单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种新型空气压缩制冷矿井热害治理系统，属于矿井热害防治技术。
【背景技术】
[0002]我国是产煤大国，随着我国煤炭事业的不断发展，矿井开采深度越来越深，高温热害矿井也越来越多。自上世纪80年代以来，我国矿井高温热害的发展异常迅速，煤矿热害对矿工的健康和安全生产造成的危害十分突出。在高温热害矿井工作面，经常发生矿工皮肤湿疹、头晕、中暑等高温疾病。为保障煤矿安全生产和矿工身心健康，在矿井热害严重的作业场所，需对矿井热害采取治理措施，以改善矿工的工作环境。
[0003]我国矿井热害治理工作始于20世纪50年代，直到80年代后期才取得实质性进展，相继有相关的论文和著作问世。近年来的统计资料表明，我国已有140余对矿井出现了不同程度的热害问题，其中采掘工作面风温超过30e的矿井已达60余对。我国高温矿井越来越多，矿井热害问题越来越受到矿业界的关注。我国矿井空调始于20世纪70年代初，淮南九龙岗矿设计了我国第I个矿井局部制冷降温系统;80年代在新汶孙村矿设计了我国第I个井下集中制冷降温系统;90年代又在新汶孙村矿设计了我国第I个地面集中制冷降温系统;2002年又成功设计了冰冷低温辐射空调降温系统。与国外相比，这些系统规模不大，发展速度缓慢。但是进入21世纪以来，无论从技术上还是从规模上，我国的矿井空调都在快速发展。2000年以来，各高校和科研院所相继在东滩矿、唐口矿、平煤集团四矿、五矿、六矿、刘庄矿等矿井展开了矿井热害治理的科研工作，其中平煤四矿和刘庄煤矿都设计了地面集中制冷降温系统，制冷能力分别达到了 7600kW和5500kW。制冷能力和制冷设备比以往都有了很大的提高和改进。但是与国外还有一定的差距。
[0004]改善矿内气候条件的措施很多，归纳起来有2个方面:一为非人工制冷措施，即矿井通风。一般来说，地温在31?37°C以下时，可能产生热害，但这种热害一般通过非人工制冷措施就可以解决;二为人工制冷来冷却风流的措施，也称为矿井空气调节。在地温达到37°C以上的地区，一般来说，单靠加强通风降低温度难以达到目的，应考虑采用人工制冷降温系统。
[0005]根据载冷介质的不同，国内外常用的人工制冷降温技术可分为压缩空气降温技术、人工制冷水降温技术和人工制冰降温技术。人工制冷水技术由于空调系统复杂，制冷设备要求高，还会面临一些技术难题，如高压冷水处理困难、冷凝热排放困难等，实施起来比较困难。人工制冰冷却降温系统在我国基本处于试应用阶段，要真正推广应用冰冷却空调系统，还有如下两个方面的技术难题:一是冰在管道中运动时会引起管道的激烈振动，从而导致对管道支撑的严重冲击，容易破坏管道。二是管道容易堵塞。而压缩空气降温技术，利用压缩空气作为供冷媒质，直接向采掘工作面喷射制冷，大大减小了输气管道断面积，能够有效地解决我国当前矿井集中降温中存在的实际问题；可用金属或橡胶软管沿工作面布置，使工作面上的冷量均匀分布，降温效果好，而且系统简单，应用灵活，空气不仅对人体无毒害，不污染环境。而且来源广泛，价格低廉。
【实用新型内容】
[0006]传统的压缩空气降温技术由于单位质量空气的制冷能力较小，因此实际应用中常运用回热循环和采用叶轮式压气机及膨胀机代替活塞式压气机和膨胀机，以增大工质流量。本实用新型采用单螺杆膨胀机代替传统机型的膨胀机，利用单螺杆压缩机对空气进行加压，利用单螺杆膨胀机进行膨胀制冷，压缩机和膨胀机采用同轴联动形式。该系统的特点在于:单螺杆机结构简单，采用转子为6齿螺槽和11齿星轮的啮合副，且星轮对称布置，这样螺杆转子每旋转一圈，基元容积完成12次吸、排气。具有单级容量大，无余隙容积，容积效率高，结构上受力平衡，磨损小、噪声低、寿命长等优点。且膨胀机与压缩机同轴联动，降低了压缩机的输入功率，节省电能。
[0007]本实用新型设计的单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理系统（如图I所示），包括开式单螺杆空气压缩制冷系统及冷却系统，开式单螺杆空气压缩制冷系统包括单螺杆压缩机
(I)、单螺杆膨胀机（3)、送风管道(4)，水冷却系统包括水冷却器（2)、空气冷却器（5)、栗
(6)、风机(7);单螺杆压缩机（I)的气体出口通过气体管路经由水冷却器(2)的一个通路与单螺杆膨胀机(3)的进气口连通，单螺杆膨胀机(3)的出气口与送风管道(4)连接，单螺杆压缩机（I)和单螺杆膨胀机(3)同轴连接，水冷却器(2)的另一通路经由栗(6)与空气冷却器
(5)的一个通路构成封闭的循环系统，同时在空气冷却器(5)的外面还设有用于冷却器(5)冷却的风机(7)。
[0008]采用上述系统进行热害治理的方法，其特征在于，在开式单螺杆空气压缩制冷系统中，空气经单螺杆压缩机（I)压缩后，提高了压力及温度的空气进入水冷却器(2)跟冷却水换热降温，然后进入单螺杆膨胀机(3)经膨胀后降压降温，低温空气经送风管道(4)输送到达采掘工作面或者进入与管道连接的冷却服，或者同时进去两处;之后空气直接排入大气环境中；风机(7)对封闭循环系统中空气冷却器(5)进行冷却，使得进入水冷却器(2)的水温度得到冷却。
[0009]上述水冷却系统可替换为空冷系统，即水冷却器（2)换成空冷器，把风机(7)放在空冷器旁，使得管内热空气与环境中的冷空气进行强制对流换热。
[0010]开式循环不需要回路管道，从而使系统结构简单、节约了成本。
[0011]其中单螺杆压缩机（I)与单螺杆膨胀机(3)同轴联动大大节约了压缩机输入的电會K。
[0012]本实用新型设计的单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理系统中，冷却系统由水冷却器(2)、空气冷却器(5)、栗(6)及风机(7)组成，系统选择现在常用的冷却水系统。
[0013]本实用新型设计的单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理系统中，单螺杆压缩机主件和单螺杆膨胀机主件选用非金属-金属星轮螺杆转子副，与其它机型相比可靠性好、使用寿命长、噪音低，且星轮对称布置使得受力完全平衡，膨胀机与压缩机同轴联动又大大节约了压缩机的输入功率。
【附图说明】
[0014]图I是单螺杆空气压缩制冷系统图；
[0015]图2是单螺杆压缩机结构简图；
[0016]图3是单螺杆膨胀机结构简图。
[0017]图中I.单螺杆压缩机，2.水冷却器，3.单螺杆膨胀机，4.送风管道，5.空气冷却器，
6.栗，7.风机。
【具体实施方式】
[0018]本实用新型公开的单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理系统，尤其适用于中小型矿井热害治理，本实用新型采用单螺杆压缩机与单螺杆膨胀机作为压力机与膨胀机。
[0019]实施例I:
[0020]单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理方案系统具体参见图I，包括开式单螺杆空气压缩制冷系统及水冷却系统。在开式单螺杆空气压缩制冷系统中，单螺杆压缩机由定转速或者变频电机带动，压缩机空气在水冷器中与冷水换热后进入单螺杆膨胀机，经膨胀机绝热膨胀后，由于输出机械功，空气本身内能减少，温度明显下降，其下降的程度取决于压缩空气进出口的压力比，即膨胀比。通过送风管道可将低温、低压空气送到工作人员的冷却服中，或者直接送到采掘工作面，与巷道中的风流进行对流换热，以此带走风流中的部分热量，使得局部环境温度降低。
[0021]在水冷却系统中，冷水在水冷却器2中吸收空气的热量温度升高，进入布置在室外的空气冷却器5中，经风机鼓风，水与空气进行强制对流换热。再经栗6抽吸作用进入水冷却器2完成循环。
[0022]实施例2:
[0023]方案I中的水冷却系统可以换为空冷，即取消水冷却系统循环回路，方案I中的水冷却器2换成空冷器，把风机7放在空冷器旁，使得管内热空气与环境中的冷空气强制对流换热。
[0024]本实用新型设计的单螺杆空气压缩制冷系统中，单螺杆压缩机与膨胀机的结构简图分别如图2、3所示，单螺杆压缩机是由一个圆柱螺头和两个对称布置的平面星轮组成的啮合副，外面包裹机壳，螺杆的螺槽、星轮齿顶面与壳体内壁构成封闭的基元容积。运转时，动力传到螺杆轴上，螺杆经啮合传动带动星轮旋转，气体由螺头左侧进气侧进去螺槽，随着螺杆转动形成封闭的基元容积，随基元容积的变小，气体被压缩，当与基元容积与排气三角口连通时进行排气。单螺杆膨胀机与压缩机的结构类似，只是进排气方向相反，膨胀机由左侧的进气三角口进气，随螺杆的转动基元容积逐渐变大完成膨胀做功过程，最后气体由右侧排出。
[0025]本实用新型设计的单螺杆空气压缩制冷系统中，膨胀机输出的机械功经主轴带动压缩机的运转，使得电机的输入功率降低。
[0026]应当理解，上述实施例不以任何形式限定在本实用新型，凡采用等同替代或等效变化等形式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种空气压缩矿井热害治理系统，其特征在于，包括开式单螺杆空气压缩制冷系统及冷却系统，开式单螺杆空气压缩制冷系统包括单螺杆压缩机(I)、单螺杆膨胀机(3)、送风管道(4)，水冷却系统包括水冷却器(2)、空气冷却器(5)、栗(6)、风机(7);单螺杆压缩机(I)的气体出口通过气体管路经由水冷却器(2)的一个通路与单螺杆膨胀机(3)的进气口连通，单螺杆膨胀机(3)的出气口与送风管道(4)连接，单螺杆压缩机(I)和单螺杆膨胀机(3)同轴连接，水冷却器(2)的另一通路经由栗(6)与空气冷却器(5)的一个通路构成封闭的循环系统，同时在空气冷却器(5)的外面还设有用于冷却器(5)冷却的风机(7)。2.按照权利要求I的一种空气压缩矿井热害治理系统，其特征在于，水冷却系统替换为空冷系统，即水冷却器(2)换成空冷器，把风机(7)放在空冷器旁，使得管内热空气与环境中的冷空气进行强制对流换热。3.按照权利要求I或2的一种空气压缩矿井热害治理系统，其特征在于，单螺杆压缩机主件和单螺杆膨胀机主件选用非金属-金属星轮螺杆转子副。
【专利摘要】单螺杆空气压缩制冷矿井热害治理系统，属于矿井热害防治技术。该系统主要包括单螺杆压缩机(1)、水冷却器(2)、单螺杆膨胀机(3)、送风管道(4)组成的空气压缩制冷系统及空气冷却器(5)、泵(6)、风机(7)组成的水冷系统。采用单螺杆压缩机膨胀机代替传统机型，螺杆机具有单级容量大，无余隙容积，受力平衡，磨损小、噪声低、寿命长等优点。且膨胀机与压缩机同轴联动，降低了压缩机的输入功率。低温空气经送风管道即可以输送到达采掘工作面也可进入与管道连接的冷却服，通风管道布置灵活多样。由于本系统所具备的特点，因此将该项发明应用于矿井热害治理系统具有很大的优势。
【IPC分类】E21F3/00
【公开号】CN205154228
【申请号】CN201520888594
【发明人】马重芳, 吴玉庭, 王欢, 雷标, 智瑞平
【申请人】北京工业大学, 中投碧城节能科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年11月9日