采煤机喷雾系统改进设计

喷雾系统知识

    由于采煤机在工作时会产生大量粉尘，灭尘、降尘设备就成为了采煤机不可或缺的部分。常见的灭尘降尘措施有外喷雾和内喷雾2种方法。AM-50掘进机是一种整体尺寸小，切割断面较大的部分断面掘进机，自20世纪80年代技术引进以来，在全国各类煤矿得到了广泛应用，为煤矿开采事业的发展做出了巨大的贡献。在多年煤矿井下使用中，普遍反映其喷雾系统压力低，流量小，喷雾除尘效果不理想，喷雾架易砸坏。增加内喷雾系统、加强喷雾架后，使用效果却不明显，问题没有得到根本解决。在对其使用中存在的问题进行分析的基础上，提出了完善的改进设计方法，并取得了良好效果。

    1 存在的问题

    掘进机作业时，喷雾除尘过程主要捕捉粉尘，使粉尘粒子着水后被湿润，重量增加，速度减慢而沉降。影响除尘效果的因素包括：喷雾嘴射流的掺气量、喷嘴的形式和安装位置和喷嘴处的水压等。

    使用过程中喷雾嘴存在的问题主要表现为：

    (1)外喷雾供水由截割电机冷却水单路提供。受截割电机水套设计耐压限制，外喷雾供水压力<1MPa，流量<25L/min，能力不足。

    (2)喷嘴自制，结构落后，效果差，与目前煤矿井下采煤机大量使用的引射喷嘴不能互换。

    (3)喷雾架上端的3个喷嘴安装角度不理想，使所喷水雾40%左右打在截割头上，没有直接作用于喷雾对象。

    (4)喷雾架外型突兀、呆痴、单薄，自身保护能力低，易被大块煤岩砸坏。许多煤矿用户在整机到矿后，即用本矿粗大的自制喷雾架替代。

    (5)各管接头采用卡套式形式，安装、维修、更换不便。

    (6)喷雾嘴射流掺气量不高，造成除尘效果不明显。

    2 喷雾嘴改进设计

    2.1 外形结构改进设计

    (1)外喷雾供水设计为2路：一路低压水，供截割电机冷却后，再将冷却水完全供给喷雾架上端的3个喷嘴，使通过该3个喷嘴的流量增加；另一路高压供水，供给左、右喷嘴座的8个喷嘴，该路高压水可用地面水或由泵提供，水压可达3～5MPa，流量也大大增加。

    (2)喷嘴采用采煤机大量使用的PAA~2/60引射喷嘴，不仅便于互换，且中心孔径由1mm扩大到2mm，增加了流量。引射喷嘴的工作原理及优点：从喷嘴中心孔喷出的高速水流，把喷嘴周围的空气经引风孔吸入喷嘴，气水混合的结果使雾化效果得到改善，同时也可从空气中捕集粉尘，因而除尘效果大为提高。喷嘴出口得到有效保护，不易堵塞和磨损。

    (3)喷雾架上端的3个喷嘴的安装角度向上抬5^o，使大部分所喷水雾避开截割头而直接作用于截割对象上。

    (4)喷雾架外型设计时，将两端设计为圆弧过度，增加盖板厚度(板厚由16mm增加到25mm)，大大提高了其自身保护能力。

    (5)各管接头采用快速接头形式，方便了井下的维修、更换。

2.2 内部结构改进设计

    影响喷雾法灭尘、降尘效果的另一个主要因素是喷雾嘴射流的掺气量，而掺气量与喷嘴的射流冲击角有直接关系。显然，为喷雾嘴设计合适的射流冲击角，是非常重要的。

    2.2.1 掺气量和射流冲击角关系

    范迪桑德一史密斯(Van de Sande，Smith1973)系统地研究了射流速度(从低速到高速)对掺气量的影响。他发现当射流速度增加时，掺气量的变化有明显的区域，即低速射流区，过渡区和高速区。在低速射流区，随着速度的增加，掺气量急剧增加；在过渡区，掺气量随速度变化较平缓；在高速区，掺气量又急剧增加。射流表面扰动及其与受纳水之间的干扰，在较高速度时显得不那么重要(这在低速区时非常重要)；当射流速度很高时，在射流与受纳水体之间形成一连续的气层，从而使掺气量急剧增加。冲击射流在受纳水体内诱导出一个空洞，洞内的负压有助于卷吸空气，实验结果也证实了这一假说。当射流冲击角从30^o变化到60^o时，掺气量具有减小的趋势；而冲击角为60^o、70^o和75^o时的掺气量与垂直射流相近。

     按上述设计思想设计的，淮南煤矿机械厂新产品EBH-120型掘进机的喷雾系统，大大提高了机器作业时的喷雾除尘效果，减小了井下维修工作量，更利于安全生产，提高掘进效率，极大地减小了对操作工人的健康威胁。

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