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礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法及其裝置制造方法
【專利摘要】礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法及其裝置，通過應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)的方法，獲取多變頻率礦用通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行特性；通過應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)的方法，獲取工頻與節(jié)流礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性或變頻與節(jié)流礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性；通過應(yīng)用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片角，結(jié)合工頻與節(jié)流或變頻與節(jié)流的調(diào)節(jié)手段，獲取多變?nèi)~片角耦合多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性；采用沿程布置靜壓環(huán)器件的方法，實(shí)施節(jié)流措施，獲取管道沿程流動(dòng)參數(shù)，捕捉多變?nèi)~片角、多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)特性參數(shù)在沿程管道上的數(shù)值顯現(xiàn)特征，其系統(tǒng)裝置包括動(dòng)力裝置I，管道裝置II，電氣控制裝置III，傳感變送裝置IV，自動(dòng)測(cè)量裝置V，實(shí)現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線族與動(dòng)態(tài)通風(fēng)管道阻力之間的耦合特性的模擬。
【專利說明】礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井通風(fēng)及其動(dòng)力裝備測(cè)試技術(shù)研究領(lǐng)域，具體涉及礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法及其裝置。
技術(shù)背景
[0002]對(duì)于煤礦而言，礦井通風(fēng)及其裝備就是其“呼吸系統(tǒng)”和“肺臟器官”。礦井主要通風(fēng)機(jī)不斷供給新鮮風(fēng)，排出污風(fēng)，是保障煤礦安全生產(chǎn)的“呼吸裝備”。采掘的接續(xù)，煤礦需風(fēng)量和通風(fēng)阻力會(huì)變化，地面氣候的四季變化，地面地下間的自然通風(fēng)動(dòng)力值也會(huì)變化，采準(zhǔn)班次的輪換，采掘工作面實(shí)際需風(fēng)量也會(huì)隨之變化。此外，采區(qū)地質(zhì)條件變化了，則采掘面的生產(chǎn)需風(fēng)也可能隨之變化；礦井開采深度的不同，上述變化量在通風(fēng)系統(tǒng)中的顯現(xiàn)也存在差異，礦井通風(fēng)具有動(dòng)態(tài)變化特征。動(dòng)態(tài)變化的礦井通風(fēng)系統(tǒng)，需要配備能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的礦井主要通風(fēng)機(jī)。就目前的技術(shù)水平而言，礦井主要通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行調(diào)節(jié)方式主要可分為變?nèi)~片角度、變頻調(diào)速和被動(dòng)自適應(yīng)。其中，隨著井巷延伸，礦井通風(fēng)阻力會(huì)增大，需風(fēng)量可能也會(huì)增大，根據(jù)流體力學(xué)及流體機(jī)械的基本原理，礦井主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)則自動(dòng)滑移到供給的靜壓等于礦井通風(fēng)阻力，這就是礦井主要通風(fēng)機(jī)的被動(dòng)自適應(yīng)；被動(dòng)自適應(yīng)運(yùn)行下的礦井主要通風(fēng)機(jī)，經(jīng)常出現(xiàn)礦井阻力能被有效克服，但是供風(fēng)量則小于礦井需風(fēng)量，但是，礦井卻處于不安全通風(fēng)狀態(tài)；隨著采掘的繼續(xù)，二者供需之間的矛盾會(huì)越來越突出，礦井通風(fēng)的安全保障功能幾乎喪失，“小馬拉著大車”；則只能通過改變礦用通風(fēng)機(jī)的葉片角度，調(diào)節(jié)其運(yùn)行工況點(diǎn)，但是又可能出現(xiàn)供風(fēng)量滿足需要量，而供給的靜壓大于礦井通風(fēng)阻力，則礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行靜壓效率下降，礦用通風(fēng)機(jī)浪費(fèi)著電能運(yùn)行，“大馬拉著小車”。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研來看，從礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行的角度看，“大馬拉著小車”和“小馬拉著大車”交替出現(xiàn)?！按篑R拉著小車”只是浪費(fèi)的電能，雖然數(shù)據(jù)非?？捎^，但還能充分發(fā)揮礦井安全生產(chǎn)的保障功能；而“小馬拉著大車”，則供風(fēng)量小于需風(fēng)量，危害則嚴(yán)重得多，不能保障礦井的安全生產(chǎn)，極易誘發(fā)因供風(fēng)量不足而導(dǎo)致的生產(chǎn)事故，危及作業(yè)人員的生命、井下的設(shè)備及原煤資源。因此，調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片角度和被動(dòng)自適應(yīng)的礦用通風(fēng)機(jī)，無法解決上述礦井通風(fēng)與礦用通風(fēng)機(jī)之間經(jīng)常出現(xiàn)的供需失衡問題。變頻調(diào)速技術(shù)可能是減緩或者解決上述供需失衡問題的技術(shù)途徑，但是對(duì)礦用通風(fēng)機(jī)具有多變?nèi)~片角度的特點(diǎn)，如何確定多角度與某一角度、工頻與變頻，以及多變角度與多變頻率聯(lián)動(dòng)下礦用通風(fēng)機(jī)的多變性能曲線之間的關(guān)系；這些問題，涉及到了礦井通風(fēng)及其裝備運(yùn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的耦合運(yùn)行特性及其規(guī)律。多變?nèi)~片角和多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能，與動(dòng)態(tài)變化的礦井風(fēng)網(wǎng)阻力特性，二者高度耦合。因此，開展礦用通風(fēng)機(jī)多變頻率和多變?nèi)~片角下的運(yùn)行性能耦合管網(wǎng)阻力特性的實(shí)驗(yàn)研究，有助于礦井通風(fēng)低耗高效，對(duì)采區(qū)通風(fēng)安全，保障煤礦的安全高效生產(chǎn)，是非常有意義的。
[0003]目前，在通風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)方法及其設(shè)備方面，胡亞非針對(duì)煤礦現(xiàn)場(chǎng)主要通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試技術(shù)條件難以滿足需要的實(shí)際情況，提出了一種便攜式通風(fēng)機(jī)性能綜合測(cè)定儀；孫明鋒、王鵬和袁緒針對(duì)節(jié)流調(diào)節(jié)方法測(cè)定通風(fēng)機(jī)性能易產(chǎn)生滯后和操作不便的問題，采用變頻器帶動(dòng)輔助風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)方法代替以前的節(jié)流閥裝置，提出了通風(fēng)機(jī)性能測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法。此外，Oswald N、Kruglov Y V、周心權(quán)、譚允禎、蔣曙光等國內(nèi)外學(xué)者，則側(cè)重于礦用主通風(fēng)機(jī)特性及其調(diào)節(jié)，或側(cè)重于礦井通風(fēng)系統(tǒng)特性及其調(diào)節(jié)方面的研究。這些學(xué)者對(duì)二者耦合特性研究得較少，很少討論多變?nèi)~片角和多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能，對(duì)角度和頻率聯(lián)動(dòng)變化對(duì)其運(yùn)行性能的影響，以及工頻運(yùn)行特性與變頻運(yùn)行特性之間的關(guān)系，尤其是與多變礦井通風(fēng)阻力特性之間的耦合關(guān)系，研究很少，相關(guān)實(shí)驗(yàn)方法及其設(shè)備更是鮮見。為此，本發(fā)明提出礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法及其系統(tǒng)裝置，能夠開展工頻礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能的實(shí)驗(yàn)、多變頻率礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行性能的實(shí)驗(yàn)、多變?nèi)~片角與多變頻率耦合的礦用通風(fēng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)，有助于建立礦用通風(fēng)機(jī)工頻運(yùn)行性能與變頻運(yùn)行性能之間的映射關(guān)系，有助于解耦多變?nèi)~片角變頻礦用通風(fēng)機(jī)性能與礦井通風(fēng)阻力特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種煤礦采空區(qū)微流動(dòng)實(shí)驗(yàn)方法及其系統(tǒng)裝置，能夠模擬采空區(qū)內(nèi)外壓差產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)耦合了采空區(qū)內(nèi)部濃度差效應(yīng)對(duì)采空區(qū)內(nèi)部微流動(dòng)場(chǎng)，結(jié)合微尺度流體力學(xué)和礦井氣體動(dòng)力學(xué)可定量揭示采區(qū)動(dòng)態(tài)通風(fēng)對(duì)采空區(qū)內(nèi)部氣體濃度場(chǎng)的吞吐效應(yīng)和在濃度差效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)下采空區(qū)內(nèi)部氣體濃度非穩(wěn)態(tài)演變過程，及其二者耦合作用對(duì)采空區(qū)內(nèi)部氣體濃度場(chǎng)的影響規(guī)律。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法，步驟I通過應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)的方法，獲取多變頻率礦用通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行特性；步驟2通過應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)的方法，獲取工頻與節(jié)流礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性或變頻與節(jié)流礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性；步驟3通過應(yīng)用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片角，結(jié)合工頻與節(jié)流或變頻與節(jié)流的調(diào)節(jié)手段，獲取多變?nèi)~片角耦合多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性；步驟4采用沿程布置靜壓環(huán)器件的方法，實(shí)施節(jié)流措施，獲取管道沿程流動(dòng)參數(shù)，捕捉多變?nèi)~片角、多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)特性參數(shù)在沿程管道上的數(shù)值顯現(xiàn)特征，步驟5結(jié)合多變?nèi)~片角、多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性，實(shí)現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線族與動(dòng)態(tài)通風(fēng)管道阻力之間的耦合特性的模擬。
[0007]礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，包括動(dòng)力裝置，管道裝置，電氣控制裝置，傳感變送裝置，自動(dòng)測(cè)量裝置。
[0008]上述所述的礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述動(dòng)力裝置，包括集流口、集流口開口處安裝了集流口節(jié)流調(diào)節(jié)器件，集流口節(jié)流調(diào)節(jié)器件，由空心錐體為主體構(gòu)成，可自由進(jìn)退于集流口，集流口為錐形，后端安裝了礦用通風(fēng)機(jī)。
[0009]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述動(dòng)力裝置通過過渡段與管道裝置連接，管道裝置包括多孔整流器件，厚壁不銹鋼管道，標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段，靜壓環(huán)器件，連接法蘭，已標(biāo)定的流量測(cè)定段，出流段，空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段，多孔整流器件連接過渡段與厚壁不銹鋼管道，標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段由至少五段標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段構(gòu)成，每段的結(jié)構(gòu)相同，長度均為2000_，兩者之間用連接法蘭連接，連接法蘭也是其他功能管段之間的連接措施；在標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段中均布置了靜壓環(huán)器件，已標(biāo)定的流量測(cè)定段安裝在靜壓環(huán)器件后，通過出流段與空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段連接。
[0010]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述礦用通風(fēng)機(jī)為單旋礦用通風(fēng)機(jī)或?qū)πL(fēng)機(jī)。
[0011]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述傳感變送子裝置由溫濕度一體傳感變送器，絕對(duì)壓力傳感變送器，轉(zhuǎn)速傳感變送器，扭矩傳感變送器，高精度壓差傳感變送器，體積流量傳感變送器，空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)，變頻前電氣參數(shù)傳感變送器組，變頻后電氣參數(shù)傳感變送器組，溫濕度一體傳感變送器和絕對(duì)壓力傳感變送器，一組布置在管道外的室內(nèi)環(huán)境中，其余布置在靜壓環(huán)器件上，轉(zhuǎn)速傳感變送器與扭矩傳感變送器安裝在礦用通風(fēng)機(jī)上，精度壓差傳感變送器布置標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段上，體積流量傳感變送器安裝在流量測(cè)定段上，空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)安裝了步進(jìn)電機(jī)和遠(yuǎn)程有線控制的空心圓錐體流量調(diào)節(jié)器件，安裝在空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段上。
[0012]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述電氣控制子裝置(III)可進(jìn)行工頻與變頻的切換。
[0013]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述自動(dòng)測(cè)量子裝置，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、工控機(jī)和測(cè)試軟件構(gòu)成。
[0014]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述靜壓環(huán)器件，由溫濕度一體傳感變送器，絕對(duì)壓力傳感變送器，小徑銅管，側(cè)壁圓孔，加固焊點(diǎn)，固定支架，加固螺栓，加固支架，靜壓輸出接頭構(gòu)成。溫濕度一體傳感變送器和絕對(duì)壓力傳感變送器對(duì)稱布置2組固定在固定支架上，側(cè)壁圓孔為位于小徑銅管側(cè)壁上圓孔，其孔徑一般為小徑銅管的0.1倍；在小徑銅管上外側(cè)壁面上鉆孔，形成了繞環(huán)的測(cè)孔，該測(cè)孔上氣流穿過孔面的流動(dòng)矢量方向，與氣流主流動(dòng)方向始終垂直。
[0015]上述礦用通風(fēng)機(jī)變頻調(diào)節(jié)與變阻力耦合特性實(shí)驗(yàn)方法的裝置，所述多孔整流器件，連接法蘭的外壁，厚壁不銹鋼管道的外壁，連接法蘭的螺栓孔，孔整流段的方孔流道構(gòu)成，外壁連接法蘭，外壁為厚壁不銹鋼管道的外壁，螺栓孔連接法蘭。
[0016]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案得到了以下的有益效果:
[0017]1.能完成多變風(fēng)機(jī)葉片角度下的礦用通風(fēng)機(jī)工頻+節(jié)流或變頻+節(jié)流運(yùn)行的實(shí)驗(yàn);
[0018]2.能實(shí)現(xiàn)管道多種通風(fēng)機(jī)特性參數(shù)作用下的沿程流動(dòng)參數(shù)的有效模擬；
[0019]3.可望揭示多變?nèi)~片角度變頻礦用通風(fēng)機(jī)與動(dòng)態(tài)管網(wǎng)阻力特性之間耦合特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及其裝置示意圖。
[0021]圖2，風(fēng)機(jī)裝置和管道裝置示意圖。
[0022]圖3，管道裝置的靜壓環(huán)器件剖面示意圖。
[0023]圖4，管道裝置的多孔整流器件剖面示意圖。
[0024]圖5，傳感變送裝置測(cè)點(diǎn)及測(cè)量數(shù)據(jù)布置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0026]針對(duì)煤礦礦井通風(fēng)及其裝備頻繁出現(xiàn)供需失衡的問題，本發(fā)明利用流體力學(xué)及礦井通風(fēng)基本原理，通過五個(gè)子裝置的有機(jī)組合和匹配，形成了礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法及其裝置。該裝置能有效模擬雙向多變(葉片角度和頻率)運(yùn)行下的礦用通風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)，能有效模擬節(jié)流調(diào)節(jié)下的礦用通風(fēng)機(jī)性能實(shí)驗(yàn)，能有效模擬多種運(yùn)行工況下的管網(wǎng)沿程阻力分布。本發(fā)明所示的實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。圖1為實(shí)驗(yàn)裝置及其子裝置示意圖，在圖1中，I是動(dòng)力子裝置，II是管道子裝置，III是電氣控制子裝置，IV是傳感變送子裝置，V是自動(dòng)測(cè)量子裝置。
[0027]圖1中所述的I動(dòng)力子裝置和II是管道子裝置，其系統(tǒng)布置如圖2所示。在圖2，I是集流口節(jié)流調(diào)節(jié)器件，2是集流口，3是礦用通風(fēng)機(jī)，4是過渡段,5是多孔整流器件，6是厚壁不銹鋼管道，7是標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段，8是靜壓環(huán)器件，9是連接法蘭，10是已標(biāo)定的流量測(cè)定段，11是出流段(兼作可變徑接管段)，12是空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段。環(huán)境中的空氣，經(jīng)I的節(jié)流調(diào)節(jié)，經(jīng)2的集流效應(yīng)，流入3，3對(duì)流經(jīng)的空氣施加機(jī)械能，空氣獲得能量，流速提高、全壓能增大，流經(jīng)4，進(jìn)入5。進(jìn)入5的空氣，其流動(dòng)流場(chǎng)被強(qiáng)制重新調(diào)整，流場(chǎng)變得更為均勻，速度分布不均等情況得以減緩。繼而，空氣流經(jīng)由6構(gòu)成管道，流經(jīng)7 ；7由至少五段標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段構(gòu)成，每段的結(jié)構(gòu)相同，長度均為2000mm，兩者之間用9連接，9也是其他功能管段之間的連接措施；在7中均布置了 8，用于測(cè)定空氣的流動(dòng)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)。流入10的空氣，其體積流量被測(cè)定；10采用兩個(gè)流場(chǎng)測(cè)量方法，其一，低流量時(shí)，采用V錐流量計(jì)，其二，高流量時(shí)，采用強(qiáng)力巴流量計(jì)，二者的適用條件存在差異，選用兩種流量計(jì)的目的在于減小誤差并盡可能測(cè)定3的臨界工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。被10測(cè)定了體積流量的空氣，進(jìn)入7，并滿足測(cè)定后流動(dòng)距離滿足當(dāng)量直徑要求，以降低后掠臺(tái)階效應(yīng)的影響，減少體積流量的測(cè)量誤差。經(jīng)過流動(dòng)緩沖的空氣，流入11，11是流動(dòng)空氣的出口段，該段位可連接多種不同尺寸的管道，若標(biāo)準(zhǔn)管段直徑為1000mm，可另制作1000轉(zhuǎn)800、1000轉(zhuǎn)600、1000轉(zhuǎn)400和1000轉(zhuǎn)200的圓形變徑管(和圓變方變尺寸管)，以及長度為2000mm的800、600、400和200直徑(方形管邊長)的延伸管段，以便把是本實(shí)驗(yàn)裝置用于其他吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定動(dòng)力源。動(dòng)力子裝置和管道子裝置，提供了前置節(jié)流調(diào)節(jié)，即1，以及后置節(jié)流調(diào)節(jié)，即12;這兩種調(diào)節(jié)方法互為補(bǔ)充，也可協(xié)同發(fā)揮節(jié)流作用；其中，若在11后端接入了變徑管，則只能依靠I進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)；若進(jìn)行本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)中管網(wǎng)增阻的量化測(cè)定，則只能依靠12進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)；其他本發(fā)明所述實(shí)驗(yàn)，則既可用I進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，也可用12進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)，乃至I和12的聯(lián)合進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述的動(dòng)力子裝置和管道子裝置，提供了用于實(shí)驗(yàn)測(cè)試的礦用通風(fēng)機(jī)以及空氣流動(dòng)的管道，提供了兩種不同節(jié)流調(diào)節(jié)功能段，提供準(zhǔn)確測(cè)定空氣流動(dòng)沿程流動(dòng)參數(shù)和空氣狀態(tài)參數(shù)的物理模型條件，提供了體積流量實(shí)時(shí)測(cè)定的儀器準(zhǔn)備，提供了模擬礦井通風(fēng)風(fēng)阻動(dòng)態(tài)變化的增阻調(diào)節(jié)措施。
[0028]在圖2中，“8”為靜壓環(huán)器件。靜壓環(huán)器件的放大詳圖，如圖3所示。圖3，管道子裝置的靜壓環(huán)器件剖面示意圖。在圖3中，A-A為A-A剖面切開位置及剖面圖，13是溫濕度一體傳感變送器，14是絕對(duì)壓力傳感變送器，15是靜壓環(huán)器件的小徑銅管，16是小徑銅管的側(cè)壁圓孔，17是靜壓環(huán)器件的加固焊點(diǎn)，18是靜壓環(huán)器件的固定支架，19是靜壓環(huán)器件的加固螺栓，20是靜壓環(huán)器件的加固支架，21是靜壓環(huán)器件的靜壓輸出接頭。13和14對(duì)稱布置2組固定在18上，共計(jì)兩個(gè)溫濕度一體傳感變送器和兩個(gè)絕對(duì)壓力傳感變送器，分別用于測(cè)定管道子系統(tǒng)中流動(dòng)空氣的溫度、濕度和絕對(duì)壓力。靜壓環(huán)器件的功能件為15，16為位于15側(cè)壁上圓孔，其孔徑一般為小徑銅管的0.1倍；在15上外側(cè)壁面上鉆孔，形成了繞環(huán)的多個(gè)測(cè)孔，該測(cè)孔上氣流穿過孔面的流動(dòng)矢量方向，與氣流主流動(dòng)方向始終垂直，由于孔徑微小，一般為1_左右，流入后流速很低，其測(cè)定壓力信號(hào)為靜壓值，其測(cè)量的原理與畢托管上靜壓的測(cè)定方法類似，因此，由15和16構(gòu)成測(cè)定壓力的器件，稱之為靜壓測(cè)量器件，是構(gòu)成即圖2和圖3中的“8”的核心器件。在8中，布置了絕對(duì)壓力傳感變送器和靜壓測(cè)量器件，二者的功能上存在差異；對(duì)于靜壓測(cè)定器件而言，其通過靜壓測(cè)量孔，并平均化各個(gè)測(cè)量孔上的數(shù)值，通過21的傳輸至高精度壓差傳感變送器，實(shí)現(xiàn)了環(huán)狀斷面上多點(diǎn)靜壓的連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)定和信號(hào)輸出；而絕對(duì)壓力傳感變送器，布置于管道內(nèi)，從理論上的分析來看，該傳感變送器的測(cè)定數(shù)值，包括三部分，其一，相對(duì)于以前標(biāo)定點(diǎn)以上的當(dāng)?shù)毓艿劳獯髿鈮毫?，其二，管道?nèi)流動(dòng)空氣的靜壓力，其三，管道內(nèi)流動(dòng)空氣速度壓力轉(zhuǎn)換而來的壓力；實(shí)際上，上述三個(gè)部分中，“二”和“三”的代數(shù)值，即為管道流動(dòng)空氣的全壓；該全壓再加上前述的“一”，即為管道內(nèi)的大氣壓力，也可稱為氣體絕對(duì)壓力。因此，在測(cè)定出了管道外當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Φ那闆r下，利用絕對(duì)壓力傳感變送器和靜壓測(cè)定器件+高精度壓差傳感變送器，二者可以發(fā)揮相互比較和校正數(shù)據(jù)測(cè)定的作用。本發(fā)明所述的8，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圖2中所示7的多個(gè)測(cè)量段斷面上，流動(dòng)空氣溫度和濕度的測(cè)定，流動(dòng)空氣絕對(duì)壓力的測(cè)定，流動(dòng)空氣相對(duì)靜壓的測(cè)定，為測(cè)定管網(wǎng)沿程靜壓降提供了實(shí)驗(yàn)方法及裝置，能有效測(cè)定管網(wǎng)的動(dòng)態(tài)阻力分布，能有效測(cè)定出管內(nèi)大氣壓力的壓差波動(dòng)，尤其是，結(jié)合管外的大氣壓力測(cè)定，可以找出管外波動(dòng)的大氣壓力在管內(nèi)沿程延遲差值，為存在地面大氣壓力波動(dòng)的礦井通風(fēng)風(fēng)流在井巷內(nèi)流動(dòng)波動(dòng)傳播規(guī)律研究，提供了模擬的實(shí)驗(yàn)方法及其裝置。
[0029]在圖2中，“5”為多孔整流器件。多孔整流器件的放大詳圖，如圖4所示。圖4，管道子裝置的多孔整流器件剖面示意圖。在圖4中，B-B為B-B剖面切開位置及剖面圖，22是連接法蘭的外壁，23是厚壁不銹鋼管道的外壁，24是連接法蘭的螺栓孔，25是孔整流段的方孔流道。如2所示，來自過渡段的流動(dòng)空氣，由于受到了 3的高速旋轉(zhuǎn)葉片施予的力，其流動(dòng)矢量，有徑向分量、軸向分量和切向分量，流動(dòng)場(chǎng)分布很不均勻，不能進(jìn)行流動(dòng)數(shù)據(jù)的測(cè)量。為此，在圖2中所示的4和7之間，布置多孔整流器件，長度一般不宜小于I倍當(dāng)量直徑。在圖4中，由25所組成多個(gè)方向流道，存在三個(gè)速度矢量方向的流動(dòng)氣流，在方形流道的物理約束下，徑向速度分量和切向速度分量被逐漸降低，逐步形成以軸向速度矢量占優(yōu)的流動(dòng)速度分布，該流動(dòng)空氣可以近似看出單向流體流動(dòng)。通過本專利所述的5,流動(dòng)空氣的流場(chǎng)得以均勻化，提供了在圖2和圖3所述的7中進(jìn)行空氣狀態(tài)參數(shù)、空氣流動(dòng)的絕對(duì)壓力和相對(duì)靜壓測(cè)定的流場(chǎng)保障，減少實(shí)驗(yàn)方法的測(cè)量誤差，為了管網(wǎng)動(dòng)態(tài)沿程阻力測(cè)定提供流場(chǎng)保障。
[0030]在圖1中所述的“IV”是傳感變送子裝置，布置點(diǎn)示意詳圖，如圖5所示。圖5，傳感變送子裝置測(cè)點(diǎn)及測(cè)量數(shù)據(jù)布置示意圖。在圖5中，a是溫濕度一體傳感變送器，b是絕對(duì)壓力傳感變送器，c是轉(zhuǎn)速傳感變送器，d是扭矩傳感變送器，e是高精度壓差傳感變送器，f是體積流量傳感變送器，g是空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)，h是變頻前電氣參數(shù)傳感變送器組，i是變頻后電氣參數(shù)傳感變送器組。如圖5中所示的a和b，一組布置在管道外的室內(nèi)環(huán)境中，用于測(cè)定并輸出室內(nèi)環(huán)境的空氣狀態(tài)參數(shù)和大氣壓力；其余布置于圖2和圖3所述的8，即靜壓環(huán)器件上，用于測(cè)定和輸出管道內(nèi)流動(dòng)空氣的狀態(tài)參數(shù)和絕對(duì)壓力。c和d分別用于測(cè)定和輸出礦用通風(fēng)機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的扭矩力，測(cè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)分析變頻數(shù)值與轉(zhuǎn)速，以及轉(zhuǎn)速與流量、壓力和電耗之間的量化關(guān)系，提供測(cè)量儀器的保障；測(cè)定扭矩，為分析電機(jī)功耗與實(shí)際有功輸出之間差異提供數(shù)據(jù)支撐，有助于量化二者的因數(shù)關(guān)系。圖5中所示的e，僅布置于圖2和圖3中所述的7(標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段)的管道功能段位上，用于測(cè)定和輸出通過8 (靜壓環(huán)器件)平均化的管道內(nèi)外之間的靜壓差，為量化沿程阻力提供測(cè)量儀器的支持。圖5中所示的f，采用經(jīng)過標(biāo)定的強(qiáng)力巴體積流量計(jì)和V錐流量計(jì)，大風(fēng)量即高管道內(nèi)流速時(shí)，用強(qiáng)力巴流量計(jì)；而低風(fēng)量即低速流動(dòng)時(shí)，用V錐流量計(jì)；該兩種流量計(jì)，測(cè)定和輸出的是空氣體積流量。圖5中所示的g，安裝了步進(jìn)電機(jī)和遠(yuǎn)程有線控制的空心圓錐體流量調(diào)節(jié)器件，以方便實(shí)驗(yàn)操作。圖5中所示的h和i，分別用于測(cè)定和輸出變頻器前后端的電壓、電流、功率因數(shù)、電功和頻率，為分析變頻頻率數(shù)值與電參數(shù)之間的衰變規(guī)律，尤其對(duì)開展變頻頻率數(shù)值與變頻器效率衰減之間的量化研究，提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐。利用上述七類傳感變送器，即溫濕度一體傳感變送器、絕對(duì)壓力傳感變送器、轉(zhuǎn)速傳感變送器、扭矩傳感變送器、高精度壓差傳感變送器、體積流量傳感變送器和電氣參數(shù)傳感變送器，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定并輸出實(shí)驗(yàn)大氣環(huán)境、管道內(nèi)空氣流動(dòng)參數(shù)、管道內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)定并輸出被測(cè)礦用通風(fēng)機(jī)輸出靜壓、輸出全壓、體積流量及所配電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩，能實(shí)時(shí)測(cè)定和輸出變頻器變頻前后的電氣參數(shù)。所述這些數(shù)據(jù)的測(cè)定和輸出，為多變頻率和多變角度的礦用主要通風(fēng)運(yùn)行性能的實(shí)驗(yàn)，提供數(shù)據(jù)支撐；為動(dòng)態(tài)管網(wǎng)阻力特性的實(shí)驗(yàn)，提供數(shù)據(jù)支撐；利用礦用通風(fēng)機(jī)和管網(wǎng)沿程阻力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能有效分析二者耦合運(yùn)行特性。
[0031]總結(jié)上述具體實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)相比，利用所述的動(dòng)力子裝置的風(fēng)機(jī)葉片角度的可調(diào)性，利用所述的管道子系統(tǒng)對(duì)空氣流動(dòng)流場(chǎng)的均勻化作用，利用電氣控制子裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)礦用通風(fēng)機(jī)的工頻運(yùn)行和變頻運(yùn)行的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)，利用所述的傳感變送子裝置實(shí)時(shí)且連續(xù)測(cè)定和輸出運(yùn)行參數(shù)數(shù)值，利用自動(dòng)測(cè)量子裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)接受和存儲(chǔ)運(yùn)行參數(shù)數(shù)值；由此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)礦用通風(fēng)機(jī)和管道內(nèi)流動(dòng)空氣的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)跟蹤和記錄。本發(fā)明所述的實(shí)驗(yàn)方法和裝置，能完成多變風(fēng)機(jī)葉片角度下的礦用通風(fēng)機(jī)工頻+節(jié)流或變頻+節(jié)流運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)，能實(shí)現(xiàn)管道多種阻力特性下沿程靜壓降分布的有效模擬，可望揭示多變?nèi)~片角度變頻礦用通風(fēng)機(jī)與動(dòng)態(tài)管網(wǎng)阻力特性之間耦合特性，初步形成礦用主要通風(fēng)耦合動(dòng)態(tài)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的變頻通風(fēng)新理論。
【權(quán)利要求】
1.礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于:步驟I通過應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)的方法，獲取多變頻率礦用通風(fēng)機(jī)的變頻運(yùn)行特性；步驟2通過應(yīng)用節(jié)流調(diào)節(jié)的方法，獲取工頻與節(jié)流礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性或變頻與節(jié)流礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性；步驟3通過應(yīng)用調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)葉片角，結(jié)合工頻與節(jié)流或變頻與節(jié)流的調(diào)節(jié)手段，獲取多變?nèi)~片角耦合多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性；步驟4采用沿程布置靜壓環(huán)器件的方法，實(shí)施節(jié)流措施，獲取管道沿程流動(dòng)參數(shù)，捕捉多變?nèi)~片角、多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)特性參數(shù)在沿程管道上的數(shù)值顯現(xiàn)特征，步驟5結(jié)合多變?nèi)~片角、多變頻率的礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性，實(shí)現(xiàn)礦用通風(fēng)機(jī)運(yùn)行曲線族與動(dòng)態(tài)通風(fēng)管道阻力之間的耦合特性的模擬。
2.礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:包括動(dòng)力裝置(I)，管道裝置(II)，電氣控制裝置(III)，傳感變送裝置(IV)，自動(dòng)測(cè)量裝置(V)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述動(dòng)力裝置(I)，包括集流口(2)、集流口(2)開口處安裝了集流口節(jié)流調(diào)節(jié)器件(1)，集流口節(jié)流調(diào)節(jié)器件(I)，由空心錐體為主體構(gòu)成，可自由進(jìn)退于集流口(2)，集流口(2)為錐形，后端安裝了礦用通風(fēng)機(jī)(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:動(dòng)力裝置(I)通過過渡段(4)與管道裝置(II)連接，管道裝置(II)包括多孔整流器件(5)，厚壁不銹鋼管道(6)，標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段(7)，靜壓環(huán)器件⑶，連接法蘭(9)，已標(biāo)定的流量測(cè)定段(10)，出流段(11)，空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段(12)，多孔整流器件(5)連接過渡段(4)與厚壁不銹鋼管道(6)，標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段(7)由至少五段標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段構(gòu)成，每段的結(jié)構(gòu)相同， 長度均為2000_，兩者之間用連接法蘭(9)連接，連接法蘭(9)也是其他功能管段之間的連接措施；在標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段(7)中均布置了靜壓環(huán)器件(8)，已標(biāo)定的流量測(cè)定段(10)安裝在靜壓環(huán)器件(8)后，通過出流段(11)與空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段(12)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述礦用通風(fēng)機(jī)(3)為單旋礦用通風(fēng)機(jī)或?qū)πL(fēng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述傳感變送子裝置(IV)由溫濕度一體傳感變送器(a)，絕對(duì)壓力傳感變送器(b)，轉(zhuǎn)速傳感變送器(C)，扭矩傳感變送器(d)，高精度壓差傳感變送器(e)，體積流量傳感變送器(f)，空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)(g)，變頻前電氣參數(shù)傳感變送器組(h)，變頻后電氣參數(shù)傳感變送器組(I)，溫濕度一體傳感變送器(a)和絕對(duì)壓力傳感變送器(b)，一組布置在管道外的室內(nèi)環(huán)境中，其余布置在靜壓環(huán)器件(8)上，轉(zhuǎn)速傳感變送器(C)與扭矩傳感變送器(d)安裝在礦用通風(fēng)機(jī)(3)上，精度壓差傳感變送器(e)布置標(biāo)準(zhǔn)化管道流動(dòng)測(cè)定段(7)上，體積流量傳感變送器(f)安裝在流量測(cè)定段(10)上，空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)(g)安裝了步進(jìn)電機(jī)和遠(yuǎn)程有線控制的空心圓錐體流量調(diào)節(jié)器件，安裝在空心圓錐體流量調(diào)節(jié)段(12)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述電氣控制子裝置(III)可進(jìn)行工頻與變頻的切換。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述自動(dòng)測(cè)量子裝置(V)，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、工控機(jī)和測(cè)試軟件構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述靜壓環(huán)器件(8)，由溫濕度一體傳感變送器(13)，絕對(duì)壓力傳感變送器(14)，小徑銅管(15)，側(cè)壁圓孔(16)，加固焊點(diǎn)(17)，固定支架(18)，加固螺栓(19)，加固支架(20)，靜壓輸出接頭(21)構(gòu)成。溫濕度一體傳感變送器(13)和絕對(duì)壓力傳感變送器(14)對(duì)稱布置2組固定在固定支架(18)上，側(cè)壁圓孔(16)為位于小徑銅管(15)側(cè)壁上圓孔，其孔徑一般為小徑銅管的0.1倍；在小徑銅管(15)上外側(cè)壁面上鉆孔，形成了繞環(huán)的測(cè)孔，該測(cè)孔上氣流穿過孔面的流動(dòng)矢量方向，與氣流主流動(dòng)方向始終垂直。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用通風(fēng)機(jī)耦合管網(wǎng)運(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)方法的裝置，其特征在于:所述多孔整流器件(5)，連接法蘭的外壁(22)，厚壁不銹鋼管道的外壁(23)，連接法蘭的螺栓孔(24)，孔整流段的方孔流道(25)構(gòu)成，外壁(22)連接法蘭(9)，外壁(23)為厚壁不銹鋼管道的外壁，螺栓`孔(24)連接法蘭(9)。
【文檔編號(hào)】G01M9/00GK103674469SQ201310676289
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】陳世強(qiáng), 王海橋, 李軼群, 趙伏軍, 成劍林, 賈騰 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)