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涡流管制冷技术及其在矿井中的应用

www.hplcnet.com 2017-08-03

关键词:涡流制冷人体空调衣

随着矿井开采深度的不断增加和采掘机械化程度的不断提高,地温逐渐上升,矿井高温热害问题日趋严重,危及井下工作人员的身心健康和劳动安全。目前有效解决高温热害问题的措施是对矿工采用个体防护—降温服,通过服装上的降温设施是人体与周围的高温环境相隔离,达到人体热舒适的目的。对降温服的开发主要集中于液冷式和相变式。煤矿井下气源丰富,根据涡流管制冷的特点,利用煤矿井下压缩空气作为涡流管降温的动力,安全可靠,降温效果好,因此涡流式降温服在井下发展前景广阔。单位为英寸。

涡流管结构

涡流管主要由喷嘴、涡流室、冷端管、热端管、热端调节阀及压缩气体组成,如图1所示。

涡流管的结构

涡流管是一种具有迅速制冷能力的装置,高压流体进入涡流管后,被涡流管中的喷嘴减压增速,然后在涡流室中高速旋转,在热端管中分为温度不同的两个部分气流,即中心部分为低温气流,外缘部分为热温气流。高温流体经过热端调节阀的边缘部分流出,低温流体碰撞热端调节阀中心部位后返流从涡流室冷孔板中心孔处流出。调节冷热流比例,可以得到最佳制冷效应。

涡流管制冷的工作原理及特点

图2中P0为环境大气压、P1为喷嘴出口压力、P2为空压机出口压力,1T为实际温降,2T为理论最大温降。a-b-c-d-a包围的面积为涡流管的理想制冷量;a-b-c'-d'-a面积为涡流管的实际制冷量。矿井空气进入空气压缩机等温压缩后经涡流管喷嘴的节流过程b-c进入涡流管绝热膨胀,最终排出冷热端管。图中c'-d'为实际涡流室中气体膨胀降温过程,减小的一部分焓值转化为气体的推动功,故其制冷效率总是比理想节流的等焓过程高。从图可发现理想及实际涡流管的制冷量总比单一运用节流效应制冷的制冷效率高。

涡流管工作过程温熵图

涡流管在矿井中的应用

目前我国煤炭矿井热害日益突出,涡流管制冷系统配合井下的气动风机能很好的解决井下高温热害对矿工的影响。利用涡流管技术和经过过滤的压缩空气制作的人体空调衣,让工作在高温高湿环境中的矿井工人能够舒适的工作。人体空调衣是在冷却背心中通入均匀分布的冷气,通过背心内的小孔输入到矿井工人的背部及胸部,使矿井工人的上身处于舒适的温度。使工作人员在极热的环境下,仍然能维持较高工作效率,增强工作的安全性。

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