工业技术科技创新导报bookmark0孔口高压水射流吸风除尘试验陈存强(淮北矿业股份有限公司芦岭煤矿安宿州压水射流吸风除尘装置进行了钻孔现场的工业性试验。结果表明,钻孔口采用高压水射流吸风除尘技术降尘效果明显,且系统简单、使用方便。
表1粉尘浓度测定汇总表项目全尘呼吸性粉尘司机处回风58m司机处回风58m应用前粉尘浓度mg/m320134846.582应用后粉尘浓度mg/m316.520.54.55.6降尘率91.7994.1190.3293.17为治理钻孔产生的粉尘,国内外主要采取湿式钻孔、孔内喷雾和干式钻孔孔口捕尘措施,湿式钻孔、孔内喷雾效果不错,但不适用采用压缩空气为动力的顺煤层排瓦斯钻孔,钻孔口捕尘可分为钻孔口外喷雾、孔口封闭加除尘器、钻孔口泡沫捕尘和钻孔口吸尘除尘技术,但孔口外喷雾、孔口封闭加除尘器不利于现场操作。钻孔口吸尘除尘技术中,吸尘和除尘为两套装置,吸风吸尘方法主要为叶轮旋转风机、压气引射或风动马达吸尘,除尘器主要有惯性除尘器、旋风除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器等,体积大、笨重、成本高。因此,本文采用高压水射流吸尘除尘,并研制了一套具有吸尘和除尘两大功能、且结构简单的高压水射流吸除尘装置,且在排瓦斯钻孔现场进行了试验。
1高压水射流吸除尘机理高压水射流吸除尘装置由喷嘴、吸入室(圆形外部吸气罩+渐缩管)、喉管、扩散管以及脱水器等部件组成,它是通过各部件的综合作用来完成它的预定功能,其抽风工作原理与液气射流泵非常相似。首先,压力水通过喷嘴高速喷射出时,与静止的空气存在速度不连续的间断面,间断面受到不可避免的干扰,失去稳定而产生涡旋,涡旋卷吸周围空气进入射流,同时不断移动、变形、分裂,产生紊动,这样,水射流与含尘空气产生动量交换,使之产生负压而将气体从吸入室及外界卷吸到喉管;然后,水射流到达喉管时,因喉管断面最小,射流在喉管处的速度增至最高,其气压也降到最低,从而促使吸入室内及外界含尘空气向喉管流动;其次,射流在喉管运动中,水射流和含尘空气呈多相混合运动,它们进行能量和质量的传递,结果又使外界及吸入室的含尘气体增加;最后,射流水在扩散管运动时,含尘水气速度也已经基本一致,由于扩散管断面呈增大趋势,水气速度减小,使得水气混合物的部分动能转化成压能,又增加了抽吸和压缩的效果。
高压水射流吸除尘装置的除尘过程是,当外部空气中含有粉尘时,则含尘气体由于除尘器的卷吸作用通过吸入室被吸入至射流管内。射流管内部的旋流状态让含尘气体与压气水进行初步混合。在混合流进入喉管后,由于流动面积的减小以及速度的增大,含尘气体与压气水进一步混合,在进行能量和质量交换的同时,粉尘与射流中的水发生碰撞并凝结。此时,大部分粉尘由于与水的碰撞而被捕捉。混合相继续向前运动进入扩散段,由于扩散段断面的不断扩大,混合相的速度逐渐降低,在此阶段水与粉尘继续发生惯性碰撞。同时一部分水滴凝结后由于重力作用开始沉降,一部分含尘水滴则由于管壁的粘滞性作用转变成含尘水流。在混合相通过二次旋流导流装置时,因导流装置中的导流叶片是固定不动的,使得混合相通过叶片产生二次旋转,此时,大部分残留在混合相中的水(特别是含尘水)被分离出来,形成连续的液固流排出射流管。在高压水射流吸除尘装置中,水与含尘空气接触方式大致有水滴、水膜和气泡三种形式,这三种接触形式的捕尘机理主要是依靠惯性碰撞、截留、布朗扩散及凝集作用来捕尘的。
水力射流吸除尘器内部射流为二次实心旋转射流,忽略体积力和粘性项,其微分方程可由轴对称、稳定湍流的柱坐标(x,y,r)的雷诺运动方程和连续性方程表示。同时根据旋转射流的边界层近似有:径向速度梯度远大于轴向速度梯度,轴向和切向分量为同一量级,且远大于径向分量。忽略径向分量沿x和r方向的梯度,则方程可表示为:向、径向和切向的时均速度分量;M,V和W表示速度的湍流分量。
2试验工作面概况工业性试验选在淮北矿业股份有限公司芦岭煤矿927工作面风巷。
斜长度110m面积69300m2,该面8煤顶分层已回采结束,剩余8煤层厚度4.15.35m,工业技术器作起动时的电流比用市电直接起动小,电动机的发热也小,使高度频繁地运转及停止变得有可能。
2.2变频器驱动的转矩特性的分析对于传送带使用的变频器选择上,应充分考虑传送带电动机的转矩特性。特别重要的是确保低速时有充分的连续运转转矩和起动所需要的转矩,由此来研究其变频器与电动机的组合。传送带上普通电动机用变频器驱动的场合下,转矩特性曲线如所示。
图中可以看出,由于用变频器驱动时比用市电运转时电动机的温升会略微增大,特别是低速时由于外部风扇冷却效果变差,因此对应于低频率有必要减少其转矩,在超过连续最大转矩的场合,必须使用厂家推荐的变频器专用电动机。
3实践在小型带式输送机采用变频驱动时,当电气制动产生的能量很大时,为了解决这个问题,实际工作中我们采用了在变频器附加的制动装置上加制动电阻器的方法,如所示,用制动电阻器的发热来消耗掉一部分能量。虽然,通常的传送带是恒转矩负载,即使在低速,受负载阻力的制动也十分起作用,没有制动电阻也可以短时间内减速。但是,在想要达到在固定位置停止的场合,从高速运行状态过渡到低速爬行,必须要短时间内能减速,此时用制动电阻器较好。
在以U/f为恒定值控制时,通用变频器在低频区域,因感应电动机初级侧绕组的电压降影响,转矩变低,电动机产生过热,造成振动和噪音。使用在恒转矩传送带上时,必须有转矩补偿,所以转矩提升功能是变频器所必需的。使用过程中发现,最有效果的是按转矩运算方式补偿,该方式由于按变频器本身确定的最佳值,可以经调整就得到同原有转矩特性相称的特性。而且发挥了很好的节能效果。这种转矩运算方式被称作全范围、全自动转矩提升功能,可以正确地把握负载所要求的转矩。为了确保低速时有充分的力矩做滑行运转,当制动不足时,由于传送带以惯性前进,会造成停止精度低下。为了能感应电动机传动和变频器应用技术够迅速处理从高速减速到低速时产生的再生能量,接入了制动用科技创新导报电阻器,使得能向爬行速度平滑地过渡。
4结论在小型带式输送机上采用变频器驱动,使传输带起动和停止时的冲击和振动大大减少,保证了货物运输过程中的平稳;(2)在超过连续最大转矩的场合,必须使用厂家推荐的变频器专用电动机3)变频器可以吸收电动机的大部分能量,可以大大减少制动力矩,提高了驱动控制的柔软性。