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正文內(nèi)容

液壓支架引射除塵器的優(yōu)化研究畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2025-04-08 05:37 本頁(yè)面
 

【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。
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