CN107013242B - 一种矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置 - Google Patents
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Abstract
一种矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，包括整流筒及多级雾化筒，整流筒内设有两条导气通道和一条导液通道，导液通道的后端设有多孔喷嘴，多孔喷嘴进入撞击雾化室内，撞击雾化室后端设有文丘里混合通道，液体由导液通道进入多孔喷嘴产生初级雾化射流在撞击雾化室内形成负压，将导气通道的部分气体吸入撞击雾化室，气体与初级雾化射流发生碰撞，实现二次雾化，二次雾化的细水雾在射流口处与气体侧通道内的气体混合，在文丘里混合通道内再次雾化，在灭火时通过氮气与水的多级雾化，实现快速灭火降温，灭火后矿井启封前，导气通道内自动切换为空气，通过空气与水的多级雾化，实现快速换热降温，可避免氮气的不必要浪费，且雾化程度高，经济实用。
Description
技术领域
本发明涉及矿井下煤岩高温区域治理技术领域，尤其涉及一种矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置。
背景技术
矿井火灾是煤矿主要灾害之一，给煤矿安全生产带来极大威胁，为治理矿井火灾，国内外普遍采用注氮气或二氧化碳防灭火技术。氮气和二氧化碳的惰化窒息作用良好，能够快速抑制煤炭自燃和火灾的发展。由于氮气吸热降温效果差，在注氮过程中可将氮气与细水雾进行有机结合，充分利用氮气的扩散性和细水雾的吸热降温性，将大量含氮细水雾注入火区，既弥补氮气在吸热降温方面的不足，又大大提高水的利用率，实现对火区的快速灭火降温。
在抑制煤炭自燃、火区发展时采用注氮气工艺需要通过矿井下设有的氮气管路向装置中压入氮气与水流撞击实现氮气与细水雾的结合。当火灾熄灭巷道被启封前，封闭空间内煤岩高温区域仍需要快速降温，由于水的比热容和汽化热很高，置换热量的效果显著，且成本低，易获取，只需要利用细水雾快速置换出封闭区域内蕴藏的大量热量，实现对封闭区域的快速降温。
目前气体产生细水雾的装置广泛采用气体雾化方式，该方式借助空气或惰性气体的流体的高速射流使液体的液柱或液膜发生分裂，进而产生细水雾滴，也称双流体雾化。该方式单一的高压雾化、碰撞式雾化，配合单独的外界动力供气系统，对抑制煤炭自燃、火区发展效果稳定。但火灾熄灭巷道等封闭空间被启封前，继续注氮气对封闭区域降温效果不显著，且过多注氮气操作繁琐，造成不必要的浪费。
因此，为了合理利用氮气惰化功能和细化水雾吸热降温功能进行防灭火降温工作，需要设计一种更好的装置以满足上述问题的需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种全可靠，操作简单，雾化程度高，经济高效的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，包括整流筒及设置于所述整流筒后端的多级雾化筒，所述整流筒内设有两条导气通道和一条导液通道，两条所述导气通道分别连接于空气管路和灭火气体管路，两条所述导气通道在所述整流筒内成Y形布置，两者交汇处设有自动进气控制阀门，用于控制进入所述多级雾化筒内的气体为空气或灭火气体，所述导气通道的后端通入所述多级雾化筒内，所述导液通道的后端设有多孔喷嘴，所述多级雾化筒与所述整流筒相接处内部设有撞击雾化室，所述撞击雾化室的前端插入所述整流筒内与所述多孔喷嘴相连，后端设有射流口，与所述多级雾化筒内的文丘里混合通道相连，所述撞击雾化室侧壁设有吸气孔与所述导气通道连通，供气体由所述吸气孔进入所述撞击雾化室内，所述撞击雾化室外壁与所述多级雾化筒内壁之间设有气体侧通道，供气体由所述气体侧通道进入所述文丘里混合通道内，液体由所述导液通道进入所述多孔喷嘴产生的初级雾化射流在所述撞击雾化室内形成负压，将所述导气通道的部分气体吸入所述撞击雾化室，气体与所述撞击雾化室内的初级雾化射流发生碰撞，实现二次雾化，二次雾化的细水雾在所述射流口处与所述气体侧通道内的气体混合，在所述文丘里混合通道内再次雾化。
进一步，所述整流筒的下侧设有固定孔，用于将所述整流筒固定到其它装置上。
进一步，所述整流筒的下侧设有固定孔，用于将所述整流筒固定到其它装置上。
进一步，所述导液通道的前端进口处设有滤网。
进一步，所述灭火气体为氮气或二氧化碳气体。
进一步，所述多孔喷嘴前端的进液端与所述导液通道相连，后端的喷射端插入所述撞击雾化室内。
进一步，所述多孔喷嘴设有五个大小相等的喷孔，其中一个喷孔位于所述喷射端的中心处，另外四个喷孔以所述喷射端中心为圆心均匀分布在喷孔的周围。
进一步，所述撞击雾化室前端呈半球体后端呈渐缩锥体，所述吸气孔设置于所述半球体的内壁上，所述射流口设置于所述渐缩锥体的末端。
进一步，所述吸气孔自所述半球体内壁斜向开设，朝向所述撞击雾化室内锥形设置，其收缩角为33°。
进一步，所述文丘里混合通道的前端与所述射流口及所述气体侧通道相连，后端形成直径扩大的开口，供细水雾喷出。
本发明的有益效果：
(1)两条导气通道交汇处设有自动进气控制阀门，利用两个导气通道内的压差可自动控制通入设备内的气体为空气或灭火气体，从而合理的使用不同气体，避免了不必要的浪费；
(2)液体由导液通道进入多孔喷嘴产生的初级雾化射流在撞击雾化室内形成负压，将导气通道的部分气体吸入撞击雾化室，气体与撞击雾化室内的初级雾化射流发生碰撞，实现二次雾化，二次雾化的细水雾在射流口处与气体侧通道内的气体混合，在文丘里混合通道内发生混合、碰撞、摩擦与撕裂，再次雾化，进而实现气体的多级雾化，显著提高雾化程度，避免了单纯采用人工压气和水流碰撞雾化时出现雾滴粒径偏大，雾化程度低的不足；
(3)利用矿井现有的注氮防灭火系统，通过连接一个导气通道，将一部分氮气变成高速气流通入发生装置内，实现氮气与水的多级雾化，既弥补氮气在吸热降温方面的不足，也大大提高水的利用率，实现对火区的快速灭火降温；
(4)利用矿井现有的输水管路，通过渐缩的导液通道和多孔喷嘴在撞击雾化室内形成较强的负压，在停止供氮的情况下，自动进气控制阀门自动打开空气导气通道关闭注氮导气通道，实现空气与水的多级雾化，充分利用细水雾快速置换出封闭区域内蕴藏的大量热量，实现对封闭区域启封前的快速降温，同时也避免了氮气的不必要浪费；
(5)本发明发生装置结构简单，操作简便，不含电器元件，安全可靠，可实现连续工作，雾化程度高，且可根据实际情况合理分配不同气体的用量，具有较高的经济价值，在本技术领域内有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置的主视图；
图2为本发明矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置的侧视图；
图3为图1的剖视图；
图4为图3中A-A的剖视图；
图5为本发明矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置中多孔喷嘴的端面示意图；
图中，1—导气通道、2—滤网、3—导液通道、4—自动进气控制阀门、5—固定孔、6—多孔喷嘴、7—吸气孔、8—撞击雾化室、9—气体侧通道、10—射流口、11—文丘里混合通道、12—流量调节阀、13—整流筒、14—多级雾化筒、15—喷孔、16—开口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
如图1，本发明提供一种矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，长90mm，宽20mm，高40mm。包括整流筒13和设置于整流筒13后端的多级雾化筒14，整流筒13和多级雾化筒14通过螺纹旋紧连接。
如图1至图3，整流筒13具有长30mm，宽20mm，高40mm的钢制外壳，整流筒13的下侧设有两个固定孔5，用于将发生装置固定到其它装置上。整流筒13的前端面中心处开设有导液通道3，整流筒13外对应导液通道3的位置设有流量调节阀12，手动调节流量调节阀12可改变导液通道3内液体流量，从而调节气体细水雾雾化效果。导液通道3的前端部内径为20mm，前端进口处设有滤网2，用于过滤掉进入所述导液通道3内液体的杂质。导液通道3形成渐缩锥体，后端设有多孔喷嘴6。
如图2至图4，导液通道3的上方设有两个内径为5mm的导气通道1，两条导气通道1分别连接于空气管路和灭火气体管路，灭火气体为氮气或二氧化碳气体，在本实施例中，灭火气体为氮气，采用矿井现有的注氮防灭火系统。两条导气通道1在整流筒13内成Y形布置，两者交汇处设有自动进气控制阀门4，可根据导气通道1内气体压差自动开启进气侧关闭非进气侧，从而控制进入多级雾化筒14内的气体为空气或灭火气体。利用两个导气通道1内的压差可自动控制通入设备内的气体为空气或灭火气体，从而合理的使用不同气体，避免了不必要的浪费。
如图3，多级雾化筒14具有长60mm，宽20mm，高20mm的钢制外壳，多级雾化筒14内设有撞击雾化室8，撞击雾化室8位于多级雾化筒14与整流筒13相接处的内部，撞击雾化室8的前端插入整流筒13内与多孔喷嘴6相连，后端设有射流口10，与多级雾化筒14内的文丘里混合通道11相连。撞击雾化室8前端呈半球体后端呈渐缩锥体，半球体内壁斜向开设有吸气孔7，吸气孔7与导气通道1相连，将气体吸入撞击雾化室8内。在本实施例中，吸气孔7朝向撞击雾化室8内部锥形设置，吸气孔7收缩角为33°，射流口10设置于渐缩锥体的末端，进入所述文丘里混合通道11内。撞击雾化室8外壁与多级雾化筒14内壁之间设有气体侧通道9，供气体由体侧通道9进入文丘里混合通道11内。文丘里混合通道11的前端与射流口10及气体侧通道9相连，后端形成直径扩大的开口16，供细水雾喷出。
如图3及图5，多孔喷嘴6前端的进液端与导液通道3相连，后端的喷射端插入撞击雾化室8内，多孔喷嘴6喷射端直径为4.3mm，在本实施例中，多孔喷嘴6设有五个大小相等的喷孔15，其中一个喷孔15位于喷射端的中心处，另外四个喷孔15以喷射端中心为圆心均匀分布在喷孔15的周围。
上述矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置的工作过程为：将整流筒13的导液通道3与矿井下压力水管路连接，两个导气通道1其中一个与空气管路相连，另一个与氮气管路连接。压力水经过滤网2过滤掉水中杂质后沿渐缩锥形导液通道3进入多孔喷嘴6，通过多孔喷嘴6产生的初级雾化射流在撞击雾化室8内形成较强负压，将导气通道1内一部分气体通过吸气孔7吸入撞击雾化室8，吸气孔7的渐缩结构可增速气体快速进入撞击雾化室8与撞击雾化室8内的射流细水雾发生碰撞，实现气体二次雾化。二次雾化的细水雾在射流口10处与气体侧通道9内的另一部分气体混合，通过文丘里混合通道11时再次发生混合、碰撞、摩擦与撕裂，再次雾化，进而实现气体的多级雾化。本发明可显著提高雾化程度，避免了单纯采用人工压气和水流碰撞雾化时出现雾滴粒径偏大，雾化程度低的不足。
在抑制煤炭自燃、火区发展时只需要通过矿井下设有的氮气管路向发生装置中压入氮气与水流撞击实现氮气与细水雾的结合；当火灾熄灭巷道被启封前，封闭空间内煤岩高温区域仍需要快速降温，由于水的比热容和汽化热很高，置换热量的效果显著，且成本低，易获取，此时停止供给氮气，由于多孔喷嘴6产生的初级雾化射流在撞击雾化室8内形成的较强负压可使自动进气控制阀门4自动打开空气导气通道关闭注氮导气通道，实现空气与水的多级雾化，从而充分利用细水雾快速置换出封闭区域内蕴藏的大量热量，实现对封闭区域启封前的快速降温，同时也避免了氮气的不必要浪费。通过调节流量调节阀12，可调节气体细水雾的雾化效果。
本发明可利用矿井现有的注氮防灭火系统和输水管路，实现氮气与水的多级雾化，既弥补氮气在吸热降温方面的不足，也大大提高水的利用率，实现对火区的快速灭火降温；在停止供氮的情况下，自动进气控制阀门4自动打开空气导气通道关闭注氮导气通道，实现空气与水的多级雾化，充分利用细水雾快速置换出封闭区域内蕴藏的大量热量，实现对封闭区域启封前的快速降温，同时也避免了氮气的不必要浪费。本发明发生装置结构简单，操作简便，不含电器元件，安全可靠，可实现连续工作，雾化程度高，且可根据实际情况合理分配不同气体的用量，具有较高的经济价值，在本技术领域内有广泛的实用性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于，包括：整流筒及设置于所述整流筒后端的多级雾化筒，所述整流筒内设有两条导气通道和一条导液通道，两条所述导气通道分别连接于空气管路和灭火气体管路，两条所述导气通道在所述整流筒内成Y形布置，两者交汇处设有自动进气控制阀门，根据导气通道内气体压差自动开启进气侧关闭非进气侧，从而控制进入所述多级雾化筒内的气体为空气或灭火气体，所述导气通道的后端通入所述多级雾化筒内，所述导液通道的后端设有多孔喷嘴，所述多级雾化筒与所述整流筒相接处内部设有撞击雾化室，所述撞击雾化室的前端插入所述整流筒内与所述多孔喷嘴相连，后端设有射流口，与所述多级雾化筒内的文丘里混合通道相连，所述撞击雾化室侧壁设有吸气孔与所述导气通道连通，供气体由所述吸气孔进入所述撞击雾化室内，所述撞击雾化室前端呈半球体后端呈渐缩锥体，所述吸气孔设置于所述半球体的内壁上，所述射流口设置于所述渐缩锥体的末端，所述撞击雾化室外壁与所述多级雾化筒内壁之间设有气体侧通道，供气体由所述气体侧通道进入所述文丘里混合通道内，液体由所述导液通道进入所述多孔喷嘴产生的初级雾化射流在所述撞击雾化室内形成负压，将所述导气通道的部分气体吸入所述撞击雾化室，气体与所述撞击雾化室内的初级雾化射流发生碰撞，实现二次雾化，二次雾化的细水雾在所述射流口处与所述气体侧通道内的气体混合，在所述文丘里混合通道内再次雾化。
2.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述整流筒的下侧设有固定孔，用于将所述整流筒固定到其它装置上。
3.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述导液通道的一侧设有流量调节阀，用于调节所述导液通道内的液体流量，以改变细水雾化效果。
4.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述导液通道的前端进口处设有滤网。
5.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述灭火气体为氮气或二氧化碳气体。
6.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述多孔喷嘴前端的进液端与所述导液通道相连，后端的喷射端插入所述撞击雾化室内。
7.根据权利要求6所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述多孔喷嘴设有五个大小相等的喷孔，其中一个喷孔位于所述喷射端的中心处，另外四个喷孔以所述喷射端中心为圆心均匀分布在喷孔的周围。
8.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述吸气孔自所述半球体内壁斜向开设，朝向所述撞击雾化室内锥形设置，其收缩角为33°。
9.根据权利要求1所述的矿用多级雾化双相流细水雾化发生装置，其特征在于：所述文丘里混合通道的前端与所述射流口及所述气体侧通道相连，后端形成直径扩大的开口，供细水雾喷出。
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