CN111364990B - 一种涡旋风幕转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡旋风幕转换装置，包括内喇叭筒、套装在内喇叭筒外并与内喇叭筒同轴设置的外喇叭筒，内喇叭筒内设置有与除尘风机的吸入口连接的芯筒；内喇叭筒和外喇叭筒之间的空间形成螺旋风道，螺旋风道内沿内喇叭筒的圆周表面形成有旋流叶片；螺旋风道的大口端设有与内喇叭筒的轴向方向垂直的径向出口，径向出口内沿所述内喇叭筒的圆周表面径向均布有若干个导风叶片。本发明将压入局部风机的风筒出口与除尘风机的吸入口同时接入涡旋风幕转换装置设备，压风风幕系统与吸尘除尘系统同集于一体，可形成以风幕轴心为对称的合理排尘流场，安装简便、管理容易，该除尘系统技术方案，没有增置附加机械动力，保持原混合通风方式，所以安全可靠。
Description
技术领域
本发明属于矿业工程通风除尘的技术领域，尤其涉及一种涡旋风幕转换装置。
背景技术
我国煤矿综掘防尘问题依然严重，为了降低空气污染，保护矿井环境及人员的身心健康，我国政府对环境保护非常重视，对矿山环保治理的投入不断加大，国内外对煤矿综掘防尘问题进行了大量的研究。近几年来，对利用风幕控尘、隔尘、抑尘及除尘进行了大量研究。辽宁工程技术大学张建卓教授研究的综掘面风幕集尘除尘系统，其技术方案主要采用常规混合式通风方法，即长压短抽方式，长压主要指局部通风机压入式长距离通风，短抽主要是指设置较短抽出式除尘风机除尘，兼顾辅助通风。即设置压入通风系统，在综掘机上单独设置两台液压风幕集尘风机形成叠加合成风幕系统，起到隔尘效果，然后，另外设置抽出式除尘风机的净化系统，由三个系统形成隔尘、抑尘、净化除尘系统。该技术方案虽然具有隔尘、抑尘、除尘效果，但是，首先最大缺点是掘进机上设置两台风幕集尘风机，掘进工作面增加两台旋转动力，安全隐患较大，煤矿现场实施条件受限。另外，其缺点是风幕集尘风机形成的叠加合成正压风幕流场与另外设置的抽尘风筒的汇流形成的负压排尘流场复杂、不规则，很难形成合理排尘流场，影响除尘效果。
目前，还有山东科技大学程卫民等研究的技术方案，其技术方案同样采用常规混合式通风方法即长压短抽方式，其特点是在长压主要局部通风机通风风筒的前端布置一段常规的康达风筒，即在此段风筒沿径向布置斜切孔口，使风筒内一部分风流外泄，通过附壁效应产生射流，形成风幕，以此隔尘、抑尘，另外设置抽出式除尘风机净化除尘，兼顾辅助通风。该技术方案的主要缺点是设置的康达风筒即附壁风筒产生的射流风幕只是压入风机的外泄部分风量，且外泄地点接近风筒出口，所以射流压力较小，形成的风幕作用范围有限、隔尘能力有限，只能辅以加大水喷雾的作用增加除尘效果，这样不仅耗水量大，且恶化工作面环境。另一缺点是，同样需另设除尘系统，抽尘风筒与风幕形成的排尘流场复杂、不规则，很难形成合理排尘流场，影响除尘效果。并且，使得整个实验室杂乱无章，环境恶劣，检测过程也极为耗时耗力。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种涡旋风幕转换装置，安装简便、管理容易，可以实现隔尘、抑尘、除尘，提高煤矿综掘的除尘效果。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种涡旋风幕转换装置，设置于综掘机的前方上部，包括内喇叭筒、套装在所述内喇叭筒外并与所述内喇叭筒同轴设置的外喇叭筒，所述内喇叭筒内设置有与除尘风机的吸入口连接的芯筒；所述内喇叭筒和外喇叭筒之间的空间形成螺旋风道，所述螺旋风道内沿所述内喇叭筒的圆周表面形成有旋流叶片，用于对从螺旋风道的小口端进入螺旋风道内的轴向风流进行螺旋导流；所述螺旋风道的大口端设有与所述内喇叭筒的轴向方向垂直的径向出口，所述径向出口内沿所述内喇叭筒的圆周表面径向均布有若干个导风叶片，用于将从螺旋风道的小口端进入的轴向风流切向排出并转换成径向涡旋风幕。
由上，可以将轴向风流转换成径向涡旋风幕，涡旋风幕转换器与除尘风机联合使用可以完成隔尘、抑尘、除尘任务，形成完美的除尘系统，并使压风系统与吸尘系统组成的隔尘、抑尘、净化除尘系统同集于一体，易形成以风幕轴心为对称的合理排尘流场。
可选的，所述旋流叶片的螺旋线为变外径、变螺距、变内径设置。
进一步的，所述旋流叶片可设置成左旋或右旋。
可选的，所述旋流叶片的数量为三片，并沿所述内喇叭筒的圆周表面均布。
进一步的，所述螺旋风道的小口端设有压入风筒接口，与局部通风机的风筒端头相接。
可选的，所述芯筒的外表面与所述内喇叭筒的小口端密封连接。
进一步的，所述芯筒靠近所述压入风筒接口的一端倾斜向下设置。
由上，本发明将压入局部风机的风筒出口与除尘风机的吸入口同时接入涡旋风幕转换装置设备，压风风幕系统与吸尘除尘系统同集于一体，可形成以风幕轴心为对称的合理排尘流场，安装简便、管理容易，并且，该除尘系统技术方案，没有增置附加机械动力，保持原混合通风方式，所以安全可靠。本发明使压风系统与吸尘系统组成的隔尘、抑尘、除尘系统同集于一体，易形成以风幕轴心为对称的合理排尘流场，设备安装简便、管理容易。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明优选实施例的涡旋风幕转换装置的结构示意图；
图2为图1中的A-A截面图；
图3为使用本发明的涡旋风幕转换装置后的掘进巷道正截面涡旋风幕流场示意图；
图4为局部巷道放大流场流线图。
其中，1-吸风管，2-螺旋风道，3-导风叶片，4-芯筒，5-内喇叭筒，6-外喇叭筒，7-旋流叶片，8-压入风流方向，9-压入风筒接口，10-吸入风流方向，11-掘进巷道壁面，12-合成流场流线，14-负压吸风口，15-正压区，16-射流回弹方向，17-负压区，20-流场涡旋旋转方向。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
参照图1至图4，本发明的涡旋风幕转换装置主要应用于受限空间，宜适用于煤矿综掘除尘系统。煤矿综掘通风除尘系统可采用传统的混合通风方式，即长压短抽方式，选择合适的长压局部通风机与短抽除尘风机，按规程设置到位。
对照图1，本发明将涡旋风幕转换装置设备的压入风筒接口9与局部通风机的风筒连接，而芯筒4与除尘风机的吸入口连接，使压风系统与吸尘除尘系统同集于一体，并置于综掘机前上方，即可基本形成煤矿综掘工作面隔尘、抑尘、净化除尘系统。具体实施中还可以增加少量水喷雾系统，加强除尘效果。
本发明的涡旋风幕转换装置主要将长压局部通风机通风的轴向风流通过旋流叶片7全部转换成径向涡旋风流，沿螺旋风道2，经导风叶片3排出，形成径向涡旋风幕，这样既能保证掘进工作面的供风又能形成风幕隔尘、抑尘良好效果。由于压入局部风机的风筒出口与除尘风机的吸入口同时接入涡旋风幕转换装置设备，这样压风风幕系统与吸尘除尘系统同集于一体，可形成以风幕轴心为对称的合理排尘流场，安装简便、管理容易，并且，该除尘系统技术方案，没有增置附加机械动力，保持原混合通风方式，所以安全可靠，本发明最适用于受限空间，如煤矿综掘巷道。
本发明的涡旋风幕转换装置主要由芯筒4、内喇叭筒5、外喇叭筒6、旋流叶片7及导风叶片3组成，具体内部结构是内、外喇叭筒套装，套装间隔即为螺旋风道2，内喇叭筒5内设置有与除尘风机的吸入口连接的芯筒4，芯筒4的外表面与所述内喇叭筒5的小口端密封连接。芯筒4靠近压入风筒接口9的一端倾斜向下设置。螺旋风道2内沿内喇叭筒5的圆周表面均布三片变外径、变螺距、变内径的旋流叶片7，螺旋风道2大口端的径向出口沿内喇叭筒5的圆周表面径向均布若干导风叶片3，如图2所示。
本发明的涡旋风幕转换装置的基本原理：将轴向风流全部转换成径向涡旋风幕，由局部通风机压入风筒的轴向风流经压入风筒接口9从螺旋风道2的小口端进入内喇叭筒5与外喇叭筒6之间的螺旋风道2，在此螺旋风道2中沿圆周均布三片变径、变螺距、变内径的旋流叶片7。旋流叶片7沿压入风流方向8的螺距逐渐变小，而旋流叶片7的内、外旋线半径逐渐变大，因而轴向风流以较小角度切入螺旋风道2，风流阻力损失较小，随着风流前行螺距逐渐变小、旋线半径逐渐变大，旋流叶片7的螺旋导流作用，风流的离心力逐渐增大，风流急速形成螺旋运动，最后风流在螺旋风道2的出口沿圆周切向经导风叶片3产生切向射流。这里导风叶片3对直线射流形成涡旋起着重要作用。
如图2所示，导风叶片3与旋流大致方向相同，并且要适当调整角度，射流经导风叶片3旋射出后，速度迅速衰减，并且与掘进巷道壁面11斜交回弹后改变方向，如射流回弹方向16所示，这样所有射流回弹方向的合成是形成涡旋的主要原因。其次，由于射流射出后速度迅速衰减，射流动能部分转换为静压能，巷道周边形成正压区15，而负压吸风口周围形成负压区17，此压力梯度场造成风流由正高静压区15向负低压区17流动，参与了辅助涡旋的转动。另外，风幕射流的卷吸风流及射流回弹的附壁效应风流都参与了涡旋的转动。因此，上述几种风流的合成形成了涡旋风幕。
涡旋风幕的作用主要是由于涡旋风幕的风流在受限空间旋转中前行，首先风幕将掘进工作面封住，即使工作面尘源完全隔离，细微尘粒几乎随风而动，所以细微尘粒基本随涡旋转动，可与风流充分混扰，然后含尘风流经吸风管1进入除尘风机，净化后进入回风侧巷道。
另外，旋流叶片7是本发明的核心组件，按吸入风流方向10投影，旋流叶片7可设计成左旋及右旋，即产生顺时针或逆时针涡旋，本发明的涡旋风幕转换装置为右旋，旋流叶片7产生顺时针涡旋。旋流叶片7主要使螺旋风道2产生旋转风流，其次也是起着节流增阻、提升静压作用，但又应适度控制阻力，所以应采用变外径、变螺距、变内径设计螺旋线。试验表明选取三片旋流叶片7沿螺旋风道2的圆周均布较优。适度调节旋流风道2的径向出口宽度，可获得理想涡旋风幕。导风叶片3对直线射流形成涡旋起着重要作用，导风叶片3的设置与旋流切向方向大体相同，并且要适当调整角度，一般射流方向与该点的切线夹角小于45度，可以避免大部分导风叶片3的射流方向与巷道壁面正交，这样可使射流回弹风流加强，增强涡旋风幕隔尘效果。在通风机选型方面，一般压入局部通风机的有效风量一定要小于除尘风机吸入口的风量，避免掘进工作面的含尘风流外溢，污染巷道工作空间。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种涡旋风幕转换装置，设置于综掘机的前方上部，其特征在于，包括内喇叭筒(5)、套装在所述内喇叭筒(5)外并与所述内喇叭筒(5)同轴设置的外喇叭筒(6)，所述内喇叭筒(5)内设置有与除尘风机的吸入口连接的芯筒(4)；
所述内喇叭筒(5)和外喇叭筒(6)之间的空间形成螺旋风道(2)，所述螺旋风道(2)内沿所述内喇叭筒(5)的圆周表面形成有旋流叶片(7)，用于对从螺旋风道(2)的小口端进入螺旋风道(2)内的轴向风流进行螺旋导流；
所述螺旋风道(2)的大口端设有与所述内喇叭筒(5)的轴向方向垂直的径向出口，所述径向出口内沿所述内喇叭筒(5)的圆周表面径向均布有若干个导风叶片(3)，用于将从螺旋风道(2)的小口端进入的轴向风流切向排出并转换成径向涡旋风幕；
所述旋流叶片(7)的螺旋线为变外径、变螺距、变内径设置，旋流叶片沿压入风流方向的螺距逐渐变小，旋流叶片的内、外旋线半径逐渐变大。
2.如权利要求1所述的涡旋风幕转换装置，其特征在于，所述旋流叶片(7)可设置成左旋或右旋。
3.如权利要求1所述的涡旋风幕转换装置，其特征在于，所述旋流叶片(7)的数量为三片，并沿所述内喇叭筒(5)的圆周表面均布。
4.如权利要求1所述的涡旋风幕转换装置，其特征在于，所述螺旋风道(2)的小口端设有压入风筒接口(9)，与局部通风机的风筒端头相接。
5.如权利要求1所述的涡旋风幕转换装置，其特征在于，所述芯筒(4)的外表面与所述内喇叭筒(5)的小口端密封连接。
6.如权利要求4所述的涡旋风幕转换装置，其特征在于，所述芯筒(4)靠近所述压入风筒接口(9)的一端倾斜向下设置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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