CN106940061A - 用于强制通风设备的中继连接装置、包括该装置的中继连接系统及有该系统的强制通风设备 - Google Patents

Abstract

一种中继连接装置(3)，用于中继风机(8)式强制通风设备(1)，其包括一个管道系统(6)，它形成一条内部通道(6c)，其两端(6a,6b)开口，并配有固定装置(13c,14c)，用于密闭连接上游管段(7)和配有中继风机(8)的下行管段(7)，从而使它们之间连通，另外，所述管道系统(6)还配有测量装置(9)，用于测量至少一个空气流动参数，从而控制所述中继风机(8)的运行，使上游管段(7)末端能够实现期望的流动条件。还描述了一种中继连接系统(2)，其包括所述中继连接装置(3)，以及一种包括这种中继连接系统(2)的强制通风设备(1)。

Description

用于强制通风设备的中继连接装置、包括该装置的中继连接 系统及有该系统的强制通风设备

技术领域

本发明涉及管道通风领域，具体涉及一种用于强制通风设备的中继连接装置、一种包括这类装置的中继连接系统，以及一种配有至少一个这类系统的强制通风设备。

背景技术

在排放过程中，对于管道通风，通常吸取外部空气，并通过一条通风管线使其沿管道流动，直至达到工作面并且其端部设置了一台风机，外部空气通过风机被吸入。

在管道特别长和/或横截面积特别小的情况下，有必要使用一台或更台的所谓的中继式风机，其介于通风管线两个连续管段之间，管线在这种情况下被分为一系列管段，管段末端和相应的中继风机之间留有一定空间，从而可以从管段末端自由排放。换言之，每段管段一般包括一条套管，其起始端设有一台风机，将外部空气吸入套管。因此称为中继式强制通风设备。

根据这种方法，将管线分成多个管段，这能够减小它们之间的静压力，特别在通风管线的第一个管段中静压力。实际上，自由排放时，套管末端的静压力必须等于同一位置的大气压。如果考虑到风机进气时的大气压等于相应管段末端的排放压，风机组中每一台风机的静压力将被分割成段，就如同管线那样。管线缺陷和磨损引起的意外泄漏率与管线的静压力有关：静压力越高，泄漏越严重。管线中的静压降可能因此减少泄露，从而降低管道起始端所要求的流量。由于消耗功率是总压力(静压力+动压力)和风机体积流量所产生的结果，流量减小必然意味着风机消耗功率减小，从而节约能源。

在某些情况下，管线起始端风机压力和功率的减小可能导致风机级数减少，或者使极低耗电量的设备或管线成为可能，或者可以超出管线允许的最大压力。

图1中给出了一幅表示套管中静压力和体积密度随套管总长度变化的曲线图，这适用于一种简单式强制通风设备，即一条包括套管并在管线起始端配有一台风机的管线，并适用于一种强制通风设备，其包括一台中继风机以及一条分成两个管段的管线。这两种设备也如图1所示。

因此，我们可以在图1中看到，理论上，例如一条3km的管线，中继式强制通风设备中，中继风机所消耗的总电功率为103kW，而简单式强制通风设备中，一台风机所消耗的电功率为141kW。

但是，实际上，利用中继风机进行强制通风存在某些缺陷。

第一个缺陷的原因是管段末端和与之相连的中继风机之间存在空隙。这导致环境中的污浊空气被吸入(灰尘、污染等)，随后将被注入到“新鲜”空气流中，

因此，必须使通过一台中继风机吸进的空气100％来自上游风机所提供的空气。

为了解决这个问题，现有技术中利用中继风机“增压”：向中继风机提供的供气量高于其自身容量，这可以确保中继风机进气附近存在空气余量，并防止管道中的污浊空气进入中继风机进气口。法国管道与地下空间协会(AFTES)建议上游风机管段末端的流量为中继风机容量的110％到120％。然而，如上文所述，一台风机的功率消耗是总压力和风机体积流量所产生的结果(附近风机的气动效率)。因此，体积流量的增加将导致上游风机能耗的增加。

图2与图1类似，但是图2的中继式强制通风设备设计了中继风机增压。

简单式强制通风设备的相关曲线没有变化。

因此，我们可以在图2中看到，中继风机增压技术的结果就是，在强制通风设备中，中继风机所消耗的总电功率为146kW，即功耗高于简单式强制通风设备中，单一风机所消耗的功率，即141kW。

所以，增压技术几乎可以系统地实现我们所追求的效果，即节能。

采用中继风机进行强制通风的第二个缺陷是，其没有考虑到现场的变化。

实际上，对风机进行选择，以便满足现场排放端的需求，也就是说管道和管线达到其最大长度。一旦管道到达相应的公里处，中继风机将被安装在指定位置上。最初，较短套管所产生的阻力，也就是说在中继风机下游的套管，将小于在计算中所考虑到的阻力，这意味着中继风机将在一个更小的压力下，以更大的流量来(在相同的转速下)运行。增压时最初预计的空气余量为10～20％，并且将由中继风机提供，因此该余量将会减小，甚至达不到中继风机的流量。另外，由于中继风机导致的污浊空气进入管道的问题，上游风机在管段末端提供的空气和中继风机吸入的空气，两者之间的比值变化导致现场主通风的风险管理。

发明内容

本发明的目的在于提出一种解决方案，其在理论上提出中继风机的使用，这能够在实践中产生节能的效果，同时确保避免管道吸入污浊空气，并且能够考虑到现场通风管线长度的变化。

根据本发明的解决方案基于：设置一个管道系统，其密封连接套管的管段末端与中继风机，并且配有测量装置，用于测量至少一个流动参数，从而控制中继风机，使后者的流量能够实现期望的流动条件。

因此，本发明的目的是提供一种中继连接装置，用于中继式强制通风设备，其包括一条管线，该管线被分成一系列由套管组成的管段，两条连续管段之间留有一定的空间，其中设置有一台被称为主风机的风机，设计在所述系列的第一条管段上，一台被称为中继风机的风机，其速度是实时可调的，被设计在从所述系列的第二条管段开始的每条管段的起始端，远离上一条管段末端，其特征在于，其包括一个管道系统，它形成一条内部通道，其两端开口，并配有固定装置，用于两条管段间的密闭连接，以便使上游管段、下行管段的中继风机之间连通，另外，所述管道系统还配有测量装置，用于测量所述管线内部的至少一个空气流动参数，从而控制所述中继风机的动行，使上游管段能够实现期望的流动条件。

期望的流动条件可以是，例如，管段末端的静压力接近大气压，从而使下游管段对于上游管段来说变为“不可见的”。在

中继风机流量与套管末端流量相匹配的情况下，可认为满足该条件。

在这种情况下，如下文所述，所述测量装置测得的所述空气流动参数可以是压力和/或流速。

当然可以假设其它的期望流出条件，例如管段末端负压，这可以减轻上游风机的压力。如同下面将要解释的那样，只有在管段是由刚性套管构成的情况下，才能设定这种的条件。

这里要强调的是，本发明不仅限于只由软套管或刚性套管构成的管段，而是适用于这两类套管。

管道系统可以由唯一一个，或多个彼此密闭连接的元件构成。

管道系统的固定装置可以被设计成：在中继风机构成管段起始端的情况下，作为连接中继风机的密闭连接件，或者如果中继风机只安装在管段下游端部区域中，则作为连接套管横截面的密闭连接件。

优选地，所述测量装置一方面为，用于测量管道系统内部通道内空气静压力的测量装置，另一方面为，用于测量管道系统外部大气压的测量装置。换句话说，被测的空气流动参数中，至少一个参数是静压力。

所述测量装置可以被设置用于测量外部区域内的空气静压力，配有固定装置，其被设计成与中继风机相连的密闭连接件，用于测量中继风机进气时的静压力。

根据本发明的一个具体实施方式，所述测量装置包括一个差压传感器，其第一端子与管道系统内部通道中的静压力测量元件相连，另一端子露出，优选与内部通道的轴线高度相同，用于测量大气压，所述测量元件优选包括至少四个压力测量口，与差压传感器的第一端子并连。

如果露出的端子与所述内部通道的轴线高度不同的话，则在管道系统的内部流动条件计算中考虑到这一高度差。

显然，在根据所做测量来计算流动条件时，还应该考虑到内部通道的几何尺寸以及压力传感器的位置。

当然，根据本发明，可以通过改型或者进一步测量空气流速，来作为另一个参数，例如利用风速计或皮托管，以便对装置进行调节。

然而，压力测量的优点在于，内部通道横截面上的压力是恒定的，而通常速度并不是。另外，压力传感器的使用更为简单。因此，优选地，将采用压力调节。这里强调的是，如果能够利用所述参数的计算，而不是通过直接测量达到流动条件，在这种情况下，我们可以测量一个或多个参数，它们不同于用于确定期望流动条件的参数。

优选地，该管道系统配有至少一个降压阀，它被设计成，当管道系统内部通道的压力低于规定压力阈值时，特别是相对于大气压，可以使管道系统内部通道与外界空气连通。对于管段是由软套管构成的中继式强制通风设备，优选的压力阈值将为0Pa，以避免套管出现褶皱，这种低于0Pa的压力可能是偶然发生的，例如由于中继风机速度的延迟调节。

优选地，该管道系统配有至少一个过压阀，它被设计成，当管道系统内部通道的压力高于规定压力阈值时，特别是相对于大气压，可以使管道系统内部通道与外界空气连通。压力阈值可以被规定为：超过该阈值时会导致上游风机压力过载。

对于其管段为柱状的强制通风设备，管道系统可以包括一个正方形横截面的中央部分，从其第一边起，延伸出来一个基本为柱状的第一端部，其端部配有所述固定装置，被设计成一个密闭连接件，与配有中继风机的管段密闭相连，从其第二边起，延伸出来一个第二端部，例如基本呈一个锥形体扩大，直至配有所述固定装置的柱状端部区域，被设计成一个密闭连接件，与管段末端相连。

本发明的目的还包括，提供一种中继连接系统，用于中继式强制通风设备，其包括一条管线，该管线被分成一系列由套管组成的管段，两条连续管段之间留有一定的空间，其中设置有一台被称为主风机的风机，设计在所述系列的第一条管段上，一台被称为中继风机的风机，其速度是实时可调的，被设计在从所述系列的第二条管段开始的每条管段的起始端，远离上一条管段末端，其特征在于，中继风机包括一个如上所述的中继连接装置，和一个自动装置，该自动装置被设计成，用于根据测量装置所进行的测量，来测定上游管段末端的空气流动条件，所述上游管段末端设有用于连接的中继连接装置，该自动装置还用于通过变速器实时控制中继风机的速度，从而在上游管段末端获得期望的流动条件。

如果所述中继连接系统包括一个中继连接装置，其测量装置一方面为，用于测量管道系统内部通道内空气静压力的测量装置，另一方面为，用于测量管道系统外部大气压的测量装置，优选地，自动装置被设计成：中继风机上游的管段末端的静压力达到目标值，特别是0Pa或略高于0Pa的目标值。

本发明的目的还包括，一种强制通风设备，其包括一条管线，该管线被分成一系列由套管组成的管段，两条连续管段之间留有一定的空间，其中设置有一台被称为主风机的风机，设计在所述系列的第一条管段上，一台被称为中继风机的风机，其速度是实时可调的，被设计在从所述系列的第二条管段开始的每条管段的起始端，远离上一条管段末端，其特征在于，在两条连续管段之间配有一个如上所述的中继连接系统，其中继连接装置密闭连接在所述连续的两条管段之间。

附图说明

为了更好地说明本发明的目标，将在下文中描述一个具体实施方式，做为非限制性的示例，并配以附图表为参照。

在该图中：

-图1为套管中静压力和体积密度随套管总长度变化的曲线图，适用于一种简单型通风设备和带中继风机的强制通风设备；

-图2与图1所示类似，是一种简单型通风设备和一种带有中继风机及其增压装置的强制通风设备。

-图3为根据本发明的一个具体实施方式的通风设备的局部原理图；

-图4为图3的一种改型的原理图；

-图5、6、7分别为图4所示的通风设备的中继连接装置的透视图、俯视图和抑视图；

-图8为沿图7中VII-VII线的剖面图。

具体实施方式

如果首先参照图3，可以看到根据本发明的一个具体实施方式的通风设备1的一部分的原理图，具体是第一条管段末端到下一条管段起始端之间的区域。

与传统的带中继风机的强制通风设备相比，设备1的不同之处在于其配有一个中继连接系统2，其包括一个中继连接装置3和一个自动装置4。还设计了一个已经用于传统设备的变速器。

就像将要结合图5至8来详细描述的那样，该中继连接装置3包括一个管道系统6，其具有一个第一端6a，它与构成第一个管段的套管7的端部密闭连接，还具有一个第二端6b，它与一台中继风机8密闭连接，更具体地说是其进气口8a。

所述中继风机8可以通过变速器来调节速度，并且其出口与构成另一个管段的套管7相连。

因此，图5、7、8上标为6c的内部通道与套管7和风机8连通，从而使全部空气通过管线起始端的风机(未表示出来)，即套管7起始端的风机，供给中继风机8。

测量装置9，设计在内部通道6a中，用于测量第二端6b区域中的空气静压力，设计在所述第二端部6b附近时则用于测量大气压。这里的测量装置9由四个标准化(ISO 5801标准)压力测量口构成，用于测量内部通道6c中的压力，其与差压传感器的一个端子并连，其第二端子保持暴露，从而用于测量大气压。

差压传感器9a与自动装置4相连，从而使所述传感器9a的一个类似出口(4-20mA或其它)能够通过自动装置4来获得在内部通道6c中的静压力和大气压之间测得的压力差。

所述自动装置被设计成用于向变速器5发送整定值，使后者能够通过加速或减速来改变中继风机8的速度，使装置内部的静压力和装置外部的大气压之间测得的压力差近似为零，这意味着中继风机8的流量近似等于套管7末端的空气流量。

实际上，如果中继风机的进气流量小于上游套管7中的流量，所述套管7中的压力将会上升，这将导致上游风机消耗的功率过大(从管线起始端开始，因为设备1只包括唯一一台中继风机8)。如果中继风机8的进气流量超过套管7的流量，后者存在回到相对于大气压为负压状态的风险并将会收缩。

优选地，自动装置4被设计成在套管7的内部保持略微的正压状态，以便使后者保持膨胀。套管7的直径通常大于中继风机8的标称直径，中继风机8上游的即时静压力通常为负，需要将中继风机8进气时的静压力保持在0Pa左右，从而使套管7的末端静压力为正。在所述实施方式中，它还将等于套管7和中继风机8之间的动压差，再加上由于中继连接装置3的外壳部分造成的负荷损耗。

整个中继连接系统2是自主工作的。实际上，由于它能够按照管线起始端的风机提供的流量，自动适应中继风机的速度，因此，排放正在进行时，在工作面，向管线末端提供的流量可以从管线起始端的风机开始测定，这能够在现场变化过程中考虑到中继风机8下游套管长度的增加。

另外，因为管线起始端风机所提供的总流量是流向工作面的，没有污浊空气通过中继风机8进入，套管中的流量和压力轨迹，以及被风机所消耗的功率将接近图1中的理论值。

因此，通过根据现场变化来管理通风，根据本发明的中继连接系统2能够实现节能，而没有污浊空气进入的风险。

中继连接装置3还配有降压阀10和过压阀11，这两个阀被设计成能够在中继风机流量调节系统暂时性或永久性失灵的情况下，使内部通道6c与外部连通。

降压阀10的功能是保护管道系统6，在套管7末端流量骤降，而无法通过中继风机8减速而得到充分抑制的情况下，防止管道系统崩溃。

因此，降压阀10被设计成可以在上游套管相对于大气压为负压的情况下打开。

过压阀的作用是，在中继风机紧急停机或故障的情况下，保护管线起始端的风机。实际上，在这种情况下，管线起始端的风机重新与一定长度的套管连接，直至工作面，这表示运行阻力过大，而管线起始端的风机没有风险。

因此，过压阀11被设计成可以在静压力值超过管道系统6内部的最大静压力值的情况下打开。上游风机尺寸设计时应该考虑到阀门的打开压力。

因此，在中继风机8停机或故障的情况下，管道系统6内的压力将升高至过压阀门11打开，因此将管线起始端风机的静压力限制为：第一个管段的套管7的阻力，再加上过压阀11的打开压力。管道第一条管段的通风将得到保证。

如果现在参照图4，可以看到如上所述的一个实施方式的改型，唯一不同之处在于，这里的测量装置9是设置在管道系统6的锥形连接件(图5至8的的端部14的第二部分)上的，带有两个用于测量两个压力差的差压传感器，以及位于该锥形连接件两个圆形截面上的两行压力测量口。第一个传感器，位于图4的左侧，用于测量第一行压力测量口上各压力测量口之间的压差(第一压差)以及大气压，该压差用于自动装置调节。第二个传感器，位于右侧，用于测量两个圆形横截面上各测量口之间的第二压差。该第二压差表示一个动态压差，它是由于两个横截面之间的速度差异所造成的，可用于计算和显示中继风机的流量(流量显示用矩形图形表示，其中箭头从第二传感器出发，另一个矩形表示自动装置)。

现在将参照图5至8，更详细地描述中继连接装置3的一个具体实施方式。

管道系统6包括一个中央部分12，从其两边开始向一个第一端部13和一个第二端部14延伸。

所述中央部分12是由一个方形横截面的管件构成的，其两端分别设有一个外围凸缘，管件通过螺栓密固在外围凸缘上，分别为15和16，与第一端部13和第二端部14相对应。

压降阀10和过压阀11为重力控制型，设在所述中央部分12的上下表面上，并且为铰接型：它们为枢转板条10a、11a的形式，被设计成在一个第一位置和一个第二位置之间绕铰链10b 转动，其中，所述枢转板条在第一位置上封闭中央部分12中形成的开口，对于降压阀10，所述枢转板条在第二位置上向所述中央部分12的内部转动，而对于过压阀11，则向外部转动，使所述开口打开，并因此使内部通道16与外部连通。

降压阀10和过压阀11的转动控制是通过重力和节流门表面压力间的平衡来实现的。所述中央部分12的第三边上设计了一个铰接型门17，用于在需要的时候能够进入管道系统6的内部。

第一端部13是由一个测压室13a和一个中间件13b构成的。

测压室13a是一个柱状管件，其内径等于中继风机的内径，并在第一端部上有一个法兰13c，构成中继风机进气口的一个固定装置，并因此带有用于螺栓紧固的开口，在其第二端部上有一个凸缘，所述管件通过该凸缘，用螺栓18密固在中间件13b的第一端部上形成的凸缘上。

中间件13b是一个管件，其内壁是由三角形横截面13d构成的，可以将端部件13a的圆形横截面逐渐与中央部分12a的正方形横截面相连。中间件13b的第二端部通过凸缘螺栓15密固在在中央部分12a上。

第二端部14也是由一个端部件14a和一个中间件14b构成的。

端部件14a是一个柱状短管，其中第一端部14c的一一个区域用于插入到套管7的末端，以便固定，因此其直径通常大于中央部分12a一边的长度，尽管这不是必需的。端部件14a的另一端通过凸缘螺栓19密固在中间件14b上。

中间件14b是一个管件，其另一端通过凸缘螺栓16密固在中央部分12a上，其内壁是由三角形横截面13d构成的，其从中央部分12a开始向外延伸，从而可以将中央部分12a的方形横截面逐渐与端部件14a的圆形横截面相连，并考虑到了内部通道6c尺寸的增加。因此，中间件14b的内部基本上呈一个锥形体的形状。

如此规定的管道系统6可以将套管7的末端与中继风机8密固连接，同时考虑到了套管7的直径大于中继风机8的标称直径，而不会过度影响套管7出口处空气的流动。

静压力测量口将置于第一端部13的端部13a，中继风机8的一侧。

注意，本发明的以上实施方式是作为非限制性实例给出的，在不超出本发明范围的前提下可以提出改型。

Claims (9)

1.一种中继连接装置(3)，用于中继式强制通风设备(1)，其包括一条管线，该管线被分成一系列由套管组成的管段(7)，两条连续管段(7)之间留有一定的空间，其中设置有一台被称为主风机的风机，设计在所述系列的第一条管段(7)上，一台被称为中继风机(8)的风机，其速度是实时可调的，被设计在从所述系列的第二条管段开始的每条管段(7)的起始端，远离上一条管段(7)末端，其特征在于，其包括一个管道系统(6)，形成一条内部通道(6c)，其两端(6a,6b)开口，并配有固定装置(13c,14c)，用于两条管段(7)间的密闭连接，以便使上游管段(7)、下行管段(7)中继风机(8)之间连通，另外，所述管道系统(6)还配有测量装置(9)，用于测量所述管线内部的至少一个空气流动参数，从而控制所述中继风机(8)的运行，使上游管段(7)末端能够实现期望的流动条件。

2.根据权利要求1所述的中继连接装置(3)，其特征在于，所述测量装置(9)一方面为，用于管道系统(6)内部通道(6c)内空气静压力的测量装置，另一方面为，用于测量管道系统(6)外部大气压的测量装置。

3.根据权利要求2所述的中继连接装置(3)，其特征在于，所述测量装置(9)包括一个差压传感器(9a)，其第一端子与管道系统(6)内部通道(6c)中的静压力测量元件相连，另一端子露出，优选与内部通道(6c)的轴线高度相同，用于测量大气压，所述测量元件优选包括至少四个压力测量口，与差压传感器(9a)的第一端子并连。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的中继连接装置(3)，其特征在于，所述管道系统(6)配有至少一个降压阀(10)，被设计成，当管道系统(6)内部通道(6c)的压力低于规定压力阈值时，可以使管道系统内部通道(6c)与外界空气连通。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的中继连接装置(3)，其特征在于，所述管道系统配有至少一个过压阀(11)，被设计成，当管道系统(6)内部通道(6c)的压力高于规定阈值时，可以使管道系统内部通道(6c)与外界空气连通。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的中继连接装置(3)，用于中继式强制通风设备(1)，其管段(7)为柱状，其特征在于，所述管道系统(6)包括一个正方形横截面的中央部分(12a)，从其第一边起，延伸出来一个基本为柱状的第一端部(13)，其端部配有所述固定装置(13c)，被设计成一个密闭连接件，与配有中继风机(8)的管段(7)密闭相连，从其第二边起，延伸出来一个第二端部(14)，例如基本呈一个呈一个锥形体扩大，直至配有所述固定装置(14c)的柱状端部区域(14a)，被设计成一个密闭连接件，与管段末端相连。

7.一种中继连接系统(2)，用于中继式强制通风设备(1)，其包括一条管线，该管线被分成一系列由套管组成的管段(7)，两条连续管段(7)之间留有一定的空间，其中设置有一台被称为主风机的风机，设计在所述系列的第一条管段(7)上，一台被称为中继风机(8)的风机，其速度是实时可调的，被设计在从所述系列的第二条管段(7)开始的每条管段(7)的起始端，远离上一条管段(7)末端，其特征在于，所述中继风机(8)包括一个如权利要求1至6所述的中继连接装置(3)，和一个自动装置(4)，该自动装置被设计成，用于根据测量装置(9)所进行的测量，来测定上游管段(7)末端的空气流动条件，所述上游管段末端设有用于连接的中继连接装置(3)，该自动装置还用于通过变速器(5)实时控制中继风机(8)的速度，从而在上游管段(8)末端获得期望的流动条件。

8.根据权利要求7所述的中继连接系统(2)，包括一个中继连接装置(3)，其测量装置(9)一方面为，用于测量管道系统(6)内部通道(6c)内空气静压力的测量装置，另一方面为，用于测量管道系统(6)外部大气压的测量装置，其特征在于，所述自动装置(4)被设计成：中继风机(8)上游的管段(7)末端的静压力达到目标值，特别是0Pa或略高于0Pa的目标值。

9.一种强制通风设备(1)，其包括一条管线，该管线被分成一系列由套管组成的管段(7)，两条连续管段(7)之间留有一定的空间，其中设置有一台被称为主风机的风机，设计在所述系列的第一条管段(7)上，一台被称为中继风机(8)的风机，其速度是实时可调的，被设计在从所述系列的第二条管段开始的每条管段(7)的起始端，远离上一条管段(7)末端，其特征在于，在两条连续管段(7)之间配有一个如权利要求7和8所述的中继连接系统(2)，其中继连接装置(3)密闭连接在所述连续的两条管段(7)之间。