1.一种司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,安装在煤矿掘运装备上,其特征在于,包括综合过滤装置(3)、送风装置(4)、自动清灰装置(5)、应急安全装置(6)和主控箱(10);
综合过滤装置(3)沿气流的流通方向自外至内依次包括粗滤滤网(35)、活性炭滤棉(34)和精滤滤筒(31),活性炭滤棉(34)贴靠安装在粗滤滤网(35)的内表面上,多个精滤滤筒(31)固定安装在与综合过滤装置(3)的箱型内表面密封固定安装的固定立板(32)上,固定立板(32)与粗滤滤网(35)之间形成粉尘收集仓、且粉尘收集仓的底部设有可拆装的集灰结构(33),综合过滤装置(3)上还设有用于检测精滤滤筒(31)内外压力差的压差检测器(36);
送风装置(4)包括涡轮增压风机(41)、制冷机构(43)和排风机构(44),涡轮增压风机(41)包括风机驱动电机(42),涡轮增压风机(41)的引风端与固定立板(32)密封对接,涡轮增压风机(41)的排风端对应排风机构(44)设置,制冷机构(43)安装在涡轮增压风机(41)上,制冷机构(43)是包括压缩机、蒸发器和冷凝器的闭式循环结构,蒸发器包括盘绕设置在涡轮增压风机(41)外部的换热管,换热管的一端是入流口(431)、另一端是出流口(432),入流口(431)与压缩机的输出端连接,出流口(432)与冷凝器的输入端连接,冷凝器的输出端与压缩机的输入端连接,制冷剂设置在闭式循环结构内,排风机构(44)包括多个并排设置呈百叶窗结构的排风叶片(441)以及叶片摆动调节结构;
自动清灰装置(5)包括储气罐(51)、脉冲阀(53)和喷管(55);储气罐(51)固定安装在综合过滤装置(3)的一侧,储气罐(51)上设有储气罐进气口(52)和储气罐出气口(57),储气罐进气口(52)通过管路与高压气源连接;脉冲阀(53)固定安装在储气罐(51)上、且脉冲阀(53)的压力气体输入端与储气罐(51)密封安装贯通连接;喷管(55)与脉冲阀(53)的压力气体输出端密封安装贯通连接、且喷管(55)位于粉尘收集仓内,喷管(55)上设有多个喷嘴(54);
应急安全装置(6)包括吸风机构(63)、清洁气体控制阀(66)、吸风口连接管(62)、三通连接阀(60)、防护口罩(64)、导流管(61)、吸风切换控制阀(65)和导气管(612);吸风机构(63)设置在排风机构(44)上,吸风机构(63)上设有引风口,吸风机构(63)上还设有粉尘浓度感应器(68)和瓦斯传感器(69);清洁气体控制阀(66)的输入端与吸风机构(63)的引风口密封安装贯通连接;吸风口连接管(62)的一端与清洁气体控制阀(66)的输出端密封安装贯通连接,吸风口连接管(62)的另一端与三通连接阀(60)的第一通路密封安装贯通连接;三通连接阀(60)的第二通路通过流量调节阀(641)和软管与防护口罩(64)密封安装贯通连接,三通连接阀(60)的第三通路通过导流管(61)与吸风切换控制阀(65)的输出端密封安装贯通连接,吸风切换控制阀(65)的输入端通过导气管(612)与储气罐出气口(57)密封安装贯通连接;
主控箱(10)包括控制器以及电能供给回路和新风控制回路,控制器分别与风机驱动电机(42)、制冷机构(43)、排风机构(44)的叶片摆动调节结构、压差检测器(36)、脉冲阀(53)、清洁气体控制阀(66)、吸风切换控制阀(65)、粉尘浓度感应器(68)和瓦斯传感器(69)电连接。
2.根据权利要求1所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,其特征在于,司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统还包括与主控箱(10)的控制器电连接的智能人体检测装置(8),智能人体检测装置(8)包括人体体温热成像扫描仪。
3.根据权利要求1所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,其特征在于,煤矿掘运装备是掘进机,掘进机包括安装在掘进机主体(1)上的掘进工作装置(2),掘进工作装置(2)包括掘进头(21)、活塞机构(22)、空气储存机构(23)、电能储备机构(24)、支撑机构(25)、磁感线圈(26)、蓄热机构、导热开关(28)和电控热相变机构(29);掘进工作装置(2)整体通过支撑机构(25)安装在掘进机主体(1)上;具有中空内腔结构的掘进头(21)的后端与轴套结构的活塞机构(22)的前端同轴固定安装连接,轴套结构的活塞机构(22)的后端与桶状结构的空气储存机构(23)的桶口端同轴固定安装连接,掘进头(21)的内腔、活塞机构(22)的内腔和空气储存机构(23)的内腔共同围成密闭真空空间;掘进头(21)内设有弹性气囊Ⅰ(271)、且弹性气囊Ⅰ(271)内填充有压力气体工质,空气储存机构(23)内设有弹性气囊Ⅱ(272)、且弹性气囊Ⅱ(272)内填充有压力气体工质,空气储存机构(23)还包括设置在弹性气囊Ⅱ(272)内的气压传感器(231),活塞机构(22)内同轴前后对称固定设有活塞缸Ⅰ(221)和活塞缸Ⅱ(222)、且活塞缸Ⅰ(221)内的活塞Ⅰ和活塞缸Ⅱ(222)内的活塞Ⅱ通过活塞连杆(223)同轴固定安装连接,活塞缸Ⅰ(221)的活塞Ⅰ与弹性气囊Ⅰ(271)传动连接,活塞缸Ⅱ(222)的活塞Ⅱ与弹性气囊Ⅱ(272)传动连接;磁感线圈(26)同轴固定设置在活塞机构(22)内部或外部、且磁感线圈(26)呈套接在活塞连杆(223)外部的状态,包括充放电电路及充电电池的电能储备机构(24)安装在掘进机主体(1)上,活塞连杆(223)的两端分别通过导线与电能储备机构(24)电连接;蓄热机构包括充填导热覆层(211)和绝热覆层(212),包括导热材料的充填导热覆层(211)设置在密闭真空空间的内表面上,且掘进头(21)内表面上的充填导热覆层(211)与活塞机构(22)内表面上的充填导热覆层(211)之间通过导热开关(28)连接,包括绝热材料的绝热覆层(212)至少设置在活塞机构(22)的外表面上;电控热相变机构(29)贴靠设置在弹性气囊Ⅰ(271)上、或者电控热相变机构(29)设置在弹性气囊Ⅰ(271)内,电控热相变机构(29)内设有热相变材料;电能储备机构(24)、气压传感器(231)、导热开关(28)和电控热相变机构(29)分别与主控箱(10)的控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,其特征在于,制冷剂是氨,控制器自动调节流经涡轮增压风机(41)外部换热管的液氨流量,液氨流量计算公式如下:
C氨=m×Cp×ΔT×L×A×K×ΔT/hfg
式中:C氨为进入涡轮增压风机(41)外部换热管的液氨流量;Cp为氨的比热容;K为热导率;m为液氨质量流率;L为涡轮增压风机(41)外部换热管的长度;ΔT为初始温度与最终温度之差;A为涡轮增压风机(41)外部换热管的横截面积;Q为涡轮增压风机(41)产生的热量;
hfg为氨的潜热。
5.根据权利要求1或2或3所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,其特征在于,应急安全装置(6)还包括多相分离复合过滤器(67),多相分离复合过滤器(67)安装在吸风切换控制阀(65)的输入端上。
6.根据权利要求1或2或3所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,其特征在于,储气罐(51)上设有压力计(56)、且压力计(56)与主控箱(10)的控制器电连接。
7.一种基于如权利要求2所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统控制方法,其特征在于,初始状态时,清洁气体控制阀(66)和流量调节阀(641)处于打开状态,吸风切换控制阀(65)和脉冲阀(53)处于关闭状态;
司机佩戴防护口罩(64)后启动司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统,风机驱动电机(42)启动,作业环境中的粉尘气体依次经粗滤滤网(35)、活性炭滤棉(34)和精滤滤筒(31)过滤处理后经排风机构(44)排出,一部分排风机构(44)排出的新风进入煤矿掘运装备司机驾驶室,控制器根据智能人体检测装置(8)反馈的司机体表温度变化自动调节制冷机构(43)对涡轮增压风机(41)排出的增压风进行冷却降温;同时控制器根据智能人体检测装置(8)反馈的司机体表温度变化自动调节排风叶片(441)的摆动角度、自动控制排风量;另一部分排风机构(44)排出的新风进入吸风机构(63)、并经吸风口连接管(62)和三通连接阀(60)进入司机佩戴的防护口罩(64),司机通过调节流量调节阀(641)控制进入防护口罩(64)的新风的风量大小;
当压差检测器(36)监测到滤筒(51)内外压差超过设定值时,控制器控制关闭清洁气体控制阀(66)、同时打开吸风切换控制阀(65)和脉冲阀(53),储气罐(51)内的高压气体通过脉冲阀(53)和喷管(55)自喷嘴(54)喷出、对精滤滤筒(31)进行高压气体脉冲清灰,同时,储气罐(51)内的气体依次通过吸风切换控制阀(65)、导流管(61)和三通连接阀(60)进入司机佩戴的防护口罩(64);完成自动清灰后,控制器控制清洁气体控制阀(66)、吸风切换控制阀(65)和脉冲阀(53)恢复至初始状态;
当粉尘浓度感应器(68)监测到进入排风机构(44)的新风中粉尘浓度超过设定值时,粉尘浓度感应器(68)向控制器发出报警信号,控制器控制关闭风机驱动电机(42)和清洁气体控制阀(66)、同时打开吸风切换控制阀(65),储气罐(51)内的气体依次通过吸风切换控制阀(65)、导流管(61)和三通连接阀(60)进入司机佩戴的防护口罩(64);
当瓦斯传感器(69)监测到进入排风机构(44)的新风中瓦斯浓度超过设定值时,瓦斯传感器(69)向控制器发出报警信号:当瓦斯浓度超过0.6%时,控制器控制关闭风机驱动电机(42)和清洁气体控制阀(66)、同时打开吸风切换控制阀(65),储气罐(51)内的气体依次通过吸风切换控制阀(65)、导流管(61)和三通连接阀(60)进入司机佩戴的防护口罩(64);当瓦斯浓度超过0.8%时,控制器发出警告信号后控制关闭司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统及煤矿掘运装备、进入紧急停机状态。
8.根据权利要求7所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统控制方法,其特征在于,煤矿掘运装备是掘进机,掘进机包括安装在掘进机主体(1)上的掘进工作装置(2),掘进机的掘进工作装置(2)包括掘进头(21)、活塞机构(22)、空气储存机构(23)、电能储备机构(24)、支撑机构(25)、磁感线圈(26)、蓄热机构、导热开关(28)和电控热相变机构(29);掘进工作装置(2)整体通过支撑机构(25)安装在掘进机主体(1)上;具有中空内腔结构的掘进头(21)的后端与轴套结构的活塞机构(22)的前端同轴固定安装连接,轴套结构的活塞机构(22)的后端与桶状结构的空气储存机构(23)的桶口端同轴固定安装连接,掘进头(21)的内腔、活塞机构(22)的内腔和空气储存机构(23)的内腔共同围成密闭真空空间;掘进头(21)内设有弹性气囊Ⅰ(271)、且弹性气囊Ⅰ(271)内填充有压力气体工质,空气储存机构(23)内设有弹性气囊Ⅱ(272)、且弹性气囊Ⅱ(272)内填充有压力气体工质,空气储存机构(23)还包括设置在弹性气囊Ⅱ(272)内的气压传感器(231),活塞机构(22)内同轴前后对称固定设有活塞缸Ⅰ(221)和活塞缸Ⅱ(222)、且活塞缸Ⅰ(221)内的活塞Ⅰ和活塞缸Ⅱ(222)内的活塞Ⅱ通过活塞连杆(223)同轴固定安装连接,活塞缸Ⅰ(221)的活塞Ⅰ与弹性气囊Ⅰ(271)传动连接,活塞缸Ⅱ(222)的活塞Ⅱ与弹性气囊Ⅱ(272)传动连接;磁感线圈(26)同轴固定设置在活塞机构(22)内部或外部、且磁感线圈(26)呈套接在活塞连杆(223)外部的状态,包括充放电电路及充电电池的电能储备机构(24)安装在掘进机主体(1)上,活塞连杆(223)的两端分别通过导线与电能储备机构(24)电连接;蓄热机构包括充填导热覆层(211)和绝热覆层(212),包括导热材料的充填导热覆层(211)设置在密闭真空空间的内表面上,且掘进头(21)内表面上的充填导热覆层(211)与活塞机构(22)内表面上的充填导热覆层(211)之间通过导热开关(28)连接,包括绝热材料的绝热覆层(212)至少设置在活塞机构(22)的外表面上;电控热相变机构(29)贴靠设置在弹性气囊Ⅰ(271)上、或者电控热相变机构(29)设置在弹性气囊Ⅰ(271)内,电控热相变机构(29)内设有热相变材料;电能储备机构(24)、气压传感器(231)、导热开关(28)和电控热相变机构(29)分别与主控箱(10)的控制器电连接;
掘进机掘进作业过程中,初始状态时导热开关(28)处于打开状态,掘进头(21)掘进作业产生的热能通过充填导热覆层(211)传热,位于掘进头(21)内部的弹性气囊Ⅰ(271)的压力气体工质吸热后体积膨胀、使弹性气囊Ⅰ(271)推动活塞缸Ⅰ(221)的活塞Ⅰ通过活塞连杆(223)带动活塞缸Ⅱ(222)的活塞Ⅱ一起向后移动,活塞Ⅱ向后移动的同时压缩弹性气囊Ⅱ(272),当弹性气囊Ⅱ(272)内的气压传感器(231)反馈弹性气囊Ⅱ(272)内的气压压力达到设定值时,控制器控制电控热相变机构(29)进行吸热相变、使弹性气囊Ⅰ(271)的压力气体工质被吸热后体积缩小,同时控制器控制合毕导热开关(28),掘进头(21)掘进作业产生的热能通过充填导热覆层(211)传热至空气储存机构(23)的内腔、使弹性气囊Ⅱ(272)的压力气体工质吸热后体积膨胀,弹性气囊Ⅱ(272)推动活塞缸Ⅱ(222)的活塞Ⅱ通过活塞连杆(223)带动活塞缸Ⅰ(221)的活塞Ⅰ一起向前移动,当弹性气囊Ⅱ(272)内的气压传感器(231)反馈弹性气囊Ⅱ(272)内的气压压力达到设定值时,控制器控制电控热相变机构(29)进行放热相变、使弹性气囊Ⅰ(271)的压力气体工质再次吸热后体积膨胀,同时控制器控制打开导热开关(28)、弹性气囊Ⅱ(272)的压力气体工质降温后体积缩小,弹性气囊Ⅰ(271)再次推动活塞缸Ⅰ(221)的活塞Ⅰ通过活塞连杆(223)带动活塞缸Ⅱ(222)的活塞Ⅱ一起向后移动,以此类推,实现活塞连杆(223)的前后往复循环移动,活塞连杆(223)前后往复循环移动过程中切割磁感线圈(26)的磁感线,产生的电能通过导线输入并存储在电能储备机构(24)内。
9.根据权利要求8所述的司机位置超洁净个体呼吸防护新风系统控制方法,其特征在于,电控热相变机构(29)设置为两组,一组贴靠设置在弹性气囊Ⅰ(271)上、或者设置在弹性气囊Ⅰ(271)内,另一组贴靠设置在弹性气囊Ⅱ(272)上、或者设置在弹性气囊Ⅱ(272)内,通过控制两组电控热相变机构(29)的交替吸热相变和放热相变实现控制弹性气囊Ⅰ(271)和弹性气囊Ⅱ(272)的协同动作。