水力通风换热机设计及其性能实验研究

摘要

随着国家“深部找矿”战略的实施,未来我国矿山的开采深度也将会越来越深。与此同时,随着开采深度的增加,被称为井下四大灾害之一的高温热害问题也将变得越来越突出,矿内热环境控制也将日趋重要。
　　 本文通过大量的文献研究与室内模拟实验,主要研究内容及得出的结论如下:
　　 (1)在研究现有热害治理技术的基础上,结合矿山开采过程中存在的特殊能源——矿山水能,提出一种新型矿井降温方法,并设计制造出一种水力转化为风力,并具有对流换热功能的新装置——水力通风换热机。
　　 (2)从矿山生产总体耗水量巨大的角度说明了矿山生产过程中蕴藏的巨大水能,但也指出矿山水能的利用应结合矿山水管网的布局、矿山实际情况来探讨合理的水能利用方式。
　　 (3)多角度论述了矿山水能利用对矿山生产的影响,并用实例说明矿山水能利用可带来的经济利益。其中包括:1)借助井下需冷量的计算步骤与方法,从减少输送过程的冷量损失、控制热源、引入新冷源三方面来分析矿山水能利用对矿山生产制冷量的影响,并给出相应的计算公式;2)从矿山水能利用系统能耗的角度论证了矿山水能利用的经济价值,并引入全寿命周期成本与成本收益的理论,从宏观上阐述了如何利用全寿命周期成本及收益的方法来更合理的论证矿山水能利用的价值所在;3)从改善井下微气候环境、优化井下设备动力构成的角度介绍矿山水能利用的优点。
　　 (4)完成水力通风换热机的原理研究,并参照斜击式水轮机、轴流式风扇、空冷器的设计原理及制造,试制成功一台水力通风换热机样机,基本确立了水力通风换热机的结构构造。
　　 (5)借鉴轴流式风扇、喷淋式空冷器、水轮机的性能测试原理详细介绍了水力通风换热机性能的测试原理,利用正交实验设计的方法确定水力通风换热机的实验方案,再依此方案对水力通风换热机进行性能实验。通过实验及数据分析证明水力通风换热机在技术上是可行的。同时也表明目前设计的水力通风换热机仍然存在的较多的缺陷,需要在今后的研究与实验时做进一步的改进,以提高水力通风换热机的性能。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:符号录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景与来源

1.2 国内外研究现状

1.2.1 矿山热害治理研究现状

1.2.2 国内外矿山水能利用的研究现状

1.3 本课题研究的目的和意义

1.3.1 课题研究目的

1.3.2 课题研究意义

1.4 本文研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究方法

1.4.3 技术路线

第二章 矿山水能利用对矿山生产的影响研究及新型降温方法的提出

2.1 矿山水能大小分析

2.1.1 水能大小的计算方法

2.1.2 实例分析

2.1.3 矿山水管网布置

2.2 矿山水能利用对矿山生产的影响

2.2.1 水能利用对矿山制冷量的影响

2.2.2 水能利用对矿山生产成本的影响

2.2.3 矿山水能利用对矿山生产的其它影响

2.3 一种新的矿井降温方法的提出

2.4 本章小结

第三章 水力通风换热机的工作原理与设计

3.1 水力通风换热机的工作原理

3.2 水力通风换热机的初步设计

3.2.1 水力通风换热机的设计要求

3.2.2 水力通风换热机的结构设计

3.2.3 水力通风换热机样机

3.2.4 水力通风换热机的装配

3.2.5 水力通风换热机的整体结构参数介绍

3.3 水力通风换热机的关键部件设计——水轮机的初步设计

3.3.1 水力通风换热机用的水轮机的选型

3.3.2 水斗式水轮机的设计方法

3.3.3 实验用斜击式水轮机的设计与加工

3.4 本章小结

第四章 水力通风换热机实验研究与结果分析

4.1 实验目的

4.2 实验原理

4.2.1 装置通风性能测试原理

4.2.2 水力通风换热机换热性能的实验原理

4.3 水力通风换热机相关参数测试方法

4.3.1 风机转速测试方法

4.3.2 风压的测试方法

4.3.3 风速、风量的测试方法

4.3.4 水流量测量及测试方法

4.3.5 喷嘴处静压及测试方法

4.3.6 风温、水温的测试方法

4.4 水力通风换热机性能测试实验方案设计

4.4.1 不同温度水的制备

4.4.2 水力通风换热机性能实验方案

4.4.3 水力通风换热机实验步骤

4.5 水力通风换热机实验数据分析处理

4.5.1 水力通风换热机动力性能分析

4.5.2 水力通风换热机通风性能分析

4.5.3 水力通风换热机换热性能分析

4.6 水力通风换热机改进方向

4.7 本章小结

第五章 水力通风换热机设计流程及井下运行管理初探

5.1 矿山现场用水利通风换热机的设计流程

5.2 水利通风换热机的运行阶段的管理

5.2.1 运行管理的目标

5.2.2 相关运行管理措施或制度建立的建议

第六章 总结与展望

6.1 论文主要结论

6.2 论文主要创新点

6.3 研究展望

参考文献

附录一 实验数据

致谢

攻读学位期间主要的研究成果