【文章內(nèi)容簡介】 及水蒸氣濃度差異造成的擴散現(xiàn)象等，這都對呼吸性粉塵的捕集起重要作用。所以，對于微細水霧存在著多種捕塵機理：（ 1）動力學機理。在噴霧中，大粒徑液滴仍是利用空氣動力學機理來捕塵的，即通過粉塵粒子與液滴的慣性碰撞、攔截以及凝聚、擴散等作用實現(xiàn)液滴對粉塵的捕集；（ 2）云物理學機理。微細水霧噴向含塵空間，在很短時間內(nèi)蒸發(fā)時，使噴霧區(qū)水汽迅速飽和，過飽和水汽凝結在粉塵粒子上 ，產(chǎn)生凝聚和并合的微物理過程 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、凝并進而增重下沉，形成“雨”降落下來；（ 3）斯蒂芬流的輸運機理。在噴霧區(qū)內(nèi)液滴迅速蒸發(fā)時，在液滴附近區(qū)域內(nèi)會造成蒸汽組分的濃度梯度形成由液滴向外流動擴散的斯蒂芬流。另外，當蒸汽在某一核上凝結時，也會造成核周圍蒸汽濃度的不斷降低，形成由周圍向凝結核運動的斯蒂芬流。因此，懸浮于噴霧區(qū)中的粉塵粒子，必然會在斯蒂芬流的輸運作用下遷移運動，最后接觸并粘附在凝結液滴上被潤濕捕集。 引射除塵作用機理 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，動能較大，形成高壓射流，加之高速霧氣流的擴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，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降塵裝置周圍產(chǎn)生了很強的負壓空間場，因而可以把采煤機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合、反復碰撞、重新組合，大部分粉塵與霧粒結合在引射筒中沉降下來，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，從而起到負壓降塵的作用。 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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入水滴。（ 2）慣性碰撞捕集：較大塵粒在運動過程中遇到液滴時，其自身的慣性作用使得它們不能沿流線繞過液滴仍保持其原來方向運動而碰撞到液滴，從而被液滴捕集。（ 3）截留捕集：當塵粒隨氣流直接向液滴運動時，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）布朗擴散捕集：微細塵粒隨氣流運動時，由于布朗擴散作用，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（參見圖 21）。其工作原理如下： 工作過程 放煤時，高壓水通過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，從而在集氣罩端口處產(chǎn)生負壓。在負壓的作用下，工作面的含塵空氣被吸入引射筒；當它與水霧混合時，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，被排放到輸送機上，與煤一起運出。工作面的粉塵濃度因此得到降低。 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 6 引射除塵器的總體性能要求 （ 1） 吸塵量大 吸塵量是單位時間內(nèi)吸入的含塵氣體的 體積、即吸風量的大小。由除塵器的工作原理可知，影響這一指標的因素有供水壓力、噴嘴性能、引射器結構等。 （ 2）粉塵捕集能力高 使進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。一般認為霧滴直徑應控制在 20～ 50?m范圍內(nèi)，最大不超過 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出的煤中，水量過大會影響出煤質量，因此設計中應盡量降低液氣。 引射除塵器的總體結構 引射除塵器的安裝位置 本項目所設計的引射除塵器應用于 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，即在掩護梁上。工作面為雙輸送機，前輸送機在頂梁下面， 后輸送機在掩護梁下面，一前一后分別輸送采煤機的落煤和放落的頂煤。前輸送機緊挨著人行道，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。只有掩護梁下方空間較大，且無工作人員通過?；谶@些原因，決定把除塵器安裝在掩護梁上， 后輸送機的上方。除塵器不能擋住放煤口，應安裝在天窗外側。制約除塵器總長度的主要因素為輸送機上的堆煤高度、吸塵口位置和輸送機位置。 如圖 22 所示。 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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 制約除塵器總長度的主要因素為堆 煤高度和輸送機位置。除塵器要保證煤的最高點不觸及除塵器。根據(jù)上述條件，得總長度計算見圖（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，掩護梁長度L3=2380mm， A 點距鉸鏈距離 L4=1640mm，堆煤高度 H1=650mm，輸送機距下底面距離為 300mm。 由圖可知，引射除塵器總長度 L 應滿足以下關系： L sinα +H1+300＜ L4 sinα +L2 圖 23 引射器總長度計算簡圖 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 8 sinα =錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 = ∴ L＜ 錯誤 !未找到引用源。 ∴ L＜ 錯誤 !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的相對位置，最后確定總長度為 1180mm。 在寬度方向上掩護梁護板留給除塵器的空間為 250mm?？紤]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構 在能實現(xiàn)除塵的前提下，力求結構簡單。依此原則設計。利用 Solidworks 進行設計制圖（圖 24）。 Solidworks 簡介 Solidworks 是一套機械設計自動化軟件，采用用戶熟悉的 windows 圖形用戶界面，由美國 solidworks 公司于 1995 年 11 月研制開發(fā)的，它提供基于特征的實體建模功能，通過拉伸、旋轉、薄壁、高級曲面、抽殼、筋、列陣以及打孔等特征操作實現(xiàn)產(chǎn)品設計。目前較新的版本，可以十分方便地實現(xiàn)復雜的三維零件實體造型、復雜裝配和生成工程圖，圖形界面友好，操作方便，易于掌握，廣泛應用于機械、汽車、航空等領域。 Solidworks 具有如下基本特性： 圖 24 solidworks界面 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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)動功能，可以相互轉化。 （ 2） Solidworks 使用三維設計方法設計零件時，從初始草圖開始，創(chuàng)建一個三維零件模型，并且用這個三維零件模型可建立二維工程圖和三維裝配體。 （ 3） Solidworks 是一種尺寸驅動系統(tǒng)，可指定尺寸和各實體之間的關系，改變尺寸就能改變零件的尺寸和形狀，并保留原有設計意圖。 （ 4）具有特征造型功能，一般可用草圖建立一個基本特征，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 計算重量，精確度 100%，大大簡化了設計者的計算量。 （ 6） SolidWorks 可安裝一些插件，提供有限元計算的優(yōu)異分析功能。進行仿真模擬。 隨著 solidworks 的不斷完善，已逐漸運用到國內(nèi)生產(chǎn)制造業(yè)的各個行業(yè)之中，對加快設計和制造速度，降低生產(chǎn)成本有很大的意義。 solidworks 便于進行二次開發(fā)，并且在一些領域已經(jīng)產(chǎn)生了具有一定實用價值的產(chǎn)品。 總裝 按照加工要求，把機體分成了四大部分，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螺栓與引射筒 相聯(lián)。如圖 25。 圖 25 總裝圖 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 10 聯(lián)接耳 用于把除塵器聯(lián)到液壓支架的掩護梁上。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。引射筒的結構對引射除塵器的負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。考慮到變徑管的加工工藝復雜，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。 引射筒通過聯(lián)接板來聯(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確定的，比如其直徑和長度的確定，開口位置及功能等。 集氣罩用來引導利用礦井巷道的主風流，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 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 11 圖 28 板 1 圖 29 板 2 圖 210 板 3 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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 ，以免它積留在采煤工作面上。但是折流板的存在，會在除塵器出水口處產(chǎn)生回風，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上。螺桿用來加固擋水板，斜套用來安裝螺桿。 圖 211 引射筒 圖 212 聯(lián)接板 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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。 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 14 圖 215 斜套 螺桿如圖 216。 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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、過渡接頭和弧形蓋板。噴嘴底座用來把噴嘴固定在過渡接頭上。噴嘴座部件圖如圖 218。 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 16 過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 過渡接頭 噴嘴底座如圖 220。 圖 218 噴嘴座 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（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 中國礦業(yè)大學（北京） 2021 屆本科生畢業(yè)設計（論文） 18 噴嘴 噴嘴是引射除塵器中噴水裝置的關鍵部件，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。 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度。 （ 2）用于清洗的噴嘴。其結構與切割用噴嘴基本相同，只是要求沖擊力不能過大，以保證清洗對象不受損傷。有時為增大清洗面積，還在普通噴嘴出口處開個淺槽，這就是所謂的扇形噴嘴。水流出時，沿槽的方向展開為扇形，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心錐傘狀。 從結構型式看，噴嘴又分為有 旋芯和無旋芯兩種型式。霧化用噴嘴均有旋芯，切割用噴嘴一般無旋芯。旋芯是霧化的關鍵，旋芯的旋轉增加水流的紊流度，把部分水射流的壓力能轉化成細微水滴的速度能，使水流得以霧化。