【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿安全，具体涉及一种变频涡轮聚能脉冲装置及使用方法。
技术介绍
1、随着浅层资源的开采殆尽，逐步向深部煤层发展，煤层渗透性差，瓦斯抽采效率低，危险性高。同时，由于煤矿机械化程度的不断提升，在煤层开采过程中，作业区域内的粉尘含量一直处于较高的水平，但是，传统的采煤方法难以实现有效的润湿作业。脉动注水可通过疲劳损伤、应力波、空化等效应来清除煤层孔隙堵塞物和产生新裂缝，是一种硬质低渗煤层增加渗透率的有效方式。
2、现有脉动注水主要通过脉动泵实现，存在脉动能量沿钻杆损失大、钻杆疲劳损伤大、更换设备造价高、对电源峰值功率要求高等问题，成为了脉动注水技术发展的瓶颈。用于钻孔底部的脉动工具，可将脉动能量直接作用于煤层，无钻杆传递能量损失，同时具有成本低、效率高等优点。但现有的钻孔底部脉动工具存在两个问题，一是谐振腔类的脉动工具频率固定、难以调节，二是脉动流量和压力范围太小，比如旋转轮式脉动装置在脉动压力4mpa以上时就会因摩擦力过大(超过10000n)而卡死，脉动增渗效果受限。
3、因此，急需一种新的脉动注水装置，实现高流量和压力波动的变频脉动注水作业，改善煤层注水效果，降低煤矿粉尘和瓦斯危害，为煤矿资源的高效开采提供重要技术支撑。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种变频涡轮聚能脉冲装置及使用方法，适用于注水效果差的低渗煤层，操作方便简单，能有效提高注水效果，降低施工失误率，并且，该自动变频注水装置所需的水压及流量远低于定频水压致裂
2、采用的技术方案为：
3、一种变频涡轮聚能脉冲装置，所述装置包括柱状的壳体，壳体一侧设置注水口，另一侧为锥形的端头，出水口设置在靠近端头的壳壁上，壳体内腔依次设置涡轮增压腔室、蓄水腔室和变频腔室；所述注水口通过注水管连接涡轮增压腔室，涡轮增压腔室的另一端通过注水管连接所述蓄水腔室，蓄水腔室通过変频腔室的进水口与变频腔室连通；
4、所述涡轮增压腔室内设置增压组件，所述增压组件包括轮轴、导向轮和涡轮；在涡轮增压腔室的中央固定安装所述轮轴(轮轴与壳体的中心轴同向，通过现有技术将轮轴进行固定)；所述轮轴的两端对称安装一对可转动的导向轮，两个导向轮中间安装n个可转动的涡轮，其中n为大于0的偶数，各所述涡轮上均匀安装数个倾斜设置的轮片；
5、所述变频腔室内设置变频控制组件，所述变频控制组件包括扇轮和两个齿轮，分别通过固定轴从左到右依次固定，各固定轴两端固定在变频腔室前后侧壁上；扇轮和两个齿轮可绕着各自的固定轴转动；
6、所述扇轮围绕其固定轴的中央设置啮齿，啮齿两侧围绕固定轴设置数个形状相同的弧形叶片，各弧形叶片弯曲方向一致；两个齿轮相互啮合，靠近扇轮的齿轮，与扇轮的啮齿相互啮合，靠近端头的齿轮，在其前后的固定轴上对称安装变频片；
7、所述出水口为两个，对称设置在变频腔室的前后壳壁上。
8、优选的，相邻的两个涡轮的轮片倾斜方向相反。
9、优选的，所述注水口向壳体内腔延伸的部分逐渐缩小，然后连接注水管，注水管通入涡轮增压腔室内，导向轮中间均匀设置多个扇形的开孔，以便均匀布水；在涡轮增压腔室另一端靠近注水管的位置，腔室逐渐缩口至注水管的直径大小。
10、优选的，所述导向轮、涡流的直径与涡轮增压腔室的内径适配。
11、优选的，各弧形叶片的宽度相同，啮齿两侧的弧形叶片的宽度与変频腔室适配。
12、优选的，在靠近变压腔室进水口的位置，各弧形叶片的外端向上翘起，且具有一定宽度，水流可以推动扇轮转动，各弧形叶片的直线长度大于啮齿的长度。
13、优选的，各所述出水口设置在靠近端头的一个固定轴右侧。
14、优选的，所述变频片为1/6～2/3圆，变频片的直径小于齿轮的直径。
15、一种变频涡轮聚能脉冲装置的使用方法，包括如下步骤：
16、(1)在煤层待注水部位钻探注水钻孔，将所述装置连接到注水管路上，并伸入注水钻孔内，注水管路上安装流量计、注水泵；
17、(2)水经过注水口流入所述装置内腔，通过注水管流入涡轮增压腔室，水带动导向轮旋转，而导向轮带动涡轮旋转，进行涡轮增压形成高压水流入蓄水腔室；由于相邻的两个涡流的轮片倾斜方向相反，两个涡轮在水流的带动下转动方向相反，由此更大增加水流的压力；
18、(3)在蓄水腔室进行憋压，通过进水口流入变频腔室，水流带动扇轮开始运转，扇轮带动两个齿轮开始旋转，通过对流速的控制，控制变频片堵住出水口的频率；从而控制向煤层注水的频率；
19、蓄水腔室置于整个装置腔体的中间部分，当变频片堵住出水口时，水通过注水管流进蓄水腔室，水属于可压缩流体，水不断在蓄水腔室内积聚，起到储水憋压聚能作用，水压升高，当出水口打开时，注水压力得到提升，提高向煤层注水的脉动压力。
20、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
21、本专利技术提供一种变频涡轮聚能脉冲装置及使用方法，通过增压组件的涡轮对流动能量的储存和释放提高脉动压力峰值为注水泵压的4倍以上；通过对称出口设计和压差力的相互抵消，降低了憋压时变频片的合力和摩擦力为非对称出口的1/100以下，不仅大幅降低冲击疲劳损失、提高了固定轴的寿命，而且克服了憋压过高、摩擦扭矩过大而卡死问题；扇轮与后面齿轮组成了一个减速齿轮组，可进一步增加转动扭矩、降低脉动频率；扇轮转速与所在流速一致，可通过泵流量变化调节现场工作时的脉动频率；通过涡轮组旋转进行流动能量的储存和释放，通过蓄水腔室提升了水的可活动性和弹性能量集聚效果，可大幅增加脉动压力和流量。
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1.一种变频涡轮聚能脉冲装置，所述装置包括柱状的壳体，壳体一侧设置注水口，另一侧为锥形的端头，出水口设置在靠近端头的壳壁上，其特征在于，壳体内腔依次设置涡轮增压腔室、蓄水腔室和变频腔室；所述注水口通过注水管连接涡轮增压腔室，涡轮增压腔室的另一端通过注水管连接所述蓄水腔室，蓄水腔室通过変频腔室的进水口与变频腔室连通；
2.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，相邻的两个涡轮的轮片倾斜方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，所述注水口向壳体内腔延伸的部分逐渐缩小，然后连接注水管，注水管通入涡轮增压腔室内；导向轮中间均匀设置多个扇形的开孔，以便均匀布水；在涡轮增压腔室另一端靠近注水管的位置，腔室逐渐缩口至注水管的直径大小。
4.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，所述导向轮、涡流的直径与涡轮增压腔室的内径适配。
5.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，各弧形叶片的宽度相同，啮齿两侧的弧形叶片的宽度与変频腔室适配。
6.根据权利要求
7.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，各所述出水口设置在靠近端头的一个固定轴右侧。
8.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，所述变频片为1/6～2/3圆，变频片的直径小于齿轮的直径。
9.如权利要求1-8所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种变频涡轮聚能脉冲装置，所述装置包括柱状的壳体，壳体一侧设置注水口，另一侧为锥形的端头，出水口设置在靠近端头的壳壁上，其特征在于，壳体内腔依次设置涡轮增压腔室、蓄水腔室和变频腔室；所述注水口通过注水管连接涡轮增压腔室，涡轮增压腔室的另一端通过注水管连接所述蓄水腔室，蓄水腔室通过変频腔室的进水口与变频腔室连通；
2.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，相邻的两个涡轮的轮片倾斜方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种变频涡轮聚能脉冲装置，其特征在于，所述注水口向壳体内腔延伸的部分逐渐缩小，然后连接注水管，注水管通入涡轮增压腔室内；导向轮中间均匀设置多个扇形的开孔，以便均匀布水；在涡轮增压腔室另一端靠近注水管的位置，腔室逐渐缩口至注水管的直径大小。
4.根据权利要求1所述的一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，王恩茂，李木坤，杨宝东，徐浩，黄启铭，刘义鑫，陈雪畅，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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