脈動通風(fēng)技術(shù)上隅角積聚瓦斯處理

上隅角作為整個工作面采空區(qū)的漏風(fēng)匯合處，極易形成瓦斯積聚，已成為威脅礦井安全生產(chǎn)的痼疾。由于工作面上隅角瓦斯超限所引起的瓦斯爆炸惡性事故，有所增加。因此，采取安全、經(jīng)濟(jì)、有效的措施把上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定地降到《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定值以下，是亟待解決的問題?！熬盼濉逼陂g研制成功了多種處理回采工作面上隅角瓦斯積聚的裝置 。2100433B

其工作原理為，由乳化液泵來的乳化液經(jīng)過手動閥后，分成二路，分別經(jīng)過減壓閥供給葉片旋轉(zhuǎn)馬達(dá)和機(jī)體旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。液壓葉片旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動通風(fēng)機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生定常射流；同時風(fēng)機(jī)體旋轉(zhuǎn)，在其周圍轉(zhuǎn)化成環(huán)繞脈動風(fēng)流。脈動風(fēng)流的風(fēng)量和脈動頻率可通過液壓控制閥組實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。

該通風(fēng)機(jī)主要特性：

（1）乳化液動力源和抗靜電和阻燃工程塑料葉輪，具有可靠的無火花防爆性能，可在有礦井瓦斯或可燃?xì)怏w爆炸危險的通風(fēng)工程中使用；

（2）液壓馬達(dá)驅(qū)動葉輪和機(jī)體，產(chǎn)生雙旋轉(zhuǎn)脈動射流，不僅有效射程長，沖淡瓦斯的擴(kuò)散系數(shù)高，而且還有對瓦斯倉儲區(qū)的柔性排放效應(yīng)等特性，特別適合于采煤工作面上隅角瓦斯積聚的有效治理或類似的目的；

（3）網(wǎng)式開放與螺式封閉巧妙結(jié)合的防護(hù)籠體，不僅提高了脈動通風(fēng)的效果，而且對作業(yè)人員的安全和健康具有保護(hù)作用 。

脈動風(fēng)流的產(chǎn)生是因為風(fēng)機(jī)體旋轉(zhuǎn)，在風(fēng)機(jī)體周圍獲得脈動風(fēng)流。脈動通風(fēng)機(jī)主要由以下部分組成：

（1）液壓動力源；

（2）執(zhí)行元件（液壓馬達(dá)）；

（3）控制元件（包括各種壓力、流量、方向控制閥及其他各種控制元件）；

（4）輔助裝置（濾油器及冷卻器、壓力表及管道、管接頭等）。

整個系統(tǒng)包括將流體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能并完成作功動作的液壓馬達(dá)，控制乳化液的壓力、流量及運動方向的各種閥組，以及壓力表、液壓管等其他輔助裝置。

脈動通風(fēng)技術(shù)就是利用風(fēng)流的紊流擴(kuò)散系數(shù)與風(fēng)流脈動特性相關(guān)的理論，研制的一套技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理且實用的脈動風(fēng)機(jī)。在正常通風(fēng)風(fēng)流中疊加脈動風(fēng)流，從而增加風(fēng)流的紊流擴(kuò)散系數(shù)，提高風(fēng)流驅(qū)散局部積聚瓦斯的能力，從根本上解決回采工作面上隅角瓦斯積聚問題。

針對脈動通風(fēng)機(jī)運行環(huán)境的特殊安全要求，在其動力方面考慮采用氣壓或液壓作為動力源。由于綜采工作面都有配套的乳化液泵站，因此對于綜采工作面確定采用高壓乳化液作為動力源，這樣也可簡化通風(fēng)機(jī)的動力系統(tǒng)。在葉輪材質(zhì)方面，選用具有抗靜電和阻燃性能的高強(qiáng)度工程塑料 。

脈動流速有大有小，有正有負(fù)，為了比較不同點水流脈動的強(qiáng)弱，常用脈動流速的均方根來表示，稱脈動強(qiáng)度。

壓力脈動常規(guī)壓力脈動

(1)常規(guī)壓力脈動是混流式水輪機(jī)正常運行情況下產(chǎn)生的，只要水輪機(jī)在一定的工況下運行，相應(yīng)的常規(guī)壓力脈動就必然產(chǎn)生。

(2)每個導(dǎo)葉開度區(qū)的常規(guī)壓力脈動都有其一定的特征和規(guī)律，而且所有混流式水輪機(jī)都具有基本相同的特征和變化規(guī)律。

(3)渦帶壓力脈動是常規(guī)壓力脈動中最重要的一個，它對機(jī)組穩(wěn)定運行的影響需要進(jìn)行具體分析。

(4)常規(guī)壓力脈動的幅值隨工況參數(shù)的變化是漸變式的，不會發(fā)生突然的變化。

(5)水輪機(jī)中的其他壓力脈動雖然并不代表水輪機(jī)的水力穩(wěn)定性，但可能會對機(jī)組的振動穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

壓力脈動異常壓力脈動

1、異常壓力脈動產(chǎn)生的充分條件

異常壓力脈動是水體或水、氣聯(lián)合體共振產(chǎn)生的。異常壓力脈動產(chǎn)生的充分條件是：①一定的工況條件；②尾水管水、氣聯(lián)合體的固有頻率與尾水管同步壓力脈動頻率一致。

在不同工況下，兩種頻率具有不同的組合關(guān)系；而在不同的組合關(guān)系下，就可能產(chǎn)生不同的異常壓力脈動。組合關(guān)系的產(chǎn)生和特性則間接反映水輪機(jī)特征參數(shù)選擇和轉(zhuǎn)輪水力與結(jié)構(gòu)設(shè)計的水平和取向。

2、尾水管水、氣聯(lián)合體是最重要的共振體

在水電站和水輪機(jī)中，主要的共振水體有3處：引水管路水體、轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉之間無葉區(qū)環(huán)形水體和尾水管水、氣聯(lián)合體。其中，引水管路水體共振和無葉區(qū)環(huán)形水體共振不反映或不完全反映水輪機(jī)的水力穩(wěn)定性。因此，尾水管中的水、氣聯(lián)合體是水輪機(jī)中最重要的共振體。已知的高部分負(fù)荷壓力脈動、低部分負(fù)荷壓力脈動、渦帶頻率的異常壓力脈動等，都是它共振的結(jié)果。此外，在偏離最優(yōu)工況的各種水輪機(jī)工況下，還有產(chǎn)生其他尾水管水、氣聯(lián)合體其振的可能性。

3、異常壓力脈動的幅值

各種由水體共振產(chǎn)生的異常壓力脈動幅值的巨大區(qū)別，基本原因在于共振水體振動特性的差別。

單一水體共振產(chǎn)生的異常壓力脈動幅值最大，這是由于共振水體在常壓下具有不可壓縮和阻尼比較小的原因。

尾水管水、氣聯(lián)合體共振產(chǎn)生的異常壓力脈動最大幅值比單一水體小，與尾水管中氣體空腔的體積有關(guān)；體積越大，空腔的吸收緩沖作用越大，最大值越小，反之亦然。在模型水輪機(jī)中，高部分負(fù)荷壓力脈動最大相對幅值可能達(dá)到30%；渦帶頻率的尾水管水、氣聯(lián)合體共振產(chǎn)生的最大相對幅值曾經(jīng)達(dá)到40%。在原型水輪機(jī)中，其他小負(fù)荷區(qū)和大負(fù)荷區(qū)由尾水管水、氣聯(lián)合體共振產(chǎn)生的壓力脈動最大相對值很少有超過20%的。

4、異常壓力脈動的其他重要特征

共振工況區(qū)范圍比較小，共振又使壓力脈動幅值有很大的升幅，故共振區(qū)內(nèi)壓力脈動幅值表現(xiàn)為“陡起陡落”的特征，這也是它最大的外在特征。

在水輪機(jī)流道橫斷面上，異常壓力脈動都具有同步特性，這也是對機(jī)組振動的影響主要表現(xiàn)在垂直振動上的主要原因。