隧道内空气除尘设备、空气除尘车及隧道内空气除尘系统的制作方法

本发明涉及隧道内空气除尘系统，尤其是涉及在隧道施工时等具有大量粉尘颗粒物的环境中使用的用于收集这些粉尘颗粒物的隧道内空气除尘设备、安装有该设备的空气除尘车、以及隧道内空气除尘系统。

背景技术：

在例如隧道施工中，挖掘、凿岩等作业会产生大量的粉尘颗粒物。在这样的环境中，能见度变得非常低，导致车辆运输等其他作业无法同步进行。而且，大量的粉尘颗粒物对施工人员的健康也造成巨大威胁。因此，需要对隧道内的空气进行除尘等除尘作业。

现有技术中提出了对隧道内空气进行除尘的方案。例如，提出了在隧道内设置除尘设备，该设备吸入隧道内的粉尘含量高的空气，对该空气内的粉尘进行过滤后，将经过滤的空气向隧道口排出，随着隧道外的新鲜空气的不断进入，隧道内空气的粉尘含量降低，并且排出到隧道外的空气也不会对外界环境造成污染(参见下述专利文献1的图4、图5)。

但是，专利文件1中的除尘效率依赖于隧道外的新鲜空气的送风量。而且，施工中存在希望进一步提高除尘效率的需求，希望在更短的时间内在作业面附近建立空气中粉尘含量低的施工环境。而且，还希望在提高除尘效率的同时，不进一步增大除尘设备的体积，从而不需要使除尘设备车进一步加长。

现有技术文献

专利文献1：日本专利jp6333590b2

技术实现要素：

本发明正是鉴于上述现有技术中存在的问题而提出的，目的在于提供一种能够迅速在隧道内形成除尘空气环境且结构紧凑的隧道内空气除尘设备、安装了该空气除尘设备的空气除尘车、以及包括隧道内空气除尘设备的隧道内空气除尘系统。

为了实现上述目的，本发明的一个方案如下。

(1)一种隧道内空气除尘设备，用于对隧道内的空气进行除尘以减少所述空气中粉尘的含量，其特征在于，所述隧道内空气除尘设备包括：

进气管道，一端具有进气口，所述进气口配置在与隧道内的作业面离开规定距离的位置处，以吸入粉尘含量高的所述空气；

除尘集尘箱，其与所述进气管道的另一端相连通，通过过滤单元对从所述进气管道吸入的粉尘含量高的所述空气进行过滤，降低所述空气中的粉尘含量，并收集从粉尘含量高的所述空气中过滤出的粉尘；

气体排出部，设于所述除尘集尘箱上部，将由所述除尘集尘箱除尘了的所述空气从所述气体排出部排出到所述隧道内，

从所述气体排出部排出的经除尘的气体与进入所述进气管道的待除尘气体在所述除尘集尘箱与所述作业面之间的隧道内空间中形成气体循环。

由于进气口配置在与隧道内的作业面离开规定距离的位置处，所以能够将对作业面作业时产生的粉尘尽早地收集到除尘集尘箱中。而且，由于从气体排出部排出的经除尘的气体与进入进气管道的待除尘气体在除尘集尘箱与隧道的作业面之间的隧道内空间中形成气体循环，所以，能够将干净空气直接吹送至作业面附近，而且还能够促使作业面附近的粉尘含量高的空气向进气口流动，进一步促进粉尘的尽早收集。再者，由于能够形成干净空气替换风尘含量高的气体的气流循环，因此不必从隧道口外送风，就能够效率良好地形成干净的空气环境。

(2)根据(1)所述的隧道内空气除尘设备，其中，

所述除尘集尘箱包括箱主体、位于所述箱主体上部且与所述箱主体连通的集气道、设于所述集气道侧面的作为气体排出部的气体排出口；

在所述箱主体内配置有多个圆筒形的过滤单元，所述圆筒形的过滤单元被配置成所述圆筒的轴线垂直于水平方向；

所述箱主体与所述进气管道相连通；所述集气道与所述气体排出部相连通；

在所述进气管道中配置有促进所述空气吸入的风扇；

从所述进气管道吸入的粉尘含量高的所述空气从各所述过滤单元的外周面进入所述过滤单元，经所述过滤单元过滤后的空气向所述箱主体的上部汇集而进入所述集气道，而后经所述气体排出口排出到隧道内。

通过除尘集尘箱中的过滤单元能够吸附空气中的粉尘，将过滤单元的吸附面设置成圆柱形，能够在不增大过滤单元所占空间的情况下增大过滤单元的吸附面积，有助于确保吸附效率，而且能够将除尘集尘箱设计得紧凑。

(3)根据(2)所述的隧道内空气除尘设备，其中，

配置于所述箱主体内的多个所述过滤单元以彼此靠近但不接触的方式配置成矩形阵列；

至少在所述箱主体中的靠近所述进气管道侧的区域设有所述过滤单元的矩形阵列。

以阵列的形式设置多个过滤单元能够确保吸附效率和吸附效果。并且，由于将过滤单元阵列设置在箱主体中的进气端口附近，能够使粉尘含量高的空气尽早被过滤。

(4)根据(3)所述的隧道内空气除尘设备，其中，

所述进气管道的所述另一端连接于所述箱主体的侧壁，且所述另一端被配置成朝着所述过滤单元的外周面开口。

由于所述进气管道设置在箱主体的侧壁且对着过滤单元的外周面吹送空气，所以能够使粉尘含量高的空气尽早被过滤。

(5)根据(2)所述的隧道内空气除尘设备，其中，

所述箱主体还具有：

使所述过滤单元中积存的粉尘从所述过滤单元脱落的过滤单元清洁装置；和

位于所述多个过滤单元下方的粉尘收集托盘，所述粉尘收集托盘收集通过所述过滤单元清洁装置而从所述过滤单元脱落的粉尘。

由于设置使过滤单元中的粉尘脱落的过滤单元清洁装置，由于能够再生过滤单元，提高了过滤单元的使用寿命，降低了空气除尘设备的成本。在过滤单元下方设有粉尘收集托盘，所以能够有效地收集从过滤单元上掉落的粉尘，使集尘箱内的清理变得容易。

(6)根据(1)所述的隧道内空气除尘设备，其中，

在所述除尘集尘箱的上部还设有作为气体排出部的排气管道，所述排气管道的一端与所述除尘集尘箱相连通，另一端设有排气口，

所述排气口配置在比所述进气管道的所述进气口更靠近所述作业面的位置处，并且，与所述进气管道的进气口相比，所述排气管道的排气口位于上方。

由于在所述除尘集尘箱的上部还设有排气管道，且排气管道的排气口配置在比进气管道的所述进气口更靠近作业面的位置处，且更靠上方。通过这样设置进气口与排气口的位置，更容易形成上述的气体循环。而且利用了粉尘颗粒比空气重从而气体环境中下方的粉尘浓度比上方的高的特点，通过从上方吹送干净空气、从下方收集粉尘含量高的空气，能够减少已除尘空气与待除尘空气的混合，而且，能够进一步促使待除尘空气尽早进入空气除尘设备。

(7)根据(6)所述的隧道内空气除尘设备，其中，

所述气体排出部的排气速度比所述进气管道的所述进气口的进气速度快。

由于排气速度高于进气速度，能够更有效地促使未除尘空气尽早进入空气除尘设备。而且，能够尽快地通过除尘空气形成气体环境。再者，由于进气速度慢于排气速度，所以在集尘箱内可靠地形成气流，确保气体被有效过滤。

(8)作为本发明的另一个方案的一种空气除尘车，其中，包括：

上述(1)～(7)中任一项所述的隧道内空气除尘设备；

固定有所述隧道内空气除尘设备的底盘；以及

安装有所述底盘的行走车。

通过将隧道内空气除尘设备设置在能够走行的车上，能够使空气除尘设备便于移动，从而能够容易地布置在隧道中。而且，根据粉尘浓度等具体情况，能够容易地调整空气除尘设备的位置。

(9)根据(8)所述的空气除尘车，其中，

所述底盘能够在与所述行走车的行走方向垂直的方向上水平移动。

由于将底盘设置成能够横向移动，所以能够进一步提高空气除尘设备的位置灵活性和使用适应性。

(10)根据(9)所述的空气除尘车，其中，

所述底盘在下方具有4个独立的转向系统，各所述转向系统由设于所述行走车中控室的控制系统控制；

每个所述转向系统包括转向执行机构、驱动所述转向执行机构在水平面内旋转的转向油缸、和用于检测所述转向执行机构的旋转角度的转角传感器；

所述控制系统通过所述转角传感器获得各所述转向系统中的所述转向执行机构的当前角度，基于该当前角度以及各转向执行机构彼此之间的位置关系计算出使各所述转向执行机构旋转到目标位置的各所述转向油缸的伸缩位移量，基于该计算出的伸缩位移量控制所述转向油缸的伸缩位移及伸缩速度，使得所述转向执行机构旋转到目标角度。

通过液压转向轮系统使得底盘能够横向移动，能够准确地控制底盘的移动方向。

(11)根据(10)所述的空气除尘车，其中，

所述控制系统在控制所述转向油缸的伸缩位移及伸缩速度时，实时获取所述转角传感器的测量结果，并基于该测量结果实时修正所述转向油缸的伸缩位移及伸缩速度。

通过实时调整转向系统，能够准确地控制底盘的移动方向。

(12)根据(8)所述的空气除尘车，其中，

所述行走车能够在遥控下自行走。

由于行走车能够在遥控下自行走，所以增加了空气除尘设备的适用场景。

(13)作为本发明的再一个方案的一种隧道内空气除尘系统，其中，包括：

(1)～(7)中任一项所述的隧道内空气除尘设备、或者(9)～(13)中任一项所述的空气除尘车；和

将隧道外空气引入隧道内的送风管道，所述送风管道以在所述隧道内空气除尘设备的朝向隧道口的一侧附近形成气帘的方式向所述隧道内空气除尘设备的周围吹送来自隧道外的空气。

通过设置送风管道并向隧道内空气除尘设备的周围吹送来自隧道外的空气，能够在空气除尘设备周围形成气帘区域，从而能够进一步提高隧道作业面周围的空气除尘效率，有助于在更短时间内形成预期的空气环境。

(14)根据(13)所述的隧道内空气除尘系统，其中，

所述送风管道在所述隧道内空气除尘设备的朝向隧道口的一侧附近至少从上向下吹送所述来自隧道外的空气，以形成所述气帘。

由于在隧道内空气除尘设备的朝向隧道口的一侧附近从上向下吹送空气，所以能够在短时间内高效地形成气帘。

(15)根据(13)所述的隧道内空气除尘系统，其中，

所述送风管道在所述隧道内空气除尘设备的朝向隧道口的一侧附近还向所述隧道内空气除尘设备的上方吹送所述来自隧道外的空气，

所述送风管道向所述隧道内空气除尘设备的上方的送风量占所述送风管道总送风量的20％左右。

由于送风管道向空气除尘设备的上方和前方吹送隧道外空气，且将吹送的空气分配成向前方吹送80％左右、向上方吹送20％左右，所以能够在短时间内高效且可靠地形成气帘区域。

发明效果

通过本发明，能够在不依赖于来自隧道外的新鲜空气的送风量的情况下，在作业面附近迅速进行换气，迅速地形成气体环境良好的作业空间，从而提高了施工效率和安全性。

附图说明

图1是本发明的隧道内空气除尘系统的整体示意图。

图2是本发明的空气除尘车的构成示意图。

图3是本发明的隧道内空气除尘设备的主视示意图。

图4是本发明的隧道内空气除尘设备的俯视示意图。

图5是本发明的隧道内空气除尘设备的左视示意图。

图6是示出本发明的底盘转向工作过程的流程框图。

附图标记说明

1空气除尘设备；2空气除尘车；3箱主体；4集气道；5底盘；6进气端口；7排气端口；8过滤单元；11进气管道；12排气管道；12a排气口；13送风管道；a作业面的截面积；d隧道直径qg送风量；v进气口的进气速度；v0排气口的排气速度。

具体实施方式

下面参照图1至图6对本发明的具体实施方式进行详细的说明。附图中，对于相同的构件或部分标注相同的附图标记，并省略对其重复说明。

实施方式一

图1示意性地示出了本发明的隧道内空气除尘系统的整体构成。如图1所示，隧道内空气除尘系统包括装载了隧道内空气除尘设备1的空气除尘车2、和将隧道外空气引入隧道内的送风管道13。

关于隧道内空气除尘设备、空气除尘车、送风管道的数量，只要能够实现其在本发明的作用效果，对其数量没有限制，本领域技术人员可以根据具体情况任意设置。但是在本实施方式中，以具有1台空气除尘车的情形为例来进行说明。

送风管道

如图1所示，送风管道13例如由设置在隧道上部的长管道构成，其目的在于形成气体流路，以将来自隧道口的空气吹送至隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)的周围。图中未示出，但是该气体流路中设有风机、风扇等促进送风的装置。

如图1中箭头所示，送风管道13具有两个送风口，一个朝向作业面(图1中，朝向左侧)，一个朝向下方，从而从隧道上方向隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)的上方和朝向隧道口的一方附近吹送空气。其中，向朝向隧道口的一方附近的送风量占送风管道总送风量qg的80％左右，向上方的送风量占送风管道总送风量的20％左右。

由于送风管道向空气除尘设备的上方和朝向隧道口的一方附近吹送隧道外空气，且将吹送的空气分配成向朝向隧道口的一方附近吹得多、向上方吹得少，所以在隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)的周围，能够在短时间内高效地形成气帘区域(如图1所示)。

由于在隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)周围形成了气帘区域，所以能够在该隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)与作业面(例如挖掘面、凿岩面)之间形成一个相对而言与外界隔开的气体环境。在这种情况下，能够高效率地对该气体环境进行除尘。

另外，在本例中，将送风管道总送风量分配成20％与80％的比例，但是总送风量的分配并不限于此，只要能够在隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)周围(特别是朝向隧道口的一方附近附近)形成气帘区域即可。例如分配成35％与65％的比例。例如，送风管道13也可以只设置1个朝下的送风口，且该送风口位于隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)的朝向隧道口的一侧附近，从而将100％的送风量都吹送在隧道内空气除尘设备1(或空气除尘车2)。

隧道内空气除尘设备

下面，对本发明的隧道内空气除尘设备1进行详细说明。

如图1和图2所示，该隧道内空气除尘设备1主要包括用于对吸入的隧道内的粉尘含量高的空气进行除尘处理的除尘集尘箱；将隧道内的空气吸入并送入上述除尘集尘箱内的进气管道11；和将在除尘集尘箱内过滤了的干净空气排出到隧道内的排气管道12。

如图2～5所示，除尘集尘箱包括一箱主体3，在该箱主体3的上部连接有与箱主体3连通的集气道4。该集气道4的上表面设有一排气端口7，该排气端口7与排气管道12相连接且内部连通。

在箱主体3的面向隧道作业面的侧壁上设有一进气端口6，该进气端口6与进气管道11相连接且内部连通。当然，进气端口6与进气管道11也可以一体地形成。如上所述，由于充分利用了除尘集尘箱的上部空间，所以能够紧凑地构成除尘集尘箱。

在进气管道11与进气端口6构成的进气流路中设有风机，以便高效地吸入隧道内的空气。通过控制该风机，能够控制进气速度。进气管道11的进气口配置在与隧道内的作业面离开规定距离的位置处。

排气管道12的一端如上所述与设于集气道4的排气端口7相连，另一端具有排气口12a。该排气口12a配置比进气管道11的进气口更靠近作业面的位置处，并且配置在比进气管道11的进气口靠上方的位置。由除尘集尘箱除尘了的空气从该排气口12a排出到隧道内。在集气道4、排气管道12、以及除尘集尘箱内的空间构成的排气流路中可以进一步配置风速控制装置。

另外，集气道4与箱主体3之间的空间也可以直接与隧道内连通。例如，在集气道4的侧面设有例如矩形的气体排出口，由除尘集尘箱除尘了的空气如图3～5中的空心箭头所示，可以不仅可以从排气通道12、还可以从集气道4的侧面(气体排出口)进入到隧道内。也就是说，排气通道12和集气道4侧面的气体排出口均作为气体排出部发挥作用。作为另一实施例，也可以省略排气通道12而仅由集气道4的侧面的气体排出口作为气体排出部发挥作用。

通过这样配置进气管道11与气体排出部，能够形成一气体循环，即：隧道内的粉尘含量高的气体被进气管道11吸入，由除尘集尘箱内除尘后，从气体排出部(集气道侧面的气体排出口和/或排气管道12)重新回到隧道内。由于进气管道11的吸附作用，除尘集尘箱与隧道作业面之间形成负压区域，而且，气体排出部的气体排出口位于隧道内的上方，因此，该重新回到隧道内的干净空气从上向下地压迫隧道作业面附近的粉尘含量高的空气继续进入进气管道11中，由此，形成了干净空气替换粉尘含量高的空气的气体循环。

关于除尘集尘箱的除尘能力进行说明。若用a表示隧道作业面的截面积，用v表示粉尘含量高的空气进入除尘集尘箱的速度(即：进气速度)，用qd表示除尘集尘箱的除尘能力，则qd＝a*v。

作为一个实施例，如图1所示，假设隧道作业面的截面为大致圆形，其截面直径为10m，可以将隧道内空气除尘设备的进气管道11的进气口配置在距离隧道作业面100m的位置处，将排气管道12的排气口12a配置在距离隧道作业面50m的位置处。作为风速的例子，例如在如上所述设置了进气口与排气口的情况下，可以将进气口的进气速度控制为0.3～0.4m/s。可以将排气口的排气速度控制得比该进气速度大，例如将排气口12a的排气速度控制在10～20m/s。当然，此处仅作为一个例子用于说明本发明，只要能够形成用干净空气替换粉尘含量高的空气的气体循环，可以根据具体工况任意地设定位置、距离、以及风速等。例如可以将进气速度设定为0.6-1.2m/s，将排气速度设为25m/s左右。在仅采用集气道侧面的气体排出口作为气体排出部发挥作用的情况下，进气口与气体排出口在隧道内的位置相近。

作为又一个实施例，还可以在上述的进气流路中设置用于检测粉尘含量的传感器，基于该传感器的测量结果来控制进气速度和/或排气速度。

对空气的除尘作业在除尘集尘箱进行。在除尘集尘箱的箱主体3内配置有多个圆筒形的过滤单元8。如图4所示，这些圆筒形的过滤单元8被配置成圆筒的轴线垂直于水平方向，并且，多个过滤单元8以彼此靠近但不接触的方式配置成矩形阵列。这些过滤单元8形成的阵列优选配置在箱主体3中的靠近进气管道11侧的区域，并且外周面对着箱主体3侧壁上的进气端口6。这样，过滤单元8能够尽早地过滤脏空气。而且，由于将过滤单元配置成了阵列形，所以能够在不增加过滤单元所占空间的情况下，确保过滤效果和过滤效率。

从进气管道11吸入的粉尘含量高的空气从各过滤单元8的外周面进入过滤单元8，经过滤单元8过滤后的空气向上方汇集而进入集气道4，而后经排气管道12或集气道侧面的气体排出口排出到隧道内。由于过滤单元8的结构并非本发明的重点，因此此处省略详细说明。只要能够实现对空气中粉尘的吸附，可以采用任何已知的过滤单元。

此外，箱主体3还可以具有使过滤单元8中积存的粉尘从过滤单元8脱落的过滤单元清洁装置(省略图示)。此外，箱主体3还可以进一步设置位于多个过滤单元8下方的粉尘收集托盘(省略图示)。该粉尘收集托盘收集通过过滤单元清洁装置而从过滤单元8脱落的粉尘。由此，能够在不拆卸过滤单元8的情况下进行过滤单元的再生，延长了过滤单元8的使用寿命。而且由于能够通过粉尘收集托盘直接承接掉落的粉尘，所以使得对除尘集尘箱的清理也变得容易。

作为一个例子，可以在排气流路中设置用于检测粉尘含量的传感器，基于该传感器的检测结果来判断是否需要对过滤单元进行再生。

作为由一个例子，也可以根据隧道内的工况等预先设定对过滤单元进行再生的时间间隔。每当达到该时间间隔，自动地使过滤单元清洁装置工作以使过滤单元再生。

作为上述隧道内空气除尘设备的电源，可以采用任何已知的方式，只要能够对该除尘设备供电，没有任何限制。

空气除尘车

如图1所示，本实施方式采用的是将上述的隧道内空气除尘设备装载于行走车上的方式。只要能够将空气除尘设备可靠地安装于行走车上，可以采用任何安装方式。

作为行走车，只要能够装载上述的空气除尘设备，且能够在隧道内行走，可以是任何形式。作为驱动形式，可以是行走车自身带有动力源，也可以借助外部驱动力。根据使用情况，也可以在遥控下行走。

作为一个实施例，可以通过能够横动(与车的正常行走方向垂直的水平方向)的底盘安装于行走车上。

具体而言，底盘在下方具有4个独立的转向系统，各转向系统由设于所述行走车中控室的控制系统控制。每个转向系统包括转向执行机构、驱动转向执行机构在水平面内旋转的转向油缸、和用于检测转向执行机构的旋转角度的转角传感器。

如图6的框图所示，控制系统通过转角传感器获得各转向系统中的转向执行机构的当前角度，基于该当前角度以及各转向执行机构彼此之间的位置关系计算出使各转向执行机构旋转到目标位置的各转向油缸的伸缩位移量，基于该计算出的伸缩位移量控制转向油缸的伸缩位移及伸缩速度，使得转向执行机构旋转到目标角度。

控制系统在控制转向油缸的伸缩位移及伸缩速度时，可以实时地监控转角传感器的测量结果，并基于该测量结果实时地修正转向油缸的伸缩位移及伸缩速度，使得4个转向执行机构彼此相配合地旋转到目标位置。

实施方式二

在实施方式一中，装载了隧道内空气除尘设备的空气除尘车与送风管道13来构成隧道内空气除尘系统，但是也可以由隧道内空气除尘设备、和将隧道外空气引入隧道内的送风管道13来构成隧道内空气除尘系统。

关于隧道内除尘设备及送风管道，由于与实施方式一具有相同的结构，因此此处不再赘述。

关于隧道内空气除尘设备的设置搬运等，可以采用任何已知的手段，只要能够将隧道内空气除尘设备设置在隧道内规定的位置实现其在本发明中的作用效果即可。

以上通过实施方式对本发明进行了说明，但是本领域技术人员应当知晓，在不脱离本发明主旨的情况下，可以进行各种变更，且这些变更的方案均应被理解为包括在本发明权利要求书的范围之内。