CN116025406B - 一种隧道除尘系统及其除尘方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种隧道除尘系统及其除尘方法。所述隧道除尘系统包括吹风机、卷吸装置、除尘装置、抽风机、助力装置、气幕装置和回风管道，所述吹风机与所述助力装置的进风口相连通，所述助力装置的出风口与所述卷吸装置的吸尘筒相对；所述吹风机和所述助力装置集成整体，所述气幕装置与卷吸装置、除尘装置、抽风机集成整体；所述卷吸装置、除尘装置和抽风机依次气路连通；所述抽风机通过回风管道为所述气幕装置提供气流，同时也为所述卷吸装置提供切向气流。与相关技术相比，本发明具有表面除尘与空间除尘相集成的特点，且具有除尘效率高、环境友好和节省能量等特点；可以应用于施工隧道或运营隧道中的除尘。

Description

一种隧道除尘系统及其除尘方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种隧道除尘系统及其除尘方法。

背景技术

由于修建隧道具有能够大幅度缩短交通线路与节约耕地等优点，因此，隧道是交通工程中常见的建筑设施。

钻爆法隧道施工时会产生大量灰尘。施工隧道中弥漫过多的灰尘既不利于施工，也对工作人员健康不利。目前，施工隧道中常用的基本除尘方式包括自然沉降法、风力排出法和喷水沉降法。自然沉降法是在爆破后，施工人员撤离作业区域，等待大量灰尘通过重力沉降到隧道地面上后才开始施工的方法。该方法所需的沉降时间较长，严重影响施工进度。风力排出法以压入式、或抽出式或两者混合的方式排出隧道中的含尘空气，但是，由于该方法所采用的进、出风口远远小于隧道断面，从而产生的气流不能充盈隧道空间而导致空间除尘效率低，且气流不能以灵活的角度、全面而高效地作用于不同方位的局部隧道壁面上，从而导致黏附在隧道壁面上的灰尘难以脱落。此外，将含尘气流直接排出隧道口，将严重产生大气污染。喷水沉降法采用水雾喷向隧道空间，但由灰尘悬浮的空间大、浓度高，需要大量的水才能有效除尘，所以不宜在缺水地区使用，而且容易导致隧道地面泥泞而不利于工人行走与施工，向隧道口排出的泥浆则会产生严重的地表污染。

目前，对于运营隧道除尘而言，通常采用机械接触、水力或气力等方式进行。机械接触除尘主要是通过人力利用扫帚、拖把等工具对能触及到的区域进行清扫，导致除尘范围小，除尘效率低，且对电气设施容易出现碰触性损害。水力清扫主要采取的压力水冲洗的办法，则容易导致环境潮湿，致使电器设施漏电或短路，甚至影响隧道内运营列车的信号传输与控制而导致行车安全，而且缺水的城市难以承受长距离隧道的水力冲洗。气力清扫往往通过负压，借助吸尘装置吸入含尘气流的办法进行，但由于铁路车辆设计的限界要求，安装在车辆上的吸尘装置不得不距离除尘表面较远，导致难以有效实现道床表面和隧道壁的表面除尘，更难以实现前方较远空间的吸尘；加上隧道壁面上往往安装有电器设施，使得气流难以进入被电器设施遮挡的隧道壁面，造成相应部位的隧道壁面的除尘十分困难；如果采取人工操作吸尘装置的办法，则由于自动化程度不高、且除尘范围只能在人力能触及的范围进行，导致除尘效率太低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既适应隧道表面除尘也适应隧道空间除尘的环境友好的、高效的隧道除尘系统及其除尘方法。

本发明的技术方案是：一种隧道除尘系统包括吹风机、卷吸装置、除尘装置、抽风机和均具有出风口和进风口的助力装置和气幕装置，所述吹风机出口与所述助力装置的进风口相连通，所述助力装置的出风口与所述气幕装置的出风口相对设置；所述吹风机和所述助力装置集成并能整体移动，所述气幕装置与卷吸装置、除尘装置、抽风机集成并能整体移动；所述卷吸装置、除尘装置和抽风机依次气路连通，所述卷吸装置的吸风口朝向所述助力装置的出风口设置；所述抽风机通过回风管道与所述气幕装置的进风口相连通，所述卷吸装置的切向风入口通过回风管道与抽风机相连通。

上述方案中，通过助力装置能够独立或协同隧道内的卷吸流场将粘附在隧道壁面的灰尘吹落，将悬浮在隧道内的灰尘推向卷吸装置，再通过卷吸装置将灰尘吸入，吸入的灰尘经过除尘装置处理后，干净的气流再回送至卷吸装置和气幕装置中重复利用，具有表面与空间集成除尘的特点，以及节能的优势。

另外，采用两个集成的、独立移动的整体，一方面，所述助力装置产生的助力风(径向助吹风、纵向助吸风)以不削弱所述卷吸装置在隧道内产生的卷吸流场为前提，另一方面，当所述助力装置产生的纵向风不能有效地将灰尘送入所述卷吸装置在隧道内产生的卷吸流场时，就要缩短两个移动整体之间的间距，以实现协同除尘。

优选的，所述助力装置的周边通过球铰接联接多个径向助吹嘴产生的助吹风作用于隧道壁上，以帮助卷吸装置所形成的卷吸流场驱离隧道壁上的灰尘，所述助力装置朝向吸尘筒设有多个纵向助吸嘴产生助吸风，以帮助卷吸装置所形成的卷吸流场吸走在卷吸装置前方的悬浮灰尘，所有径向助吹嘴与所有纵向助吸嘴均设有开关。

一般情况下，所述吹风机处于待除尘区，所述除尘装置处于已除尘区。所述助力装置上的径向助吹嘴产生的气流把壁面上的灰尘吹落，所述气幕装置产生的气幕阻止灰尘进入已除尘的除尘器一方，从而能够将灰尘集中在所述助力装置与所述卷吸装置之间进行除尘处理。

优选的，所述助力装置通过转动副安装在所述吹风机上，在纵向助吸嘴工作时，所述助力装置的旋转方向与卷吸装置产生的旋转气流旋向一致时有利于加强隧道空间内气流的卷吸效应；所述卷吸装置以及所述助力装置的布置方式均为卧式，以确保在助力装置不旋转时纵向助吸嘴独自吹出的气流射向卷吸装置上的吸尘筒。

所述径向助吹嘴的出口，一方面可根据所需调节成与气幕装置的出风口相对的角度，另一方面可调节成与所述助力装置的径向位置线成不同角度。

所述助力装置能够根据除尘需要，顺时针或逆时针旋转，或交替旋转，使得其径向气流能扫射相应的整个截面，或旋转到某一位置并固定所述径向气嘴的最佳的位置，对局部难清除壁面进行长时间除尘。

优选的，所述卷吸装置包括吸尘筒及用于对所述吸尘筒内产生卷吸流场的龙卷风发生器；所述龙卷风发生器上设有切向风入口和卷吸装置出口，所述回风管道与所述切向风入口相连通，所述卷吸装置的出口与所述除尘装置相连通。

优选的，所述龙卷风发生器包括总环流通道、卷吸流场发生筒和多个均布的切向风分配通道，所述卷吸流场发生筒设于所述总环流通道内，多个所述切向风分配通道连通所述总环流通道和所述卷吸流场发生筒，所述切向风分配通道为所述卷吸流场发生筒提供产生旋转运动的切向风；所述切向风入口与所述总环流通道连通，所述卷吸流场发生筒的出口即为所述卷吸装置出口，通过多个所述切向风分配通道提供的切向风与通过所述抽风机产生轴向负压的联合作用下，将在所述卷吸流场发生筒内产生朝向所述抽风机整体作螺旋移动的卷吸气流。

优选的，所述吸尘筒为喇叭筒，喇叭筒的大口径朝向所述助力装置设置，用于将卷吸流场发生筒内形成的卷吸流场扩展到隧道内，使得隧道内形成朝向所述吸尘筒整体作螺旋前进的卷吸流场，所述吸尘筒与所述助力装置的距离以确保所述助力装置产生的助吹风和助吸风不削弱通过所述吸尘筒扩展到隧道内的卷吸流场为前提设有合适距离。所述吸尘筒与所述助力装置的距离以确保所述助力装置产生的助吹风和助吸风不削弱通过所述吸尘筒扩展到隧道内的卷吸流场为前提。

优选的，所述回风管道上设有气阀，所述气阀临近所述气幕装置的进风口设置。

所述气阀用以调节卷吸装置和气幕装置中的气流。通过调节该气阀开启的大小，以实现回风管道中的气流分成两股气流，一股气流通过气阀进入气幕装置中，另一股气流则送入卷吸装置上的切向风入口。

优选的，所述气幕装置包括两个盖板，以及分隔开两所述盖板的若干个支撑柱；两所述盖板的周边向所述助力装置弯曲形成环槽，所述环槽形成所述气幕装置的出风口；所述环槽与所述助力装置相向设置。所述气幕装置的出风口吹出径向气流形成气幕，以阻挡灰尘向除尘装置所在的隧道区域扩散。

所述气幕装置的盖板及环槽的设计结构，使气幕装置吹出的气流形成环状气幕，避免灰尘进入已清扫区域。

优选的，所述助力装置上各个径向助吹嘴的径向出风口的轴线在工作时与各自在助力装置上对应的径向线的夹角大小互不相同。以保障隧道壁上受到不同方向的径向风。。

本发明还提供一种隧道除尘方法，采用上述的隧道除尘系统进行，包括：

所述助力装置接受吹风机所输送的气流，自所述助力装置产生助力风，即助吹风与助吸风，助吹风用于帮助隧道内的卷吸流场驱离隧道壁上的灰尘，助吸风用于帮助隧道内的卷吸流场将悬浮在隧道内的灰尘送入吸尘筒；

所述气幕装置产生的气幕阻挡灰尘向除尘装置所在的隧道区域扩散；

所述卷吸装置通过所述吸尘筒在隧道内产生整体朝向所述吸尘筒螺旋前进的卷吸流场，使粘附的灰尘脱离壁面，使悬浮的灰尘进入所述吸尘筒；

经除尘装置除尘处理后的干净气流经所述抽风机进入回风管道中，干净气流中的一部分回流至所述气幕装置形成气幕；另一部分送入至所述切向风入口进入所述总环流通道中形成旋转气流；

可以进行以下控制：吹风机与抽风机的流量，助力装置的转速与转向，径向助吹嘴的位置，径向助吹嘴与纵向助吸嘴的流速，助力装置与吸尘筒的距离，以及气幕的流速，从而实现位于助力装置与卷吸装置之间的隧道空间与隧道壁的协同除尘；

当难以依靠所述吸尘筒扩展到隧道内的卷吸流场将所述吸尘筒前方悬浮的灰尘顺利吸入卷吸装置时，启动所述助力装置产生相应流速的助吸风将悬浮的灰尘辅助送入卷吸装置；当隧道壁上的灰尘难以依靠吸尘筒扩展到隧道内的卷吸流场顺利驱离时，启动助力装置产生相应流速的助吹风使灰尘脱离隧道壁。

所述吸尘筒与所述助力装置的距离以确保所述助力装置产生的助力风以不削弱通过所述吸尘筒扩展到隧道内的卷吸流场为前提。

与现有相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、应用范围广：所述隧道除尘系统能够同时对隧道壁面和隧道空间进行大规模除尘，既可以应用在施工隧道中；也可以应用在运营隧道中；

二、除尘效率高：第一方面，龙卷风发生器在卷吸流场发生筒内产生的旋转气流，然后借助旋转气流的内摩擦特性，通过吸尘筒扩展到隧道内，使得在隧道内具有类似自然界龙卷风一样、整体作螺旋运动的卧式人工龙卷风，即卧式卷吸流场；采用合适的锥度的吸尘筒、并调节风机产生的足够的风量，卧式人工龙卷风既可以作用于大断面的隧道内较远的表面，又可以充盈整个隧道空间，从而表现出了强大的大空间、大面积的集成吸尘能力，而负压除尘的负压由于随距离快速衰减，则只能进行近距离表面除尘或短距离的空间除尘。第二方面，所述隧道除尘系统中包含了助力装置，其中，安装于助力装置上的径向助吹嘴通过以下两方面的措施确保隧道壁上各种位置形状的局部表面都有助吹气流有效驱离灰尘：1)径向助吹嘴的位置可以根据隧道壁的局部的位置形状通过控制系统进行相应变化，2)可以改变助力装置的旋转速度、旋转方向以及径向助吹嘴射流的速度，从而合成不同方向的射流速度。此外，当隧道壁某处灰尘难以清除时，可以不让助力装置旋转，以最佳方位的气流对准该处长时间喷射，直到完成该处的表面除尘。第三方面，安装于助力装置上的纵向助吸嘴所产生的气流有以下两方面的效果：1)可以把距离吸尘筒前方远处、隧道内卷吸气流衰弱处的灰尘推向卷吸装置的吸尘筒，辅助卷吸装置完成吸尘；2)通过采取与卷吸气流相同的旋向可以增强隧道内气流的卷吸强度与卷吸空间的长度。以上三方面的措施有效地解决了现在的施工隧道气力除尘方式存在气流不能覆盖隧道表面、不能充盈隧道空间的不足，也解决了现在运营隧道内因受车辆设计限界使得车载负压吸尘装置距离隧道壁较远而导致吸尘效果差的缺点。此外，所述的隧道除尘系统由于采取移动式除尘方法，能实现长大隧道的表面与空间的集成作业下的分段除尘，避免了含尘气流难以沿隧道长距离流动的缺点。由此可见，无论对于施工隧道还是运营隧道，其除尘效果相比传统的除尘方法都有明显的提高。

三、节能环保：所述隧道除尘系统采用回风管道，使得抽风机排出的气流不会直接排入隧道内而导致隧道内产生二次扬尘并干扰卷吸除尘流场，并且作为切向风与气幕风进行回收利用，实现了节能；此外，由于集成了除尘装置既避免了含尘气流排出隧道外的大气，也避免了泥浆排放到隧道外的地表，具有明显的环保优势。

附图说明

图1为本发明提供的隧道除尘系统的原理示意图；

图2为沿图1中的A-A剖视方向的助力装置不旋转状态下的结构示意图；

图3为沿图1中的B-B剖视方向的气幕装置结构示意图；

图4为沿图3中的D-D剖视气幕装置内部结构示意图

图5为沿图1中的C-C剖视方向的龙卷风发生器结构示意图；

图6为沿图1中的A-A剖视方向的在施工隧道中助力装置不旋转状态下的径向助吹嘴与纵向助吸嘴工作示意图。

图7为沿图1中的A-A剖视方向的地铁运营隧道中助力装置不旋转状态下的径向助吹嘴与纵向助吸嘴工作示意图。

附图中，1-吹风机、2-助力装置、21-径向助吹嘴、22-纵向助吸嘴、23-转动副、3-气幕装置、31-环槽、32-盖板、33-支撑柱、4-卷吸装置、41-吸尘筒、42-龙卷风发生器、421-总环流通道、422-卷吸流场发生筒、423-切向风分配通道、43-切向风入口、44-卷吸装置出口、5-除尘装置、6-回风管道、61-气阀、7-抽风机、8-照明灯、9-线缆、10-配电盒。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本实施例提供的一种隧道除尘系统包括吹风机1、助力装置2、气幕装置3、卷吸装置4、除尘装置5、抽风机7和回风管道6。

所述吹风机1和所述助力装置2集成并能整体移动，具体为：所述吹风机1安装在可移动的小车上，所述助力装置2以吹风机1的出风口中心线为轴线，通过转动副23安装在所述吹风机1的出风管道上，且所述助力装置2的旋转轴与隧道地面近似平行。所述助力装置2上设有进风口和出风口，所述吹风机1的出风口与所述助力装置2的进风口相连通。

如图1和图2所示，所述助力装置2的周边通过球铰接联接有多个径向助吹嘴21，使得所述径向助吹嘴21相对于助力装置2能实现球面转动，所述径向助吹嘴21吹出的风则为射向隧道壁的径向风。当卷吸装置4通过吸尘筒41在隧道内扩展的卷吸流场对隧道壁灰尘的驱离作用较弱时，需要启动径向助吹风加强对隧道壁灰尘的驱离作用；当卷吸装置4通过吸尘筒41在隧道内扩展的卷吸流场对隧道壁灰尘的驱离作用足够时，可以停止径向助吹风。

所述助力装置2朝向气幕装置3的左端上设有多个纵向助吸嘴22，所述径向助吹嘴21和纵向助吸嘴22形成所述助力装置2的出风口。

所述助力装置2可采用中空支撑盘的结构。所述径向助吹嘴21可通过增设相应的控制系统和驱动装置实现角度位置的调节，能够使得径向助吹嘴21产生的助吹气流尽可能以最有利于驱离灰尘的角度、全面扫射各种位置形状的局部隧道壁面或缝隙。

所述纵向助吸嘴22位于助力装置2的中部，在助力装置2不旋转时，所述纵向助吸嘴22产生沿所述吹风机1的出风口中心线流动的纵向助吸风。所述的径向助吹嘴21和纵向助吸嘴22可通过增设相应的控制系统和驱动装置根据需要实现其开启或闭合。其开闭与否取决隧道表面覆盖灰尘的程度与隧道空间内悬浮灰尘的程度，一般说来，当通过相关传感器检测到隧道表面覆盖的灰尘越厚或隧道空间内悬浮浓度越高时，所需要得到助吹风或助吸风的强度越大。当某一位置的隧道局部表面覆盖的灰尘难以驱离时，可以保持助力装置不旋转，以最有利于驱离灰尘角度的气流在一段时间内持续冲击该表面。

可以增设相应的控制系统和驱动装置驱动所述助力装置2通过所述的转动副23旋转，以带动所述的径向助吹嘴21与纵向助吸嘴22扫射相应的圆周，其中径向助吹嘴21所产生气流的绝对速度为助力装置2旋转的牵连速度与气流喷射相对速度的合成，通过调整牵连速度可以实现不同时刻射流绝对速度的方向发生变化，如此可以实现不同位置局部形状的隧道表面有气流冲击，使得灰尘脱离隧道表面。

如图1所示，所述气幕装置3与卷吸装置4、除尘装置5、抽风机7集成并能整体移动。具体的，所述气幕装置3、卷吸装置4、除尘装置5和抽风机7集成安装于一个移动小车上，该移动小车与助力装置2的移动小车可通过增设控制系统单独控制各自的移动，实现两者间距的调节。一般来说，当助力装置2与卷吸装置4的距离大于隧道内形成有效卷吸气流的长度时，需要增加相应的纵向助吸气流，把吸尘筒41前方较远位置受卷吸气流影响弱的灰尘推送到有效地卷吸流场中；但当助力装置2与卷吸装置4的距离小于或等于隧道内形成有效卷吸气流的长度时，要停用纵向助吸气流，以免破坏隧道内有效的卷吸流场。隧道内有效卷吸流场的长度的检测，可以通过增加风速仪与测距传感器来实现。当卷吸装置4在较短隧道内沿隧道长度方向除尘时，或者卷吸装置4面对隧道壁除尘时，有可能不具有放置助力装置2的空间，则可以取消助力装置2。

所述卷吸装置4、除尘装置5和抽风机7依次气路连通，所述卷吸装置4的吸风口朝向所述助力装置2设置。所述卷吸装置4以及所述的助力装置2布置方式均为卧式，确保在助力装置2不旋转的情况下，纵向助吸嘴22独自吹出的气流射向卷吸装置4上的吸尘筒41。

如图1、图3和图4所示，所述气幕装置3上设有进风口和出风口，所述气幕装置3包括两个隔离设置的盖板32，盖板之间通过若干个支撑柱33分隔开。所述盖板32的末端向所述助力装置2弯曲形成环槽31，且所述环槽31弯曲末端的口径逐渐递减。所述环槽31形成所述气幕装置3的出风口。所述环槽31与所述助力装置2相向设置。

两个隔离设置的盖板32使气幕装置形成环状的环槽31，所述环槽31和径向助吹嘴21相向设置。

所述助力装置2的出风口与所述气幕装置3的出风口相对设置。

如图1所示，所述径向助吹嘴21向隧道壁面吹出径向气流，所述环槽31向隧道壁面吹出径向气流形成气幕，以阻止含尘气流进入除尘装置5所在的空间。

所述卷吸装置4为卧式结构，其包括吸尘筒41及龙卷风发生器42。所述吸尘筒41为喇叭筒，该喇叭筒的大口径朝向所述助力装置2设置，用于将龙卷风发生器42在卷吸流场发生筒422内形成的卷吸流场扩展到隧道内，使得隧道内形成朝所述吸尘筒41整体作螺旋前进的卷吸流场。

如图1、图4所示，所述抽风机7通过回风管道6、气阀61与所述气幕装置3的进风口相连通。所述卷吸装置4的切向风入口43通过回风管道6与抽风机7相连通。

所述龙卷风发生器42的卷吸装置出口44与所述除尘装置5相连通。

所述龙卷风发生器42包括总环流通道421、卷吸流场发生筒422和多个均布的切向风分配通道423，所述卷吸流场发生筒422设于所述总环流通道421内，多个所述切向风分配通道423连通所述总环流通道421和卷吸流场发生筒422之间，且所述切向风分配通道423与所述卷吸流场发生筒422相切以确保为所述卷吸流场发生筒22提供产生旋转运动的切向风。所述切向风入口43与所述总环流通道421相连通，所述卷吸流场发生筒422的出口即为所述卷吸装置出口44，通过多个所述切向风分配通道423提供的切向风与通过所述抽风机7产生轴向负压的联合作用下，将在所述卷吸流场发生筒422内产生朝向所述抽风机7整体作螺旋移动的卷吸气流。

回风管道6输送的气流自切向风入口43进入总环流通道421中并形成高速气流，该高速气流由切向风分配通道423进入卷吸流场发生筒422内，在所述卷吸流场发生筒422内形成旋转风，进而在抽风机7产生负压的联合作用下形成具有龙卷风特点的卷吸流场。

在助力装置2和所述气幕装置3之间，径向助吹嘴21吹出的径向气流将隧道壁上受卷吸流场影响弱的灰尘驱离下来，在纵向助吸嘴22产生的气流将受卷吸流场影响弱的悬浮灰尘沿纵向推向卷吸流场，接着由卷吸装置4通过吸尘筒41扩展的卷吸流场将含尘气流自所述吸尘筒41吸入，然后进入至除尘装置5中。

如图1所示，所述回风管道6上设有气阀61，所述气阀61临近所述气幕装置3的进风口设置。通过调节所述气阀61的开启大小，使得回风管道6中空气一股通过切向风入口43进入卷吸装置4中形成足够强度的旋转气流，另一股气流通过气阀进入至气幕装置3中。

本发明还提供一种隧道除尘方法，采用上述的隧道除尘系统进行，包括：

所述助力装置2接受吹风机1所输送的气流，自所述助力装置2产生助力风，即助吹风与助吸风，助吹风用于帮助隧道内的卷吸流场驱离隧道壁上的灰尘，助吸风用于帮助隧道内的卷吸流场将悬浮在隧道内的灰尘送入吸尘筒。

所述气幕装置3产生的气幕阻挡灰尘向除尘装置5所在的隧道区域扩散。

所述卷吸装置4通过所述吸尘筒41在隧道内产生整体朝向所述吸尘筒41螺旋前进的卷吸流场，使粘附的灰尘脱离壁面，使悬浮的灰尘进入所述吸尘筒41。

经除尘装置5除尘处理后的干净气流经所述抽风机7进入回风管道6中，干净气流中的一部分回流至所述气幕装置3形成气幕；另一部分送入至所述切向风入口43进入所述总环流通道421中形成旋转气流。

可以进行以下控制：吹风机1与抽风机7的流量，助力装置2的转速，径向助吹嘴21的位置，径向助吹嘴21与纵向助吸嘴22的流速，助力装置2与吸尘筒41的距离以及气幕的流速，从而实现位于助力装置2与卷吸装置4之间的隧道空间与隧道壁的除尘。

当难以依靠吸尘筒41扩展到隧道内的卷吸流场将吸尘筒41前方悬浮的灰尘顺利吸入卷吸装置4时，启动助力装置2产生相应流速的助吸风将悬浮的灰尘辅助送入卷吸装置4。当隧道壁上的灰尘难以依靠吸尘筒41扩展到隧道内的卷吸流场顺利驱离时，启动助力装置2产生相应流速的助吹风使灰尘脱离隧道壁。所述吸尘筒41与所述助力装置2的距离以确保所述助力装置2产生的助力风以不削弱通过所述吸尘筒41扩展到隧道内的卷吸流场为前提。

实施例一，施工隧道的除尘应用：

如图6所示，本实施例应用在灰尘浓度很高的钻爆法施工隧道中。利用本系统对该施工隧道进行除尘方法如下：

首先，将吹风机1位于隧道掌子面一端，抽风机7位于隧道口一端，通过两个移动的小车将助力装置2和气幕装置3调整至合适距离，不难通过增加相应驱动装置可以使得助力装置2借助转动副23旋转。为了确保不同位置与不同形状的壁面上的灰尘受到气流的作用而脱落下来，助力装置2往往需要采用变化的转速，以顺时针、逆时针的转向交替进行旋转，或根据需要在不旋转的时候进行工作。为确保卷吸除尘的效率，助力装置2的转动方向与卷吸装置4产生的旋转气流的运动方向保持一致，如卷吸装置4形成的卷吸流场为顺时针，则助力装置也顺时针旋转，反之则一同逆时针旋转，以更有利于卷吸流场的形成。

将径向助吹嘴21调整至合适的角度后开启径向助吹嘴21和纵向助吸嘴22。

由于施工隧道中空气含尘浓度高，需要打开助力装置2上的更多的纵向助吸嘴22。

在所述隧道除尘系统工作时，径向助吹嘴21产生的高速气流将附着在壁面上的灰尘吹起并使之漂浮在空气中。所述纵向助吸嘴22产生速度纵向气流，一方面纵向气流能够推动含尘空气快速进入卷吸装置4中，另一方面，由于助力装置2的中部纵向助吸纵向气流相比于外围气流速度较大，根据伯努利效应，在中心轴线(助力装置2的旋转轴线)处将产生低压区域，从而使得含尘气流进一步向中心聚集。

所述卷吸装置4吸入含尘气流后，再进入除尘器5中，经除尘后的干净气流由抽风机7送入所述回风管道6中，其中一部分气流送入卷吸装置4作为旋转气流，另一部分气流进入气幕装置3中。所述气幕装置3的环槽吹出径向风产生严密气幕，阻止灰尘向已清扫区域扩散。

根据工况需要，径向助吹嘴21、纵向助吸嘴22可以联合工作，也可以独立工作。不一定要同时打开所有的径向助吹嘴21工作或所有的纵向助吸嘴22工作，可以根据需要选择指定部位的径向助吹嘴21或指定部位的纵向助吸嘴22工作。根据工况需要，助力装置2、卷吸装置4也可以联合工作或各自独立地工作，但助力装置2产生的径向助吹风或纵向助吸风都不能破坏吸尘筒41内或吸尘筒41前方有效的卷吸流场，也不能将灰尘射入除尘装置所在的隧道空间。

所述隧道除尘系统上可附加空气灰尘浓度检测装置，一旦该检测装置探测到气幕装置左方附近的灰尘浓度降低到设定的值，则发送信号，驱动除尘系统整体向前行驶，其行驶速度不得高于单位时间内有效除尘的空间长度。原则上本隧道除尘系统的助力装置与气幕装置可以独立地左、右运动，但是要确保气幕装置的右端不受含尘气流的污染，吹风机处于未除尘的隧道空间中。

实施例二，运营隧道的除尘应用：

由于地铁运营隧道属于内部设施比较复杂的运营隧道，所以下面以为地铁隧道为例。如图7所示，地铁隧道壁面上安装有照明灯8、线缆9、以及配电盒10等设施。

由于地铁运营隧道中存在车辆限界，除尘设施在工作时不能超出铁路规程规定的限界，使得气嘴与环槽距离隧道壁面较远，所以喷射径向助吹气流与气幕的速度将相对较大。但是其气流速度不能过大，一方面是不能破坏隧道内有效的卷吸流场，另一方面，不能因为速度太大气流携带砂石击碎照明灯灯罩。

隧道壁面上的配电盒、线缆等设施遮挡了相应的隧道壁面，并形成不同走向的开放式空隙。为此，通过增设相应的控制系统和驱动装置对径向助吹嘴进行位置控制，使得所有的径向助吹嘴的轴线在同一工作时间内相对于助力装置的径向线的夹角各不相同(如图7所示)，并在不同的时间内变换所有助吹嘴的相对于助力装置的径向线的夹角，在助力装置在同一转向的情况下使得各不同走向的开放式空隙有机会受到径向助吹嘴吹出的气流有效地射入。如图7所示，助力装置静止不动时，径向助吹嘴a中产生的气流能够进入配电盒与墙壁之间的空隙进行清扫；径向助吹嘴b中产生的气流能够直接进入线缆之间的空隙进行清扫。同时，通过助力装置的顺时针、逆时针的来回转动或静止转动，进一步增加各种走向的开放式空隙内气流射入的机会，以及使得黏附表面上的灰尘容易掉落。

所述隧道除尘系统在运营隧道中的工作流程为：

首先通过两个可移动的小车将除尘系统停留在隧道中需要除尘的位置，并且使得助力装置与气幕装置保持合适的距离。助力装置2通过转动副进行相应的转动，同时调整径向助吹嘴的位置，促使黏附在表面上的灰尘掉落下来；在确保卷吸除尘效率时，与此同时，开启纵向助吸嘴与卷吸装置。转动的方向和卷吸装置4产生的旋转气流的运动方向保持一致。

在启动系统时，根据隧道中空气含尘浓度以及助吹装置与卷吸装置之间距离打开合适数量的纵向助吸嘴22。

在所述隧道除尘系统工作时，径向助吹嘴21产生的高速气流将附着在壁面上的灰尘吹起并使之漂浮在空气中。所述纵向助吸嘴22产生速度纵向气流，一方面纵向气流能够推动含尘空气快速进入卷吸流场中，另一方面，由于助吹装置2的中部纵向助吸纵向气流相比于外围气流速度较大，根据伯努利效应，在中心轴线(助力装置2的旋转轴线)处将产生低压区域，从而使得含尘气流进一步向中心聚集。

所述卷吸装置4吸入含尘气流后，再进入除尘器5中，经除尘后的干净气流由抽风机7送入所述回风管道6中，其中一部分气流送入卷吸装置4作为旋转气流，另一部分气流进入气幕装置3中。所述气幕装置3的环槽吹出径向风产生严密气幕，阻止灰尘向已清扫区域扩散。

根据工况需要，径向助吹嘴21、纵向助吸嘴22可以联合工作，也可以独立工作。不一定要同时打开所有的径向助吹嘴21工作或所有的纵向助吸嘴22工作，可以根据需要选择指定部位的径向助吹嘴21或指定部位的纵向助吸嘴22工作。根据工况需要，助力装置2、卷吸装置4也可以联合工作或各自独立地工作，但助力装置2产生的径向助吹风或纵向助吸风都不能破坏吸尘筒41内或吸尘筒41前方有效的卷吸流场，也不能将灰尘射入除尘装置所在的隧道空间。

所述隧道除尘系统上可附加空气灰尘浓度检测装置，一旦该检测装置探测到气幕装置左方附近的灰尘浓度降低到设定的值，则发送信号，驱动除尘系统整体向前行驶。原则上本隧道除尘系统的助力装置与气幕装置可以独立地左、右运动，但是要确保气幕装置的右端不受含尘气流的污染，吹风机处于未除尘的隧道空间中。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种隧道除尘方法，采用隧道除尘系统进行，所述隧道除尘系统包括吹风机（1）、卷吸装置（4）、除尘装置（5）、抽风机（7）和均具有出风口和进风口的助力装置（2）和气幕装置（3），所述吹风机（1）的出口与所述助力装置（2）的进风口相连通，所述助力装置（2）的出风口与所述气幕装置（3）的出风口相对设置；所述吹风机（1）和所述助力装置（2）集成并能整体移动，所述气幕装置（3）与卷吸装置（4）、除尘装置（5）、抽风机（7）集成并能整体移动；所述卷吸装置（4）、除尘装置（5）和抽风机（7）依次气路连通，所述卷吸装置（4）的吸风口朝向所述助力装置（2）的出风口设置；所述气幕装置（3）的进风口通过气阀（61）与回风管道（6）、抽风机（7）相连通，所述卷吸装置（4）的切向风入口（43）通过回风管道（6）与抽风机（7）相连通；

所述卷吸装置（4）包括吸尘筒（41）及龙卷风发生器（42），所述龙卷风发生器（42）上设有切向风入口（43）和卷吸装置出口（44），所述回风管道（6）与所述切向风入口（43）连通，所述龙卷风发生器（42）的卷吸装置出口（44）与所述除尘装置（5）连通；

所述龙卷风发生器（42）包括总环流通道（421）、卷吸流场发生筒（422）和多个均布的切向风分配通道（423），所述卷吸流场发生筒（422）设于所述总环流通道（421）内，多个所述切向风分配通道（423）连通所述总环流通道（421）和所述卷吸流场发生筒（422），所述切向风分配通道（423）为所述卷吸流场发生筒（422）提供产生旋转运动的切向风；所述切向风入口（43）与所述总环流通道（421）连通，所述卷吸流场发生筒（422）的出口即为所述卷吸装置出口（44），通过多个所述切向风分配通道（423）提供的切向风与通过所述抽风机（7）产生轴向负压的联合作用下，将在所述卷吸流场发生筒（422）内产生朝向所述抽风机（7）整体作螺旋移动的卷吸气流；

其特征在于，所述隧道除尘方法包括如下步骤：

所述助力装置（2）接受吹风机（1）所输送的气流，自所述助力装置（2）产生助力风，即助吹风与助吸风，助吹风用于帮助隧道内的卷吸流场驱离隧道壁上的灰尘，助吸风用于帮助隧道内的卷吸流场将悬浮在隧道内的灰尘送入吸尘筒；

所述气幕装置（3）产生的气幕阻挡灰尘向除尘装置（5）所在的隧道区域扩散；

所述卷吸装置（4）通过所述吸尘筒（41）在隧道内产生整体朝向所述吸尘筒（41）螺旋前进的卷吸流场，使粘附的灰尘脱离壁面，使悬浮的灰尘进入所述吸尘筒（41）；

经除尘装置（5）除尘处理后的干净气流经所述抽风机（7）进入回风管道（6）中，干净气流中的一部分回流至所述气幕装置（3）形成气幕；另一部分送入至所述切向风入口（43）进入所述总环流通道（421）中形成旋转气流；

可以进行以下控制：吹风机（1）与抽风机（7）的流量，助力装置（2）的转速与转向，径向助吹嘴（21）的位置，径向助吹嘴（21）与纵向助吸嘴（22）的流速，助力装置（2）与吸尘筒（41）的距离，以及气幕的流速，从而实现位于助力装置（2）与卷吸装置（4）之间的隧道空间与隧道壁的协同除尘；

当难以依靠所述吸尘筒（41）扩展到隧道内的卷吸流场将所述吸尘筒（41）前方悬浮的灰尘顺利吸入卷吸装置（4）时，启动所述助力装置（2）产生相应流速的助吸风将悬浮的灰尘辅助送入卷吸装置（4）；当隧道壁上的灰尘难以依靠吸尘筒（41）扩展到隧道内的卷吸流场顺利驱离时，启动助力装置（2）产生相应流速的助吹风使灰尘脱离隧道壁。

2.根据权利要求1所述的隧道除尘方法，其特征在于，所述助力装置（2）的周边通过球铰接联接多个径向助吹嘴（21）产生的助吹风作用于隧道壁上，以帮助卷吸装置（4）所形成的卷吸流场驱离隧道壁上的灰尘，所述助力装置（2）朝向吸尘筒（41）设有多个纵向助吸嘴（22）产生助吸风，以帮助卷吸装置（4）所形成的卷吸流场吸走在卷吸装置（4）前方的悬浮灰尘，所有径向助吹嘴（21）与所有纵向助吸嘴（22）均设有开关。

3.根据权利要求1所述的隧道除尘方法，其特征在于，所述助力装置（2）通过转动副（23）安装在所述吹风机（1）上，在纵向助吸嘴（22）工作时，所述助力装置（2）的旋转方向与卷吸装置（4）产生的旋转气流旋向一致；所述卷吸装置（4）以及所述助力装置（2）的布置方式均为卧式，以确保在助力装置（2）不旋转时纵向助吸嘴（22）独自吹出的气流射向卷吸装置（4）上的吸尘筒（41）。

4.根据权利要求1所述的隧道除尘方法，其特征在于，所述吸尘筒（41）为喇叭筒，喇叭筒的大口径朝向所述助力装置（2）设置，用于将卷吸流场发生筒（422）内形成的卷吸流场扩展到隧道内，使得隧道内形成朝向所述吸尘筒（41）整体作螺旋前进的卷吸流场，所述吸尘筒（41）与所述助力装置（2）设有合适距离。

5.根据权利要求1所述的隧道除尘方法，其特征在于，所述回风管道（6）上设有气阀（61），所述气阀（61）临近所述气幕装置（3）的进风口设置。

6.根据权利要求1所述的隧道除尘方法，其特征在于，所述气幕装置（3）包括两个盖板（32），以及分隔开两所述盖板（32）的若干个支撑柱（33）；两所述盖板（32）的周边向所述助力装置（2）弯曲形成环槽（31），所述环槽（31）形成所述气幕装置（3）的出风口；所述环槽（31）与所述助力装置（2）相向设置。

7.根据权利要求1所述的隧道除尘方法，其特征在于，所述助力装置（2）上各个径向助吹嘴（21）的径向出风口的轴线在工作时与各自在助力装置上对应的径向线的夹角大小互不相同。