【摘要】：隨著能源與環(huán)境問(wèn)題日益加劇,做好工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的節(jié)能減排勢(shì)在必行。中國(guó)是煤炭的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó),做好礦井節(jié)能生產(chǎn)有著長(zhǎng)遠(yuǎn)的價(jià)值。本文從礦井通風(fēng)節(jié)能著手,主要對(duì)礦井通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散器出口的乏風(fēng)動(dòng)能進(jìn)行回收利用,借助于當(dāng)前迅速發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電技術(shù),設(shè)計(jì)礦井乏風(fēng)動(dòng)能發(fā)電裝置展開(kāi)實(shí)驗(yàn)研究,并結(jié)合數(shù)值模擬的方法優(yōu)化裝置結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)不影響通風(fēng)機(jī)正常通風(fēng)的前提下,使裝置產(chǎn)生較高的有效功率。通過(guò)對(duì)礦井通風(fēng)理論、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、氣體射流理論的分析,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)將復(fù)雜的擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為當(dāng)量圓錐,使用小型三葉片水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能回收,并在風(fēng)輪前端設(shè)置集流器結(jié)構(gòu)聚集呈放射圓錐狀的乏風(fēng),提出優(yōu)化集流器結(jié)構(gòu)可增大乏風(fēng)的動(dòng)能回收效率。實(shí)驗(yàn)研究采用制造簡(jiǎn)便的圓錐形集流器,針對(duì)α=16°/n=2和α=16°/n=2.5兩種當(dāng)量圓錐擴(kuò)散器的情況,研究了4種結(jié)構(gòu)參數(shù)較分散的集流器進(jìn)口條件下風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的啟動(dòng)狀態(tài)和工作狀態(tài),通過(guò)分析不同距離處產(chǎn)生有效功率的變化情況,發(fā)現(xiàn)余流管出口風(fēng)速超過(guò)1.8m/s以上裝置即可工作,在正常工作時(shí)會(huì)發(fā)生有效功率層疊分布的現(xiàn)象,分析得出無(wú)障礙空間臨界值L_0至少為4D_i(D_i為擴(kuò)散器入口直徑);然后詳細(xì)分析研究風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)在L_0為4D_i和5D_i時(shí)共計(jì)24種集流器進(jìn)口條件下產(chǎn)生的有效功率分布云圖,劃分出動(dòng)能回收效率較好的高功率區(qū),確定相應(yīng)的集流器結(jié)構(gòu)參數(shù),同時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)擴(kuò)散器斷面擴(kuò)大系數(shù)改變后分布差異較大,圓錐形集流器受氣流穩(wěn)定性、實(shí)驗(yàn)誤差的干擾較大,需要對(duì)集流器結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行優(yōu)化。最后通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)比風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)在圓錐形、圓弧形、錐弧形集流器進(jìn)口條件下的內(nèi)部流場(chǎng)特征,詳細(xì)分析各情況下形成的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)及渦核區(qū)域,發(fā)現(xiàn)使用圓弧形集流器可以使引入風(fēng)輪的氣流更加均勻,風(fēng)輪對(duì)來(lái)流的阻礙作用也會(huì)降低,風(fēng)輪后側(cè)不會(huì)產(chǎn)生較大的旋渦,還可以有效降低噪聲,風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性更高,可進(jìn)一步提高動(dòng)能回收效率。
【圖文】：

處于能源生產(chǎn)和消費(fèi)的主導(dǎo)地位，全國(guó)大大小小的煤礦都會(huì)持續(xù)強(qiáng)度高耗能的艱苦行業(yè)，國(guó)家對(duì)采礦安全一直都極為重視。采礦關(guān)系到整個(gè)煤礦的安全生產(chǎn)，一旦某處發(fā)生意外事故，本來(lái)的計(jì)部擱淺，不僅造成了人員傷亡，還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在采礦作人員的安全和正常作業(yè)，是保證礦井工作有效進(jìn)行的前提，實(shí)，是礦井現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，本文主要從礦井通風(fēng)乏風(fēng)利用的目的。礦井通風(fēng)節(jié)能般而言，煤礦有四大機(jī)電設(shè)備，，分別為主通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)、主排機(jī)。礦井通風(fēng)是各礦井一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，而主通風(fēng)機(jī)則是礦的安全設(shè)備，也是極為關(guān)鍵的設(shè)備。為了盡可能降低井下有害氣人員的危害，必須將其沖淡和排除，就需要不間斷地向礦井里通氣，以保證井下工作人員有充足的符合標(biāo)準(zhǔn)的空氣呼吸，確保其人改善工作環(huán)境的目的。圖 1-1 為礦井主通風(fēng)機(jī)出口現(xiàn)場(chǎng)圖。

2 礦井乏風(fēng)動(dòng)能發(fā)電裝置設(shè)計(jì)機(jī)進(jìn)行乏風(fēng)動(dòng)能發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)。軸流式通風(fēng)機(jī)主要由集流器、葉輪、導(dǎo)葉、機(jī)殼、擴(kuò)散筒等部件組成，電動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉片在空氣中迅速掃過(guò)，處于凹面?zhèn)鹊臍怏w受到擠壓使靜壓增加，凸面的氣體靜壓則降低，于是葉片凹面的高壓氣流便向流道口流出，同時(shí)葉片凸面的低壓區(qū)不斷將空氣吸入流道，一壓一吸形成了連續(xù)氣流，整個(gè)過(guò)程氣流軸向進(jìn)入，軸向流出。軸流式通風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)比較緊湊，便于調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，重量較輕，轉(zhuǎn)速高，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，較難維護(hù)。圖 2-1 為常見(jiàn)軸流式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM614;TD724

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2 張冀U

本文編號(hào)：2700527