一種基于城市施工工地的智能噴灑除塵裝置

摘要：隨著城市的迅速發(fā)展，建筑工地迅速增多，污染了城市環(huán)境，尤其是對周邊居民生活環(huán)境帶來極大影響。針對城市施工工地灑水除塵作業(yè)，我們設(shè)計(jì)并開發(fā)一套具備智能化、高效性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)的噴灑除塵裝置。它能大大提高工地附近的除塵效率，控制除塵成本，實(shí)現(xiàn)無人化管理，為城市生態(tài)提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：城市化；施工工地；自動化；除塵；

引言：

隨著物聯(lián)網(wǎng)的推廣與公共設(shè)施向自動化的趨勢發(fā)展，在環(huán)境保護(hù)中必定免不了實(shí)現(xiàn)全自動化。近年來空氣污染日益嚴(yán)重，揚(yáng)塵污染成了萬眾關(guān)注的熱詞。而該套裝置不僅可以應(yīng)用到施工工地上，同時(shí)也可以推廣到高架橋中。同時(shí)，《中國制造2025》中指出要大力發(fā)展應(yīng)用電子和工業(yè)軟件，鼓勵(lì)智能終端產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，增強(qiáng)信息產(chǎn)品供給能力，推動信息化與工業(yè)化深度融合。而該套裝置順應(yīng)了自動化的趨勢，達(dá)到自動高效抑塵的目的，符合《中國制造2025》指導(dǎo)思想中的綠色發(fā)展，更是符合當(dāng)今環(huán)保節(jié)約型社會的發(fā)展趨勢。

該裝置由灰塵檢測系統(tǒng)、控制中樞系統(tǒng)、傳輸信號系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)等部分組成。通過PM10灰塵檢測器測出灰塵濃度，由信號傳輸系統(tǒng)將信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將模擬信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號處理系統(tǒng)將會對信號進(jìn)行處理根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的區(qū)間控制閥門開度，控制出水量，噴頭會噴出不同水量達(dá)到實(shí)時(shí)除塵的效果，閥門與噴頭采取一對多的關(guān)系達(dá)到高效且節(jié)能的效果。

通過我們對鄭州環(huán)衛(wèi)單位的調(diào)研了解到目前工地除塵采用的都是灑水車除塵，三班制作業(yè)，灑水量由人工控制，具體數(shù)值是固定的，每年水費(fèi)不容小覷，通過調(diào)研和資料查詢對我們裝置做出進(jìn)一步改進(jìn)與優(yōu)化。根據(jù)查閱的《大氣環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)》相關(guān)規(guī)定和實(shí)驗(yàn)中液晶顯示屏顯示的灰塵濃度和開度的曲線圖對信號處理系統(tǒng)設(shè)定了相應(yīng)的區(qū)間，當(dāng)灰塵濃度達(dá)到150μg/m3時(shí)開始打開閥門，隨著灰塵濃度增加閥門開度漸漸增大，當(dāng)達(dá)到300μg/m3時(shí)閥門開度最大為1，水量達(dá)到最大，

一、裝置組成

1.pm10灰塵傳感器

本裝置目的為檢測某一點(diǎn)的灰塵濃度，并作為設(shè)定區(qū)域內(nèi)的灰塵濃度進(jìn)行除塵，PM10灰塵傳感器檢測灰塵的濃度范圍是0-1500μg/m3，可以直接設(shè)置在橋面等灰塵遍布的點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2.單片機(jī)及顯示屏

此部分裝置主要是將PM10灰塵傳感器得到的灰塵濃度數(shù)據(jù)通過計(jì)算得到水流量的變化數(shù)據(jù)，并通過電信號實(shí)時(shí)控制閥門開合比例，進(jìn)行水流量的控制。并且考慮到檢測設(shè)備運(yùn)行情況的便利，設(shè)置了實(shí)時(shí)顯示灰塵濃度的顯示屏。

3.電動比例閥門

此電控閥門可以控制閥門開度的大小，從而控制水流量的大小。通過單片機(jī)輸出的電信號，可以做到實(shí)時(shí)控制閥門開度，達(dá)到實(shí)時(shí)控制水流量除塵的效果。

二、數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)內(nèi)容：在實(shí)驗(yàn)室模擬灰塵環(huán)境，通過PM10灰塵傳感器測量灰塵濃度，由信號傳輸系統(tǒng)將信號傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將模擬信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號處理系統(tǒng)將會對信號進(jìn)行處理根據(jù)內(nèi)部設(shè)定的區(qū)間控制閥門開度（設(shè)置灰塵濃度達(dá)到150μg/m3時(shí)閥門開啟，Kmin=15；當(dāng)灰塵濃度達(dá)到300μg/m3時(shí)閥門開度達(dá)到最大Kmin=30）控制出水量，噴頭會噴出不同水量達(dá)到實(shí)時(shí)除塵的效果，我們小組經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)最終得出若干試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體如下：

由實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論：從灰塵濃度由最小到最大的變化過程中用水量成對稱變化。分析單個(gè)濃度減小過程，灰塵濃度整體呈現(xiàn)下降趨勢，但是在閥門開度剛剛減小的微時(shí)段，用水量會呈現(xiàn)上升的過程。這是因?yàn)樵陂y門開度剛開始減小時(shí)，管內(nèi)的水壓瞬間增大，流速增大，單位時(shí)段內(nèi)的流量會增加，具體表現(xiàn)在圖中會有水量上升過程。在開度逐漸減小一段時(shí)間過后，管內(nèi)的水壓會逐漸趨于穩(wěn)定，出水量會明顯減小，達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

裝置特征數(shù)據(jù)：

1、PM2.5量程：0---1000μg/m3，分辨率：1μg/m3，準(zhǔn)確度：±10%

2、PM10量程：0----2mg/m3，分辨率：1μg/m3，準(zhǔn)確度：±10%

3、閥門電壓：0---10V，電流：4---20mA、4、變壓器功率：5VA、220V轉(zhuǎn)24V、學(xué)生電源、220V電源、電磁閥門、單片機(jī)

4、水壓力0.14MPa以上、三通接頭、4分水管、4分霧化噴頭若干

5、當(dāng)灰塵濃度達(dá)到150μg/m3時(shí)閥門開啟，除塵系統(tǒng)開始工作，當(dāng)灰塵濃度達(dá)到300μg/m3時(shí)閥門開度最大，除塵系統(tǒng)達(dá)到最大除塵功率。

6、PM10灰塵傳感器可控范圍：10米 以10米為一個(gè)控制分段，每個(gè)控制分段內(nèi)布置5個(gè)霧化噴頭。

三、數(shù)據(jù)處理：

假設(shè)水壓穩(wěn)定在保證單個(gè)霧化噴頭出水流量為。每個(gè)控制分段內(nèi)出水流量為40ml/s。

單位小時(shí)用水量：V=Q*T=40ml/s*3600s=144000ml=0.144m3

水頭損失：

注：每個(gè)噴頭從左到右依次編號：1、2、3、4、5

水頭損失計(jì)算：查相關(guān)數(shù)據(jù)可知：管道粗糙系數(shù)：n=0.01m，4分管直徑：d=0.0125m

斷面平均流速：

沿程水頭損失：

沿程阻力系數(shù)：

謝才系數(shù)：

水力半徑：

濕周：

局部水頭損失： ，（如上圖從左到右依次 ）

總水頭損失：

根據(jù)數(shù)據(jù)可得：每單位控制分段布置一個(gè)1m3的水箱即可滿足除塵要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張前.城市灑水車智能化噴灑系統(tǒng)[B]，長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院，2015

[2]艾緣緣.丁繼業(yè).多功能自動灑水車的設(shè)計(jì)，第十屆河南省汽車工程技術(shù)研討會，2013年

[3]李剛.高效水霧降塵技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究及工程應(yīng)用[D]，湖南科技大學(xué)，2009

作者簡介：

楊旭，（1996.7.4-），男，漢族，安徽省淮南市人；職稱：學(xué)生；單位：鄭州大學(xué)；專業(yè)：水利水電工程.endprint