部安装4～6套传动轮，每套传动轮通过配套圆锥齿轮换向传动器、变速箱和发电机，构成一级发电子系统，传动轮受充填物料撞击而旋转，将机械能转化为电能，实现第一次发电；同时在锥形缓冲器每组缓冲弹簧对应位置安装有永久磁铁对准电感线圈中部，构成二级发电子系统，锥形缓冲器在充填物料撞击过程中上下运动，带动永久磁铁与对应的电感线圈做交互运动而产生电流，实现固体充填采煤垂直投料系统的第二次发电。本发明发电系统，使固体充填采煤中投料所产生的动能得到充分利用，提供大量的清洁能源，减少能量浪费，不影响矿井正常生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用采煤物料下投的发电系统，特别是一种固体充填采煤垂直投料井多级发电系统。
背景技术
随着科技的进步以及工业的迅猛发展，人类对能源的需求越来越多，在可利用的能源日趋减少的情形下，人类不得不寻找和充分利用其他可利用的能源。
在综合机械化固体充填采煤技术中，为了高效、快捷的将地面的充填物料运输至井下，设计了垂直投料输送系统，其主要设备包括投料管、缓冲装置、满仓报警监控装置、储料仓清堵装置、控制装置等。其工作流程为：地面矸石经筛分、破碎等前期工序后运输至垂直投料输送系统投料井井口，矸石被投放至投料井内，经缓冲装置缓冲后进入井下储料仓，充填作业时通过给料机将充填物料放出至井下带式输送机，进而运输至工作面。
可见由于井上下高差大，物料在下落过程中将产生极大的速度，从而具有极高的动能，若不采取措施对其能量进行转换收集将造成能量的极大浪费。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，通过利用固体充填采煤过程中物料下投所产生的动能进行发电，避免能量的极大浪费。
技术方案：本发明的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，包括：第一级发电子系统、第二级发电子系统、地面发电室、传输线路、地面充填控制室、投料井、挡矸笼、锥形缓冲器和储料仓；地面充填控制室设于投料井井口，储料仓设于投料井井底，挡矸笼位于投料井与储料仓之间，锥形缓冲器安装于储料仓内，第一级发电子系统安装于挡矸笼下部，第二级发电子系统安装于锥形缓冲器下部，两级相互独立的发电子系统通过传输线路与地面发电室相连接。
所述的第一级发电子系统包括：传动轮、变速箱、发电机、圆锥齿轮换向传动器、复位器和传动轮支架；传动轮通过传动轮支架固定在挡矸笼内，传动轮竖直安装，每套传动轮配备一套圆锥齿轮换向传动器、复位器、变速箱和发电机，变速箱和发电机安装于附近硐室；固体充填物料投放过程中传动轮叶片受下落的充填物料撞击带动传动轮旋转，进而通过变速箱带动发电机将机械能转化为电能，实现系统第一级发电。
所述的第一级发电子系统包括4～6套传动轮，沿投料井井底环向均匀布置。
所述的传动轮包括：两套传动轮轴承、两套传动轮轴承座、传动轮中轴、4～6组传动轮叶片和圆形叶片底座；传动轮轴承套住传动轮中轴并进行刚性连接，然后安装于传动轮轴承座，传动轮轴承座对称分布于圆形叶片底座两侧并固定安装于传动轮支架，传动轮叶片为矩形钢板，长度15～20cm，厚度0.5～0.6cm，宽度与传动轮底座厚度相同，传动轮叶片焊接于圆形叶片底座，圆形叶片底座套住传动轮中轴并进行刚性连接，传动轮叶片伸入投料井部分长度d＝6～8cm。
所述的复位器和圆锥齿轮换向传动器分别安装于传动轮中轴两端并固定于传动轮支架上，圆锥齿轮换向传动器输出轴与变速箱输入轴连接，变速箱输出轴与发电机连接，复位器能够保证传动轮静止时永远有一传动轮叶片处于垂直伸入投料井状态，且只在传动轮静止时工作，变速箱输出轴与输入轴转速比为10:1～20:1。
所述的第二级发电子系统包括：电感线圈和永久磁铁；在锥形缓冲器每组缓冲弹簧对应位置安装电感线圈和永久磁铁；锥形缓冲器在充填物料撞击下上下运动，带动永久磁铁与对应的电感线圈做交互运动而产生电流，实现系统第二级发电。
所述的电感线圈固定于双减震拱形梁，并套住缓冲弹簧，永久磁铁正对电感线圈固定安装于锥形帽下部，可随锥形帽上下运动。
所述的电感线圈半径为缓冲弹簧半径的1.1～1.2倍，长度为缓冲弹簧长度的0.5～0.6倍，匝数根据电感线圈长度确定。
所述的地面发电室，用于安放整流器、蓄电装置、逆变器、变压器和设备自控平台，井下各发电机和电感线圈所发电源通过各自传输线路传输至地面发电室，经各自整流器转换为直流电存入共用蓄电装置，再经逆变器和变压器转换成需要的生活或工业用电，设备自控平台对各设备的运行状态进行监测及自动控制。
有益效果：一种固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，是充分利用固体充填采煤物料下投所产生的动能发电的方法，按照本发明的方法进行发电，不仅可以充分利用固体充填采煤中投料所产生的动能，减少能量浪费，而且可以提供大量的清洁能源，为目前能源紧张的局面贡献一份力量，成本低廉，方法简单，不影响矿井正常生产，经济效益显著，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的整体结构剖面示意图。
图2是图1中一级发电子系统安装俯视图。
图3是本发明的一级发电子系统连接示意图。
图4(a)是本发明的传动轮及配套结构主视图。
图4(b)是本发明的传动轮及配套结构右视图。
图5(a)是本发明二级发电子系统安装主视图。
图5(b)是本发明二级发电子系统安装俯视图。
图中：1-传动轮；2-变速箱；3-发电机；4-圆锥齿轮换向传动器；5-复位器；6-传动轮支架；7-电感线圈；8-永久磁铁；9-地面发电室；10-传输线路；11-地面充填控制室；12-投料井；13-挡矸笼；14-锥型缓冲器；15-储料仓；101-传动轮轴承；102-传动轮轴承座；103-传动轮中轴；104-传动轮叶片；105-传动轮底座；201-变速箱输入轴；202-变速箱输出轴；401-圆锥齿轮换向传动器输出轴；901-整流器；902-蓄电装置；903-逆变器；904-变压器；905-设备自控平台；141-缓冲弹簧；142-双减震拱形梁。
具体实施方式
本发明的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，包括：第一级发电子系统、第二级发电子系统、地面发电室9、传输线路10、地面充填控制室11、投料井12、挡矸笼13、锥形缓冲器14和储料仓15；地面充填控制室11设于投料井12井口，储料仓15设于投料井12井底，挡矸笼13位于投料井12与储料仓15之间，锥形缓冲器14安装于储料仓内，第一级发电子系统安装于挡矸笼13下部，第二级发电子系统安装于锥形缓冲器14下部，两级相互独立的发电子系统通过传输线路10与地面发电室9相连接。
所述的第一级发电子系统包括：传动轮1、变速箱2、发电机3、圆锥齿轮换向传动器4、复位器5和传动轮支架6；传动轮1通过传动轮支架6固定在挡矸笼13内，传动轮1竖直安装，每套传动轮1配备一套圆锥齿轮换向传动器4、复位器5、变速箱2和发电机3，变速箱2和发电机3安装于附近硐室；固体充填物料投放过程中传动轮叶片104受下落的充填物料撞击带动传动轮1旋转，进而通过变速箱2带动发电机3将机械能转化为电能，实现系统第一级发电。
所述的第一级发电子系统包括4～6套传动轮1，沿投料井井底环向均匀布置。
所述的传动轮包括：两套传动轮轴承101、两套传动轮轴承座102、传动轮中轴103、4～6组传动轮叶片104和圆形叶片底座105；传动轮轴承101套住传动轮中轴103并进行刚性连接，然后安装于传动轮轴承座102，传动轮轴承座102对称分布于圆形叶片底座105两侧并固定安装于传动轮支架6，传动轮叶片104为Q235高强度耐磨矩形钢板，长度15～20cm，厚度0.5～0.6cm，宽度与传动轮底座105厚度相同，传动轮叶片104焊接于圆形叶片底座105，圆形叶片底座105套住传动轮中轴103并进行刚性连接，传动轮叶片104伸入投料井12部分长度d＝6～8cm。
所述的复位器5和圆锥齿轮换向传动器4分别安装于传动轮中轴103两端并固定于传动轮支架6上，圆锥齿轮换向传动器4输出轴与变速箱2输入轴连接，变速箱2输出轴与发电机3连接，复位器5能够保证传动轮1静止时永远有一传动轮叶片104处于垂直伸入投料井12状态，且只在传动轮1静止时工作，变速箱输出轴202与输入轴201转速比为10:1～20:1。
所述的第二级发电子系统包括：电感线圈7和永久磁铁8；在锥形缓冲器14每组缓冲弹簧141对应位置安装电感线圈7和永久磁铁8；锥形缓冲器14在充填物料撞击下上下运动，带动永久磁铁8与对应的电感线圈7做交互运动而产生电流，实现系统第二级发电。
所述的电感线圈7固定于双减震拱形梁142，并套住缓冲弹簧141，永久磁铁8正对电感线圈7固定安装于锥形帽143下部，可随锥形帽143上下运动。
所述的电感线圈7半径为缓冲弹簧141半径的1.1～1.2倍，长度为缓冲弹簧141长度的0.5～0.6倍，匝数根据电感线圈7长度确定。
所述的地面发电室9，用于安放整流器901、蓄电装置902、逆变器903、变压器904和设备自控平台905，井下各发电机3和电感线圈7所发电源通过各自传输线路10传输至地面发电室9，经各自整流器901转换为直流电存入共用蓄电装置902，再经逆变器903和变压器904转换成需要的生活或工业用电，设备自控平台905对各设备的运行状态进行监测及自动控制。
下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的说明：
实施例1：本发明的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，包括：第一级发电子系统、第二级发电子系统、地面发电室9、传输线路10、地面充填控制室11、投料井12、挡矸笼13、锥形缓冲器14和储料仓15；地面充填控制室11设于投料井12井口，储料仓15设于投料井12井底，挡矸笼13位于投料井12与储料仓15之间，锥形缓冲器14安装于储料仓内，第一级发电子系统安装于挡矸笼13下部，第二级发电子系统安装于锥形缓冲器14下部，两级相互独立的发电子系统安装在储料仓15内部通过传输线路10与地面发电室9相连接。其中第一级发电子系统主要由传动轮1、变速箱2、发电机3、圆锥齿轮换向传动器4及复位器5组成，固体充填物料投放过程中传动轮叶片104受下落的充填物料撞击带动传动轮1旋转，进而通过变速箱2带动发电机3将机械能转化为电能，实现系统第一次发电；第二级发电子系统主要由电感线圈7和永久磁铁8组成，锥形缓冲器14在充填物料撞击下带动永久磁铁8与对应的电感线圈7做交互运动而产生电流，实现系统第二次发电，最终实现固体充填采煤垂直投料井多级发电功能。
第一级发电子系统中沿投料井12井底环向均匀布置4套传动轮1，传动轮1沿投料井12径向竖直安装，通过传动轮支架6固定于挡矸笼13内，每套传动轮1配备一套圆锥齿轮换向传动器4、复位器5、变速箱2和1台发电机3，变速箱2和发电机3安装于附近硐室。传动轮1主要由两套轴承101、两套轴承座102、中轴103、6组传动轮叶片104和圆形叶片底座105组成，轴承101套住中轴103并进行刚性连接，然后安装于轴承座102，轴承座102对称分布于圆形叶片底座105两侧并固定安装于传动轮支架6，传动轮叶片104为Q235高强度耐磨矩形钢板，长度20cm，厚度0.6cm，宽度与圆形叶片底座104厚度相同，传动轮叶片104焊接于圆形叶片底座105，圆形叶片底座105套住中轴103并进行刚性连接，传动轮叶片104伸入投料井12部分长度d＝8cm。复位器5、圆锥齿轮换向传动器4分别安装于中轴103两端并固定于传动轮支架6，圆锥齿轮换向传动器输出轴401与变速箱输入轴201连接，变速箱输出轴202与发电机3连接，复位器5能够保证传动轮1静止时永远有一传动轮叶片104处于垂直伸入投料井12状态，且只在传动轮1静止时工作，变速箱输出轴202与输入轴201转速比为20:1。
电感线圈7固定于双减震拱形梁142，并套住缓冲弹簧141，半径为缓冲弹簧141半径的1.2倍，长度为缓冲弹簧141长度的0.6倍，15匝，永久磁铁8正对电感线圈7固定安装于锥形缓冲器14下部，可随锥形缓冲器14上下运动。
建立地面发电室9，用于安放整流器901、蓄电装置902、逆变器903、变压器904和设备自控平台905，井下各发电机3和电感线圈7所发电源通过各自传输线路10传输至地面发电室9，经各自整流器901转换为直流电存入共用蓄电装置902，再经逆变器903变为交流电，最后经变压器904转换成需要的生活或工业用电，设备自控平台905对各设备的运行状态进行监测及自动控制。
Claims (8)
1.一种固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，包括：第一级发电子系统、第二级发电子系统、地面发电室、传输线路、地面充填控制室、投料井、挡矸笼、锥形缓冲器和储料仓；地面充填控制室设于投料井井口，储料仓设于投料井井底，挡矸笼位于投料井与储料仓之间，锥形缓冲器安装于储料仓内，第一级发电子系统安装于挡矸笼下部，第二级发电子系统安装于锥形缓冲器下部，两级相互独立的发电子系统通过传输线路与地面发电室相连接；
所述的第一级发电子系统包括：传动轮、变速箱、发电机、圆锥齿轮换向传动器、复位器和传动轮支架；传动轮通过传动轮支架固定在挡矸笼内，传动轮竖直安装，每套传动轮配备一套圆锥齿轮换向传动器、复位器、变速箱和发电机，变速箱和发电机安装于附近硐室；固体充填物料投放过程中传动轮叶片受下落的充填物料撞击带动传动轮旋转，进而通过变速箱带动发电机将机械能转化为电能，实现系统第一级发电。
2.根据权利要求1所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：所述的第一级发电子系统包括4~6套传动轮，沿投料井井底环向均匀布置。
3.根据权利要求1所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于，所述的传动轮包括：两套传动轮轴承、两套传动轮轴承座、传动轮中轴、4~6组传动轮叶片和圆形叶片底座；传动轮轴承套住传动轮中轴并进行刚性连接，然后安装于传动轮轴承座，传动轮轴承座对称分布于圆形叶片底座两侧并固定安装于传动轮支架，传动轮叶片为矩形钢板，长度15~20cm，厚度0.5~0.6cm，宽度与传动轮底座厚度相同，传动轮叶片焊接于圆形叶片底座，圆形叶片底座套住传动轮中轴并进行刚性连接，传动轮叶片伸入投料井部分长度d=6~8cm。
4.根据权利要求1所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：所述的复位器和圆锥齿轮换向传动器分别安装于传动轮中轴两端并固定于传动轮支架上，圆锥齿轮换向传动器输出轴与变速箱输入轴连接，变速箱输出轴与发电机连接，复位器能够保证传动轮静止时永远有一传动轮叶片处于垂直伸入投料井状态，且只在传动轮静止时工作，变速箱输出轴与输入轴转速比为10:1~20:1。
5.根据权利要求1所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：所述的第二级发电子系统包括：电感线圈和永久磁铁；在锥形缓冲器每组缓冲弹簧对应位置安装电感线圈和永久磁铁；锥形缓冲器在充填物料撞击下上下运动，带动永久磁铁与对应的电感线圈做交互运动而产生电流，实现系统第二级发电。
6.根据权利要求5所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：所述的电感线圈固定于双减震拱形梁，并套住缓冲弹簧，永久磁铁正对电感线圈固定安装于锥形帽下部，可随锥形帽上下运动。
7.根据权利要求5所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：所述的电感线圈半径为缓冲弹簧半径的1.1~1.2倍，长度为缓冲弹簧长度的0.5~0.6倍，匝数根据电感线圈长度确定。
8.根据权利要求1所述的固体充填采煤垂直投料井多级发电系统，其特征在于：所述的地面发电室，用于安放整流器、蓄电装置、逆变器、变压器和设备自控平台，井下各发电机和电感线圈所发电源通过各自传输线路传输至地面发电室，经各自整流器转换为直流电存入共用蓄电装置，再经逆变器和变压器转换成需要的生活或工业用电，设备自控平台对各设备的运行状态进行监测及自动控制。
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|---|---|---|---|---|
| US3987307A (en) * | 1974-12-11 | 1976-10-19 | Giconi Renell A | Particulate material powered prime mover |
| CN102359440A (zh) * | 2011-10-19 | 2012-02-22 | 李啸明 | 利用砂储能、发电的装置 |
| CN105351156A (zh) * | 2015-11-06 | 2016-02-24 | 张家界恒亮新材料科技有限公司 | 一种矿仓发电装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 固体充填采煤物料垂直投放缓冲装置振动和冲击分析;刘展 等;《采矿与安全工程学报》;20140331;第31卷(第2期);310-314 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106558947A (zh) | 2017-04-05 |
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Legal Events
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