本發(fā)明涉及礦井下煤巖高溫區(qū)域治理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

礦井火災(zāi)是煤礦主要災(zāi)害之一，給煤礦安全生產(chǎn)帶來極大威脅，為治理礦井火災(zāi)，國內(nèi)外普遍采用注氮氣或二氧化碳防滅火技術(shù)。氮氣和二氧化碳的惰化窒息作用良好，能夠快速抑制煤炭自燃和火災(zāi)的發(fā)展。由于氮氣吸熱降溫效果差，在注氮過程中可將氮氣與細(xì)水霧進(jìn)行有機結(jié)合，充分利用氮氣的擴散性和細(xì)水霧的吸熱降溫性，將大量含氮細(xì)水霧注入火區(qū)，既彌補氮氣在吸熱降溫方面的不足，又大大提高水的利用率，實現(xiàn)對火區(qū)的快速滅火降溫。

在抑制煤炭自燃、火區(qū)發(fā)展時采用注氮氣工藝需要通過礦井下設(shè)有的氮氣管路向裝置中壓入氮氣與水流撞擊實現(xiàn)氮氣與細(xì)水霧的結(jié)合。當(dāng)火災(zāi)熄滅巷道被啟封前，封閉空間內(nèi)煤巖高溫區(qū)域仍需要快速降溫，由于水的比熱容和汽化熱很高，置換熱量的效果顯著，且成本低，易獲取，只需要利用細(xì)水霧快速置換出封閉區(qū)域內(nèi)蘊藏的大量熱量，實現(xiàn)對封閉區(qū)域的快速降溫。

目前氣體產(chǎn)生細(xì)水霧的裝置廣泛采用氣體霧化方式，該方式借助空氣或惰性氣體的流體的高速射流使液體的液柱或液膜發(fā)生分裂，進(jìn)而產(chǎn)生細(xì)水霧滴，也稱雙流體霧化。該方式單一的高壓霧化、碰撞式霧化，配合單獨的外界動力供氣系統(tǒng)，對抑制煤炭自燃、火區(qū)發(fā)展效果穩(wěn)定。但火災(zāi)熄滅巷道等封閉空間被啟封前，繼續(xù)注氮氣對封閉區(qū)域降溫效果不顯著，且過多注氮氣操作繁瑣，造成不必要的浪費。

因此，為了合理利用氮氣惰化功能和細(xì)化水霧吸熱降溫功能進(jìn)行防滅火降溫工作，需要設(shè)計一種更好的裝置以滿足上述問題的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種全可靠，操作簡單，霧化程度高，經(jīng)濟(jì)高效的礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置，包括整流筒及設(shè)置于所述整流筒后端的多級霧化筒，所述整流筒內(nèi)設(shè)有兩條導(dǎo)氣通道和一條導(dǎo)液通道，兩條所述導(dǎo)氣通道分別連接于空氣管路和滅火氣體管路，兩條所述導(dǎo)氣通道在所述整流筒內(nèi)成y形布置，兩者交匯處設(shè)有自動進(jìn)氣控制閥門，用于控制進(jìn)入所述多級霧化筒內(nèi)的氣體為空氣或滅火氣體，所述導(dǎo)氣通道的后端通入所述多級霧化筒內(nèi)，所述導(dǎo)液通道的后端設(shè)有多孔噴嘴，所述多級霧化筒與所述整流筒相接處內(nèi)部設(shè)有撞擊霧化室，所述撞擊霧化室的前端插入所述整流筒內(nèi)與所述多孔噴嘴相連，后端設(shè)有射流口，與所述多級霧化筒內(nèi)的文丘里混合通道相連，所述撞擊霧化室側(cè)壁設(shè)有吸氣孔與所述導(dǎo)氣通道連通，供氣體由所述吸氣孔進(jìn)入所述撞擊霧化室內(nèi)，所述撞擊霧化室外壁與所述多級霧化筒內(nèi)壁之間設(shè)有氣體側(cè)通道，供氣體由所述氣體側(cè)通道進(jìn)入所述文丘里混合通道內(nèi)，液體由所述導(dǎo)液通道進(jìn)入所述多孔噴嘴產(chǎn)生的初級霧化射流在所述撞擊霧化室內(nèi)形成負(fù)壓，將所述導(dǎo)氣通道的部分氣體吸入所述撞擊霧化室，氣體與所述撞擊霧化室內(nèi)的初級霧化射流發(fā)生碰撞，實現(xiàn)二次霧化，二次霧化的細(xì)水霧在所述射流口處與所述氣體側(cè)通道內(nèi)的氣體混合，在所述文丘里混合通道內(nèi)再次霧化。

進(jìn)一步，所述整流筒的下側(cè)設(shè)有固定孔，用于將所述整流筒固定到其它裝置上。

進(jìn)一步，所述整流筒的下側(cè)設(shè)有固定孔，用于將所述整流筒固定到其它裝置上。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)液通道的前端進(jìn)口處設(shè)有濾網(wǎng)。

進(jìn)一步，所述滅火氣體為氮氣或二氧化碳?xì)怏w。

進(jìn)一步，所述多孔噴嘴前端的進(jìn)液端與所述導(dǎo)液通道相連，后端的噴射端插入所述撞擊霧化室內(nèi)。

進(jìn)一步，所述多孔噴嘴設(shè)有五個大小相等的噴孔，其中一個噴孔位于所述噴射端的中心處，另外四個噴孔以所述噴射端中心為圓心均勻分布在噴孔的周圍。

進(jìn)一步，所述撞擊霧化室前端呈半球體后端呈漸縮錐體，所述吸氣孔設(shè)置于所述半球體的內(nèi)壁上，所述射流口設(shè)置于所述漸縮錐體的末端。

進(jìn)一步，所述吸氣孔自所述半球體內(nèi)壁斜向開設(shè)，朝向所述撞擊霧化室內(nèi)錐形設(shè)置，其收縮角為33°。

進(jìn)一步，所述文丘里混合通道的前端與所述射流口及所述氣體側(cè)通道相連，后端形成直徑擴大的開口，供細(xì)水霧噴出。

本發(fā)明的有益效果：

(1)兩條導(dǎo)氣通道交匯處設(shè)有自動進(jìn)氣控制閥門，利用兩個導(dǎo)氣通道內(nèi)的壓差可自動控制通入設(shè)備內(nèi)的氣體為空氣或滅火氣體，從而合理的使用不同氣體，避免了不必要的浪費；

(2)液體由導(dǎo)液通道進(jìn)入多孔噴嘴產(chǎn)生的初級霧化射流在撞擊霧化室內(nèi)形成負(fù)壓，將導(dǎo)氣通道的部分氣體吸入撞擊霧化室，氣體與撞擊霧化室內(nèi)的初級霧化射流發(fā)生碰撞，實現(xiàn)二次霧化，二次霧化的細(xì)水霧在射流口處與氣體側(cè)通道內(nèi)的氣體混合，在文丘里混合通道內(nèi)發(fā)生混合、碰撞、摩擦與撕裂，再次霧化，進(jìn)而實現(xiàn)氣體的多級霧化，顯著提高霧化程度，避免了單純采用人工壓氣和水流碰撞霧化時出現(xiàn)霧滴粒徑偏大，霧化程度低的不足；

(3)利用礦井現(xiàn)有的注氮防滅火系統(tǒng)，通過連接一個導(dǎo)氣通道，將一部分氮氣變成高速氣流通入發(fā)生裝置內(nèi)，實現(xiàn)氮氣與水的多級霧化，既彌補氮氣在吸熱降溫方面的不足，也大大提高水的利用率，實現(xiàn)對火區(qū)的快速滅火降溫；

(4)利用礦井現(xiàn)有的輸水管路，通過漸縮的導(dǎo)液通道和多孔噴嘴在撞擊霧化室內(nèi)形成較強的負(fù)壓，在停止供氮的情況下，自動進(jìn)氣控制閥門自動打開空氣導(dǎo)氣通道關(guān)閉注氮導(dǎo)氣通道，實現(xiàn)空氣與水的多級霧化，充分利用細(xì)水霧快速置換出封閉區(qū)域內(nèi)蘊藏的大量熱量，實現(xiàn)對封閉區(qū)域啟封前的快速降溫，同時也避免了氮氣的不必要浪費；

(5)本發(fā)明發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，不含電器元件，安全可靠，可實現(xiàn)連續(xù)工作，霧化程度高，且可根據(jù)實際情況合理分配不同氣體的用量，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的實用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置的主視圖；

圖2為本發(fā)明礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置的側(cè)視圖；

圖3為圖1的剖視圖；

圖4為圖3中a-a的剖視圖；

圖5為本發(fā)明礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置中多孔噴嘴的端面示意圖；

圖中，1—導(dǎo)氣通道、2—濾網(wǎng)、3—導(dǎo)液通道、4—自動進(jìn)氣控制閥門、5—固定孔、6—多孔噴嘴、7—吸氣孔、8—撞擊霧化室、9—氣體側(cè)通道、10—射流口、11—文丘里混合通道、12—流量調(diào)節(jié)閥、13—整流筒、14—多級霧化筒、15—噴孔、16—開口。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明，本發(fā)明實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關(guān)系、運動情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。

如圖1，本發(fā)明提供一種礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置，長90mm，寬20mm，高40mm。包括整流筒13和設(shè)置于整流筒13后端的多級霧化筒14，整流筒13和多級霧化筒14通過螺紋旋緊連接。

如圖1至圖3，整流筒13具有長30mm，寬20mm，高40mm的鋼制外殼，整流筒13的下側(cè)設(shè)有兩個固定孔5，用于將發(fā)生裝置固定到其它裝置上。整流筒13的前端面中心處開設(shè)有導(dǎo)液通道3，整流筒13外對應(yīng)導(dǎo)液通道3的位置設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥12，手動調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥12可改變導(dǎo)液通道3內(nèi)液體流量，從而調(diào)節(jié)氣體細(xì)水霧霧化效果。導(dǎo)液通道3的前端部內(nèi)徑為20mm，前端進(jìn)口處設(shè)有濾網(wǎng)2，用于過濾掉進(jìn)入所述導(dǎo)液通道3內(nèi)液體的雜質(zhì)。導(dǎo)液通道3形成漸縮錐體，后端設(shè)有多孔噴嘴6。

如圖2至圖4，導(dǎo)液通道3的上方設(shè)有兩個內(nèi)徑為5mm的導(dǎo)氣通道1，兩條導(dǎo)氣通道1分別連接于空氣管路和滅火氣體管路，滅火氣體為氮氣或二氧化碳?xì)怏w，在本實施例中，滅火氣體為氮氣，采用礦井現(xiàn)有的注氮防滅火系統(tǒng)。兩條導(dǎo)氣通道1在整流筒13內(nèi)成y形布置，兩者交匯處設(shè)有自動進(jìn)氣控制閥門4，可根據(jù)導(dǎo)氣通道1內(nèi)氣體壓差自動開啟進(jìn)氣側(cè)關(guān)閉非進(jìn)氣側(cè)，從而控制進(jìn)入多級霧化筒14內(nèi)的氣體為空氣或滅火氣體。利用兩個導(dǎo)氣通道1內(nèi)的壓差可自動控制通入設(shè)備內(nèi)的氣體為空氣或滅火氣體，從而合理的使用不同氣體，避免了不必要的浪費。

如圖3，多級霧化筒14具有長60mm，寬20mm，高20mm的鋼制外殼，多級霧化筒14內(nèi)設(shè)有撞擊霧化室8，撞擊霧化室8位于多級霧化筒14與整流筒13相接處的內(nèi)部，撞擊霧化室8的前端插入整流筒13內(nèi)與多孔噴嘴6相連，后端設(shè)有射流口10，與多級霧化筒14內(nèi)的文丘里混合通道11相連。撞擊霧化室8前端呈半球體后端呈漸縮錐體，半球體內(nèi)壁斜向開設(shè)有吸氣孔7，吸氣孔7與導(dǎo)氣通道1相連，將氣體吸入撞擊霧化室8內(nèi)。在本實施例中，吸氣孔7朝向撞擊霧化室8內(nèi)部錐形設(shè)置，吸氣孔7收縮角為33°，射流口10設(shè)置于漸縮錐體的末端，進(jìn)入所述文丘里混合通道11內(nèi)。撞擊霧化室8外壁與多級霧化筒14內(nèi)壁之間設(shè)有氣體側(cè)通道9，供氣體由體側(cè)通道9進(jìn)入文丘里混合通道11內(nèi)。文丘里混合通道11的前端與射流口10及氣體側(cè)通道9相連，后端形成直徑擴大的開口16，供細(xì)水霧噴出。

如圖3及圖5，多孔噴嘴6前端的進(jìn)液端與導(dǎo)液通道3相連，后端的噴射端插入撞擊霧化室8內(nèi)，多孔噴嘴6噴射端直徑為4.3mm，在本實施例中，多孔噴嘴6設(shè)有五個大小相等的噴孔15，其中一個噴孔15位于噴射端的中心處，另外四個噴孔15以噴射端中心為圓心均勻分布在噴孔15的周圍。

上述礦用多級霧化雙相流細(xì)水霧化發(fā)生裝置的工作過程為：將整流筒13的導(dǎo)液通道3與礦井下壓力水管路連接，兩個導(dǎo)氣通道1其中一個與空氣管路相連，另一個與氮氣管路連接。壓力水經(jīng)過濾網(wǎng)2過濾掉水中雜質(zhì)后沿漸縮錐形導(dǎo)液通道3進(jìn)入多孔噴嘴6，通過多孔噴嘴6產(chǎn)生的初級霧化射流在撞擊霧化室8內(nèi)形成較強負(fù)壓，將導(dǎo)氣通道1內(nèi)一部分氣體通過吸氣孔7吸入撞擊霧化室8，吸氣孔7的漸縮結(jié)構(gòu)可增速氣體快速進(jìn)入撞擊霧化室8與撞擊霧化室8內(nèi)的射流細(xì)水霧發(fā)生碰撞，實現(xiàn)氣體二次霧化。二次霧化的細(xì)水霧在射流口10處與氣體側(cè)通道9內(nèi)的另一部分氣體混合，通過文丘里混合通道11時再次發(fā)生混合、碰撞、摩擦與撕裂，再次霧化，進(jìn)而實現(xiàn)氣體的多級霧化。本發(fā)明可顯著提高霧化程度，避免了單純采用人工壓氣和水流碰撞霧化時出現(xiàn)霧滴粒徑偏大，霧化程度低的不足。

在抑制煤炭自燃、火區(qū)發(fā)展時只需要通過礦井下設(shè)有的氮氣管路向發(fā)生裝置中壓入氮氣與水流撞擊實現(xiàn)氮氣與細(xì)水霧的結(jié)合；當(dāng)火災(zāi)熄滅巷道被啟封前，封閉空間內(nèi)煤巖高溫區(qū)域仍需要快速降溫，由于水的比熱容和汽化熱很高，置換熱量的效果顯著，且成本低，易獲取，此時停止供給氮氣，由于多孔噴嘴6產(chǎn)生的初級霧化射流在撞擊霧化室8內(nèi)形成的較強負(fù)壓可使自動進(jìn)氣控制閥門4自動打開空氣導(dǎo)氣通道關(guān)閉注氮導(dǎo)氣通道，實現(xiàn)空氣與水的多級霧化，從而充分利用細(xì)水霧快速置換出封閉區(qū)域內(nèi)蘊藏的大量熱量，實現(xiàn)對封閉區(qū)域啟封前的快速降溫，同時也避免了氮氣的不必要浪費。通過調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥12，可調(diào)節(jié)氣體細(xì)水霧的霧化效果。

本發(fā)明可利用礦井現(xiàn)有的注氮防滅火系統(tǒng)和輸水管路，實現(xiàn)氮氣與水的多級霧化，既彌補氮氣在吸熱降溫方面的不足，也大大提高水的利用率，實現(xiàn)對火區(qū)的快速滅火降溫；在停止供氮的情況下，自動進(jìn)氣控制閥門4自動打開空氣導(dǎo)氣通道關(guān)閉注氮導(dǎo)氣通道，實現(xiàn)空氣與水的多級霧化，充分利用細(xì)水霧快速置換出封閉區(qū)域內(nèi)蘊藏的大量熱量，實現(xiàn)對封閉區(qū)域啟封前的快速降溫，同時也避免了氮氣的不必要浪費。本發(fā)明發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，不含電器元件，安全可靠，可實現(xiàn)連續(xù)工作，霧化程度高，且可根據(jù)實際情況合理分配不同氣體的用量，具有較高的經(jīng)濟(jì)價值，在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)有廣泛的實用性。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。