CN110905080A - 用于模拟工业气膜煤棚的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于模拟工业气膜煤棚的装置，属于煤炭存储领域，以提供一种能够模拟工业用气膜煤棚内部环境的装置。进出通道与气膜结构一侧底部连，两道通道密闭风门与进出通道两侧连，进风道和出风道粘贴于气膜结构底部，进风道和出风道的收尾两端不连通，传感器挂杆安装于气膜结构内部，传感器挂钩固定于传感器挂杆上，各传感器安装于传感器挂钩上，风机总进风口设于进风道上，调节风窗总出风口设于出风道上，若干进风口间隔设于气膜结构上并位于气膜结构被进风道覆盖的位置，若干出风口间隔设于气膜结构上并位于气膜结构被出风道覆盖的位置，进风口和出风口可通过可拆卸气膜密封或开启，PLC控制柜设于进出通道中，各传感器均与PLC控制柜连。

Description

用于模拟工业气膜煤棚的装置

技术领域

本发明涉及煤炭存储技术领域，尤其涉及一种用于模拟工业气膜煤棚的装置。

背景技术

随着我国煤炭产量和消耗的加大，同时伴随着国家及人民群众对环保的重视及环保意识的增强，煤炭露天或半封闭存储方式变得越来越不能被接受，因此，封闭式储煤结构随之出现。传统的封闭式储煤仓使用钢筋水泥结构或钢结构，它们在制作大空间、高容量储煤仓时局限性很大。而封闭式气膜煤棚由于其气膜结构的建筑特点，在大容量煤炭存储仓时的优势也非常突出。气膜建筑是指在作为围护结构的膜材及室内地面之间的整个空间内充气，使膜内相对室外存在正压差，通过空气正压把建筑主体支撑起来的一种建筑结构系统。气膜煤棚是气膜建筑在煤炭、电力行业中的应用，用膜材料制成封闭空间，加以锚定充气，配备恰当的钢缆系统，组成封闭式料场建筑。气膜煤棚内无梁无柱，充气后形成密闭空间，一般按条形煤场布置，气膜安装在挡煤墙上部。气膜煤棚的基本原理是在煤棚内外形成压力差，将一定造型的膜支撑起来。由于存在漏风等因素，会造成室内压力降低，因此，气膜煤棚依靠空压机系统鼓入新的空气以维持室内压力稳定。

气膜煤棚的应用主要问题是封闭空间内的瓦斯安全保障。事实上，附着在煤炭中的瓦斯在开采后随着运输、破碎和洗选等过程已经大量释放。一般情况下，少量残留的瓦斯在封闭式气膜煤棚通过正常通风可以大部分排出。然而，由于气膜煤棚的封闭式环境，以及储煤堆放方式、通风系统设计和环境温度等实际因素的影响，气膜煤棚内的瓦斯可能会出现集聚过程，局部瓦斯的高含量集聚会带来瓦斯爆炸的安全隐患。因此，有必要对气膜煤棚内的瓦斯、粉尘及通风处理等气膜煤棚的安全性和健康性进行深入研究。然而，实际工业用气膜煤棚造价高、空间大、占地大，且需要一定的施工周期。对于气膜煤棚内部环境安全性和健康性的科学研究，若在工业用气膜煤棚内直接应用实验，存在以下问题：

1、工业用气膜煤棚内部环境监测成本高。气膜内部空间瓦斯、煤尘等监测监控是研究环境质量的基本条件，工业用气膜煤棚空间较大，瓦斯、煤尘和CO等气体监测传感器布置需要数量大，成本高，且在空间内布置难度大，较难施工。

2、工业用气膜煤棚内部流场通风控制方式无法调整。气膜煤棚内部合理的风流速度、流向可以有效解决气膜内部瓦斯煤尘等有害物质积聚问题，提供安全性和健康性。工业用气膜煤棚考虑通风机、进出风开口造价和结构称重等问题，内部进出风口位置进出风口通风方式不易调整，无法通过实验得到最佳进出风开口位置和通风机控制风量等，而这些是气膜煤棚进出风口优化设计和通风机最低成本运行的重要研究。

3、工业用气膜煤棚运煤、堆煤过程时间长。气膜煤棚实际生产运营过程的煤炭运输、存储煤堆位置、移动存煤等过程会造成瓦斯、煤尘加速释放，对气膜内部环境质量造成影响，相应通风控制也应合理应对。而工业用气膜煤棚运煤堆煤过程仅根据实际生产需要调整，且时间长，不同实验方案难以实施。

鉴于直接对工业气膜煤棚的内部环境进行安全性和健康性的研究存在以上问题，因此有必要提供一种按比例缩小的气膜煤棚相似物理实验装置，用于为工业气膜煤棚内部空间的监测和分析提供指导。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟工业用气膜煤棚内部环境的用于模拟工业气膜煤棚的装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于模拟工业气膜煤棚的装置，其包括气膜结构、进出通道、两道通道密闭风门、进风道、出风道、若干个传感器挂杆、若干个传感器挂钩、风机总进风口、调节风窗总出风口、若干个进风口、若干个出风口、PLC控制柜、若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器，其中：所述气膜结构为半圆球行，进出通道与气膜结构的一侧底部连接，两道通道密闭风门相对设置并分别与进出通道的两侧连接，进风道粘贴于气膜结构的底部，出风道与进风道紧挨并粘贴于进风道上面，进风道和出风道的收尾两端均不连通，若干个传感器挂杆安装于气膜结构内部，若干个传感器挂钩固定于若干个传感器挂杆上并分布于传感器挂杆的不同高度，若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器安装于若干个传感器挂杆上，风机总进风口设置于进风道上且风机总进风口用于与风机连接，调节风窗总出风口设置于出风道上，若干个进风口间隔设置于气膜结构上并位于气膜结构被进风道覆盖的位置，若干个出风口间隔设置于气膜结构上并位于气膜结构被出风道覆盖的位置，若干个进风口和若干个出风口可通过可拆卸气膜密封或开启，PLC控制柜设置于进出通道中，若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器均与PLC控制柜连接。

可选地，所述若干个传感器挂杆的高度不同。

可选地，所述若干个传感器挂杆通过连接件可拆卸安装于气膜结构内部。

可选地，所述传感器挂钩为四向挂钩。

本发明的有益效果是：

通过设置气膜结构、进出通道、两道通道密闭风门、进风道、出风道、若干个传感器挂杆、若干个传感器挂钩、风机总进风口、调节风窗总出风口、若干个进风口、若干个出风口、PLC控制柜及若干个传感器，提供了一种能够根据实际应用需求来模拟工业用气膜煤棚内部环境的装置，通过该装置仅需布置数量较少的监测传感器即可实现内部环境的监测，因而可以低成本实现对工业气膜煤棚内部环境、流场、堆煤方式和通风方式的相似模拟。通过设置多个进风口和出风口，并通过可拆卸气膜密封或开启不同位置的进风口和出风口，能够使进出风口位置、数量和进出风量更容易调整，更能低成本、多方案、快捷方便的模拟工业气膜煤棚不同位置进出风口的情况，使得通过本发明进行试验的结果，对工业气膜煤棚通风设计与优化具有一定的指导价值。通过设置进出通道和两道通道密闭风门，并配合气膜结构进行煤的存储等，使得可以根据需要调整气膜结构内部的煤量、存储煤堆位置、移动存煤等过程，从而更真实地模拟工业用气膜煤棚的运行过程情况。因此，通过本发明有助于工业气膜煤棚的设计与优化，一定程度解决气膜煤棚应用过程中的内部环境安全和健康问题。本发明具有低成本、实验方案易实施、实验周期短和实验能耗低等优点。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是图1的俯视图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步地详细描述。

如图1和图2所示，本实施例中的用于模拟工业气膜煤棚的装置，其包括气膜结构1、进出通道2、两道通道密闭风门3、进风道4、出风道5、若干个传感器挂杆6、若干个传感器挂钩7、风机总进风口8、调节风窗总出风口9、若干个进风口10、若干个出风口11、PLC控制柜12、若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器，其中：所述气膜结构1为半圆球行，进出通道2与气膜结构1的一侧底部连接，两道通道密闭风门3相对设置并分别与进出通道2的两侧连接，进风道4粘贴于气膜结构1的底部，出风道5与进风道4紧挨并粘贴于进风道4上面，进风道4和出风道5的收尾两端均不连通，若干个传感器挂杆6安装于气膜结构1内部，若干个传感器挂钩7固定于若干个传感器挂杆6上并分布于传感器挂杆6的不同高度，若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器安装于若干个传感器挂杆6上，风机总进风口8设置于进风道4上且风机总进风口8用于与风机连接，调节风窗总出风口9设置于出风道5上，若干个进风口10间隔设置于气膜结构1上并位于气膜结构1被进风道4覆盖的位置，若干个出风口11间隔设置于气膜结构1上并位于气膜结构1被出风道5覆盖的位置，若干个进风口10和若干个出风口11可通过可拆卸气膜密封或开启，PLC控制柜12设置于进出通道2中，若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器均与PLC控制柜12连接。

气膜结构1也叫气承式膜结构，是在高分子复合膜材形成的密闭空间中注入空气并保持一定的室内外压差，使膜面受拉以保证刚度，同时维持形态并抵抗外部荷载的结构形式。气膜结构1采用高分子复合膜材，其内部空气压强大于外部空气压强，以保持半圆球结构形式而形成内部存煤空间。

进出通道2用于运输煤炭进出、人员或材料进出等。两道通道密闭风门3不能同时开启，以保证气膜结构1内部的气体不外泄，两道通道密闭风门3之间通道留有足够空间以供人员和载具通行。

进风道4和出风道5的材料与气膜结构1的材料相同。调节风窗总出风口9设置于出风道5上，调节风窗总出风口9上安装调节风窗，出风道5通过调节风窗来调节出风量。进风口10和出风口11通过可拆卸气膜密封或开启，可拆卸气膜的材料与气膜结构1的材料相同，通过粘贴或揭开可拆卸气膜可以密封或开启进风口10和出风口11。通过密封或开启不同位置的进风口10和出风口11，可以调整整个装置不同位置进出风，以改变整个装置的整体通风方式。由于工业用气膜煤棚底部为一圈混凝土支撑墙体，其进出风口只能在墙体上开孔，因此为了模拟工业用气膜煤棚的进出风口位置，本发明在气膜结构1的底部设计进风道4和出风道5，以更加真实地模拟工业用气膜煤棚的进出风实际位置。通过如此设置进风道4、出风道5、若干个进风口10和若干个出风口11，配合变频控制风机和调节风窗等机构，使进出风口位置、数量和进出风量更容易调整且更能低成本地进行实验。

可选地，所述若干个传感器挂杆6的高度不同，以便于根据需要安装于气膜结构1的不同位置。

可选地，所述若干个传感器挂杆6通过连接件可拆卸安装于气膜结构1内部。连接件可以为底座，底座固定于气膜结构1的内部底面，底座中设置有螺纹，传感器挂杆6的底部与底座螺纹连接。通过设置若干个传感器挂杆6可拆卸安装于气膜结构1内部，使得调整传感器挂杆6及传感器挂钩7位置的操作变得方便。

可选地，所述传感器挂钩7为四向挂钩，即传感器挂钩7可悬挂四个同一或不同类型的传感器。

传感器挂钩7可充满整个气膜结构1的内部空间，由于气膜结构1内部的存煤，一部分传感器位于煤堆上方而与空气接触，可用于监测空气中瓦斯、煤尘、温度、CO和风速等数据，有助于研究气膜结构1内部的流场变化；一部分传感器会被煤堆掩埋，与煤较近接触，其监测的数据有助于研究一定条件下煤炭中瓦斯和CO解吸量等。此外，风机总进风口8和调节窗总出风口9处的风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、煤尘传感器和CO传感器，可以用于监测装置整体进和出的风速、温度、瓦斯、煤尘、CO等总量。

可选地，所述PLC控制柜12中设置有变频器、数据采集装置、PLC和计算机。变频器与风机连接，变频器用于控制风机进行变频调节来控制进风量。数据采集装置与若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器均连接，数据采集装置用于实时收集各个传感器采集的数据。变频器与PLC连接，PLC用于控制变频器的变频。数据采集装置与PLC连接，PLC用于控制数据采集装置的采样周期和采样时刻等。PLC与计算机连接，计算机用于采集并存储传感器采集的数据、调整采样时间，同时实现风机的变频控制、向PLC方发送指令等。

本发明在模拟气膜煤棚内部环境及气膜煤棚的使用及布置方法时进行的实验方法如下：

1)根据实验目的，在气膜结构1内部布置安装传感器挂杆6和传感器挂钩7，并在传感器挂钩7上安装风速传感器、温度传感器、瓦斯传感器、煤尘传感器、CO传感器，并将这些传感器接入PLC控制柜12后，调试数据传输、存储功能。

2)根据实际的储煤运煤过程，模拟煤炭出入运输、存储放置、内部装卸等环节，以一天为一个周期，每天定期运出旧煤，存入新煤，整个过程各个传感器进行数据的实时采集和存储风速、温度、瓦斯、煤尘、CO等数据。

3)一个周期内多次控制通风机频率和调节风窗的开度，调整进出风量；每个周期调整一次堆煤方式，即改变煤堆的堆放形状、位置等，并进行人工记录。每个周期调整一次通风方式，即封闭或揭开不同位置处的进(出)风口，并进行人工记录。调整堆煤方式和通风方式的原则依据工业用气膜煤棚的实际情况进行。

4)进行一定周期存煤运煤过程后，采用煤炭存储领域的相关理论和方法，将堆煤和通风方式和传感器采集的数据分析，揭示气膜煤棚堆煤方式、通风方式、温度、进出口风速与瓦斯、CO、煤尘等有害物质运移规律之间的耦合关系，并通过该耦合关系指导实际工业用气膜煤棚的堆煤和通风方式，以对工业用气膜煤棚的堆煤和通风方式进行改进和优化。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于模拟工业气膜煤棚的装置，其特征在于，包括气膜结构(1)、进出通道(2)、两道通道密闭风门(3)、进风道(4)、出风道(5)、若干个传感器挂杆(6)、若干个传感器挂钩(7)、风机总进风口(8)、调节风窗总出风口(9)、若干个进风口(10)、若干个出风口(11)、PLC控制柜(12)、若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器，其中：

所述气膜结构(1)为半圆球行，进出通道(2)与气膜结构(1)的一侧底部连接，两道通道密闭风门(3)相对设置并分别与进出通道(2)的两侧连接，进风道(4)粘贴于气膜结构(1)的底部，出风道(5)与进风道(4)紧挨并粘贴于进风道(4)上面，进风道(4)和出风道(5)的收尾两端均不连通，若干个传感器挂杆(6)安装于气膜结构(1)内部，若干个传感器挂钩(7)固定于若干个传感器挂杆(6)上并分布于传感器挂杆(6)的不同高度，若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器安装于若干个传感器挂杆(6)上，风机总进风口(8)设置于进风道(4)上且风机总进风口(8)用于与风机连接，调节风窗总出风口(9)设置于出风道(5)上，若干个进风口(10)间隔设置于气膜结构(1)上并位于气膜结构(1)被进风道(4)覆盖的位置，若干个出风口(11)间隔设置于气膜结构(1)上并位于气膜结构(1)被出风道(5)覆盖的位置，若干个进风口(10)和若干个出风口(11)可通过可拆卸气膜密封或开启，PLC控制柜(12)设置于进出通道(2)中，若干个风速传感器、若干个温度传感器、若干个瓦斯传感器、若干个煤尘传感器和若干个CO传感器均与PLC控制柜(12)连接。

2.根据权利要求1所述的用于模拟工业气膜煤棚的装置，其特征在于，所述若干个传感器挂杆(6)的高度不同。

3.根据权利要求1所述的用于模拟工业气膜煤棚的装置，其特征在于，所述若干个传感器挂杆(6)通过连接件可拆卸安装于气膜结构(1)内部。

4.根据权利要求1所述的用于模拟工业气膜煤棚的装置，其特征在于，所述传感器挂钩(7)为四向挂钩。

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