CN113279804A - 一种矿用精确调节位控风窗及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种矿用精确调节位控风窗及控制方法，适用于煤矿井下使用。包括多级调节位控风窗，多级调节位控风窗包括风窗板，风窗板上设有多个尺寸不同的调节风孔，每个调节风孔上均设有编号，并设置有能够根据需要调节的开合控制机构，其中顺序编号的风孔封盖单独开启时通过的风量由小到大增加。实现了矿井风量的多级精确调节，保证了风窗开度的准确性和稳定性，解决了矿井风窗调风定量性差的缺点，其风量调节方便精准，根据需要可以自动、快速调整不同的通风量，有效地提高矿井通风系统调风的安全可靠性，利于矿井智能化管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种风窗及控制方法，尤其适用于煤矿井下巷道中使用的一种矿用精确调节位控风窗及控制方法
背景技术
调节风窗是煤矿井下目前使用最普遍的巷道风量调节装置，其作用是对巷道风量大小进行调节，为工作面等用风地点风量的按需分配创造条件。在井下生产过程中，通风系统发生变化时，经常需要对风量进行实时调整，这时候就要用到调节风窗对巷道风量进行调整。巷道风量调节的稳定性和可靠性是决定整个矿井通风系统能否安全有效完成通风任务的技术基础。
目前矿井的调节风窗有推拉式调节风窗、手动插板式调节风窗、百叶风窗、拨轮调节风窗等，为了满足煤矿日常生产的通风要求，需要频繁地对这些调节风窗的开口面积进行手动调节，调节过程费时费力，由于井下调节风窗数量较多，由通风队对这些调节风窗进行风量手动调节工程十分浩大，并且风窗基本靠手动调节到一定开度就不再改变，风窗的开度也没有办法反馈到井上进行统一管理。
发明内容
针对现有技术的不足之处，提供一种矿用精确调节位控风窗及控制方法，通过多位控制达到多级调节的效果，增大了风量调节的精度，利于矿井智能化管理。
为实现上述目的，本发明的矿用精确调节位控风窗，它包括多级调节位控风窗，多级调节位控风窗包括风窗板，风窗板上设有多个尺寸不同的调节风孔，每个调节风孔上均设有编号，并设置有能够根据需要调节的开合控制机构，其中顺序编号的风孔封盖单独开启时通过的风量由小到大增加。
进一步，所述的开合控制机构包括与各个调节风孔尺寸匹配的风孔封盖，每个风孔封盖后方通过支架连接有用以控制风孔封盖开合的的气缸，所有气缸均与隔爆型电控箱连接；其中支架包括围绕调节风孔垂直设置的多根滑杆，滑杆的端部设有连接所有滑杆的支架，气缸设置在支架中心处，气缸的活塞杆与风孔封盖的圆心连接，风孔封盖的边缘与滑杆滑动连接，通过气缸的活塞缸带动风孔封盖，从而使风孔封盖在多根滑杆上移动，从而实现开合调节风孔的效果。
进一步，所述气缸通过电磁阀控制，隔爆型电控箱通过控制各个气缸的电磁阀从而独立控制各风孔封盖在对应调节风孔上的开合，并根据所需风量调整所打开的调节风孔的编号与数量。
进一步，风孔封盖开启时的后撤距离为调节风孔面积的5倍。
进一步，所述调节风孔的数量为8个，按照面积从小到大编号为1～8，面积最小的1号调节风孔单独开启时通过的风量为一个标准单位，此后每一个调节风孔单独开启时通过的风量为上一个编号风孔单独开启时的两倍。
进一步，所述电磁阀为换向电磁阀。
一种矿用精确调节位控风窗的控制方法，其步骤为：
a首先根据巷道进风口和巷道出风口所在的主巷道的尺寸设计多级调节位控风窗，使多级调节位控风窗的风窗板能够封闭主巷道；
b然后根据需要的最大风量计算在风窗板上需要设置的调节风孔，并将多个调节风孔按照单独通风量有小到大进行编号，并保证下一编号调节风孔的风量是上一编号调节风孔的两倍；
c在需要调节巷道风量时，然后将巷道中所需风量转换为二进制，从而获得位数与调节风孔数量相同的二进制数列，将巷道中所需风量的二进制数列从首位到末位分别与调节风孔的编号一一对应，根据所需风量的二进制数列控制控制对应序号的调节风孔上的风孔封盖开闭，其中对应二进制数列中为“0”的调节风孔关闭，对应二进制数列中为“1”的调节风孔开启，即可实现巷道当前所需风量的精确控制。
有益效果：本发明的矿用精确调节位控风窗，首次提出以位控的方法调节风量，实现了矿井风量的多级精确调节，保证了风窗开度的准确性和稳定性，解决了矿井风窗调风定量性差的缺点，其风量调节方便精准，根据需要可以自动、快速调整不同的通风量，有效地提高矿井通风系统调风的安全可靠性，利于矿井智能化管理。
附图说明
图1是本发明矿用精确调节位控风窗窗体的正面结构示意图；
图2是本发明矿用精确调节位控风窗窗体的背面结构示意图；
图3是本发明矿用精确调节位控风窗开关控制流程图；
图4是本发明矿用精确调节位控风窗风量调节流程图；
图5是模拟巷道的结构示意图；
图6是本发明矿用精确调节位控风窗模拟巷道调节风量的散点图；
图中：1、风窗板，2、调节风孔，3、风孔封盖，4、气缸，5、模拟巷道进风口，6、模拟巷道出风口，7、主巷道8、支路巷道，9、位控风窗，
具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图2所示，本发明公开一种矿用精确调节位控风窗，如图5所示，安装在主巷道8风门上使用，主巷道8上是否设置支路巷道8无影响；它包括多级调节位控风窗9，多级调节位控风窗9包括风窗板1，风窗板1上设有多个尺寸不同的调节风孔2，每个调节风孔2上均设有编号，并设置有能够根据需要调节的开合控制机构，其中顺序编号的风孔封盖3单独开启时通过的风量由小到大增加。所述的开合控制机构包括与各个调节风孔2尺寸匹配的风孔封盖3，每个风孔封盖3后方通过支架连接有用以控制风孔封盖3开合的的气缸4，所有气缸4均与隔爆型电控箱连接，气缸4通过电磁阀控制，电磁阀为换向电磁阀；隔爆型电控箱通过控制各个气缸4的电磁阀从而独立控制各风孔封盖3在对应调节风孔2上的开合，风孔封盖3开启时的后撤距离为调节风孔2面积的5倍，并根据所需风量调整所打开的调节风孔2的编号与数量。其中支架包括围绕调节风孔2垂直设置的多根滑杆，滑杆的端部设有连接所有滑杆的支架，气缸4设置在支架中心处，气缸4的活塞杆与风孔封盖3的圆心连接，风孔封盖3的边缘与滑杆滑动连接，通过气缸4的活塞缸带动风孔封盖3，从而使风孔封盖3在多根滑杆上移动，从而实现开合调节风孔2的效果。
所述调节风孔2的数量为8个，按照面积从小到大编号为1～8，面积最小的1号调节风孔2单独开启时通过的风量为一个标准单位，此后每一个调节风孔2单独开启时通过的风量为上一个编号风孔单独开启时的两倍。
如图3所示，一种矿用精确调节位控风窗的控制方法，其步骤为：
a首先根据巷道进风口5和巷道出风口6所在的主巷道7的尺寸设计多级调节位控风窗9，使多级调节位控风窗9的风窗板1能够封闭主巷道7；
b然后根据需要的最大风量计算在风窗板1上需要设置的调节风孔2，并将多个调节风孔2按照单独通风量有小到大进行编号，并保证下一编号调节风孔2的风量是上一编号调节风孔2的两倍；
c在需要调节巷道风量时，然后将巷道中所需风量转换为二进制，从而获得位数与调节风孔2数量相同的二进制数列，将巷道中所需风量的二进制数列从首位到末位分别与调节风孔2的编号一一对应，根据所需风量的二进制数列控制控制对应序号的调节风孔2上的风孔封盖3开闭，其中对应二进制数列中为“0”的调节风孔2关闭，对应二进制数列中为“1”的调节风孔2开启，即可实现巷道当前所需风量的精确控制。
实施例1：
如图1和图2所示，位控风窗风孔数量为8。当8个风孔全部开启时所通过的风量为255；当8个风孔全部关闭时通过的风量为0m3/h，即可通过8位风孔实现0～255位风量控制；
如图4所示，将风孔按照编号进行二进制排序，在所需风量为0m3/h～255m3/h之间时，将所需风量转换为8位二进制，例如所需风量为78m3/h，转换为二进制后为01001110，对应的编号为1、5、6、8的调节风孔2置于关闭状态，对应编号为2、3、4、7的调节风孔2置于开启状态。
实施例2：
利用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟，建立模拟巷道，如图5所示，模拟巷道，包括模拟巷道进风口5、模拟巷道出风口6、主巷道7、分支巷道8、多级调节位控风窗9，所述模拟巷道进风口5为主巷道风流入口，所述模拟巷道进风口5为主巷道风流入口，所述模拟巷道分为主巷道7和分支巷道8，所述主巷道内安装有多级调节的位控风窗9，所述多级调节位控风窗9上有4个大小不同的调节风孔2。
模拟巷道边界条件为：入口处风速恒定为4m/s，主巷道7断面积为200mm。在位控风窗9中设有4个调节风孔2，调节风孔2根据面积从小到大分别标号为1、2、3、4，其中调节风孔2面积分别为10mm、13mm、19mm、29mm；调节风孔2用如图3所示方法用二进制表示，分别开启不同面积大小的风孔实现1～15倍的风量调节，得到风量倍数与模拟风量之间的关系。如下表所示
如图6所示，将风量倍数与模拟风量用散点图表示，可发现风量调节基本为线性，其中实际的15倍风量为208.27m3/h理论的15倍风量为理论1倍风量乘以15，应为221.85m3/h，两者之差为13.58m3/h，小于理论1倍风量，在可接受的误差范围内，故说明位控风窗调节较为准确。
最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，只要未脱离本发明精神和范围的，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种矿用精确调节位控风窗，其特征在于：它包括多级调节位控风窗(9)，多级调节位控风窗(9)包括风窗板(1)，风窗板(1)上设有多个尺寸不同的调节风孔(2)，每个调节风孔(2)上均设有编号，并设置有能够根据需要调节的开合控制机构，其中顺序编号的风孔封盖(3)单独开启时通过的风量由小到大增加。
2.根据权利要求1所述的矿用精确调节位控风窗，其特征在于：所述的开合控制机构包括与各个调节风孔(2)尺寸匹配的风孔封盖(3)，每个风孔封盖(3)后方通过支架连接有用以控制风孔封盖(3)开合的的气缸(4)，所有气缸(4)均与隔爆型电控箱连接；其中支架包括围绕调节风孔(2)垂直设置的多根滑杆，滑杆的端部设有连接所有滑杆的支架，气缸(4)设置在支架中心处，气缸(4)的活塞杆与风孔封盖(3)的圆心连接，风孔封盖(3)的边缘与滑杆滑动连接，通过气缸(4)的活塞缸带动风孔封盖(3)，从而使风孔封盖(3)在多根滑杆上移动，从而实现开合调节风孔(2)的效果。
3.根据权利要求1所述的矿用精确调节位控风窗，其特征在于：所述气缸(4)通过电磁阀控制，隔爆型电控箱通过控制各个气缸(4)的电磁阀从而独立控制各风孔封盖(3)在对应调节风孔(2)上的开合，并根据所需风量调整所打开的调节风孔(2)的编号与数量。
4.根据权利要求1所述的矿用精确调节位控风窗，其特征在于：风孔封盖(3)开启时的后撤距离为调节风孔(2)面积的5倍。
5.根据权利要求1所述的矿用精确调节位控风窗，其特征在于：所述调节风孔(2)的数量为8个，按照面积从小到大编号为1～8，面积最小的1号调节风孔(2)单独开启时通过的风量为一个标准单位，此后每一个调节风孔(2)单独开启时通过的风量为上一个编号风孔单独开启时的两倍。
6.根据权利要求3所述的矿用精确调节位控风窗，其特征在于：所述电磁阀为换向电磁阀。
7.一种使用上述任一权利要求所述矿用精确调节位控风窗的控制方法，其特征在于步骤为：
a首先根据巷道进风口(5)和巷道出风口(6)所在的主巷道(7)的尺寸设计多级调节位控风窗(9)，使多级调节位控风窗(9)的风窗板(1)能够封闭主巷道(7)；
b然后根据需要的最大风量计算在风窗板(1)上需要设置的调节风孔(2)，并将多个调节风孔(2)按照单独通风量有小到大进行编号，并保证下一编号调节风孔(2)的风量是上一编号调节风孔(2)的两倍；
c在需要调节巷道风量时，然后将巷道中所需风量转换为二进制，从而获得位数与调节风孔(2)数量相同的二进制数列，将巷道中所需风量的二进制数列从首位到末位分别与调节风孔(2)的编号一一对应，根据所需风量的二进制数列控制控制对应序号的调节风孔(2)上的风孔封盖(3)开闭，其中对应二进制数列中为“0”的调节风孔(2)关闭，对应二进制数列中为“1”的调节风孔(2)开启，即可实现巷道当前所需风量的精确控制。
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