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渦流管制冷技術(shù)及其在礦井中的應(yīng)用

www.rvzdhk.cn 2017-08-03

隨著礦井開采深度的不斷增加和采掘機(jī)械化程度的不斷提高，地溫逐漸上升，礦井高溫?zé)岷栴}日趨嚴(yán)重，危及井下工作人員的身心健康和勞動(dòng)安全。目前有效解決高溫?zé)岷栴}的措施是對(duì)礦工采用個(gè)體防護(hù)—降溫服，通過服裝上的降溫設(shè)施是人體與周圍的高溫環(huán)境相隔離，達(dá)到人體熱舒適的目的。對(duì)降溫服的開發(fā)主要集中于液冷式和相變式。煤礦井下氣源豐富，根據(jù)渦流管制冷的特點(diǎn)，利用煤礦井下壓縮空氣作為渦流管降溫的動(dòng)力，安全可靠，降溫效果好，因此渦流式降溫服在井下發(fā)展前景廣闊。單位為英寸。

渦流管結(jié)構(gòu)

渦流管主要由噴嘴、渦流室、冷端管、熱端管、熱端調(diào)節(jié)閥及壓縮氣體組成，如圖1所示。

渦流管的結(jié)構(gòu)

渦流管是一種具有迅速制冷能力的裝置，高壓流體進(jìn)入渦流管后，被渦流管中的噴嘴減壓增速，然后在渦流室中高速旋轉(zhuǎn)，在熱端管中分為溫度不同的兩個(gè)部分氣流，即中心部分為低溫氣流，外緣部分為熱溫氣流。高溫流體經(jīng)過熱端調(diào)節(jié)閥的邊緣部分流出，低溫流體碰撞熱端調(diào)節(jié)閥中心部位后返流從渦流室冷孔板中心孔處流出。調(diào)節(jié)冷熱流比例，可以得到最佳制冷效應(yīng)。

渦流管制冷的工作原理及特點(diǎn)

圖2中P0為環(huán)境大氣壓、P1為噴嘴出口壓力、P2為空壓機(jī)出口壓力，1T為實(shí)際溫降，2T為理論最大溫降。a-b-c-d-a包圍的面積為渦流管的理想制冷量；a-b-c'-d'-a面積為渦流管的實(shí)際制冷量。礦井空氣進(jìn)入空氣壓縮機(jī)等溫壓縮后經(jīng)渦流管噴嘴的節(jié)流過程b-c進(jìn)入渦流管絕熱膨脹，最終排出冷熱端管。圖中c'-d'為實(shí)際渦流室中氣體膨脹降溫過程，減小的一部分焓值轉(zhuǎn)化為氣體的推動(dòng)功，故其制冷效率總是比理想節(jié)流的等焓過程高。從圖可發(fā)現(xiàn)理想及實(shí)際渦流管的制冷量總比單一運(yùn)用節(jié)流效應(yīng)制冷的制冷效率高。

渦流管工作過程溫熵圖

渦流管在礦井中的應(yīng)用

目前我國(guó)煤炭礦井熱害日益突出，渦流管制冷系統(tǒng)配合井下的氣動(dòng)風(fēng)機(jī)能很好的解決井下高溫?zé)岷?duì)礦工的影響。利用渦流管技術(shù)和經(jīng)過過濾的壓縮空氣制作的人體空調(diào)衣，讓工作在高溫高濕環(huán)境中的礦井工人能夠舒適的工作。人體空調(diào)衣是在冷卻背心中通入均勻分布的冷氣，通過背心內(nèi)的小孔輸入到礦井工人的背部及胸部，使礦井工人的上身處于舒適的溫度。使工作人員在極熱的環(huán)境下，仍然能維持較高工作效率，增強(qiáng)工作的安全性。

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