CN205844228U - 一种高温矿井巷道通风降温的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高温矿井巷道通风降温的实验装置，包括主体模型、围岩温度控制系统、围岩湿度控制系统、通风系统、风流控制系统及数据采集系统。能够模拟完成在不同围岩温度、不同送风温度、不同入口风流速度下，围岩巷道内风流速度、风流温度和风流湿度的分布规律以及获取风流对流传热的准则关联式，为科学合理地布置通风及降温系统提供可靠的技术支持。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种实验装置，具体涉及一种高温巷道通风降温的实验装置。
背景技术
中国是世界煤炭的生产大国之一，同时煤炭也是我国的基础能源和重要原料，从古至今甚至未来的几十年内，煤炭都是我国的主要能源，以煤为主的能源结构难以动摇。近年来，社会和经济的快速发展导致矿产资源的需求量不断增加，由于长期的大规模开发，浅部资源日益枯竭，大批矿山不断地向深部开采。作为我国的主要能源之一，煤炭的需求量年年攀升，随着其产业的发展，浅部煤炭逐渐面临开采殆尽的局面，深井越来越多，煤岩温度也不断提高。高温高湿问题导致的井下热害已成为制约煤矿安全开采的主要因素之一。因此，了解高温井下的热湿环境，并对其进行有效的降温措施是保证安全开采的重要手段，对巷道围岩与风流的对流换热规律也有指导作用。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型的目的是提供了一种高温矿井巷道通风降温的实验装置，能够模拟完成在不同围岩温度、不同送风温度、不同入口风流速度下，围岩巷道内风流速度、风流温度和风流湿度的分布规律以及获取风流对流传热的准则关联式，为科学合理地布置通风及降温系统提供可靠的技术支持。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高温矿井巷道通风降温的实验装置，其特征是包括主体模型、围岩温度控制系统、围岩湿度控制系统、通风系统、风流控制系统及数据采集系统，
所述的主体模型由模拟围岩及模拟围岩外部的保温层组成；
围岩温度控制系统：由加热电缆、温度探头A、温度控制器B、探头电缆C、交流接触器A及电源线组成，其中加热电缆均匀布置在模拟围岩与保温层之间，温度探头A紧贴于模拟围岩内壁，温度探头A与温度控制器B通过探头电缆C连接，交流接触器A与加热电缆通过电源线连接；
围岩湿度控制系统：由湿度探头、开有小孔的PVC管、探头电缆D、湿度控制器、交流接触器B、电极加湿器组成，其中湿度探头紧贴于模拟围岩，湿度探头与湿度控制器通过探头电缆D连接，在电极加湿器蒸汽出口连接开有小孔的PVC管，PVC管隔一段距离开有小孔放出蒸汽，使蒸汽均匀散布在模拟围岩内，探头电缆D将湿度探头所测湿度传输到湿度控制器来控制交流接触器B的通断，从而控制电极加湿器的开闭，保证了模拟围岩壁面的湿度；
通风系统：由风机组成，风机出口与模拟围岩之间有一定距离；
风流控制系统：由调压器、温度控制器A、探头电缆A、空气加热器及温度探头B组成；空气加热器位于风机之前，空气加热器依次与调压器、温度控制器A连接，温度控制器A通过探头电缆A与温度探头B连接；
数据采集系统：由温湿度探头、探头电缆B、数据采集器及计算机组成，其中温湿度探头在主体模型的六个截面上均匀布置。
其中空气加热器由带翅片的加热棒组成，加热棒首尾两端分别 嵌在多孔板中，多孔板有助于加热棒的固定，同时便于加热后的空气通过多孔板上进风小孔送入主体模型中；加热棒交叉排列以保证流过的空气受热均匀。
本实用新型高温矿井巷道通风降温的实验装置可以调节围岩壁面和风流的温度，避免了实验的局限性。其原因是加热电缆通过交流接触器和温度控制器连接，根据温度探头测到的温度，交流接触器控制电路的通断作用。通过调压器调节空气加热器的电压来控制功率，从而控制风流的温度。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是空气加热器的结构示意图。
附图标号：1-调压器；2-温度控制器A；3-探头电缆A；4-湿度探头；5-主体模型；6-加热电缆；7-保温层；8-模拟围岩；9-温湿度探头；10-温度探头A；11-探头电缆B；12-计算机；13-数据采集器；14-温度控制器B；15-探头电缆C；16-交流接触器A；17-电源线；18-PVC管；19-探头电缆D；20-湿度控制器；21-交流接触器B；22-电极加湿器；23-风机；24-空气加热器；25-温度探头B；26-进风小孔；27-加热棒；28-多孔板。
具体实施方式
如图1所示，一种矿井围岩风流模拟实验装置，包括主体模型、围岩温度控制系统、围岩湿度控制系统、通风系统、风流控制系统及数据采集系统。模拟实验装置采用分段式设计，便于拆卸、安装和移动，各段连接处均采用密封胶带填充，然后打孔，使用螺栓和螺母进行固定，以保证整体气密性。
模拟实验装置的巷道上部拱顶部分从中轴分为两部分，一侧采 用不锈钢的半马蹄状拱弧型设计，上面打有小孔，便于测量速度等。另一侧采用了可耐1000℃高温的微晶玻璃组成的钝角菱形连接设计，最大程度的遵循几何相似的原则。
该实验装置包括主体模型、围岩温度控制系统、围岩湿度控制系统、通风系统、风流控制系统及数据采集系统。
所述的主体模型5由模拟围岩8及模拟围岩外部的保温层7组成。
围岩温度控制系统：由加热电缆6、温度探头10、温度控制器B14、探头电缆C15、交流接触器A16及电源线17组成。其中加热电缆6均匀布置在模拟围岩8与保温层7之间，温度探头10紧贴于模拟围岩8内壁，温度探头10与温度控制器B14通过探头电缆C15连接，交流接触器A16与加热电缆6通过电源线17连接。
在巷道壁面外侧贴加热电缆6对其加热，维持矿井围岩温度，以此模拟高温矿井围岩温度场。为了保证模拟围岩8的温度场的准确性，用若干条加热电缆6均匀贴在模拟围岩8外壁面，将温度值设定在每次实验所需的围岩温度值上，对其加热，并用温度控制器B14进行控制。温度控制器B14控制加热电缆6加热，当壁面温度达到所设定的温度值或将超过设定温度时，交流接触器A16断开，当低于设定值时，交流接触器A16闭合，如此循环。
围岩湿度控制系统：由湿度探头4、开有小孔的PVC管18、探头电缆D19、湿度控制器20、交流接触器B21、电极加湿器22组成。其中湿度探头4紧贴于模拟围岩8，湿度探头4与湿度控制器20通过探头电缆D19连接，在电极加湿器22蒸汽出口连接开有小孔的PVC管18，隔一段距离开个小孔放出蒸汽，使蒸汽均匀散布在模拟围岩8内。探头电缆D19将湿度探头4所测湿度传输到湿度控制器20来 控制交流接触器B21的通断，从而控制电极加湿器22的开闭，保证了模拟围岩8壁面的湿度。
通风系统：由风机23组成。风机21出口与模拟围岩8之间有一定距离，即风流通过风机一段时间才进入巷道，这样保证了风流的均匀性。
风流控制系统：由调压器1、温度控制器A2、探头电缆A 3、空气加热器24及温度探头B25组成。
实验过程中需要对风流温度进行调整，为了增强换热效果，空气加热器24由18个带翅片的加热棒27组成。加热棒首尾两端分别嵌在多孔板28中，多孔板28有助于加热棒27的固定，同时便于加热后的空气通过多孔板28上进风小孔26送入主体模型5中。加热棒27交叉排列以保证流过的空气受热均匀。为了保证每次送入的风流温度的精度，在风流通过加热棒27后用温度探头25检测温度，温度控制器2A和调压器1控制加热温度。通过调节加热棒27的加热电压来控制发热量，从而控制风流温度。
数据采集系统：由温湿度探头9、探头电缆B11、数据采集器13及计算机12组成。其中温湿度探头9在主体模型5的六个截面上均匀布置，主体模型5内风流温湿度的测量是探头电缆B11将温湿度探头9所测数据传输到数据采集器13，同时在计算机12显示，其他数据用对应的手持仪器测量。
具体测量过程如下:
1.准备所需要的所有设备和材料，启动所有仪器设备，调试系统，连接好所有的通风系统管路和通风系统、加热系统的电路。需测试数据的位置要预留探头的安装孔。测试仪器时，要保证所有设备能正常运作且精度达到所需标准。由于热电阻是连接到采 集器中由电脑读数，所以要对每个热电阻进行编号，从而保证温度度数与测点位置一一对应。
2.所有设备调试无误后，开启加热电缆给壁面加热。在加热过程中温度控制器实时显示壁面温度，当加热的温度达到所设定的壁面温度，在温度控制器的作用下交流接触器断开，当温度低于所设定温度，交流接触器开启，继续加热。这样就能使壁面温度在所定范围内，如此循环。持续加热，使其稳定一段时间。
3.开启电极加湿器，将蒸汽通入巷道内，给模拟围岩加湿，保证巷道内部的高湿环境。
4.打开风机和风流入口的空气加热器，调节叶窗大小来设定风流速度。为了测量方便，在实验前调整叶窗，用风速仪依次测出实验所需的风速后，在风机上标出风速对应的叶窗位置。利用温度控制器观察和控制入口风流温度当其达到实验所需温度并且保持相对稳定时，记录实验数据。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种高温矿井巷道通风降温的实验装置，其特征是包括主体模型、围岩温度控制系统、围岩湿度控制系统、通风系统、风流控制系统及数据采集系统，
所述的主体模型(5)由模拟围岩(8)及模拟围岩外部的保温层(7)组成；
围岩温度控制系统：由加热电缆(6)、温度探头A(10)、温度控制器B(14)、探头电缆C(15)、交流接触器A(16)及电源线(17)组成，其中加热电缆(6)均匀布置在模拟围岩(8)与保温层(7)之间，温度探头A(10)紧贴于模拟围岩(8)内壁，温度探头A(10)与温度控制器B(14)通过探头电缆C(15)连接，交流接触器A(16)与加热电缆(6)通过电源线(17)连接；
围岩湿度控制系统：由湿度探头(4)、开有小孔的PVC管(18)、探头电缆D(19)、湿度控制器(20)、交流接触器B(21)、电极加湿器(22)组成，其中湿度探头(4)紧贴于模拟围岩(8)，湿度探头(4)与湿度控制器(20)通过探头电缆D(19)连接，在电极加湿器(22)蒸汽出口连接开有小孔的PVC管(18)，PVC管(18)隔一段距离开有小孔放出蒸汽，使蒸汽均匀散布在模拟围岩(8)内，探头电缆D(19)将湿度探头(4)所测湿度传输到湿度控制器(20)来控制交流接触器B(21)的通断，从而控制电极加湿器(22)的开闭，保证了模拟围岩(8)壁面的湿度；
通风系统：由风机(23)组成，风机(23)出口与模拟围岩(8)之间有一定距离；
风流控制系统：由调压器(1)、温度控制器A(2)、探头电缆A(3)、空气加热器(24)及温度探头B(25)组成；空气加热器(24)位于风机(23)之前，空气加热器(24)依次与调压器(1)、温度控制器A(2)连接，温度控制器A(2)通过探头电缆A(3)与温度探头B(25)连接；
数据采集系统：由温湿度探头(9)、探头电缆B(11)、数据采集器(13)及计算机(12)组成，其中温湿度探头(9)在主体模型(5)的六个截面上均匀布置。
2.如权利要求1所述的高温矿井巷道通风降温的实验装置，其特征是，空气加热器(24)由带翅片的加热棒(27)组成，加热棒首尾两端分别嵌在多孔板(28)中，多孔板(28)有助于加热棒(27)的固定，同时便于加热后的空气通过多孔板(28)上进风小孔(26)送入主体模型(5)中；加热棒(27)交叉排列以保证流过的空气受热均匀。
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