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涡流制冷技术在矿井掘进工作面中的应用研究

张帝  
【摘要】:随着矿井采深的增加和机械化程度的提高,井下热害问题也随之加重,并危及煤矿安全开采。矿井降温已成为采矿行业的重点研究课题之一。论文在分析现有矿井降温技术的基础上,提出了一种新的用于掘进工作面的局部降温方法:涡流管制冷降温技术。 涡流管是一种可以把压缩气体分离成冷热两股气流的装置,其中冷气流可用来降温。由于它所使用的气源为压缩空气,不会对矿内环境造成污染。但是目前对涡流管的应用研究极少涉及矿井降温,相关文献也鲜见报道。 论文以涡流管制冷为研究对象,在进行理论分析和总结前人研究成果的基础上,设计了不同结构的涡流管并建立了涡流管性能测试实验平台。研究了不同几何结构对其冷热分离性能的影响,并绘制了性能曲线,同时在实验范围内得出了涡流管各部件之间最佳的几何结构比例关系。通过实验得出:在实验范围内,六流道涡流管的制冷性能最优,涡流管长径比在L=20~40D的范围内可取得最佳制冷效应,冷流率在35%时涡流管的制冷效果最佳,进气压力为0.60MPa时涡流管的制冷效果最好。 论文根据实验结果和矿井掘进工作面需冷量的要求,设计了用于降低掘进工作面温度的大型涡流管。这种大涡流管在进气压力为0.60MPa、进气温度为25℃时,其冷端出口气体的温度可降至18.5℃,可降低掘进工作面温度。论文还从安全性、可行性、经济性等方面对涡流管制冷系统进行了分析,涡流管制冷技术在高温矿井的局部降温中有着一定的应用前景。


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