气动风门装置（精选3篇）
气动风门装置 篇1
赵固二矿是焦煤与宝钢合资新建的大型现代化矿井, 设计生产能力为180万t/a。矿井通风方式为中央并列式, 通风方法为抽出式, 风井安装了2台MAF-2600/1500-1GQ轴流式主要通风机。矿井总回风为6 203 m3/min, 负压为2 000 Pa。矿井瓦斯等级为煤与瓦斯突出矿井, -850 m以浅为无突出危险区。采掘工作面采用综采、综掘采掘工艺。
综采、综掘采掘工艺需要大型的采掘设备。在施工风门时, 选取风门的面积较大, 以适应通过大型设备的需要。但由于矿井风压大, 风门前后压差大, 风门开启困难, 容易出现风门伤人事故。因此, 研制了气动风门和气动控制闭锁装置, 解决了风门开启困难和风门闭锁问题。
1设计思路
气动风门采用人工操作, 井下压缩空气作为动力, 通过气缸伸缩来带动风门开关。在每个风门两侧, 各安装有操作阀。人员走近风门时, 操作阀门, 气缸收缩, 风门打开。通过风门后, 操作另一个阀门, 气缸伸出, 风门关闭。一组风门中的2道风门必须具有闭锁装置, 一个风门打开后, 另一个风门气缸闭锁, 风门不能打开。操作流程如图1所示。气动风门控制原理如图2所示。
2风门受力测试
2.1风门受力状态分析
正常情况下, 2道风门处于关闭状态, 作用在风门上力的大小与风门两侧风压差和风门的面积有关。风压差越大, 风门面积越大, 开启风门所需要的力就越大;反之, 风压差越小, 风门面积越小, 开启风门所需要的力就越小。风门开启后, 风门两侧风压相等, 继续开启风门只需要很小的力即可。因此, 通过测量风门两侧风压差就可知道开启风门所需要的力。
2.2测试仪器
测试仪器为JFY-2型矿井通风参数检测仪。该仪器是一种能同时测量井下绝对压力、相对压力、风速、温度、湿度的精密手持式便携式仪器。该仪器的防爆类型为矿用本质安全型。防爆标志为ExibⅠ, 可适用于煤矿井下。
2.3测试结果及受力计算
部分风门前后压差及压力计算见表1。
3气缸的选择
(1) 气缸类型。
气压传动中, 将压缩气体的压力能转换为机械能的气动执行元件称为气缸。作往复直线运动的气缸按驱动方式可分为单作用气缸和双作用气缸2种。①单作用气缸:仅一端有活塞杆, 从活塞一侧供气聚能产生气压, 气压推动活塞产生推力伸出, 靠弹簧或自重返回。②双作用气缸:从活塞两侧交替供气, 在1个或2个方向输出力。
在井下, 需要控制风门的开和关2种状态, 因此, 选用双作用气缸来驱动风门。
(2) 气缸缸径。
赵固二矿井下压缩空气管路中, 压缩空气的压强为0.5 MPa, 根据风门受力测试结果, 打开风门需要的力按1 641.6 N计算, 据气缸理论出力表 (表2) 查出, 选用Ø80 mm的气缸最为合适。
注:A为推力, B为拉力, 单位均为N。
4气动控制闭锁装置
为使2个气缸不同时动作, 避免风流短路现象, 对2个气缸实现了气动闭锁。当1#气缸活塞杆收缩, 打开风门时, 气缸给出1个气信号, 控制2#气缸的总气源, 2#气缸因无压缩空气而不能动作;当1#气缸活塞杆伸出, 关闭风门时, 对2#气缸解锁;当2#气缸活塞杆收缩, 打开风门时, 气缸给出1个气信号, 控制1#气缸的总气源, 1#气缸因无压缩空气而不能动作;当2#气缸活塞杆伸出, 关闭风门时, 对1#气缸解锁, 从而实现气动闭锁。气动闭锁装置通过气控阀来实现, 设计时, 将所有的控制装置集中在一起。使用时应注意以下几点。
(1) 只有当一道风门完全关闭时, 另一个风门才会解锁。因此, 要加强职工培训, 必须等第1道风门完全关闭时, 再去开下一道风门。
(2) 要保证压缩空气的质量, 若压缩空气中杂物过多, 则易损坏闭锁装置。因此, 要加装空气过滤装置。
5结语
气动风门采用压缩空气控制, 无任何电气设备, 安装及维护简单, 尤其在高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井, 可以避免电气设备失爆的问题。目前, 该风门已申报国家发明专利。
摘要：为解决煤矿井下风门开启困难的问题, 设计了气动风门及气动闭锁装置。介绍了矿井气动风门及气动闭锁装置的设计思路, 阐述了其工作原理及使用中应注意的事项。该气动风门及闭锁装置采用压缩空气控制, 无任何电气设备, 安装及维护简单, 适合在瓦斯矿井使用, 尤其在高瓦斯矿井或煤与瓦斯突出矿井, 可以避免电气设备失爆的问题。
关键词：机械化矿井,气动风门,气动闭锁
气动风门装置 篇2
1 设计分析
1.1 开启力与撞击力
为保证所设计的气动半开式矿井风门能够适用于各种矿井, 选择鹤煤三矿矿井风压最大的2处风门进行开启力与撞击力的试验。2处风门的具体情况:①二水平南大巷。风门门扇宽1.70 m、高1.95 m, 开启力为1.900 kN, 关闭时门扇门框撞击力1.338 kN。②三水平三二上平台。风门门扇宽1.70 m、高1.90 m, 开启力为2.070 kN, 关闭时门扇门框撞击力1.485 kN。
1.2 开启力与开启距离
矿井风门结构如图1所示。经多次试验, 风门开启距离与对应开启力的关系曲线如图2所示。
由图2可知, 风门开启到120 mm后, 曲线逐渐与横坐标平行, 即开启力数值不再变化, 达到一个平衡点, 由此可以确定气动半开式矿井风门的半开理想距离为120 mm。
2 风门减震装置结构及工作原理
2.1 减震装置结构
气动半开式矿井风门的设计核心为减震装置, 该装置主要由气缸、高压胶管总成、气动机械阀、加长杆等组成 (图3) 。
2.2 工作原理
在该减震装置中, 气缸安装在反向风门门框距底板1 500 mm左右处, 气缸加长活塞杆顶端与正向风门门扇轻轻接触。当行人打开气动机械阀时, 气缸开始进气, 并推动活塞和加长杆迅速将门扇顶开150 mm, 使风门前后压差迅速下降, 达到轻松开启风门的目的。风门自动关闭时, 在风压的作用下, 门扇会推动加长杆和活塞, 进行排气、复位, 直至严密关闭。由于气缸排气孔较小, 排气时有一定的阻力, 从而起到缓冲和减震的作用。
2.3 主要参数
气动半开式矿井风门减震装置的主要技术参数:气缸行程150 mm;气缸推力P≤16 085 N;气缸运动速度50～500 mm/s;适应压力范围0.2～0.8 MPa。
3 应用效果分析
气动半开式矿井风门在鹤煤三矿的二水平南大巷和三水平三二上平台进行了安装使用, 这两处风门是三矿所有在用风门中尺寸最大、受风压最强、最难开启的。气动半开式矿井风门已安装使用6个多月, 取得了良好的应用效果。
(1) 方便耐用。
三水平三二上平台风门平均每天开关达300多次, 而二水平南大巷风门平均每天开关达600多次, 6个多月内, 除了因气动机械阀达到疲劳极限更换过1～2次, 还没有出现过其他问题。
(2) 开关效率高。
当按下气动机械阀后, 风门开启到理想状态的时间不足1 s, 关闭风门时, 风门接触到装置加长杆后, 只需1 s就能完全闭合, 提高了整体工作效率。
(3) 安装维修灵活。
气动风门装置 篇3
目前, 泉店煤矿布置有2个综采工作面和17个开拓掘进工作面, 矿井总进风量10 780 m3/min, 风压 (负压) 2 900～3 000 Pa。主要进回风都设有2～3道永久风门。为了开关方便, 在风门上安装卸压窗, 同时增加配重, 但负压过大, 需要3～4人同时用力才能打开, 给行人、运输带来不便, 对安全也不利。随后又试用了多数高风压矿井应用效果较好的自动无压风门, 但泉店煤矿的巷道多数设在砂质泥岩中, 地压较大、巷道变形量大, 无压风门受压变形, 无法使用, 现已报废4套, 不适合泉店煤矿使用。为此, 研制了手控气动式风门开关装置。
1设计方案的确定
新的开关装置产生的力应能克服通风负压产生的力, 所使用的设备材料简单, 同时能利用井下的一些资源;重要的是能满足于木质单扇风门, 既便于安装操作又经济, 同时也应符合安全生产要求。经过多种方法试验, 最后确定采用人工控制气缸, 再利用气缸的伸缩杆带动风门, 达到安全开启风门的目的。该装置 (简称“手控气动式开关装置”) 原理如图1所示。
如果需要打开风门时, 将手阀顺时针拨动, 压风通过手阀、三通、管路2进入气缸, 伸缩杆回缩拉动风门, 从而将风门打开;如需要关闭风门时, 逆时针拨动手阀, 压风通过手阀、三通、管路1进入气缸, 伸缩杆伸出, 推动风门关闭, 从而将风门关闭。手阀1和手阀2安装在风门两侧, 从而使风门两侧均能打开和关闭。需说明的是, 目前使用的手阀不能自动复位, 每次开门或关门后, 都要将手阀复位, 否则无法打开风门。
2气缸的选型
为保证气缸的拉力能把风门打开, 气缸的选型很重要。首先确定风门两端的风压差, 再用力学公式和圆面积公式计算出气缸的直径。
以泉店矿东翼充电硐室回风联巷风门为例, 东翼充电硐室回风联巷为木质风门, 风门上开有卸压窗, 当主要通风机负压为3 kPa时, 由于东翼充电硐室风门位于总进风和总回风之间, 风门前后静压差达1.46 kPa, 即使打开风门上的卸压窗, 单人开启风门仍然很困难。由于风门前后巷道变形量可以忽略, 风门前后巷道基本平直, 根据伯努利方程[1]:
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得出风门受到压力基本来自于静压差, 木风门的规格为 2 000 mm×2 200 mm, 得到风门两端的压力达6 424 N。考虑风门自身阻力, 所以需要气缸至少能产生6 500 N的推力和拉力。
由于泉店矿井下风门处风管压力一般维持在0.45 MPa以上, 根据公式F=Pa×S, S=πR2, 计算出气缸的直径。可以算出至少需要Ø135.6 mm的气缸, 根据市场上现有的气缸性能指标和风门的自重问题, 选择了Ø150 mm的气缸。
3安装说明
该风门开关装置不需要直接与风门固定在一起, 如图2所示 (管路未画出, 可根据巷道形状自行布置) 。利用定滑轮折向连接的原理达到开启风门的目的。如果有必要, 可在牵引钢丝绳上固定1根钢丝绳连接风门的卸压窗, 打开风门前先打开卸压窗, 以确保风门开启的安全顺畅。如出现特殊情况没有压风, 可保证人工将风门打开。
4应用效果
随着技术水平的日益提高及施工工艺的不断提高, 相信该装置会进一步改进, 使用范围也会进一步扩大。该风门开关装置结构简单, 实用经济, 便于安装, 符合安全方面的要求, 同时也解决了人力开启风门困难的问题。以前需要2～3人才能打开的风门, 现在只需轻拨手阀, 风门就自动打开, 1个人也可安全通过风门, 切实解决了生产中的安全问题。该装置已在全矿井推广使用, 适合高负压矿井使用。
参考文献