礦用風門自動卸壓機構研制

李祖國，孫曉磊

(1.黑龍江煤礦安全監(jiān)察局，黑龍江 哈爾濱 150001;2.華北科技學院研究生院，北京 東燕郊 101601)

礦井通風系統(tǒng)是礦井生產的重要組成部分，是礦井安全生產的保障系統(tǒng)。而風門是礦井通風系統(tǒng)內數(shù)量較多的通風設施。目前我國礦井使用的傳統(tǒng)風門，風壓對風門的開閉有較大影響。當風門門扇開啟方向與風向相反，門扇迎風開啟時，由于風門兩側風壓差，風門開啟很困難;當風門門扇關閉方向與風向相同，風扇順風關閉時，由于風壓與門扇本身作用，容易造成人員損傷和風門損壞?！督饘俜墙饘俚V山安全規(guī)程(GB16423－2006)》中規(guī)定:“主扇應有使礦井風流在10 min內反向的措施。當利用軸流式風機反轉反風時，其反風量應達到正常運轉時風量的60%以上”［1］。因此，風門間如何實現(xiàn)開門卸壓，一直是煤礦未能很好的解決的技術難題。本文的目的是為解決開啟風門困難的問題，提供一種卸壓、開門可以在短時間內一氣呵成，操作快捷方便省勁的推拉式百葉窗自動卸壓裝置。

1 百葉窗翅片參數(shù)的計算

該裝置將推拉式百葉窗應用于風門上，通過旋轉調節(jié)百葉窗翅片角度，造成風門兩側空氣流動，減小風門兩側風壓差。裝置設計過程中，百葉窗翅片間距對空氣流動效率有重要影響。

90世紀60年代至90年代，百葉窗翅片空氣流動實驗研究在國外得到發(fā)展。1965年，Beauvais［2］對百葉窗翅片模型進行的研究中指出，經過百葉窗翅片的氣體的流動幾乎沿著百葉窗方向。1980 年，Davenport［3］的研究表明，雷諾數(shù)較小的時候，通過翅片的流體并沒有穿過百葉窗翅片，而是進行軸向流動;雷諾數(shù)較大的時候，流體平行百葉窗流動，百葉窗翅片流動效率是雷諾數(shù)的函數(shù)。Webb［4］觀察了百葉窗翅片結構參數(shù)對流動的影響，推出了流動效率的經驗關系式。

翅片間距對翅片流動效率的影響如圖1所示。不同迎面風速下，翅片的流動效率均隨著翅片間距的增大而降低，流動效率受翅片間距的影響十分厲害。從圖中可以看出，不同迎面風速下，翅片間距從1.0 mm增加到1.6 mm流動效率大約降低了50%。翅片間距越小的時候，流動效率隨翅片間距的變化越快。隨著迎面風速的增大，流動效率隨翅片間距的變化趨勢趨近一致。尤其是低流速時，翅片間距對流動效率的影響最為明顯。結合圖2可以看出來，隨著翅片間距的減小，翅片的流動效率受迎面風速的影響越來越小。從圖中可以看出，當翅片間距為1.0 mm的時候，流動效率的變化曲線幾乎呈一條平坦的直線?？梢酝茰y當翅片間距減小到一定程度的時候翅，片的流動效率可以忽略迎面風速對其的影響，即翅片流動效率只是翅片間距的函數(shù)。

圖1 翅片流動效率隨翅片間距的變化圖

圖2 不同翅片間距的翅片流動效率隨迎面風速的變化圖

2 百葉窗卸壓裝置特點

雙向手柄旋轉式百葉窗卸壓裝置與以往的卸壓裝置相比，具有如下有點:

1)該裝置主要是不用電的情況下實現(xiàn)風門的自動控制，操作簡單。與以往電控風門相比，本風門采用純機械控制方式，完全不用電，操作簡單方便，且性價比、安全可靠性能更高，特別是對高瓦斯礦井的使用，完全消除了電氣帶來的安全隱患。

2)維修率低，通風設施使用壽命延長。風門關閉時不受安設地點負壓影響勻速關閉，避免了風門快速關閉造成的風門門扇損壞及門框受劇烈撞擊墻體變形等情況的發(fā)生，同時風門掉斜現(xiàn)象也有明顯改善，職工維護量降低，工作效率提高。

3 雙向手柄旋轉式百葉窗卸壓裝置的設計

根據百葉窗翅片與風流效率的關系，將百葉窗用于礦井風門卸壓，翅片間距設定為1 mm，忽略風流對其影響，使得通風降壓效率最佳。

雙向手柄旋轉式百葉窗卸壓裝置如圖3－6所示，該裝置分別安裝在每道風門的右側單扇門上部，人員通過風門從里側向外開門時，直接推風門(14)上的推板(1)，推板(1)沿推板頁軸(16)旋轉移動且推動推板頂桿(2)前移，推板頂桿(2)前端斜面與百葉窗里部滾動軸承(3)接觸并使其外移、上移，同時使得百葉窗6沿百葉窗端軸6旋轉且拉動百葉窗連接立板(5)下移，帶動通過百葉窗連接立板銷軸(19)與其連接的百葉窗(1－6)各沿其百葉窗端軸旋轉打開，完成卸壓并隨后推開風門。百葉窗(1－6)旋轉打開的同時，百葉窗6外部斜支板(6)亦旋轉上移且?guī)影偃~窗與四連桿連板(12)僅沿其百葉窗與四連桿連板滑槽(15)上移，而不與下部四連桿角鐵立板(側面)(10)、四連桿(17)等發(fā)生連動關系，即推或拉開風門卸壓機構即有關聯(lián)又各自獨立單元動作。過風門后，手部離開推板，百葉窗(1－6)在重力作用下自動施轉復位，并帶動百葉窗6里部滾動軸承(3)旋轉下移壓在推板頂桿(2)前端斜面上，促使推板頂桿(2)回縮，推板(1)復位。

圖3 卸壓裝置原理里部正視圖

該裝置分別安裝在每道風門的右側單扇門上部，如圖7所示。該裝置成本低、制作簡單、維修方便，是一種純機械結構，實用性強，具有一定的經濟效益和社會效益。

4 結語

黑龍江龍煤股份分公司鶴崗分公司井下使用的風門，由于礦井通風負壓關系影響，風門存在開啟困難的問題，增加行人過風門勞動強度。井下各分區(qū)石門、主排負壓大的地點，風門大多無卸壓裝置，少數(shù)地點風門安裝簡易插板式或門式的卸壓窗，但操作時不夠靈便，開門時較團難。開門時操作不當，易發(fā)生擠人事故，存在安全隱患。

圖4 卸壓裝置原理外部正視圖

圖5 卸壓裝置原理里部側視圖

圖6 卸壓裝置原理外部側視圖

圖7 風門卸壓示意圖

雙向手柄旋轉式百葉窗卸壓機構，雙向旋轉手柄一體化，便于操作，利用百葉窗頁自重快速復位。旋轉拉開風門時，卸壓、開門、復位短時間一氣呵成，操作快捷、省勁、安全，減輕工人勞動強度。該裝置現(xiàn)在黑龍江龍煤股份公司鶴崗分公司井下安裝使用，取得實際效果。實用性強，作業(yè)人員過風門時，卸壓、省力、安全，減輕工人勞動強度。同時又可兼做兩道風門間嘹望窗使用，具有一定的經濟效益和社會效益。

［1］ 2006 G B.金屬非金屬礦山安全規(guī)程［S］［D］.2006.

［2］ Beauvais FN.An Aerodynamic Look at Automotive radiators［J］.SAE Paper No.650470，1965.

［3］ Davenport C J.Heat transfer and fluid flow in the louvered fin triangular ducts［D］.CNAA:Lanchester Polytechnic，1980.

［4］ Webb R L.Flow structure in the louvered fin heat exchanger geometry［C］.SAE Transactions，1990，99(3):1592 －1603.

［5］ 褚一武.風門推拉式百葉窗自動化卸壓機構［J］.山東煤炭科技，2013，(2):239 －240.

［6］ 張會勇，等.微通道換熱器在家用空調中應用［J］.暖通空調，2009，39(9):80 －85.

［7］ 陳美秀，等.脫硫裝置中百葉窗式擋板門密封節(jié)能優(yōu)化方案［J］.2013，52(9):20 －24.

［8］ 焦作礦業(yè)學院.采煤概論［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1986.4(1989.4重印).

［9］ 吳業(yè)正，等.制冷原理及設備［M］.西安:西安交通大學出版社，2008.

［10］ http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2182.TB.20130711.1630.005.html.