一种矿用离心除尘风机及其优化设计方法
【专利摘要】本发明公开了一种矿用离心除尘风机及其优化设计方法。本发明的矿用离心除尘风机包括风机段、离心脱尘段和脱水段，含尘风流从风机段进入，通过脱尘脱水后变成洁净风流从脱水段出来；所述风机段包括风机；所述离心脱尘段包括安装于离心脱尘段筒壁内并通过联轴器与风机主轴联接的延伸轴，延伸轴上安装有螺旋叶片，螺旋叶片之下的离心脱尘段筒壁内设有水槽；所述脱水段包括脱水板。本发明利用平衡轨道理论，进行矿用离心除尘风机离心脱尘段内煤尘颗粒受力与速度的分析，着重解决结构参数与运行参数之间的组合对捕尘效率的影响，对矿用离心除尘风机的结构进行优化设计。通过优化后，能提高除尘效率，减少阻力，降低能耗。
【专利说明】—种矿用离心除尘风机及其优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井井下除尘【技术领域】，具体涉及一种矿用离心除尘风机及其优化设计方法。
【背景技术】
[0002]矿井井下采掘工作面控尘问题是行业内难题之一，关系到井下作业人员的身心健康，一直是讨论和研究的热点问题。在国内，目前我国煤矿井下使用的除尘器多为20世纪80年代从国外引进或自主开发的除尘器；这些除尘器处理风量均偏小(一般在180m3/min以下)，已不适应煤矿高强度开采的需要；另外，这些除尘器要么除尘效率低(80%左右)、脱水效果差(低于85%)，要么工作阻力大(大于2200Pa)，很难全面达到除尘效率高(99%以上)、脱水效率高(95%以上)和工作阻力低(低于1500Pa)的要求。在国外，井下除尘装置以过滤降尘、静电降尘等机理的除尘器为主，效率虽然高，但存在阻力过大，经常高达2300Pa以上，占地面积大，对井巷空间尺寸需要大，难以满足中国煤矿地下开采的实际需要。尤其是，掘进工作面等作业点，是井下粉尘污染最为严重的场所，也是配风量大的需风点；矿用局部除尘风机，能同时实现供风和除尘，是适合我国煤矿井下环境的通风除尘装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的之一在于在利用除尘基本理论，结合我国矿用局部通风机的结构特点，提供一种矿用离心除尘风机。
[0004]本发明的上述目的是通过如下的技术方案来实现的:该矿用离心除尘风机，它包括风机段、离心脱尘段和脱水段，含尘风流从风机段进入，通过脱尘脱水后变成洁净风流从脱水段出来；所述风机段包括风机；所述离心脱尘段包括安装于离心脱尘段筒壁内并通过联轴器与风机主轴联接的延伸轴，延伸轴上安装有螺旋叶片，螺旋叶片之下的离心脱尘段筒壁内设有水槽；所述脱水段包括脱水板。
[0005]本发明矿用离心除尘风机的除尘原理是，在离心脱尘段内，螺旋叶片固定在延伸轴上，螺旋叶片与风机叶片同步旋转，形成周期循环的螺旋流道，使气流旋转，煤尘颗粒受到离心力的作用向离心脱尘段筒壁运动，向筒壁运动的煤尘颗粒，受到包裹在其周边空气的运动阻力作用，即空气阻力。煤尘颗粒受到离心力和空气阻力，在离心力的作用下，煤尘颗粒不断向筒壁方向运动，其受到的空气阻力也在不断增加，即空气阻力逐渐趋近于离心力，当空气阻力等于离心力的时候，二者动态平衡，煤尘颗粒所在运动轨道，即为煤尘颗粒平衡轨道，以平衡轨道作为颗粒受力分析的方法，称之为平衡轨道理论，大量的研究实践表明该理论适用于降尘和大粒径呼吸性粉尘的受力分析。利用平衡轨道理论，进行矿用离心除尘风机离心脱尘段内煤尘颗粒受力与速度的分析，着重解决结构参数与运行参数之间的组合对捕尘效率的影响，对矿用离心除尘风机的结构进行优化设计。
[0006]本发明的目的之二在于提供一种基于上述矿用离心除尘风机的优化设计方法，该方法包括:[0007]通过公式(24)计算离心脱尘段对颗粒粒径为dp的煤尘颗粒的分级效率fUp定公式(24)中各变量之间的关系，通过数值仿真的方法，确定矿用离心除尘风机的结构参数，满足工程需要，即是利用风机内的离心力，脱去含尘风流中的煤尘颗粒，实现风流净化；
[0008]
【权利要求】
1.一种矿用离心除尘风机，其特征在于:它包括风机段、离心脱尘段和脱水段，含尘风流从风机段进入，通过脱尘脱水后变成洁净风流从脱水段出来；所述风机段包括风机；所述离心脱尘段包括安装于离心脱尘段筒壁内并通过联轴器与风机主轴联接的延伸轴，延伸轴上安装有螺旋叶片，螺旋叶片之下的离心脱尘段筒壁内设有水槽；所述脱水段包括脱水板。
2.一种基于权利要求1所述矿用离心除尘风机的优化设计方法，其特征在于包括:通过公式(24)计算离心脱尘段对颗粒粒径为dp的煤尘颗粒的分级效率，确定公式(24)中各变量之间的关系，通过数值仿真的方法，确定矿用离心除尘风机的结构参数，满足工程需要；即是利用风机内的离心力，脱去含尘风流中的煤尘颗粒，实现风流净化；
3.根据权利要求2所述矿用离心除尘风机的优化设计方法，其特征在于:根据现场对离心脱尘段尺寸的工程制约及中国国内局部通风机的技术参数，设P P=L 4X103kg/m3,L=Im, n=2900r/min, μ =1.428X IO^4Pa.s，代入式(24)中，则得公式(25):
4.根据权利要求3所述矿用离心除尘风机的优化设计方法，其特征在于包括如下步骤: (1)根据工程实际需要，计算出需风量，确定矿用除尘风机风量，选择风机机号； (2)根据矿用除尘风机机号，确定离心脱尘段的离心脱尘段筒壁半径，即R1的数值； (3)根据确定出的风机性能参数，确定风量范围，即Q的数值；选择几个风量工况点，代入式(25)，简化该公式； (4)根据边界约束，显然螺旋叶片半径不可能大于离心脱尘段筒壁半径，即O< R2 < R1 ;其中，R2=O表示未设置螺旋除尘叶片，而R2=R1表示螺旋叶片半径等于离心脱尘段筒壁半径，形成螺旋通道，式(25)不能进行除尘效率及除尘风机结构参数优化的分析；因此，R2的赋值范围为0.01≤R2≤ 0.29; (5)给%赋值，依次赋值为 10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80% 和 90% ； (6)把已经赋值的，代入式(25)，进一步简化该公式，利用数值仿真工具，进而分析%、R2> dp之间的因变关系，绘制因变关系图，优化R2即螺旋叶片半径。
【文档编号】B01D45/00GK103550991SQ201310528412
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】陈世强, 王海桥, 李轶群, 崔海蛟 申请人:湖南科技大学