CN113043331A - 一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置及除尘方法 - Google Patents

一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置及除尘方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置及除尘方法，属于井下环境探测装置除尘领域。本发明通过棱台顶盖与无色光学玻璃罩构成相对封闭的空间，以被动除尘的方式隔绝了井下环境垂直方向的粉尘与水雾等影响因素；另一方面，通过棱台顶盖与导气环槽的配合在无色光学玻璃罩形成隔绝气流面，以主动除尘的方式进一步减轻了煤矿环境下粉尘、水雾、烟雾等对环境探测设备的干扰；本发明设计科学合理，使用方便，便于安装与后期维护。

Description

一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置及除尘 方法
技术领域
本发明涉及井下环境探测装置除尘的技术领域，特别是涉及一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置及除尘方法。
背景技术
精确的定位可以为任务设备提供高精度的位姿信息，是地底勘测、煤矿开采、矿难搜救等任务的基本要求与重要保障。由于煤矿开采过程的特殊性，整个作业环境充斥着大量粉尘、水雾等干扰元素，这种恶劣的工作环境对井下环境探测设备的防尘与除尘提出了巨大的挑战。在未安装除尘设备的情况下，作业环境内充斥的大量粉尘、水雾等干扰元素，这些干扰因素将不可避免地对环境探测设备造成干扰，从而导致采集信息失真、绘制的井下地图不准确等问题，严重影响了煤矿综采设备的工作效率，威胁相关工作人员的人身安全。然而，目前的井下除尘技术主要集中应用于开采设备方面，在环境勘测方面却少有涉及。
公开号为CN201811364498.4的发明专利，提供了一种结构简单，使用方便，安全可靠的煤矿机器人防爆摄像机视窗自动清洁装置及清洁方法，能够根据采集的图像判断是否清洁视窗。但该技术方案应用极为局限，不适用于激光雷达等全方位数据采集设备。
发明内容
本发明的目的在于克服井下环境探测设备受工作环境干扰造成探测结果不准确的缺点，提供一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置及除尘方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，包括圆筒形进气管，圆筒形进气管上设有支撑铝板，支撑铝板上设有无色光学玻璃罩，无色光学玻璃罩的上端设有棱台形顶盖，棱台形顶盖的侧面与底面呈预设角度夹角；
支撑铝板上设有若干圈的导气环槽，所述导气环槽均环绕无色光学玻璃罩设置，且与圆筒形进气管相连通；
所述无色光学玻璃罩内用于放置环境探测设备。
进一步的，棱台形顶盖为正棱台形；
棱台形顶盖的侧面与底面呈30°夹角。
进一步的，棱台形顶盖的侧面与侧面之间通过圆弧过渡。
进一步的，每圈导气环槽由若干个均布在一个圆周上的导气槽构成。
进一步的，每个导气槽的宽度随支撑铝板厚度不同逐渐变化或保持不变。
进一步的，相邻圈的导气环槽在径向上间距相等。
进一步的，支撑铝板上设有安装环槽，无色光学玻璃罩上设有螺纹，两者通过安装环槽和螺纹连接为一体。
本发明的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置的除尘方法，包括被动防尘功能和主动防尘功能。
进一步的，包括以下操作：
将环境探测设备置于无色光学玻璃罩内，隔离井下环境，进行被动防尘；
将外部预设压强气源的干燥清洁的空气输入到圆筒形导气管，气流经导气环槽喷出，最后经棱台形顶盖的侧面导出；
源源不断的气流在无色光学玻璃罩的外围环绕形成隔绝气流面，将光学玻璃罩周围的粉尘、水雾的干扰元素隔离，实现主动防尘功能，从而极大地增强环境探测设备工作的可靠性。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，通过棱台顶盖与无色光学玻璃罩以及支撑铝板构成相对封闭的空间，以被动除尘的方式初步隔绝了井下环境垂直方向下落的和水平方向漂浮着的以及装置下部可能飞溅起的粉尘与水雾等影响因素；另一方面，通过棱台顶盖与导气环槽的配合在无色光学玻璃罩周围形成隔绝气流面，进一步以主动除尘的方式进一步减轻了煤矿环境下粉尘、水雾、烟雾等对环境探测设备的干扰；本发明设计科学合理，使用方便，便于安装与后期维护。
进一步的，棱台形顶盖的侧面与底面呈30°夹角，经多次对比仿真实验的结果选取的30°夹角既能够有效隔绝探测设备上方下落的粉尘、水雾等干扰探测设备工作效果的元素，又能引导经环槽型导气口向上喷出的干燥洁净空气。
进一步的，棱台形顶盖的侧面与侧面之间通过圆弧过渡，仿真实验表明圆弧过渡相较于未经处理过的直线型棱角能够更有效地引导经无色透明光学玻璃罩流出的干燥洁净空气在棱台形顶盖形成气流层隔绝外部悬浮的粉尘、水雾等干扰探测设备工作效果的元素。
进一步的，每圈导气环槽由若干个均布在一个圆周上的导气槽构成，能够在保留支撑铝板的支撑作用的基础上引导输入的干燥洁净的空气形成环绕无色透明光学玻璃罩的气流层。
进一步的，每个导气槽的宽度随设计方案不同而逐渐变化或保持不变，能够引导外接特定压强气源输出的干燥洁净空气形成不同的环绕无色透明光学玻璃罩的气流层，达到不同的除尘效果以适应不同的工作环境。
进一步的，相邻圈的导气环槽在径向上间距相等，经过特定的分布方式有效地保留了支撑铝板对其上部结构的支撑性能，并且有效地减小了各导气环槽环绕无色透明光学玻璃罩形成的气流层互相影响的效果。
进一步的，导气管道顶部与支撑铝板之间通过精密的气密螺纹进行连接，方便拆卸。
本发明的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘方法，整个除尘过程能够很方便的实现自动化，无需人工处理。
附图说明
图1为本发明煤矿机器人用多环槽气体除尘装置的整体结构图；
图2为实施例的煤矿机器人用多环槽气体除尘装置的主视图；
图3为实施例的支撑铝板上导气环槽分布的俯视示意图；
图4为实施例的支撑铝板的环槽切口示意图；
图5为实施例的支撑铝板的剖面示意图；
图6为导气环槽的实施方式一的局部截面示意图；
图7为导气环槽的实施方式一的气流仿真图；
图8为导气环槽的实施方式二的局部截面示意图；
图9为导气环槽的实施方式二的气流仿真图；
图10为导气环槽的实施方式三的局部截面示意图；
图11为导气环槽的实施方式三的气流仿真图；
图12为导气环槽的实施方式四的局部截面示意图；
图13为导气环槽的实施方式四的气流仿真图；
图14为导气环槽的实施方式五的局部截面示意图；
图15为导气环槽的实施方式五的气流仿真图；
图16为导气环槽的实施方式六的局部截面示意图；
图17为导气环槽的实施方式六的气流仿真图；
图18为本发明煤矿机器人用多环槽气体除尘装置的工作流程图。
图中：1-棱台形顶盖体；2-无色光学玻璃罩；3-支撑铝板；4-圆筒形进气管。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
针对上述问题，本发明提出一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，将棱台顶盖被动防尘与气流面主动除尘相结合，从而提高环境勘测设备在井下高粉尘、高湿度等恶劣工况下的可靠性，对于确保工作人员的人身健康，提高煤矿综采设备的工作效率具备重要的基础性作用。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，图1为本发明的结构示意图，本发明的煤矿机器人用多环槽气体除尘装置，包括圆筒形进气管4，圆筒形进气管4上设有支撑铝板3，支撑铝板3上设有无色光学玻璃罩2，无色光学玻璃罩2的上端设有棱台形顶盖1，棱台形顶盖1的侧面与水平面呈30°夹角；支撑铝板3上设有3圈导气环槽，所述3圈导气环槽环绕无色光学玻璃罩2设置。
支撑铝板3上设有安装环槽，无色光学玻璃罩2上设有螺纹，两者通过安装环槽和螺纹连接为一体，这种安装方式便于拆卸。无色光学玻璃罩2在不干扰探测设备工作效果的前提下，将设备与充斥着粉尘、水雾等干扰元素的外部环境初步隔绝。
棱台形顶盖1的上下表面均为正方形，较小的下表面内接于无色光学玻璃罩的圆形上表面，二者紧密贴合；棱台顶盖1的侧面与水平面呈30°，侧面与侧面之间圆弧过渡，既能够有效隔绝探测设备上方下落的粉尘、水雾等干扰探测设备工作效果的元素，又能引导经导气环槽的导气口向上喷出的干燥洁净空气。
参见图2，图2为实施例的煤矿机器人用多环槽气体除尘装置的主视图，从图中可以看出，圆筒形进气管4的内径大于无色光学玻璃罩2的内径，支撑铝板3上的导气环槽与圆筒形进气管4相连通。
参见图3，图3为实施例的支撑铝板上导气环槽分布的俯视示意图，从图中可以看出，支撑铝板3上的导气环槽有3圈，每圈分布在一个圆周上，每圈导气环槽上由4个圆心角为75°且环槽之间间隔15°圆心角的导气槽组成，4个导气槽均布在一个圆周上；相邻圈的导气环槽间隔5mm，且每圈环槽错开30°圆心角。导气环槽用于引导外接气源的干燥洁净空气喷向棱台形顶盖1的导流面，在无色光学玻璃罩2外围形成隔绝气流层。
参见图4和图5，图4为实施例的支撑铝板的环槽切口示意图，A-A为切口示意方向，图5为实施例的支撑铝板的A-A剖面示意图，B为环槽导气口局部放大示意图；具体的导气环槽布置方式，参见图6、图8、图10、图12、图14和图16，图6、图8、图10、图12、图14和图16分别为导气环槽的实施方式一到实施方式六的局部截面图，从以上图中可以看出，每个导气槽的宽度在不同厚度的支撑铝板3上逐渐变化或者保持不变。以图6为例说明，图6中支撑铝板3的厚度为5mm，每圈导气环槽在支撑铝板3上的宽度随设计方案不同而逐渐变化或保持不变。
参见图7，图7为导气环槽的实施方式一的气流仿真图，仿真条件为：50帕斯卡气压，无烟煤颗粒，仿真结果表明：由本发明设计的导气环槽实施方式一导出的气流能够形成环绕透明光学玻璃罩的气流隔绝层。
参见图9，图9为导气环槽的实施方式二的气流仿真图，仿真条件为：20帕斯卡气压，烟煤颗粒密度0.185kg/s。仿真结果表明：由本发明设计的导气环槽实施方式二导出的气流能够形成环绕透明光学玻璃罩的气流隔绝层，且颗粒物散落的位置不在玻璃罩上，即透明光学玻璃罩内的探测设备工作不会受到颗粒物的影响。
参见图11，图11为导气环槽的实施方式三的气流仿真图，仿真条件为：10帕斯卡气压，烟煤颗粒密度0.0155kg/s，仿真结果表明：由本发明设计的导气环槽实施方式三导出的气流能够形成环绕透明光学玻璃罩的气流隔绝层，且颗粒物散落的位置不在玻璃罩上，即透明光学玻璃罩内的探测设备工作不会受到颗粒物的影响。
参见图13，图13为导气环槽的实施方式四的气流仿真图，仿真条件为：10帕斯卡气压，烟煤颗粒密度0.0152kg/s，仿真结果表明：由本发明设计的导气环槽实施方式四导出的气流能够形成环绕透明光学玻璃罩的气流隔绝层，且颗粒物散落的位置不在玻璃罩上，即透明光学玻璃罩内的探测设备工作不会受到颗粒物的影响。
参见图15，图15为导气环槽的实施方式五的气流仿真图，仿真条件为：10帕斯卡气压，烟煤颗粒密度0.015kg/s，仿真结果表明：由本发明设计的导气环槽实施方式五导出的气流能够形成环绕透明光学玻璃罩的气流隔绝层，且颗粒物散落的位置不在玻璃罩上，即透明光学玻璃罩内的探测设备工作不会受到颗粒物的影响。
参见图17，图17为导气环槽的实施方式六的气流仿真图，仿真条件为：10帕斯卡气压，烟煤颗粒密度0.0135kg/s，仿真结果表明：由本发明设计的导气环槽实施方式六导出的气流能够形成环绕透明光学玻璃罩的气流隔绝层，且颗粒物散落的位置不在玻璃罩上，即透明光学玻璃罩内的探测设备工作不会受到颗粒物的影响
参见图18，图18为本发明的流程图，本发明的煤矿机器人用多环槽气体除尘装置的工作流程如下：
将环境探测设备置于无色光学玻璃罩2内；
被动防尘为：棱台形顶盖体1、无色光学玻璃罩2和支撑铝板3组成的结构隔绝外部干扰元素对环境勘测设备的干扰；
主动防尘为：将外部特定压强气源输出的干燥洁净空气输入圆筒形导气管4，气流经导气环槽喷出，最后经棱台形顶盖1的侧面导出，源源不断的气流在无色光学玻璃罩2的外围环绕形成隔绝气流面，从而将光学玻璃罩2周围的粉尘、水雾等干扰探测设备工作效果的元素隔离，从而极大地增强探测设备工作的可靠性。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，包括圆筒形进气管(4)，圆筒形进气管(4)上设有支撑铝板(3)，支撑铝板(3)上设有无色光学玻璃罩(2)，无色光学玻璃罩(2)的上端设有棱台形顶盖(1)，棱台形顶盖(1)的侧面与底面呈预设角度夹角；
支撑铝板(3)上设有若干圈的导气环槽，所述导气环槽均环绕无色光学玻璃罩(2)设置，且与圆筒形进气管(4)相连通；
所述无色光学玻璃罩(2)内用于放置环境探测设备。
2.根据权利要求1所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，棱台形顶盖(1)为正棱台形；
棱台形顶盖(1)的侧面与底面呈30°夹角。
3.根据权利要求1所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，棱台形顶盖(1)的侧面与侧面之间通过圆弧过渡。
4.根据权利要求1所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，每圈导气环槽由若干个均布在一个圆周上的导气槽构成。
5.根据权利要求4所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，每个导气槽的宽度随支撑铝板(3)厚度不同逐渐变化或保持不变。
6.根据权利要求4所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，相邻圈的导气环槽在径向上间距相等。
7.根据权利要求1所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置，其特征在于，支撑铝板(3)上设有安装环槽，无色光学玻璃罩(2)上设有螺纹，两者通过安装环槽和螺纹连接为一体。
8.一种根据权利要求1-7所述的适用于井下环境探测设备的多环槽气体除尘装置的除尘方法，其特征在于，包括被动防尘功能和主动防尘功能。
9.根据权利要求8所述的除尘方法，其特征在于，包括以下操作：
将环境探测设备置于无色光学玻璃罩(2)内，隔离井下环境，进行被动防尘；
将外部预设压强气源的干燥清洁的空气输入到圆筒形导气管(4)，气流经导气环槽喷出，最后经棱台形顶盖(1)的侧面导出；
源源不断的气流在无色光学玻璃罩(2)的外围环绕形成隔绝气流面，将光学玻璃罩(2)周围的粉尘、水雾的干扰元素隔离，实现主动防尘功能，从而极大地增强环境探测设备工作的可靠性。
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