CN202928612U - 一种矿井回风换热器性能检测试验*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿井回风换热器性能检测试验***，它包括一冷热源装置、一空气预处理装置、一回风换热器测试装置和一测量控制装置；所述冷热源装置为所述空气预处理装置中空气的预处理和所述回风换热器测试装置中喷淋水的处理提供冷热源；所述空气预处理装置通过加热或冷却、加湿、加尘等处理将进风调节到需要的矿井回风参数；所述回风换热器测试装置检测矿井回风换热器在模拟实际运行工况条件下的换热能力、阻力特性和除尘能力；所述测量控制装置包括若干个温湿度传感器、压力传感器、流量传感器和含尘浓度测试仪，以实现对***中温度、压力、流量及含尘量等参数的测量。本实用新型可以广泛地用于对矿井回风换热器进行性能检测和试验。

Description

一种矿井回风换热器性能检测试验***

技术领域

本实用新型涉及一种产品性能检测试验***，特别是关于一种矿井回风换热器性能检测试验***。

背景技术

对于大多数煤矿而言，矿井回风具有风量大、全年温湿度基本保持恒定的优点，因此，矿井回风是非常优质的热量或冷量来源。通过矿井回风换热器与热泵***的联合使用，在冬季可以从矿井回风中提取热量，在夏季可以向矿井回风中排放热量，从而为煤矿生活和生产提供所需的热量或冷量，因此可以替代燃煤锅炉和中央空调，具有节能减排的效果。

一般来说，换热器的性能指标主要有传热能力和阻力。由于矿井回风具有湿度大、粉尘大的特点，从而在利用矿井回风作为热量或冷量来源时，还需要考虑还要包括湿度、粉尘含量等因素。因此矿井回风换热器的性能指标还包括除尘效率等。针对矿井回风这一特殊的热量或冷量来源，如果矿井回风换热器一旦存在不能满足要求的性能指标时，将直接影响预期连接的热泵***的正常运行，从而导致无法满足用户的热负荷需求。从上述分析可知，设计一种能够检测矿井回风换热器的性能参数的试验***是非常必要的，但是目前国内外还未见有关矿井回风热回收设备性能检测试验方面的技术标准、方法及专利技术等。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种可以模拟矿井回风换热器在实际工况条件下，进行性能试验及产品检测的矿井回风换热器性能检测试验***。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：它包括一冷热源装置、一空气预处理装置、一回风换热器测试装置和一测量控制装置；所述冷热源装置包括一第一热泵机组单元和一第二热泵机组单元；所述空气预处理装置包括一空气预处理机组、一风量检测调节装置、一粉尘发生器和一噪声发生器；所述空气预处理机组包括一空气预处理箱，所述空气预处理箱的出风口通过一第一管道与所述回风换热器测试装置相连；所述第一管道上依次设置有一风量检测调节装置、一粉尘发生器和一噪声发生器；所述空气预处理箱包括一出风口、一新风进风口和一回风进风口；所述空气预处理箱的新风进风口通过一新风进风管与室外大气相通，所述新风进风管上设置一新风调节风阀；所述空气预处理箱的回风进风口通过一回风管道与经过矿井回风换热器处理后的回风相通，回风管道上设置一回风调节风阀；所述空气预处理箱内的新风进风口处和回风进风口处设置一空气混合室；靠近所述空气混合室的所述空气预处理箱内依次设置一表冷加热器、一空气加湿设备和一风机；所述表冷加热器通过一循环管路与所述第一热泵机组单元相连；所述风机与所述风量检测调节装置电连接；所述回风换热器测试装置包括一扩散塔，所述扩散塔的上端出风口处设置有第一分支管道和第二分支管道，所述第一分支管道直接与室外相通，所述第二分支管道连接所述空气预处理箱的回风管道；所述扩散塔的下端设置一导流单元，所述导流单元的左端为一进风口，通过所述第一管道与所述空气预处理箱的出风口相连；所述导流单元的下部为一汇水池，所述汇水池的出水口通过一第三管道连接一主管道，所述主管道通过一第一循环泵连接所述第二热泵机组单元的进水口；第三管道上设置有一在线水处理设备；所述热泵机组单元的主管道还连接一第四管道，所述第五管道上设置一水阀并连接水源；所述扩散塔上部设置一矿井回风换热器，所述回风换热器的进水口通过一第五管道连接一第二循环泵，所述第二循环泵通过一管路与所述第二泵机组单元的一出水口相连；所述第五管道上设置一水量检测调节装置，所述水量检测调节装置通过控制所述第二循环泵调节喷淋水的流量及压力；所述测量控制装置包括若干温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、含尘浓度测试仪和若干噪声测试仪，它们分别与PLC模块电连接，从而实现数据的监测控制；所述新风调节风阀、所述回风调节风阀、所述表冷加热器、所述空气加湿器、所述粉尘发生器、所述噪声发生器均与所述PLC模块电连接；所述温度传感器分别设置在新风进风口处、回风进风口处、空气混合室内、表冷加热器出口处、扩散塔的进风口处和出风口处、回风换热器的进水口处和汇水池的出水口处；所述湿度传感器分别设置在新风进风口处、回风进风口处、空气混合室内、空气加湿设备出口处、扩散塔的进风口处和出风口处；所述压力传感器分别设置在扩散塔的进风口和出风口处和回风换热器的进水口处；所述流量传感器分别设置在扩散塔的进风口处和出风口处和回风换热器的进水口和汇水池的出水口处；所述含尘浓度测试仪分别设置在扩散塔的进风口和出风口处；所述噪声测试仪分别设置在扩散塔的进风口和出风口处。

每一所述热泵机组单元均由一个以上的热泵机组并联而成。

所述的空气加湿设备由一个以上的空气加湿器串联而成。

所述导流单元为流线型或倾斜式。

所述倾斜式导流单元的倾斜角设置为30°～90°。

所述倾斜式导流单元的倾斜角设置为45°或60°或90°。

所述空气预处理箱内的空气参数：温度：15～30℃，湿度：70%～90%，含尘量：0～90mg/m³，噪声值：0～150dB(A)。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于在空气预处理装置中设置了一空气预处理机组、一风量检测调节装置、一粉尘发生器和一噪声发生器，而且在空气预处理机组由设置了表冷加热器、一空气加湿设备和一风机，因此本实用新型可以在任何季节通过该调节空气预处理装置内的相应设备，来达到模拟实际工程中矿井回风参数的要求。2、本实用新型由于在空气预处理装置中设置了一空气混合室，空气混合室位于新风进风口处和回风进风口处，以将用于新风、回风的均匀混合，因此，本实用新型***充分回收了回风中的冷量或热能，进而降低了预处理能耗。3、本实用新型由于在空气进风口处、空气预处理箱内、扩散塔的进风口处和出风口处、回风换热器的进水口处和汇水池的出水口处，分别相应的设置了温度、湿度、含尘浓度、流量和压力传感器，然后通过PLC模块可以根据实验条件或检测条件进行控制，并实时自动存储、监测分析各参数，因此，本实用新型可以通过监测的参数，进而实现矿井回风换热器的热工性能、阻力特性和除尘效率等性能指标的检测。本实用新型可以广泛地用于对矿井回风换热器进行性能检测和试验。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图

图2是本实用新型空气预处理装置的结构示意图

图3是本实用新型回风换热器测试装置的结构示意图

图4是本实用新型流线型的导流单元的结构示意图

图5是本实用新型45°倾斜的导流单元的结构示意图

图6是本实用新型60°倾斜的导流单元的结构示意图

图7是本实用新型90°倾斜的导流单元的结构示意图

图8是本实用新型PLC模块控制时的流程示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细的说明。

本实用新型包括一冷热源装置、一空气预处理装置、一回风换热器测试装置和一测量控制装置。

如图1所示，本实用新型冷热源装置包括两热泵机组单元11、12，热泵机组单元11为空气预处理装置提供所需要的冷量或热量，热泵机组单元12为回风换热器测试装置提供所需要的冷量或热量。热泵机组单元11、12均由一个以上的热泵机组并联而成。

本实用新型空气预处理装置用于模拟实际应用中冬季、夏季和过渡季节工况条件下的井下回风参数，将空气处理到矿井回风状态。空气预处理装置包括一空气预处理机组21、一风量检测调节装置22、一粉尘发生器23和一噪声发生器24。空气预处理机组21包括一空气预处理箱25，空气预处理箱25的出风口251通过一管道252，与回风换热器测试装置相连。管道252上依次设置有一风量检测调节装置22、一粉尘发生器23和一噪声发生器24。

空气预处理箱25包括一出风口251、一新风进风口253和一回风进风口254。新风进风口253通过一新风进风管与室外大气相通，新风进风管上设置一新风调节风阀255，用以控制新风进风量。回风进风口254通过一回风管道与经过矿井回风换热器处理后的回风相通，回风管道上设置一回风调节风阀256，用以控制回风进风量。

空气预处理箱25内的新风进风口253处和回风进风口254处设置一空气混合室257，用于新风、回风的均匀混合。靠近空气混合室257的空气预处理箱25内依次设置一表冷加热器258、一空气加湿设备259和一风机260。表冷加热器258通过一循环管路与热泵机组单元11相连。空气加湿设备259对空气预处理箱25内的空气进行加湿处理，提高空气中的相对湿度。风机260与风量检测调节装置22电连接。

本实用新型回风换热器测试装置包括一扩散塔31，扩散塔31的上端出风口311处设置有两分支管道312、313，分支管道312直接与室外相通，分支管道313连接空气预处理箱25的回风管道。

扩散塔31的下端具有一可以拆卸和更换的导流单元32，导流单元32的左端为一进风口33，通过管道252与空气预处理箱25的出风口251相连。导流单元32的下部为一汇水池34，汇水池34的出水口341通过一管道342连接一主管道343，主管道343通过一循环泵344连接热泵机组单元12的进水口121。管道342上设置有一在线水处理设备35。热泵机组单元12的主管道343还连接另一管道123，管道123上设置一水阀124并连接水源，以备补水时开启。

扩散塔31上部可拆卸地设置有需要被测试矿井回风换热器36，回风换热器36的进水口361通过一管道362连接一循环泵363，循环泵363通过一管路与热泵机组单元12的一出水口122相连，循环泵363为回风换热器36提供喷淋水源，从而形成一循环管路。管道361上设置一水量检测调节装置37，通过控制循环泵363调节喷淋水的流量及压力。

如图2、图3所示，测量控制装置包括若干温度传感器41、湿度传感器42、压力传感器43、流量传感器44、含尘浓度测试仪45和噪声测试仪46，它们分别与PLC模块（图中未示出）电连接，从而实现数据的监测控制。此外，新风调节风阀255、回风调节风阀256、表冷加热器258、空气加湿器259、粉尘发生器23、噪声发生器24均与PLC模块电连接。

温度传感器41可以设置九个，分别位于在新风进风口253处、回风进风口254处、空气混合室257内、表冷加热器258出口处、空气加湿设备259出口处、扩散塔31的进风口33处和出风口311处、回风换热器36的进水口361处和汇水池34的出水口341处。湿度传感器42可以设置七个，分别设置在新风进风口253处、回风进风口254处、空气混合室257内、表冷加热器258出口处、空气加湿设备259出口处、扩散塔31的进风口33处和出风口311处。压力传感器43可以设置四个，其中两个分别是设置在扩散塔31的进风口33和出风口311处；另外两个分别设置在回风换热器36的进水口361处和汇水池34的出水口341处。流量传感器44可以设置四个，设置位置与压力传感器43的设置位置相同。含尘浓度测试仪45可以设置两个，分别设置在扩散塔31的进风口33处和出风口311处。噪声测试仪46可以设置两个，设置位置与含尘浓度测试仪45的设置位置相同。

上述实施例中，空气预处理箱25内的空气参数的范围一般控制在：温度为10～30℃，湿度为60%～100%，含尘量为0～90mg/m³，噪声值为0～150dB(A)。

上述实施例中，导流单元32可以设置为倾斜式或流线型（如图4所示），其中倾斜式倾斜角可以设置为30°～90°，如45°、60°、90°（如图5、图6、图7所示）。导流单元32的形状不限于此，还可以根据回风换热器36的各项性能指标进行其它形状的设计。

应用本实用新型***进行矿井回风换热器性能检测试验的使用过程，包括如下步骤：

1）打开新风调节风阀255和回风调节风阀256，室外新风通过新风进风口253进入空气预处理箱25内的空气混合室257。

2）PLC模块接收空气预处理装置内的温度传感器41、湿度传感器42、流量传感器44、含尘浓度测试仪45和噪声测试仪46感应到的参数信号，并判断各参数是否达到其相应的预设值；

如果判断结果为肯定，则进入步骤3）；

如果判断结果为否定，则一方面，启动空气预处理装置2内相应装置的启停、调节设备运行参数或阀门的大小，来对空气混合室257内的空气的各参数进行调节；另一方面，经过预处理后的空气直接通过扩散塔31出风口311的分支管道313，重新返回到空气预处理箱25中，PLC模块继续对各参数进行监测和调节。

PLC模块的具体过程如下：

①PLC模块通过接收新风进风口253处的温度传感器41感应到的温度信号，判断当前温度是否达到预设值T₀；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则一方面控制空气预处理装置2中新风调节风阀255、回风调节风阀256的大小，以来调节新、回风的混合比例；另一方面，控制热泵机组单元12提供热量或冷量给表冷加热器258，从而调节空气的温度。

②PLC模块通过接收新风进风口253处的湿度传感器42感应到的湿度信号，判断当前湿度是否达到预设值T_s0；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则控制空气预处理装置中新风调节风阀255、回风调节风阀256的大小，以来调节新、回风的混合比例；另一方面，控制空气加湿设备259调节空气湿度。

③PLC模块通过接收扩散塔31的进风口33处的流量传感器44感应到的空气流量信号，判断当前流量是否达到预设值G₀；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则通过控制风量检测调节装置22来改变风机260的转速调节空气的风量；

④PLC模块通过接收扩散塔31的进风口33处的含尘浓度测试仪45的空气粉尘含量信号，判断当前粉尘含量是否达到预设值C₀；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则通过控制通过粉尘调节器23的粉尘发生量来调节空气的粉尘含量；

⑤PLC模块通过接收扩散塔31的进风口33处的噪声测试仪46的噪声值信号，判断当前噪声值是否达到预设值L_p0；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则通过控制噪声发生器24以调节噪声值；

3）打开水阀124，回风换热器36开始喷淋；

4）①PLC模块接收空气预处理装置2内的温度传感器41、湿度传感器42、流量传感器44、含尘浓度测试仪45和噪声测试仪46发送来的各参数信号，并判断各参数是否达到其相应的预设值；

如果判断结果为肯定，则进入步骤5）；

如果判断结果为否定，则启动空气预处理装置2内相应装置的启停、调节设备运行参数或阀门的大小，来对空气混合室257内的空气的各参数进行调节；

PLC模块对空气预处理装置内的温度、湿度、流量、含尘浓度和噪声值的具体控制过程如步骤2）所述；

②PLC模块接收回风换热器36的进水口361处温度传感器41感应到的温度信号，判断当前温度是否达到预设值T_w0；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则控制热泵机组单元12调节回风换热器36进水温度；

③PLC模块接收回风换热器36的进水口361处流量传感器44感应到的水流量信号，判断当前流量是否达到预设值W₀；

如果判断结果肯定，则不动作；

如果判断结果为否定，则通过控制水量检测调节装置37来改变循环泵363的转速，进而改变进水口361处的水流量；

5）经过空气预处理装置处理后的空气进入扩散塔31，与矿井回风换热器36的喷淋水雾进行热湿交换，一部分回风通过扩散塔31出风口311的分支管道313回到空气预处理箱25中，另一部分回风则通过扩散塔31出风口311的分支管道312排到室外。

6）矿井回风换热器36的喷淋水雾与空气热湿交换后，汇集到扩散塔下方的汇水池34，经在线水处理器35处理后，返回至回风换热侧热泵机组12，经热泵机组加热或冷却处理到所设定的条件，通过循环泵363输送至矿井回风换热器36的进水管，循环喷淋。

7）***稳定运行后，PLC模块监测：①扩散塔31的进风口33处的空气流量G、干球温度T₁、湿球温度T_s1、压力P₁、含尘浓度C₁及噪声值L_p1，②扩散塔31的出风口311处干球温度T₂、湿球温度T_s2、压力P₂、含尘浓度C₂及噪声值L_p2，③回风换热器36的进水口361处的温度T_w1、进水流量W_进，汇水池34的出水口341处的温度T_w2，出水流量W_出，通过上述记录的各项参数进而查焓湿图，从而得出扩散塔31的进风口33处的空气焓值i₁，出风口311处的空气焓值i₂，以及与进水温度相等时饱和空气的焓值i_w1，然后根据下述的公式来计算矿井回风换热器的各项性能参数。

矿井回风换热器的热湿交换完善度X：

$X=\frac{i_1-i_2}{i_1-i_{w1}}$

传热比S_wu，其中F为回风换热器36的横截面积：

$S_{\mathrm{wu}}=\frac{G(i_1-i_2)}{F(i_1-i_{w1})}$

矿井回风换热器的除尘效率ΔC：

$\mathrm{\ΔC}=\frac{C_1-C_2}{C_1}$

矿井回风换热器的失水率ΔW：

矿井回风换热器的阻力特性ΔP：

ΔP＝P₂-P₁

矿井回风换热器的降噪能力ΔL_p：

ΔL_p=L_p1－L_p2

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (7)

1.一种矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：

它包括一冷热源装置、一空气预处理装置、一回风换热器测试装置和一测量控制装置；

所述冷热源装置包括一第一热泵机组单元和一第二热泵机组单元；

所述空气预处理装置包括一空气预处理机组、一风量检测调节装置、一粉尘发生器和一噪声发生器；

所述空气预处理机组包括一空气预处理箱，所述空气预处理箱的出风口通过一第一管道与所述回风换热器测试装置相连；所述第一管道上依次设置有一风量检测调节装置、一粉尘发生器和一噪声发生器；

所述空气预处理箱包括一出风口、一新风进风口和一回风进风口；所述空气预处理箱的新风进风口通过一新风进风管与室外大气相通，所述新风进风管上设置一新风调节风阀；所述空气预处理箱的回风进风口通过一回风管道与经过矿井回风换热器处理后的回风相通，回风管道上设置一回风调节风阀；

所述空气预处理箱内的新风进风口处和回风进风口处设置一空气混合室；靠近所述空气混合室的所述空气预处理箱内依次设置一表冷加热器、一空气加湿设备和一风机；所述表冷加热器通过一循环管路与所述第一热泵机组单元相连；所述风机与所述风量检测调节装置电连接；

所述回风换热器测试装置包括一扩散塔，所述扩散塔的上端出风口处设置有第一分支管道和第二分支管道，所述第一分支管道直接与室外相通，所述第二分支管道连接所述空气预处理箱的回风管道；

所述扩散塔的下端设置一导流单元，所述导流单元的左端为一进风口，通过所述第一管道与所述空气预处理箱的出风口相连；

所述导流单元的下部为一汇水池，所述汇水池的出水口通过一第三管道连接一主管道，所述主管道通过一第一循环泵连接所述第二热泵机组单元的进水口；第三管道上设置有一在线水处理设备；所述热泵机组单元的主管道还连接一第四管道，所述第五管道上设置一水阀并连接水源；

所述扩散塔上部设置一矿井回风换热器，所述回风换热器的进水口通过一第五管道连接一第二循环泵，所述第二循环泵通过一管路与所述第二泵机组单元的一出水口相连；所述第五管道上设置一水量检测调节装置，所述水量检测调节装置通过控制所述第二循环泵调节喷淋水的流量及压力；

所述测量控制装置包括若干温度传感器、湿度传感器、压力传感器、流量传感器、含尘浓度测试仪和若干噪声测试仪，它们分别与PLC模块电连接，从而实现数据的监测控制；

所述新风调节风阀、所述回风调节风阀、所述表冷加热器、所述空气加湿器、所述粉尘发生器、所述噪声发生器均与所述PLC模块电连接；

所述温度传感器分别设置在新风进风口处、回风进风口处、空气混合室内、表冷加热器出口处、扩散塔的进风口处和出风口处、回风换热器的进水口处和汇水池的出水口处；

所述湿度传感器分别设置在新风进风口处、回风进风口处、空气混合室内、空气加湿设备出口处、扩散塔的进风口处和出风口处；

所述压力传感器分别设置在扩散塔的进风口和出风口处和回风换热器的进水口处；

所述流量传感器分别设置在扩散塔的进风口处和出风口处和回风换热器的进水口和汇水池的出水口处；

所述含尘浓度测试仪分别设置在扩散塔的进风口和出风口处；

所述噪声测试仪分别设置在扩散塔的进风口和出风口处。

2.如权利要求1所述的矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：每一所述热泵机组单元均由一个以上的热泵机组并联而成。

3.如权利要求1所述的矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：所述的空气加湿设备由一个以上的空气加湿器串联而成。

4.如权利要求1所述的矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：所述导流单元为流线型和倾斜式中的一种。

5.如权利要求4所述的矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：所述倾斜式导流单元的倾斜角设置为30°～90°。

6.如权利要求5所述的矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：所述倾斜式导流单元的倾斜角设置为45°和60°和90°中的一种。

7.如权利要求1所述的矿井回风换热器性能检测试验***，其特征在于：所述空气预处理箱内的空气参数：温度：15～30℃，湿度：70%～90%，含尘量：0～90mg/m³，噪声值：0～150dB(A)。

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