一種煤礦掘進機用噴霧降塵裝置的設(shè)計

宋禮強

（山西煤炭運銷集團三元石窟煤業(yè)有限公司， 山西 長治 046000）

1 項目概況

噴霧降塵的技術(shù)原理是利用噴霧產(chǎn)生的微粒，基于其表面張力為零的特性能迅速吸附空氣中的各種大小灰塵顆粒，從而實現(xiàn)在環(huán)境中降塵，主要是適用于大型開闊范圍環(huán)境中，在煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場和選煤廠車間的應(yīng)用較為廣泛。當前粉塵是煤礦井常見五大災(zāi)害之一，對職工身體健康危害極大，還存在粉塵爆炸的安全隱患。當前市面上用于煤礦井下的噴霧降塵裝置結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，采用大量的電子器件，在煤礦的惡劣環(huán)境下使用難以保證噴霧降塵工作的穩(wěn)定進行。為此，山西某煤礦1703 掘進工作面亟需一種煤礦掘進機用噴霧降塵裝置，要求該裝置的結(jié)構(gòu)簡單，且噴霧效果好，適用于煤礦掘進機的惡劣工作環(huán)境。

2 新型煤礦掘進機噴霧降塵裝置的設(shè)計

2.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

針對煤礦掘進機降塵的需要，設(shè)計了一種新型的煤礦掘進機用噴霧降塵裝置，該降塵裝置結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 新型煤礦掘進機用噴霧降塵裝置示意圖

該裝置主要包括機箱、噴霧筒、擺動裝置、進風管和供水箱五大部分。機箱設(shè)置于掘進機機體上，機箱上設(shè)置有噴霧筒，進風管位于噴霧筒中部并與噴霧筒連通；噴霧筒內(nèi)固定有兩個鼓風機，分別位于進風管與噴霧筒連接處的兩側(cè)；進風管內(nèi)設(shè)有吸水套，吸水套外側(cè)壁與進風管內(nèi)側(cè)壁固定，且吸水套的內(nèi)壁直徑沿其自身軸線方向逐漸變大再逐漸變??；噴霧筒頂部還設(shè)有供水箱，供水箱內(nèi)設(shè)有用于成霧所需的水，且供水箱與所述進風管之間設(shè)有連接管；連接管一端與供水箱底部連接，并與供水箱內(nèi)部連通，連接管另一端與吸水套內(nèi)側(cè)壁連通，且連接管與吸水套的連通處設(shè)置于吸水套內(nèi)壁的內(nèi)徑最小處[1-2]。

擺動裝置結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要包括轉(zhuǎn)動柱、蝸輪、蝸桿、第一錐齒輪、伺服電機以及第二錐齒輪。轉(zhuǎn)動柱為圓形柱狀，其軸線豎直，設(shè)置于機箱內(nèi)，轉(zhuǎn)動柱下端與機箱內(nèi)底面轉(zhuǎn)動連接，且轉(zhuǎn)動柱上端依次穿過機箱內(nèi)頂面以及機箱上表面，并與噴霧筒底面中心固定。蝸輪設(shè)置于機箱內(nèi)并套設(shè)于轉(zhuǎn)動柱上，蝸輪與轉(zhuǎn)動柱固定。蝸桿水平設(shè)置于機箱內(nèi)，蝸桿兩端分別與機箱相對的兩側(cè)內(nèi)側(cè)壁轉(zhuǎn)動連接，蝸桿與蝸輪嚙合。第一錐齒輪套設(shè)于蝸桿上并與蝸桿固定，伺服電機設(shè)置于機箱內(nèi)并與機箱的內(nèi)頂面固定，第二錐齒輪與伺服電機的輸出軸固定。第一錐齒輪的齒數(shù)數(shù)倍于第二錐齒輪的齒數(shù)，且第一錐齒輪與第二錐齒輪嚙合設(shè)置，當伺服電機啟動時，伺服電機往復(fù)轉(zhuǎn)動，第二錐齒輪與第一錐齒輪轉(zhuǎn)動，帶動了蝸桿轉(zhuǎn)動，從而使得渦輪以及轉(zhuǎn)動柱轉(zhuǎn)動，驅(qū)動了噴霧筒擺動。

圖2 擺動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

噴霧筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3 所示，進風管為開口呈圓形的管狀結(jié)構(gòu)，其軸線豎直，下端與噴霧筒上表面固定并與內(nèi)頂面連通，進風管設(shè)置于噴霧筒的中部。噴霧筒內(nèi)設(shè)有的兩個鼓風機于噴霧筒的長度方向上分別設(shè)置于進風管兩側(cè)。進風管設(shè)有的環(huán)繞管呈圓圈狀，其內(nèi)部中空，且其截面呈圓環(huán)形。環(huán)繞管套設(shè)于進風管上并與進風管的外側(cè)壁焊接固定。吸水套為開口呈圓形的套狀結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑沿其軸線由其端部至其中部由大變小，吸水套設(shè)置于進風管內(nèi)，吸水套的外側(cè)壁與進風管的內(nèi)側(cè)壁焊接固定，此外，環(huán)繞管在豎直方向上位于吸水套的中部位置。進風管的管壁內(nèi)埋設(shè)有通水細管，為細圓管狀，其軸線水平，通水細管一端與環(huán)繞管的外壁固定并與其內(nèi)壁連通，通水細管另一端穿過吸水套外側(cè)壁并與吸水套內(nèi)側(cè)壁連通。通水細管共設(shè)有四根，四根通水細管環(huán)繞進風管的軸線均勻分布。通水細管連通吸水套連通的一端固定有碎流板，呈圓形板狀，且碎流板的板面上開設(shè)有微孔，開口呈圓形，微孔內(nèi)徑小于1 mm。吸水套內(nèi)側(cè)壁上固定有多個擾流凸起，呈半球狀，且擾流凸起均勻分布于吸水套的內(nèi)側(cè)壁上。環(huán)繞管的管壁內(nèi)埋設(shè)有電熱絲，呈螺旋狀，電熱絲的螺旋軸線與環(huán)繞管的軸線環(huán)繞分布，且電熱絲沿環(huán)繞管的軸線延伸。

圖3 噴霧筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

噴霧筒上設(shè)有矩形供水箱，其內(nèi)部中空，底面與噴霧筒上表面固定。供水箱內(nèi)設(shè)有用于霧化空氣所需的水分，且內(nèi)側(cè)壁上開設(shè)有觀察口，開口呈矩形，其與供水箱外連通，且觀察口內(nèi)固定有透明玻璃，用以觀察供水箱內(nèi)水位。供水箱上還設(shè)有進水口，呈圓管狀，其軸線豎直，且下端與供水箱的上表面固定并與供水箱內(nèi)頂面連通，使得供水箱內(nèi)的水位上側(cè)保持與大氣壓平衡，也方便了使用者往供水箱內(nèi)添加水。供水箱上還設(shè)有連接管，連接管為圓管狀，由不銹鋼制成，連接管一端與供水箱的外側(cè)壁固定并與內(nèi)部連通，另一端與環(huán)繞管的外壁固定并與環(huán)繞管內(nèi)部連通，且連接管與供水箱的連接處設(shè)置于供水箱底部。

2.2 噴霧降塵裝置工作原理

當掘進機進行作業(yè)時，噴霧筒內(nèi)的兩個鼓風機同時啟動，使得噴霧筒內(nèi)兩個鼓風機之間的空間內(nèi)形成負壓，而進風管外的氣壓為大氣壓，從而形成進風管外與噴霧筒內(nèi)的氣壓差，使得外界氣流通過進氣管進入至噴霧筒內(nèi)，再通過鼓風機的作用通過噴霧筒兩端噴出，在此過程中，氣流通過進風管內(nèi)的吸水套時，由于吸水套的內(nèi)壁直徑變化，使得氣流經(jīng)過吸水套內(nèi)徑最小處時流速加快，從而使得連接管與吸水套的連接處的氣壓極小，使得供水箱內(nèi)的水流在氣壓差的作用下通過連接管進入吸水套內(nèi)，進入吸水套內(nèi)的水流處于流速最快的氣流內(nèi)，在氣流的沖擊作用下，水流破碎呈小水珠狀并隨氣流最終排出噴霧筒，使得掘進機工作環(huán)境內(nèi)的空氣中漂浮有小水珠，吸附了空氣內(nèi)的塵埃，降塵效果好，此外，該噴霧降塵裝置采用機械原理達到噴霧效果，適用于掘進機惡劣的工作環(huán)境[3-5]。

3 實踐應(yīng)用效果分析

該新型煤礦掘進機用噴霧降塵裝置在研制完成后，在山西某煤礦1703 掘進工作面EB160 型掘進機上進行了安裝調(diào)試，并投入應(yīng)用，通過對現(xiàn)場粉塵濃度的檢測，降塵效果理想。同時該新型噴霧降塵裝置上安裝有激光灰塵傳感器，可以能夠根據(jù)掘進現(xiàn)場粉塵濃度的不同來自動調(diào)節(jié)噴霧的濃度，還安裝有扇片，能夠?qū)⑺F送出更遠的距離和覆蓋更大的面積，增大降塵面積，提高降塵的效果；同時司機可以通過無線通信芯片在煤礦掘進機內(nèi)對本裝置進行操控，大大提高了工作效率。該煤礦掘進機用噴霧降塵裝置的設(shè)計是合理成功的，可以在各類型掘進機上進行推廣應(yīng)用。