风动制冷在掘进巷道中的应用.pdf

8 童 堪蒺 舛技 2 0 0 0 年 增 刊 风动制冷在掘进巷道中的应用 江苏省煤矿安培中心 胡献伍 摘要该文较为详细地介绍了M WJ 一 4 5型涡轮机风动制冷技术在掘进巷道中的应用状况及降温效果。 关键词涡轮机风动制冷掘进降温 张小楼煤矿是地温灾害较为严重的矿井， 该矿 在 对掘进工作面高温治理的过程中， 曾经采用过加 大风量、 压缩制冷机、 冰块和冷却水等方法进行掘进 巷道局部降温， 但都由于效果不佳或不便使用而放 弃。因 此， 采用了一种降温效果好， 成本低， 使用方 便的涡轮机风动制冷降温技术进行巷道降温。 1 M W J 一 4 5 型涡轮机风动制冷降温的原理 M W J 一 4 5 型风动制冷装置运用了气体的涡流式 热分离现象， 即 热空气分子往涡流外部方向分离， 而 冷空气分子集于涡流的轴心部位这一 原理进行降温 的。 首先， 地面压缩空气通过管道进入油水分离器， 除去部分油水， 然后进入涡轮机， 并驱使机体内的涡 轮作高速旋转。机体内的高压气体迅速膨胀、 分离， 轴心部位气温降低， 然后再将降温后的低温气体通 过管道送入局部通风机供风的大风简中， 使低温气 体与热风流 相混合， 再将此风流送入掘进工作面， 从 而达到降 低掘进工作面气温的目 的。 M W J 一 4 5 型涡轮机风动制冷降温系统比较简 单， 整个系统由一台M W J 一 4 5 型涡轮机， 两台体积为 0 ． 6 m a 的油水分离器； 直径6 0 0 n a n ， 长度6 m并带有直 径1 5 0 m m的分支风筒的铁质风筒， 以及一节直径 2 0 0 ra m ， 长度l O m的小风筒和直径5 0 0 ／ 1 5 0 的双层子 母风简若干和6 寸胶皮管组成。 M W J 一 4 5 型涡轮机主要技术参数 外型尺寸 1 0 0 0 8 0 0 7 0 0 m m； 最大供气压力0 ． 3 M P a ； 最大供气量 1 7 6 0 k g ／ h ； 最大制冷量 2 2 ． 1 k W ／ h ； 热风出口 管径2 0 0 ra m ； 冷风出口 管径 1 5 0 ra m ； 冷风出口压力 0 ． 1 2 M P a ； 冷、 热气体温差 4 0 ℃； 涡轮机转速 2 1 0 0 r ／ n fi n 。 2 涡轮机降温效果考察 M W J 一 4 5 型 降温系统安装完毕后， 进行短期的 试运转， 经测定表明， 该装置降温效果明显， 开机前 掘进工作面气温为3 1 ． 5 C， 涡轮机运转后， 掘进面温 度降至2 6 ℃， 取得了较为理想的降温 效果。 2 ． 1 涡轮机冷风出口温度随开机时间的变化 涡轮机开动后， 对涡轮机的冷风出口温度每隔 五分钟进行一次测定工作， 其测定数据如下表 表 1 涡轮机冷风出口温度记录表 冷风出 冷风出 冷风出 序号 序号 序号 口 温度℃ 口 温度℃ 口 温度℃ 1 1 2． 6 l 1 8 ． 2 2 1 5． 4 2 8 ． 8 1 2 5 ． 8 2 2 4． 8 3 6 ． 8 1 3 一l 1 ． 6 2 3 4． 6 4 7 ． 4 1 4 9 ． 6 2 4 4． 8 5 9． 1 1 5 7 8 2 5 4． 2 6 9． 0 1 6 6． 6 2 6 7 9． 2 1 7 5． 6 2 7 8 9． 2 1 8 5 ． 6 2 8 9 7． 6 l 9 5 ． 1 2 9 1 0 6． O 2 0 4． 8 3 0 从表 1 看出， 涡轮机冷风出口温度并非一个固 定值， 在涡轮机初始运转的短时间内， 冷风出口 温度 较低， 最低达一 1 2 ． 6 C ， 然后呈波动式上升， 在运转 1 ． 5 2 h 后， 冷风出口温度在⋯4 5 C 之间波动。 造成这种现象的原因主要有以下几个方面 1 煤矿井下的工 作环境比较特殊， 温度和粉尘 浓度都比较大， 影响了涡轮机的正常工作， 使机器的 性能发生了变化； 2 在井下使用过程中， 涡轮机配置了消音器和 防护铁壳， 不仅使涡轮机高速运转过程中产生的热 ● ▲ 一 ． ● 1 ． r 维普资讯 ● 一 - 4 b 督 2 0 0 0 年 增 刊 童 晨 科 技 9 量不能及时排出去， 同时铁壳内积聚的热量对压风 管及排冷管在箱体内的部分起到加温作用， 使冷风 出口温度升高； 3 地面输送到井下的压缩空气中， 含有一定量 的水蒸汽， 虽然经过油水分离器进行油水分离， 但仍 有一部分进入了涡轮机， 经过膨胀降温后， 凝结成的 冰块， 释放出一定热量， 同时凝结成的冰块附着在管 道内壁， 增加了冷风流的摩擦阻力， 从而使冷风出口 温度升高。 2 ． 2 掘进工作面降温情况考察 在涡轮机降温系统运行以前， 掘进工作面气温 为3 1 ． 5 ℃， 相对湿度为 8 8 ％。在涡轮机制冷装置运 行后， 掘进工作面气温逐渐降低， 在开机大约9 0 m i n 后， 掘进工作面气温稳定在 2 6 ℃左右。此时， 处于热 平衡状态。在开机时和开机后， 每隔 l O n fi n 对掘进工 作面进行一次气温测定， 其测定结果如下表 表2 掘进工作面气温测定数据表 序号 I 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 I I i 3 l 3 0 ． 8 3 0 2 9 2 7 ． 9 2 7 ． 5 2 7 ． 1 2 6 5 2 6 1 2 6 2 6 2 由上述实测数据可以看到涡轮机风动制冷装置 使掘进工作面气温下降4 5 E， 降温效果比较显著。 2 ． 3 掘进工作面风筒出口与涡轮机冷风出口温度 变化关系 由于涡轮机风动制冷装置的冷风出口温度的变 化对掘进工作面降温效果影响较大， 为了掌握这种 变化的规律， 对涡轮机冷风出口温度和掘进工作面 风简出口温度进行了实测， 其测定结果如下表。 由 上述测定结果可以看出， 涡轮机冷风出口温 度并非是一恒定值， 而是呈现出无规律的波动变化， 但掘进工作面风简出口的 温度始终保持在2 5 2 6 C 之间， 造成这种现象的原因为 在涡轮机风动装置运 转初期， 制冷量较大， 但由于整条巷道的气温较高， 因此整条巷道内的冷量损失也较大。随着风动制冷 运转时间的延长， 整条巷道内的气温逐渐下降， 涡轮 机的性能有所下降， 造成冷风出口温度升高， 但在整 条巷道内的冷量损失也随之减少。因此导致涡轮机 风动制冷装置的冷风出口气温对掘进工作面风简出 口温度无明显影响。 表3 冷风出口温度与风简出口温度测定表 冷风 出几 一 5 4 ． 3 7 4 1 5 5 ． 一 3 2 ． j 一 3 ． 一 4 ． 一 4 4 温度℃ 风筒 出口 2 5 ． 8 2 5 ． 4 2 5 ． 5 2 5 ． 4 2 5 ． 3 2 5 7 2 5 5 2 5 ． 5 2 5 4 2 5 1 2 5 ． 3 2 5 4 温度 3 结论 M W J 一 4 5 型风动制冷装置是一种新型的降温设 备， 具有体积小、 结构简单、 成本低、 降温效果好、 能 明显改善掘进面气温条件的优点。它结构新颖， 取 消了迄今所使用制冷装置中的水循环系统， 没有电 气和机械传动部分， 几乎排除了产生故障的可能性， 因 此安全性能高， 特别适用于有瓦斯和煤尘爆炸危 险而压风量又过剩的高温矿井。风动制冷装置除需 随掘进工作面的推进而定期移动外， 不需任何管理 维护人员。涡轮机风动制冷装置在掘进工作面的应 用是降温工作一种新尝试， 还需在生产实践中 不断 完善， 以进一步提高经济效益和降温效果。 ◆ n ， ． 。 维普资讯