單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種新型空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)，屬于礦井熱害防治技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是產(chǎn)煤大國(guó)，隨著我國(guó)煤炭事業(yè)的不斷發(fā)展，礦井開采深度越來越深，高溫?zé)岷ΦV井也越來越多。自上世紀(jì)80年代以來，我國(guó)礦井高溫?zé)岷Φ陌l(fā)展異常迅速，煤礦熱害對(duì)礦工的健康和安全生產(chǎn)造成的危害十分突出。在高溫?zé)岷ΦV井工作面，經(jīng)常發(fā)生礦工皮膚濕疹、頭暈、中暑等高溫疾病。為保障煤礦安全生產(chǎn)和礦工身心健康，在礦井熱害嚴(yán)重的作業(yè)場(chǎng)所，需對(duì)礦井熱害采取治理措施，以改善礦工的工作環(huán)境。
[0003]我國(guó)礦井熱害治理工作始于20世紀(jì)50年代，直到80年代后期才取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，相繼有相關(guān)的論文和著作問世。近年來的統(tǒng)計(jì)資料表明，我國(guó)已有140余對(duì)礦井出現(xiàn)了不同程度的熱害問題，其中采掘工作面風(fēng)溫超過30e的礦井已達(dá)60余對(duì)。我國(guó)高溫礦井越來越多，礦井熱害問題越來越受到礦業(yè)界的關(guān)注。我國(guó)礦井空調(diào)始于20世紀(jì)70年代初，淮南九龍崗礦設(shè)計(jì)了我國(guó)第I個(gè)礦井局部制冷降溫系統(tǒng);80年代在新汶孫村礦設(shè)計(jì)了我國(guó)第I個(gè)井下集中制冷降溫系統(tǒng);90年代又在新汶孫村礦設(shè)計(jì)了我國(guó)第I個(gè)地面集中制冷降溫系統(tǒng);2002年又成功設(shè)計(jì)了冰冷低溫輻射空調(diào)降溫系統(tǒng)。與國(guó)外相比，這些系統(tǒng)規(guī)模不大，發(fā)展速度緩慢。但是進(jìn)入21世紀(jì)以來，無(wú)論從技術(shù)上還是從規(guī)模上，我國(guó)的礦井空調(diào)都在快速發(fā)展。2000年以來，各高校和科研院所相繼在東灘礦、唐口礦、平煤集團(tuán)四礦、五礦、六礦、劉莊礦等礦井展開了礦井熱害治理的科研工作，其中平煤四礦和劉莊煤礦都設(shè)計(jì)了地面集中制冷降溫系統(tǒng)，制冷能力分別達(dá)到了 7600kW和5500kW。制冷能力和制冷設(shè)備比以往都有了很大的提高和改進(jìn)。但是與國(guó)外還有一定的差距。
[0004]改善礦內(nèi)氣候條件的措施很多，歸納起來有2個(gè)方面:一為非人工制冷措施，即礦井通風(fēng)。一般來說，地溫在31?37°C以下時(shí)，可能產(chǎn)生熱害，但這種熱害一般通過非人工制冷措施就可以解決;二為人工制冷來冷卻風(fēng)流的措施，也稱為礦井空氣調(diào)節(jié)。在地溫達(dá)到37°C以上的地區(qū)，一般來說，單靠加強(qiáng)通風(fēng)降低溫度難以達(dá)到目的，應(yīng)考慮采用人工制冷降溫系統(tǒng)。
[0005]根據(jù)載冷介質(zhì)的不同，國(guó)內(nèi)外常用的人工制冷降溫技術(shù)可分為壓縮空氣降溫技術(shù)、人工制冷水降溫技術(shù)和人工制冰降溫技術(shù)。人工制冷水技術(shù)由于空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜，制冷設(shè)備要求高，還會(huì)面臨一些技術(shù)難題，如高壓冷水處理困難、冷凝熱排放困難等，實(shí)施起來比較困難。人工制冰冷卻降溫系統(tǒng)在我國(guó)基本處于試應(yīng)用階段，要真正推廣應(yīng)用冰冷卻空調(diào)系統(tǒng)，還有如下兩個(gè)方面的技術(shù)難題:一是冰在管道中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起管道的激烈振動(dòng)，從而導(dǎo)致對(duì)管道支撐的嚴(yán)重沖擊，容易破壞管道。二是管道容易堵塞。而壓縮空氣降溫技術(shù)，利用壓縮空氣作為供冷媒質(zhì)，直接向采掘工作面噴射制冷，大大減小了輸氣管道斷面積，能夠有效地解決我國(guó)當(dāng)前礦井集中降溫中存在的實(shí)際問題；可用金屬或橡膠軟管沿工作面布置，使工作面上的冷量均勻分布，降溫效果好，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，空氣不僅對(duì)人體無(wú)毒害，不污染環(huán)境。而且來源廣泛，價(jià)格低廉。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]傳統(tǒng)的壓縮空氣降溫技術(shù)由于單位質(zhì)量空氣的制冷能力較小，因此實(shí)際應(yīng)用中常運(yùn)用回?zé)嵫h(huán)和采用葉輪式壓氣機(jī)及膨脹機(jī)代替活塞式壓氣機(jī)和膨脹機(jī)，以增大工質(zhì)流量。本實(shí)用新型采用單螺桿膨脹機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)型的膨脹機(jī)，利用單螺桿壓縮機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行加壓，利用單螺桿膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹制冷，壓縮機(jī)和膨脹機(jī)采用同軸聯(lián)動(dòng)形式。該系統(tǒng)的特點(diǎn)在于:單螺桿機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用轉(zhuǎn)子為6齒螺槽和11齒星輪的嚙合副，且星輪對(duì)稱布置，這樣螺桿轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一圈，基元容積完成12次吸、排氣。具有單級(jí)容量大，無(wú)余隙容積，容積效率高，結(jié)構(gòu)上受力平衡，磨損小、噪聲低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。且膨脹機(jī)與壓縮機(jī)同軸聯(lián)動(dòng)，降低了壓縮機(jī)的輸入功率，節(jié)省電能。
[0007]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)（如圖I所示），包括開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)包括單螺桿壓縮機(jī)
(I)、單螺桿膨脹機(jī)（3)、送風(fēng)管道(4)，水冷卻系統(tǒng)包括水冷卻器（2)、空氣冷卻器（5)、栗
(6)、風(fēng)機(jī)(7);單螺桿壓縮機(jī)（I)的氣體出口通過氣體管路經(jīng)由水冷卻器(2)的一個(gè)通路與單螺桿膨脹機(jī)(3)的進(jìn)氣口連通，單螺桿膨脹機(jī)(3)的出氣口與送風(fēng)管道(4)連接，單螺桿壓縮機(jī)（I)和單螺桿膨脹機(jī)(3)同軸連接，水冷卻器(2)的另一通路經(jīng)由栗(6)與空氣冷卻器
(5)的一個(gè)通路構(gòu)成封閉的循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)在空氣冷卻器(5)的外面還設(shè)有用于冷卻器(5)冷卻的風(fēng)機(jī)(7)。
[0008]采用上述系統(tǒng)進(jìn)行熱害治理的方法，其特征在于，在開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)中，空氣經(jīng)單螺桿壓縮機(jī)（I)壓縮后，提高了壓力及溫度的空氣進(jìn)入水冷卻器(2)跟冷卻水換熱降溫，然后進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)(3)經(jīng)膨脹后降壓降溫，低溫空氣經(jīng)送風(fēng)管道(4)輸送到達(dá)采掘工作面或者進(jìn)入與管道連接的冷卻服，或者同時(shí)進(jìn)去兩處;之后空氣直接排入大氣環(huán)境中；風(fēng)機(jī)(7)對(duì)封閉循環(huán)系統(tǒng)中空氣冷卻器(5)進(jìn)行冷卻，使得進(jìn)入水冷卻器(2)的水溫度得到冷卻。
[0009]上述水冷卻系統(tǒng)可替換為空冷系統(tǒng)，即水冷卻器（2)換成空冷器，把風(fēng)機(jī)(7)放在空冷器旁，使得管內(nèi)熱空氣與環(huán)境中的冷空氣進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱。
[0010]開式循環(huán)不需要回路管道，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約了成本。
[0011]其中單螺桿壓縮機(jī)（I)與單螺桿膨脹機(jī)(3)同軸聯(lián)動(dòng)大大節(jié)約了壓縮機(jī)輸入的電會(huì)K。
[0012]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)由水冷卻器(2)、空氣冷卻器(5)、栗(6)及風(fēng)機(jī)(7)組成，系統(tǒng)選擇現(xiàn)在常用的冷卻水系統(tǒng)。
[0013]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)中，單螺桿壓縮機(jī)主件和單螺桿膨脹機(jī)主件選用非金屬-金屬星輪螺桿轉(zhuǎn)子副，與其它機(jī)型相比可靠性好、使用壽命長(zhǎng)、噪音低，且星輪對(duì)稱布置使得受力完全平衡，膨脹機(jī)與壓縮機(jī)同軸聯(lián)動(dòng)又大大節(jié)約了壓縮機(jī)的輸入功率。
【附圖說明】
[0014]圖I是單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)圖；
[0015]圖2是單螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；
[0016]圖3是單螺桿膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
[0017]圖中I.單螺桿壓縮機(jī)，2.水冷卻器，3.單螺桿膨脹機(jī)，4.送風(fēng)管道，5.空氣冷卻器，
6.栗，7.風(fēng)機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型公開的單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)，尤其適用于中小型礦井熱害治理，本實(shí)用新型采用單螺桿壓縮機(jī)與單螺桿膨脹機(jī)作為壓力機(jī)與膨脹機(jī)。
[0019]實(shí)施例I:
[0020]單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理方案系統(tǒng)具體參見圖I，包括開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)及水冷卻系統(tǒng)。在開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)中，單螺桿壓縮機(jī)由定轉(zhuǎn)速或者變頻電機(jī)帶動(dòng)，壓縮機(jī)空氣在水冷器中與冷水換熱后進(jìn)入單螺桿膨脹機(jī)，經(jīng)膨脹機(jī)絕熱膨脹后，由于輸出機(jī)械功，空氣本身內(nèi)能減少，溫度明顯下降，其下降的程度取決于壓縮空氣進(jìn)出口的壓力比，即膨脹比。通過送風(fēng)管道可將低溫、低壓空氣送到工作人員的冷卻服中，或者直接送到采掘工作面，與巷道中的風(fēng)流進(jìn)行對(duì)流換熱，以此帶走風(fēng)流中的部分熱量，使得局部環(huán)境溫度降低。
[0021]在水冷卻系統(tǒng)中，冷水在水冷卻器2中吸收空氣的熱量溫度升高，進(jìn)入布置在室外的空氣冷卻器5中，經(jīng)風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，水與空氣進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱。再經(jīng)栗6抽吸作用進(jìn)入水冷卻器2完成循環(huán)。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]方案I中的水冷卻系統(tǒng)可以換為空冷，即取消水冷卻系統(tǒng)循環(huán)回路，方案I中的水冷卻器2換成空冷器，把風(fēng)機(jī)7放在空冷器旁，使得管內(nèi)熱空氣與環(huán)境中的冷空氣強(qiáng)制對(duì)流換熱。
[0024]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)中，單螺桿壓縮機(jī)與膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖分別如圖2、3所示，單螺桿壓縮機(jī)是由一個(gè)圓柱螺頭和兩個(gè)對(duì)稱布置的平面星輪組成的嚙合副，外面包裹機(jī)殼，螺桿的螺槽、星輪齒頂面與殼體內(nèi)壁構(gòu)成封閉的基元容積。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力傳到螺桿軸上，螺桿經(jīng)嚙合傳動(dòng)帶動(dòng)星輪旋轉(zhuǎn)，氣體由螺頭左側(cè)進(jìn)氣側(cè)進(jìn)去螺槽，隨著螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)形成封閉的基元容積，隨基元容積的變小，氣體被壓縮，當(dāng)與基元容積與排氣三角口連通時(shí)進(jìn)行排氣。單螺桿膨脹機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)類似，只是進(jìn)排氣方向相反，膨脹機(jī)由左側(cè)的進(jìn)氣三角口進(jìn)氣，隨螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)基元容積逐漸變大完成膨脹做功過程，最后氣體由右側(cè)排出。
[0025]本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)中，膨脹機(jī)輸出的機(jī)械功經(jīng)主軸帶動(dòng)壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使得電機(jī)的輸入功率降低。
[0026]應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例不以任何形式限定在本實(shí)用新型，凡采用等同替代或等效變化等形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空氣壓縮礦井熱害治理系統(tǒng)，其特征在于，包括開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)，開式單螺桿空氣壓縮制冷系統(tǒng)包括單螺桿壓縮機(jī)(I)、單螺桿膨脹機(jī)(3)、送風(fēng)管道(4)，水冷卻系統(tǒng)包括水冷卻器(2)、空氣冷卻器(5)、栗(6)、風(fēng)機(jī)(7);單螺桿壓縮機(jī)(I)的氣體出口通過氣體管路經(jīng)由水冷卻器(2)的一個(gè)通路與單螺桿膨脹機(jī)(3)的進(jìn)氣口連通，單螺桿膨脹機(jī)(3)的出氣口與送風(fēng)管道(4)連接，單螺桿壓縮機(jī)(I)和單螺桿膨脹機(jī)(3)同軸連接，水冷卻器(2)的另一通路經(jīng)由栗(6)與空氣冷卻器(5)的一個(gè)通路構(gòu)成封閉的循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)在空氣冷卻器(5)的外面還設(shè)有用于冷卻器(5)冷卻的風(fēng)機(jī)(7)。2.按照權(quán)利要求I的一種空氣壓縮礦井熱害治理系統(tǒng)，其特征在于，水冷卻系統(tǒng)替換為空冷系統(tǒng)，即水冷卻器(2)換成空冷器，把風(fēng)機(jī)(7)放在空冷器旁，使得管內(nèi)熱空氣與環(huán)境中的冷空氣進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱。3.按照權(quán)利要求I或2的一種空氣壓縮礦井熱害治理系統(tǒng)，其特征在于，單螺桿壓縮機(jī)主件和單螺桿膨脹機(jī)主件選用非金屬-金屬星輪螺桿轉(zhuǎn)子副。
【專利摘要】單螺桿空氣壓縮制冷礦井熱害治理系統(tǒng)，屬于礦井熱害防治技術(shù)。該系統(tǒng)主要包括單螺桿壓縮機(jī)(1)、水冷卻器(2)、單螺桿膨脹機(jī)(3)、送風(fēng)管道(4)組成的空氣壓縮制冷系統(tǒng)及空氣冷卻器(5)、泵(6)、風(fēng)機(jī)(7)組成的水冷系統(tǒng)。采用單螺桿壓縮機(jī)膨脹機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)型，螺桿機(jī)具有單級(jí)容量大，無(wú)余隙容積，受力平衡，磨損小、噪聲低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。且膨脹機(jī)與壓縮機(jī)同軸聯(lián)動(dòng)，降低了壓縮機(jī)的輸入功率。低溫空氣經(jīng)送風(fēng)管道即可以輸送到達(dá)采掘工作面也可進(jìn)入與管道連接的冷卻服，通風(fēng)管道布置靈活多樣。由于本系統(tǒng)所具備的特點(diǎn)，因此將該項(xiàng)發(fā)明應(yīng)用于礦井熱害治理系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢(shì)。
【IPC分類】E21F3/00
【公開號(hào)】CN205154228
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520888594
【發(fā)明人】馬重芳, 吳玉庭, 王歡, 雷標(biāo), 智瑞平
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué), 中投碧城節(jié)能科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請(qǐng)日】2015年11月9日