【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 及水蒸氣濃度差異造成的擴(kuò)散現(xiàn)象等，這都對(duì)呼吸性粉塵的捕集起重要作用。所以，對(duì)于微細(xì)水霧存在著多種捕塵機(jī)理：（ 1）動(dòng)力學(xué)機(jī)理。在噴霧中，大粒徑液滴仍是利用空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)理來(lái)捕塵的，即通過(guò)粉塵粒子與液滴的慣性碰撞、攔截以及凝聚、擴(kuò)散等作用實(shí)現(xiàn)液滴對(duì)粉塵的捕集；（ 2）云物理學(xué)機(jī)理。微細(xì)水霧噴向含塵空間，在很短時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)時(shí)，使噴霧區(qū)水汽迅速飽和，過(guò)飽和水汽凝結(jié)在粉塵粒子上 ，產(chǎn)生凝聚和并合的微物理過(guò)程 冷凝核化，使攜帶著粉塵粒子的云滴和其它水霧粒相互碰撞、凝并進(jìn)而增重下沉，形成“雨”降落下來(lái)；（ 3）斯蒂芬流的輸運(yùn)機(jī)理。在噴霧區(qū)內(nèi)液滴迅速蒸發(fā)時(shí)，在液滴附近區(qū)域內(nèi)會(huì)造成蒸汽組分的濃度梯度形成由液滴向外流動(dòng)擴(kuò)散的斯蒂芬流。另外，當(dāng)蒸汽在某一核上凝結(jié)時(shí)，也會(huì)造成核周圍蒸汽濃度的不斷降低，形成由周圍向凝結(jié)核運(yùn)動(dòng)的斯蒂芬流。因此，懸浮于噴霧區(qū)中的粉塵粒子，必然會(huì)在斯蒂芬流的輸運(yùn)作用下遷移運(yùn)動(dòng)，最后接觸并粘附在凝結(jié)液滴上被潤(rùn)濕捕集。 引射除塵作用機(jī)理 引射器主要部件包括引射 筒和安裝于引射筒內(nèi)的噴嘴。由于引射器噴嘴噴霧壓力較高，產(chǎn)生的霧氣流速很快，動(dòng)能較大，形成高壓射流，加之高速霧氣流的擴(kuò)散直徑大于引射筒直徑，把引射筒全密閉充滿，高速霧流在引射筒內(nèi)呈紊流狀態(tài)高速推進(jìn)，形成水霧活塞，引射筒前方的空氣被源源不斷的水霧推出去，引射筒的后部及整個(gè)降塵裝置周圍產(chǎn)生了很強(qiáng)的負(fù)壓空間場(chǎng)，因而可以把采煤機(jī)滾筒及附近含塵濃度高的空氣吸入到降塵裝置內(nèi)，粉塵與水霧在引射筒里而不斷地結(jié)合、反復(fù)碰撞、重新組合，大部分粉塵與霧粒結(jié)合在引射筒中沉降下來(lái)，部分粉塵連同水霧撞擊在折流板上，失去了在空氣中的懸浮能 力，很快降落下來(lái)，從而起到負(fù)壓降塵的作用。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 引射筒內(nèi)粉塵的捕集可以分為以下四種方式：（ 1）重力捕集：大塵粒依靠自身重力進(jìn)入水滴。（ 2）慣性碰撞捕集：較大塵粒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中遇到液滴時(shí)，其自身的慣性作用使得它們不能沿流線繞過(guò)液滴仍保持其原來(lái)方向運(yùn)動(dòng)而碰撞到液滴，從而被液滴捕集。（ 3）截留捕集：當(dāng)塵粒隨氣流直接向液滴運(yùn)動(dòng)時(shí)，若塵粒與液滴的距離在一定范圍以內(nèi)，該塵粒將被液滴吸引并捕集。（ 4）布朗擴(kuò)散捕集：微細(xì)塵粒隨氣流運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于布朗擴(kuò)散作用，而沉積在液滴上。 引射除塵器工作原理和性能要求 引射除塵器包括集氣罩 、引射筒、噴水裝置和折流板四大部分（參見(jiàn)圖 21）。其工作原理如下： 工作過(guò)程 放煤時(shí)，高壓水通過(guò)特制的噴水裝置噴入引射筒。噴出的高壓水在引射筒中呈霧狀。霧狀水滴在引射筒中高速前進(jìn)，從而在集氣罩端口處產(chǎn)生負(fù)壓。在負(fù)壓的作用下，工作面的含塵空氣被吸入引射筒；當(dāng)它與水霧混合時(shí)，其中的粉塵被水滴捕集。粉塵與水滴混合后，在折流板的作用下，成為含塵廢水，被排放到輸送機(jī)上，與煤一起運(yùn)出。工作面的粉塵濃度因此得到降低。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 引射除塵器的總體性能要求 （ 1） 吸塵量大 吸塵量是單位時(shí)間內(nèi)吸入的含塵氣體的 體積、即吸風(fēng)量的大小。由除塵器的工作原理可知，影響這一指標(biāo)的因素有供水壓力、噴嘴性能、引射器結(jié)構(gòu)等。 （ 2）粉塵捕集能力高 使進(jìn)入除塵器的粉塵最大限度的被水滴捕集。影響粉塵捕集能力的主要因素有霧滴的速度和粒徑的大小等。一般認(rèn)為霧滴直徑應(yīng)控制在 20～ 50?m范圍內(nèi)，最大不超過(guò) 200?m；霧滴速度以 20～ 30m/s 以上為宜。 （ 3）液氣比小 液氣比 （ K ） 是指除塵器消耗水量 2Q 與吸入的含塵氣體量 1Q 的比值。一般情況下，濕式除塵器中最大氣流速度在 40?150m/s 之間，液氣比在 1:?1: 之間，以選用1:1000?1: 為多。由于除塵器消耗的水量幾乎全部排入運(yùn)出的煤中，水量過(guò)大會(huì)影響出煤質(zhì)量，因此設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量降低液氣。 引射除塵器的總體結(jié)構(gòu) 引射除塵器的安裝位置 本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)的引射除塵器應(yīng)用于 HFS440/19/28（ A）液壓支架上。這是一種中位放頂煤液壓支架，這種液壓支架的放煤口位于支架高度的中部，即在掩護(hù)梁上。工作面為雙輸送機(jī)，前輸送機(jī)在頂梁下面， 后輸送機(jī)在掩護(hù)梁下面，一前一后分別輸送采煤機(jī)的落煤和放落的頂煤。前輸送機(jī)緊挨著人行道，為了保證工作人員的安全，不宜在其上方安裝除塵器；立柱之間有許多管線，還有控制閥，也不宜安裝除塵器。只有掩護(hù)梁下方空間較大，且無(wú)工作人員通過(guò)?；谶@些原因，決定把除塵器安裝在掩護(hù)梁上， 后輸送機(jī)的上方。除塵器不能擋住放煤口，應(yīng)安裝在天窗外側(cè)。制約除塵器總長(zhǎng)度的主要因素為輸送機(jī)上的堆煤高度、吸塵口位置和輸送機(jī)位置。 如圖 22 所示。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 22 引射除塵器的安裝位置 引射除塵器尺寸的確定 制約除塵器總長(zhǎng)度的主要因素為堆 煤高度和輸送機(jī)位置。除塵器要保證煤的最高點(diǎn)不觸及除塵器。根據(jù)上述條件，得總長(zhǎng)度計(jì)算見(jiàn)圖（圖 23）。已知，工作高度 H=2500mm，頂梁上頂面距鉸鏈距離 L1=200mm，底座下底面距鉸鏈距離 L2=1000mm，掩護(hù)梁長(zhǎng)度L3=2380mm， A 點(diǎn)距鉸鏈距離 L4=1640mm，堆煤高度 H1=650mm，輸送機(jī)距下底面距離為 300mm。 由圖可知，引射除塵器總長(zhǎng)度 L 應(yīng)滿足以下關(guān)系： L sinα +H1+300＜ L4 sinα +L2 圖 23 引射器總長(zhǎng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 sinα =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =錯(cuò)誤 !未找到引用源。 = ∴ L＜ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ∴ L＜ 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =1732mm 在 L小于 1732mm范圍內(nèi)，考慮折流板與輸送機(jī)的相對(duì)位置，最后確定總長(zhǎng)度為 1180mm。 在寬度方向上掩護(hù)梁護(hù)板留給除塵器的空間為 250mm。考慮到與除塵器相連接的高壓水管也要占據(jù)一定的空間，最后確定總寬度為 170mm。在高度方向上尺寸的確定因素是考慮到與寬度尺寸的協(xié)調(diào)，確定為 225mm。 引射除塵器的零部件結(jié)構(gòu) 在能實(shí)現(xiàn)除塵的前提下，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。依此原則設(shè)計(jì)。利用 Solidworks 進(jìn)行設(shè)計(jì)制圖（圖 24）。 Solidworks 簡(jiǎn)介 Solidworks 是一套機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，采用用戶熟悉的 windows 圖形用戶界面，由美國(guó) solidworks 公司于 1995 年 11 月研制開(kāi)發(fā)的，它提供基于特征的實(shí)體建模功能，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁、高級(jí)曲面、抽殼、筋、列陣以及打孔等特征操作實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。目前較新的版本，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖，圖形界面友好，操作方便，易于掌握，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空等領(lǐng)域。 Solidworks 具有如下基本特性： 圖 24 solidworks界面 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （ 1） Solidworks 模型由零件、裝配體及工程圖組成、并且三者具有聯(lián)動(dòng)功能，可以相互轉(zhuǎn)化。 （ 2） Solidworks 使用三維設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)零件時(shí)，從初始草圖開(kāi)始，創(chuàng)建一個(gè)三維零件模型，并且用這個(gè)三維零件模型可建立二維工程圖和三維裝配體。 （ 3） Solidworks 是一種尺寸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可指定尺寸和各實(shí)體之間的關(guān)系，改變尺寸就能改變零件的尺寸和形狀，并保留原有設(shè)計(jì)意圖。 （ 4）具有特征造型功能，一般可用草圖建立一個(gè)基本特征，然后附加上更多的特征，最終建立零件模型。 （ 5）給定材料或密度 SolidWorks 可以根據(jù)模型形狀自動(dòng) 計(jì)算重量，精確度 100%，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)者的計(jì)算量。 （ 6） SolidWorks 可安裝一些插件，提供有限元計(jì)算的優(yōu)異分析功能。進(jìn)行仿真模擬。 隨著 solidworks 的不斷完善，已逐漸運(yùn)用到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)制造業(yè)的各個(gè)行業(yè)之中，對(duì)加快設(shè)計(jì)和制造速度，降低生產(chǎn)成本有很大的意義。 solidworks 便于進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并且在一些領(lǐng)域已經(jīng)產(chǎn)生了具有一定實(shí)用價(jià)值的產(chǎn)品。 總裝 按照加工要求，把機(jī)體分成了四大部分，即集氣罩、引射筒、噴嘴座和折流板。集氣罩以焊接的方式與引射筒相聯(lián)，噴嘴座和折流板均通過(guò)螺栓與引射筒 相聯(lián)。如圖 25。 圖 25 總裝圖 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 聯(lián)接耳 用于把除塵器聯(lián)到液壓支架的掩護(hù)梁上。如圖 26。 圖 26 聯(lián)接耳 引射筒 引射筒是引射除塵器的主要組成部分。噴嘴在引射筒內(nèi)射流而形成負(fù)壓區(qū)，粉塵由引射筒口吸入，并在引射筒中與水霧混和凝并。引射筒的結(jié)構(gòu)對(duì)引射除塵器的負(fù)壓大小和粉塵與水霧的溶和狀況有很大影響。引射筒的型式很多，但大致分為變徑管和不變徑管兩類?？紤]到變徑管的加工工藝復(fù)雜，成本較高，而綜采工作面所用引射除塵器的數(shù)量很大，大大增加了煤礦的投入，因此，我們決定選用不變徑管作 為引射筒。 引射筒通過(guò)聯(lián)接板來(lái)聯(lián)接集氣罩和折流板。引射筒是吸塵和降塵的主要部件，引射筒尺寸和噴嘴在其上面的安裝位置均是由試驗(yàn)確定的，比如其直徑和長(zhǎng)度的確定，開(kāi)口位置及功能等。 集氣罩用來(lái)引導(dǎo)利用礦井巷道的主風(fēng)流，其部件圖如圖 27。集氣罩由板 板 板3組成。如圖 2 2 210。 圖 27 集氣罩 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 28 板 1 圖 29 板 2 圖 210 板 3 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 引射筒如圖 211。 聯(lián)接板如圖 212。 折流板 折流板的作用是使含塵廢水改變方向，讓廢水流入輸送機(jī) ，以免它積留在采煤工作面上。但是折流板的存在，會(huì)在除塵器出水口處產(chǎn)生回風(fēng)，影響除塵器的除塵效率。 折流板主要包括聯(lián)接板、擋水板、斜套和螺桿。擋水板是該部件的主要組成部分，它的主要作用是使廢水流到煤輸送機(jī)上。螺桿用來(lái)加固擋水板，斜套用來(lái)安裝螺桿。 圖 211 引射筒 圖 212 聯(lián)接板 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 折流板部件圖如圖 213。 擋水板如圖 214。 圖 213 折流板 圖 214 擋流板 斜套如圖 215。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 215 斜套 螺桿如圖 216。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 216 螺桿 膠墊 放置在噴嘴座與引射筒的接觸部位，減少兩者的碰撞。如圖 217。 圖 217 膠墊 噴嘴座 主要包括噴嘴底座、過(guò)渡接頭和弧形蓋板。噴嘴底座用來(lái)把噴嘴固定在過(guò)渡接頭上。噴嘴座部件圖如圖 218。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 過(guò)渡接頭是高壓供水系統(tǒng)和除塵器的連接部件。如圖 219。 圖 219 過(guò)渡接頭 噴嘴底座如圖 220。 圖 218 噴嘴座 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 220 噴嘴底座 弧形蓋板起密封作用。如圖 221。 圖 221 弧形蓋板 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 噴嘴 噴嘴是引射除塵器中噴水裝置的關(guān)鍵部件，它的性能包括噴出霧粒的大小、速度及水霧的霧化角等，噴嘴的性能直接影響引射除塵器的效率指標(biāo)。 噴嘴按用途大致分為 三類： （ 1）用于切割的噴嘴。影響這種噴嘴性能的參數(shù)主要是噴嘴出口處的錐角和噴嘴出口段的長(zhǎng)度。 （ 2）用于清洗的噴嘴。其結(jié)構(gòu)與切割用噴嘴基本相同，只是要求沖擊力不能過(guò)大，以保證清洗對(duì)象不受損傷。有時(shí)為增大清洗面積，還在普通噴嘴出口處開(kāi)個(gè)淺槽，這就是所謂的扇形噴嘴。水流出時(shí)，沿槽的方向展開(kāi)為扇形，以增大清洗面積。 （ 3）著重霧化效果的噴嘴。這種噴嘴多用于噴涂、降塵等。例如：螺旋流體霧化噴嘴，旋流室導(dǎo)流溝的軸線與平面成一定角度，目的是增加旋流體的紊流度，經(jīng)噴嘴噴射后水霧呈實(shí)心錐傘狀。 從結(jié)構(gòu)型式看，噴嘴又分為有 旋芯和無(wú)旋芯兩種型式。霧化用噴嘴均有旋芯，切割用噴嘴一般無(wú)旋芯。旋芯是霧化的關(guān)鍵，旋芯的旋轉(zhuǎn)增加水流的紊流度，把部分水射流的壓力能轉(zhuǎn)化成細(xì)微水滴的速度能，使水流得以霧化。