本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體涉及一種高溫巷道通風(fēng)降溫的實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

中國是世界煤炭的生產(chǎn)大國之一，同時(shí)煤炭也是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料，從古至今甚至未來的幾十年內(nèi)，煤炭都是我國的主要能源，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)難以動搖。近年來，社會和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致礦產(chǎn)資源的需求量不斷增加，由于長期的大規(guī)模開發(fā)，淺部資源日益枯竭，大批礦山不斷地向深部開采。作為我國的主要能源之一，煤炭的需求量年年攀升，隨著其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，淺部煤炭逐漸面臨開采殆盡的局面，深井越來越多，煤巖溫度也不斷提高。高溫高濕問題導(dǎo)致的井下熱害已成為制約煤礦安全開采的主要因素之一。因此，了解高溫井下的熱濕環(huán)境，并對其進(jìn)行有效的降溫措施是保證安全開采的重要手段，對巷道圍巖與風(fēng)流的對流換熱規(guī)律也有指導(dǎo)作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的目的是提供了一種高溫礦井巷道通風(fēng)降溫的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠模擬完成在不同圍巖溫度、不同送風(fēng)溫度、不同入口風(fēng)流速度下，圍巖巷道內(nèi)風(fēng)流速度、風(fēng)流溫度和風(fēng)流濕度的分布規(guī)律以及獲取風(fēng)流對流傳熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式，為科學(xué)合理地布置通風(fēng)及降溫系統(tǒng)提供可靠的技術(shù)支持。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種高溫礦井巷道通風(fēng)降溫的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是包括主體模型、圍巖溫度控制系統(tǒng)、圍巖濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)流控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，

所述的主體模型由模擬圍巖及模擬圍巖外部的保溫層組成；

圍巖溫度控制系統(tǒng)：由加熱電纜、溫度探頭A、溫度控制器B、探頭電纜C、交流接觸器A及電源線組成，其中加熱電纜均勻布置在模擬圍巖與保溫層之間，溫度探頭A緊貼于模擬圍巖內(nèi)壁，溫度探頭A與溫度控制器B通過探頭電纜C連接，交流接觸器A與加熱電纜通過電源線連接；

圍巖濕度控制系統(tǒng)：由濕度探頭、開有小孔的PVC管、探頭電纜D、濕度控制器、交流接觸器B、電極加濕器組成，其中濕度探頭緊貼于模擬圍巖，濕度探頭與濕度控制器通過探頭電纜D連接，在電極加濕器蒸汽出口連接開有小孔的PVC管，PVC管隔一段距離開有小孔放出蒸汽，使蒸汽均勻散布在模擬圍巖內(nèi)，探頭電纜D將濕度探頭所測濕度傳輸?shù)綕穸瓤刂破鱽砜刂平涣鹘佑|器B的通斷，從而控制電極加濕器的開閉，保證了模擬圍巖壁面的濕度；

通風(fēng)系統(tǒng)：由風(fēng)機(jī)組成，風(fēng)機(jī)出口與模擬圍巖之間有一定距離；

風(fēng)流控制系統(tǒng)：由調(diào)壓器、溫度控制器A、探頭電纜A、空氣加熱器及溫度探頭B組成；空氣加熱器位于風(fēng)機(jī)之前，空氣加熱器依次與調(diào)壓器、溫度控制器A連接，溫度控制器A通過探頭電纜A與溫度探頭B連接；

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由溫濕度探頭、探頭電纜B、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)組成，其中溫濕度探頭在主體模型的六個(gè)截面上均勻布置。

其中空氣加熱器由帶翅片的加熱棒組成，加熱棒首尾兩端分別 嵌在多孔板中，多孔板有助于加熱棒的固定，同時(shí)便于加熱后的空氣通過多孔板上進(jìn)風(fēng)小孔送入主體模型中；加熱棒交叉排列以保證流過的空氣受熱均勻。

本實(shí)用新型高溫礦井巷道通風(fēng)降溫的實(shí)驗(yàn)裝置可以調(diào)節(jié)圍巖壁面和風(fēng)流的溫度，避免了實(shí)驗(yàn)的局限性。其原因是加熱電纜通過交流接觸器和溫度控制器連接，根據(jù)溫度探頭測到的溫度，交流接觸器控制電路的通斷作用。通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)空氣加熱器的電壓來控制功率，從而控制風(fēng)流的溫度。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是空氣加熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)號：1-調(diào)壓器；2-溫度控制器A；3-探頭電纜A；4-濕度探頭；5-主體模型；6-加熱電纜；7-保溫層；8-模擬圍巖；9-溫濕度探頭；10-溫度探頭A；11-探頭電纜B；12-計(jì)算機(jī)；13-數(shù)據(jù)采集器；14-溫度控制器B；15-探頭電纜C；16-交流接觸器A；17-電源線；18-PVC管；19-探頭電纜D；20-濕度控制器；21-交流接觸器B；22-電極加濕器；23-風(fēng)機(jī)；24-空氣加熱器；25-溫度探頭B；26-進(jìn)風(fēng)小孔；27-加熱棒；28-多孔板。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種礦井圍巖風(fēng)流模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括主體模型、圍巖溫度控制系統(tǒng)、圍巖濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)流控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。模擬實(shí)驗(yàn)裝置采用分段式設(shè)計(jì)，便于拆卸、安裝和移動，各段連接處均采用密封膠帶填充，然后打孔，使用螺栓和螺母進(jìn)行固定，以保證整體氣密性。

模擬實(shí)驗(yàn)裝置的巷道上部拱頂部分從中軸分為兩部分，一側(cè)采 用不銹鋼的半馬蹄狀拱弧型設(shè)計(jì)，上面打有小孔，便于測量速度等。另一側(cè)采用了可耐1000℃高溫的微晶玻璃組成的鈍角菱形連接設(shè)計(jì)，最大程度的遵循幾何相似的原則。

該實(shí)驗(yàn)裝置包括主體模型、圍巖溫度控制系統(tǒng)、圍巖濕度控制系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)流控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

所述的主體模型5由模擬圍巖8及模擬圍巖外部的保溫層7組成。

圍巖溫度控制系統(tǒng)：由加熱電纜6、溫度探頭10、溫度控制器B14、探頭電纜C15、交流接觸器A16及電源線17組成。其中加熱電纜6均勻布置在模擬圍巖8與保溫層7之間，溫度探頭10緊貼于模擬圍巖8內(nèi)壁，溫度探頭10與溫度控制器B14通過探頭電纜C15連接，交流接觸器A16與加熱電纜6通過電源線17連接。

在巷道壁面外側(cè)貼加熱電纜6對其加熱，維持礦井圍巖溫度，以此模擬高溫礦井圍巖溫度場。為了保證模擬圍巖8的溫度場的準(zhǔn)確性，用若干條加熱電纜6均勻貼在模擬圍巖8外壁面，將溫度值設(shè)定在每次實(shí)驗(yàn)所需的圍巖溫度值上，對其加熱，并用溫度控制器B14進(jìn)行控制。溫度控制器B14控制加熱電纜6加熱，當(dāng)壁面溫度達(dá)到所設(shè)定的溫度值或?qū)⒊^設(shè)定溫度時(shí)，交流接觸器A16斷開，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，交流接觸器A16閉合，如此循環(huán)。

圍巖濕度控制系統(tǒng)：由濕度探頭4、開有小孔的PVC管18、探頭電纜D19、濕度控制器20、交流接觸器B21、電極加濕器22組成。其中濕度探頭4緊貼于模擬圍巖8，濕度探頭4與濕度控制器20通過探頭電纜D19連接，在電極加濕器22蒸汽出口連接開有小孔的PVC管18，隔一段距離開個(gè)小孔放出蒸汽，使蒸汽均勻散布在模擬圍巖8內(nèi)。探頭電纜D19將濕度探頭4所測濕度傳輸?shù)綕穸瓤刂破?0來 控制交流接觸器B21的通斷，從而控制電極加濕器22的開閉，保證了模擬圍巖8壁面的濕度。

通風(fēng)系統(tǒng)：由風(fēng)機(jī)23組成。風(fēng)機(jī)21出口與模擬圍巖8之間有一定距離，即風(fēng)流通過風(fēng)機(jī)一段時(shí)間才進(jìn)入巷道，這樣保證了風(fēng)流的均勻性。

風(fēng)流控制系統(tǒng)：由調(diào)壓器1、溫度控制器A2、探頭電纜A 3、空氣加熱器24及溫度探頭B25組成。

實(shí)驗(yàn)過程中需要對風(fēng)流溫度進(jìn)行調(diào)整，為了增強(qiáng)換熱效果，空氣加熱器24由18個(gè)帶翅片的加熱棒27組成。加熱棒首尾兩端分別嵌在多孔板28中，多孔板28有助于加熱棒27的固定，同時(shí)便于加熱后的空氣通過多孔板28上進(jìn)風(fēng)小孔26送入主體模型5中。加熱棒27交叉排列以保證流過的空氣受熱均勻。為了保證每次送入的風(fēng)流溫度的精度，在風(fēng)流通過加熱棒27后用溫度探頭25檢測溫度，溫度控制器2A和調(diào)壓器1控制加熱溫度。通過調(diào)節(jié)加熱棒27的加熱電壓來控制發(fā)熱量，從而控制風(fēng)流溫度。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：由溫濕度探頭9、探頭電纜B11、數(shù)據(jù)采集器13及計(jì)算機(jī)12組成。其中溫濕度探頭9在主體模型5的六個(gè)截面上均勻布置，主體模型5內(nèi)風(fēng)流溫濕度的測量是探頭電纜B11將溫濕度探頭9所測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器13，同時(shí)在計(jì)算機(jī)12顯示，其他數(shù)據(jù)用對應(yīng)的手持儀器測量。

具體測量過程如下:

1.準(zhǔn)備所需要的所有設(shè)備和材料，啟動所有儀器設(shè)備，調(diào)試系統(tǒng)，連接好所有的通風(fēng)系統(tǒng)管路和通風(fēng)系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)的電路。需測試數(shù)據(jù)的位置要預(yù)留探頭的安裝孔。測試儀器時(shí)，要保證所有設(shè)備能正常運(yùn)作且精度達(dá)到所需標(biāo)準(zhǔn)。由于熱電阻是連接到采 集器中由電腦讀數(shù)，所以要對每個(gè)熱電阻進(jìn)行編號，從而保證溫度度數(shù)與測點(diǎn)位置一一對應(yīng)。

2.所有設(shè)備調(diào)試無誤后，開啟加熱電纜給壁面加熱。在加熱過程中溫度控制器實(shí)時(shí)顯示壁面溫度，當(dāng)加熱的溫度達(dá)到所設(shè)定的壁面溫度，在溫度控制器的作用下交流接觸器斷開，當(dāng)溫度低于所設(shè)定溫度，交流接觸器開啟，繼續(xù)加熱。這樣就能使壁面溫度在所定范圍內(nèi)，如此循環(huán)。持續(xù)加熱，使其穩(wěn)定一段時(shí)間。

3.開啟電極加濕器，將蒸汽通入巷道內(nèi)，給模擬圍巖加濕，保證巷道內(nèi)部的高濕環(huán)境。

4.打開風(fēng)機(jī)和風(fēng)流入口的空氣加熱器，調(diào)節(jié)葉窗大小來設(shè)定風(fēng)流速度。為了測量方便，在實(shí)驗(yàn)前調(diào)整葉窗，用風(fēng)速儀依次測出實(shí)驗(yàn)所需的風(fēng)速后，在風(fēng)機(jī)上標(biāo)出風(fēng)速對應(yīng)的葉窗位置。利用溫度控制器觀察和控制入口風(fēng)流溫度當(dāng)其達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需溫度并且保持相對穩(wěn)定時(shí)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。