礦用離心除塵風機改進設計方案及實用
本技術公開了一種礦用離心除塵風機及其改進設計方案。本技術的除塵風機包括風機段、離心脫塵段和脫水段,含塵風流從風機段進入,通過脫塵脫水后變成潔凈風流從脫水段出來;所述風機段包括風機;所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內并通過聯軸器與風機主軸聯接的延伸軸,延伸軸上安裝有螺旋葉片,螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內設有水槽;所述脫水段包括脫水板。本技術利用平衡軌道理論,進行礦用離心除塵風機離心脫塵段內煤塵顆粒受力與速度的分析,著重解決結構參數與運行參數之間的組合對捕塵效率的影響,對礦用離心除塵風機的結構進行改進設計。通過改進后,能提高除塵效率,減少阻力,降低能耗。

【背景技術】
礦井井下采掘工作面控塵問題是行業內難題之一,關系到井下作業人員的身心健康,一直是討論和研究的熱點問題。在國內,目前我國煤礦井下使用的除塵器多為20世紀80年代從國外引進或自主開發的除塵器;這些除塵器處理風量均偏小(一般在180m3/min以下),已不適應煤礦高強度開采的需要;另外,這些除塵器要么除塵效率低(80%左右)、脫水效果差(低于85%),要么工作阻力大(大于2200Pa),很難全面達到除塵效率高(99%以上)、脫水效率高(95%以上)和工作阻力低(低于1500Pa)的要求。在國外,井下除塵裝置以過濾降塵、靜電降塵等機理的除塵器為主,效率雖然高,但存在阻力過大,經常高達2300Pa以上,占地面積大,對井巷空間尺寸需要大,難以滿足中國煤礦地下開采的實際需要。尤其是,掘進工作面等作業點,是井下粉塵污染最為嚴重的場所,也是配風量大的需風點;礦用局部除塵風機,能同時實現供風和除塵,是適合我國煤礦井下環境的通風除塵裝置。
【技術內容】
本技術的目的之一在于在利用除塵基本理論,結合我國礦用局部通風機的結構特點,提供一種礦用離心除塵風機。
本技術的上述目的是通過如下的技術方案來實現的:該礦用離心除塵風機,它包括風機段、離心脫塵段和脫水段,含塵風流從風機段進入,通過脫塵脫水后變成潔凈風流從脫水段出來;所述風機段包括風機;所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內并通過聯軸器與風機主軸聯接的延伸軸,延伸軸上安裝有螺旋葉片,螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內設有水槽;所述脫水段包括脫水板。
本技術礦用離心除塵風機的除塵原理是,在離心脫塵段內,螺旋葉片固定在延伸軸上,螺旋葉片與風機葉片同步旋轉,形成周期循環的螺旋流道,使氣流旋轉,煤塵顆粒受到離心力的作用向離心脫塵段筒壁運動,向筒壁運動的煤塵顆粒,受到包裹在其周邊空氣的運動阻力作用,即空氣阻力。煤塵顆粒受到離心力和空氣阻力,在離心力的作用下,煤塵顆粒不斷向筒壁方向運動,其受到的空氣阻力也在不斷增加,即空氣阻力逐漸趨近于離心力,當空氣阻力等于離心力的時候,二者動態平衡,煤塵顆粒所在運動軌道,即為煤塵顆粒平衡軌道,以平衡軌道作為顆粒受力分析的方案,稱之為平衡軌道理論,大量的研究實踐表明該理論適用于降塵和大粒徑呼吸性粉塵的受力分析。利用平衡軌道理論,進行礦用離心除塵風機離心脫塵段內煤塵顆粒受力與速度的分析,著重解決結構參數與運行參數之間的組合對捕塵效率的影響,對礦用離心除塵風機的結構進行改進設計。
本技術的目的之二在于提供一種基于上述礦用離心除塵風機的改進設計方案,該方案包括:
通過公式(24)計算離心脫塵段對顆粒粒徑為dp的煤塵顆粒的分級效率fUp定公式(24)中各變量之間的關系,通過數值仿真的方案,確定礦用離心除塵風機的結構參數,滿足工程需要,即是利用風機內的離心力,脫去含塵風流中的煤塵顆粒,實現風流凈化;
【實用要求】
1.一種礦用離心除塵風機,其特征在于:它包括風機段、離心脫塵段和脫水段,含塵風流從風機段進入,通過脫塵脫水后變成潔凈風流從脫水段出來;所述風機段包括風機;所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內并通過聯軸器與風機主軸聯接的延伸軸,延伸軸上安裝有螺旋葉片,螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內設有水槽;所述脫水段包括脫水板。
2.一種基于實用要求1所述礦用離心除塵風機的改進設計方案,其特征在于包括:通過公式(24)計算離心脫塵段對顆粒粒徑為dp的煤塵顆粒的分級效率,確定公式(24)中各變量之間的關系,通過數值仿真的方案,確定礦用離心除塵風機的結構參數,滿足工程需要;即是利用風機內的離心力,脫去含塵風流中的煤塵顆粒,實現風流凈化;
3.根據實用要求2所述礦用離心除塵風機的改進設計方案,其特征在于:根據現場對離心脫塵段尺寸的工程制約及中國國內局部通風機的技術參數,設P P=L 4X103kg/m3,L=Im, n=2900r/min, μ =1.428X IO^4Pa.s,代入式(24)中,則得公式(25):
4.根據實用要求3所述礦用離心除塵風機的改進設計方案,其特征在于包括如下步驟: (1)根據工程實際需要,計算出需風量,確定礦用除塵風機風量,選擇風機機號; (2)根據礦用除塵風機機號,確定離心脫塵段的離心脫塵段筒壁半徑,即R1的數值; (3)根據確定出的風機性能參數,確定風量范圍,即Q的數值;選擇幾個風量工況點,代入式(25),簡化該公式; (4)根據邊界約束,顯然螺旋葉片半徑不可能大于離心脫塵段筒壁半徑,即O< R2 < R1 ;其中,R2=O表示未設置螺旋除塵葉片,而R2=R1表示螺旋葉片半徑等于離心脫塵段筒壁半徑,形成螺旋通道,式(25)不能進行除塵效率及除塵風機結構參數改進的分析;因此,R2的賦值范圍為0.01≤R2≤ 0.29; (5)給%賦值,依次賦值為 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80% 和 90% ; (6)把已經賦值的,代入式(25),進一步簡化該公式,利用數值仿真工具,進而分析%、R2> dp之間的因變關系,繪制因變關系圖,改進R2即螺旋葉片半徑。

【背景技術】
礦井井下采掘工作面控塵問題是行業內難題之一,關系到井下作業人員的身心健康,一直是討論和研究的熱點問題。在國內,目前我國煤礦井下使用的除塵器多為20世紀80年代從國外引進或自主開發的除塵器;這些除塵器處理風量均偏小(一般在180m3/min以下),已不適應煤礦高強度開采的需要;另外,這些除塵器要么除塵效率低(80%左右)、脫水效果差(低于85%),要么工作阻力大(大于2200Pa),很難全面達到除塵效率高(99%以上)、脫水效率高(95%以上)和工作阻力低(低于1500Pa)的要求。在國外,井下除塵裝置以過濾降塵、靜電降塵等機理的除塵器為主,效率雖然高,但存在阻力過大,經常高達2300Pa以上,占地面積大,對井巷空間尺寸需要大,難以滿足中國煤礦地下開采的實際需要。尤其是,掘進工作面等作業點,是井下粉塵污染最為嚴重的場所,也是配風量大的需風點;礦用局部除塵風機,能同時實現供風和除塵,是適合我國煤礦井下環境的通風除塵裝置。
【技術內容】
本技術的目的之一在于在利用除塵基本理論,結合我國礦用局部通風機的結構特點,提供一種礦用離心除塵風機。
本技術的上述目的是通過如下的技術方案來實現的:該礦用離心除塵風機,它包括風機段、離心脫塵段和脫水段,含塵風流從風機段進入,通過脫塵脫水后變成潔凈風流從脫水段出來;所述風機段包括風機;所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內并通過聯軸器與風機主軸聯接的延伸軸,延伸軸上安裝有螺旋葉片,螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內設有水槽;所述脫水段包括脫水板。
本技術礦用離心除塵風機的除塵原理是,在離心脫塵段內,螺旋葉片固定在延伸軸上,螺旋葉片與風機葉片同步旋轉,形成周期循環的螺旋流道,使氣流旋轉,煤塵顆粒受到離心力的作用向離心脫塵段筒壁運動,向筒壁運動的煤塵顆粒,受到包裹在其周邊空氣的運動阻力作用,即空氣阻力。煤塵顆粒受到離心力和空氣阻力,在離心力的作用下,煤塵顆粒不斷向筒壁方向運動,其受到的空氣阻力也在不斷增加,即空氣阻力逐漸趨近于離心力,當空氣阻力等于離心力的時候,二者動態平衡,煤塵顆粒所在運動軌道,即為煤塵顆粒平衡軌道,以平衡軌道作為顆粒受力分析的方案,稱之為平衡軌道理論,大量的研究實踐表明該理論適用于降塵和大粒徑呼吸性粉塵的受力分析。利用平衡軌道理論,進行礦用離心除塵風機離心脫塵段內煤塵顆粒受力與速度的分析,著重解決結構參數與運行參數之間的組合對捕塵效率的影響,對礦用離心除塵風機的結構進行改進設計。
本技術的目的之二在于提供一種基于上述礦用離心除塵風機的改進設計方案,該方案包括:
通過公式(24)計算離心脫塵段對顆粒粒徑為dp的煤塵顆粒的分級效率fUp定公式(24)中各變量之間的關系,通過數值仿真的方案,確定礦用離心除塵風機的結構參數,滿足工程需要,即是利用風機內的離心力,脫去含塵風流中的煤塵顆粒,實現風流凈化;
【實用要求】
1.一種礦用離心除塵風機,其特征在于:它包括風機段、離心脫塵段和脫水段,含塵風流從風機段進入,通過脫塵脫水后變成潔凈風流從脫水段出來;所述風機段包括風機;所述離心脫塵段包括安裝于離心脫塵段筒壁內并通過聯軸器與風機主軸聯接的延伸軸,延伸軸上安裝有螺旋葉片,螺旋葉片之下的離心脫塵段筒壁內設有水槽;所述脫水段包括脫水板。
2.一種基于實用要求1所述礦用離心除塵風機的改進設計方案,其特征在于包括:通過公式(24)計算離心脫塵段對顆粒粒徑為dp的煤塵顆粒的分級效率,確定公式(24)中各變量之間的關系,通過數值仿真的方案,確定礦用離心除塵風機的結構參數,滿足工程需要;即是利用風機內的離心力,脫去含塵風流中的煤塵顆粒,實現風流凈化;
3.根據實用要求2所述礦用離心除塵風機的改進設計方案,其特征在于:根據現場對離心脫塵段尺寸的工程制約及中國國內局部通風機的技術參數,設P P=L 4X103kg/m3,L=Im, n=2900r/min, μ =1.428X IO^4Pa.s,代入式(24)中,則得公式(25):
4.根據實用要求3所述礦用離心除塵風機的改進設計方案,其特征在于包括如下步驟: (1)根據工程實際需要,計算出需風量,確定礦用除塵風機風量,選擇風機機號; (2)根據礦用除塵風機機號,確定離心脫塵段的離心脫塵段筒壁半徑,即R1的數值; (3)根據確定出的風機性能參數,確定風量范圍,即Q的數值;選擇幾個風量工況點,代入式(25),簡化該公式; (4)根據邊界約束,顯然螺旋葉片半徑不可能大于離心脫塵段筒壁半徑,即O< R2 < R1 ;其中,R2=O表示未設置螺旋除塵葉片,而R2=R1表示螺旋葉片半徑等于離心脫塵段筒壁半徑,形成螺旋通道,式(25)不能進行除塵效率及除塵風機結構參數改進的分析;因此,R2的賦值范圍為0.01≤R2≤ 0.29; (5)給%賦值,依次賦值為 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80% 和 90% ; (6)把已經賦值的,代入式(25),進一步簡化該公式,利用數值仿真工具,進而分析%、R2> dp之間的因變關系,繪制因變關系圖,改進R2即螺旋葉片半徑。
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