CN102161021A

CN102161021A - 一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴

Info

Publication number: CN102161021A
Application number: CN 201110088197
Authority: CN
Inventors: 寇子明; 吴娟; 李军霞; 高贵军; 卫进; 张延军
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2011-04-09
Filing date: 2011-04-09
Publication date: 2011-08-24

Abstract

一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴是在喷嘴体中设置有喷嘴芯，由限位螺母限位并旋转；其所述喷嘴芯是在圆柱体上沿与轴线夹角为50°方向开设有第一旋流叶片，与此对应的圆柱体背面开设有第二旋流叶片，构成空间位置的两个叶片呈十字旋流叶片的结构。本发明采用十字螺旋叶片喷嘴芯通流面积大，在叶片的旋转作用下使水中杂质磨碎排出，防止喷嘴被堵塞，同时该喷嘴方便拆分，喷嘴喷雾扩散角和水雾分散度高，可用于煤矿井下降尘，矿山开采、隧道掘进等工作时含尘量较大的工况，也可用于火场的喷雾灭火和喷雾冷却的场合。

Description

一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下降尘喷嘴，特别是一种用于煤矿井下降尘防堵塞的十字旋转喷嘴，也可用于矿山开采以及隧道掘进等工程含尘量较大的工况，还可用于火场的喷雾灭火和喷雾冷却的场合。

背景技术

粉尘是煤矿生产中的主要污染物之一，煤矿井下采煤、掘进、转载和运输等主要环节都会引起粉尘对空气的污染，并且井下通风条件比较差，工作空间比狭窄，空气中粉尘的浓度比较高。可吸入微尘可导致尘肺病，同时当粉尘达到一定浓度时遇明火会发生粉尘爆炸，所以高浓度的粉尘对人体健康和煤矿的安全生产都有着非常大的影响。

现有煤矿井下实际生产过程中，用于采掘设备内喷雾系统的喷嘴在工作时最容易发生堵塞现象，一方面是由于水中杂质造成的，另一方面由于喷嘴安装在采掘设备截割滚筒上，工作时若水压力不足，煤粉很容易从外面堵死喷口，甚至进入喷嘴内部。其它喷雾系统产生堵塞的主要原因是水的清洁度问题。在缺水的地区，煤矿井下喷雾降尘用水大都是利用井下排至地面的矿井水，经沉淀和简单过滤处理后再送入井下，水的清洁度较差。另外，煤矿井下工作点经常变动，供水管路延伸和缩短很频繁，由于工作环境很恶劣，管件拆装过程中往往将煤粉带进管路中。若喷嘴内部流道狭长或喷嘴口径太小的化，就特别容易产生堵塞现象。

如现有煤矿井下常用的一种喷嘴，其内部设置有一个带有两个或三个螺旋槽的喷嘴，如图1所示，喷雾水在喷嘴内部沿螺旋槽旋转流动，在喷口前汇集，然后在压力作用下被喷射出来被雾化，并以一定的扩散角向前流动，因为螺旋形水道比较狭长，水中杂质很容易滞留其中造成堵塞，而且清理困难，往往工作很短时间就被堵塞失效，因清理困难而直接导致报废。

发明内容

本发明要解决的问题是现有煤矿井下所用喷嘴，由于其在开采煤炭过程中，煤尘及煤尘粒度较大，常常因堵塞影响生产，而且喷嘴喷雾雾状不可变，喷雾效果不理想。

基于上述问题，本发明提供一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，包括喷嘴体、喷嘴芯和喷嘴口，其结构特征在于喷嘴体中设置有可旋转的喷嘴芯，并由限位螺母限位；

其所述喷嘴芯是在圆柱体上沿与轴线夹角为50°方向开设有第一旋流叶片，与此对应的圆柱体背面开设有第二旋流叶片，构成空间位置的两个叶片呈十字旋流叶片的结构。

在上述的技术方案中，喷嘴芯是开槽或不开槽的一种；所述的喷嘴口的长度和直径比为0.5：1或1.5：2，所喷出的伞型水柱覆盖煤矿井下开采降尘工作面；所述喷嘴体的材质是不锈钢，喷嘴芯材质是铜，其一端头是管螺纹或KJ型快接接头。

本发明一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，与现有技术相比，所具有的优点与积极效果在于：（1）通过科学理论计算和计算机仿真计算，匹配喷嘴内部尺寸，使水雾分散度和喷雾扩散角达到最优；（2）发明了十字旋流叶片喷嘴芯，压力水进入喷嘴后分成两股，沿十字旋流叶片形成的倾斜与轴线夹角成50°的流道流动，到达边缘后旋转折返回来形成旋转流动，叶片在水力作用下旋转碾压杂质防止堵塞，同时使水旋转加速，提高了喷雾效果；（3）该喷嘴装拆方便，在严重堵塞时通过拆分清洗可重复使用；（4）该喷嘴的喷嘴体材质为不锈钢，十字旋流叶片喷嘴芯材质为铜，使用寿命长；（5）该喷嘴与管路连接方式可为螺纹式和快接式，适用于工作起尘的工况，也可用于矿山开采以及隧道掘进等工程含尘量较大的工况，还可用于火场的喷雾灭火和喷雾冷却的场合。

附图说明

图1是一种现有煤矿井下所用喷雾降尘喷嘴结构示意图。

图2是另一种现有煤矿井下所用喷雾降尘喷嘴结构示意图。

图3是本发明煤矿井下喷雾降尘喷嘴的外形构造示意图。

图4是本发明煤矿井下喷雾降尘喷嘴的结构示意图。

图5是本发明煤矿井下喷雾降尘喷嘴的十字旋流叶片喷嘴芯结构示意图。

图6是本发明煤矿井下喷雾降尘喷嘴的无槽十字旋流叶片喷嘴芯结构示意图。

图7是本发明煤矿井下喷雾降尘喷嘴的开槽十字旋流叶片喷嘴芯结构示意图。

图中：1：喷嘴体；2：喷嘴芯；3：喷嘴口；4：限位螺母；5：第一旋流叶片；6：第二旋流叶片；7：槽。

具体实施方式

下面进一步详细说明本发明的具体实施方式：

如图3所示，实施本发明一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其构成主要是喷嘴体1中喷嘴芯2的构造，该喷嘴芯2的构造是有十字旋流叶片构成，并由限位螺母4限位于喷嘴体1中，其限位螺母采用螺纹结构与喷嘴体1连接，也可采用其他固定结构限位，不管采用何种结构限位，其目的是将喷嘴芯2装入喷嘴体1中，在水流的作用下，能够在喷嘴体1中旋转，使喷出的水成雾状，实现降尘的目的。

在喷嘴体1的一端开有喷水口，喷水口处设有可以连接于管路的连接结构，可以采用螺纹结构或其它结构连接，在本发明中，主要是实现快接结构。在喷嘴体1的另一端，设有内螺纹，限位螺母4与喷嘴体1的内螺纹配合将喷嘴芯2的十字旋流叶片限位在喷嘴体内旋转。

本发明采用十字旋流叶片喷嘴芯2，叶片和轴线夹角50°，因而水流面积大，也可按不同的使用工况分为叶片上开槽口和不开槽口两种结构形式制作。其限位螺母4也可为内六方外螺纹结构，外螺纹用于与喷嘴体1连接，内六方用于拆卸限位螺母4，其内六方孔为通孔，喷雾水通过内六方孔进入喷嘴。

本发明的结构特征在于喷雾水中含有少量杂质时，在旋流叶片旋转运动下磨碎排出，本质上防止喷嘴堵塞。当水中杂质量激增时将喷嘴堵塞，可以将喷嘴限位螺母旋出，取出旋流叶片用清水冲洗装回后继续使用，使用寿命长。明显减少了更换喷嘴的次数，减少了工作辅助时间，提高了工作效率，同时也显著的降低了生产成本。

本发明的结构特征在于采用十字形的旋流叶片不仅使喷嘴雾化性能提高，而且流道短且过流截面大不易堵塞。流体运动遵循Navier-Stokes方程，由N-S方程推导出湍流瞬时控制方程，将建好的喷嘴立体模型导入Fluent软件中，为计算模型划分网格，其边界条件设定入口为给定喷雾水压力，出口设定为大气压力，设定湍动能k和耗散率ε两个参数，通过计算和软件仿真计算得到十字旋流叶片叶片间夹角为50°时效果好，根据不同的使用场合，十字旋流叶片分为开槽和不开槽两种形式，分别如图6、图7所示。不带槽口的十字旋流叶片能使液体产生较大的旋转强度，喷出的水雾扩散角大，在2Mpa压力下水雾扩散角可达65°雾流长度可达4.5米，雾化效果好产生实心雾化圆锥圆柱体，可以很好地包覆、压制掘进机和采煤机工作室产生的粉尘。开槽的十字旋流叶片一部分喷雾水通过它直接喷射出去，径直沿轴线方向流动，雾滴沿轴线方向惯性力大，在2Mpa压力下雾滴运动距离远，雾流长度6.5米，扩散角65°。

本发明在于喷嘴喷口3长度和直径比值经Fluent软件科学仿真计算和实验对比，研究不同比值喷嘴的喷嘴雾流出口流线图和不同比值喷嘴在3个相同断面上的速度矢量图，得出结论在2MPa水压力下，要求扩散角比较大时喷口长度和直径比为0.5～1，在比值为0.5时，扩散角70°。当要求比较远的喷射距离时其特征在于喷口长度和直径比为1.5～2，在比值为1.5时，喷射距离为6米。

本发明在于喷嘴体用在采煤机和掘进机上使用快接连接方式，拆卸方便快速，现有喷嘴拆卸一次耗时2～4分钟，本发明喷嘴只需几秒可拆卸完毕，极大的缩短因维修喷嘴而导致的停机时间，提高工作效率。

本发明在于喷嘴体采用不锈钢材质，其与管道等连接方式有螺纹式和KJ快接式，附图3所示喷嘴体螺纹为管螺纹，因使用要求不同该喷嘴有十余种外形结构。

本发明的实施方法如下：

在煤矿井下，将喷嘴安装于掘进机、采煤机和喷雾管道上，当压力水由此进入时（如图4所示箭头方向为进水方向），经过限位螺母进入喷嘴体内，经由十字旋流叶片通过喷水孔以雾状喷出，十字旋流叶片在喷嘴体内旋转运动当有少量杂质进入喷嘴时，在十字旋流叶片旋转作用下将其碾碎排出，防止喷嘴堵塞。当杂质量激增时导致喷嘴堵死时，用扳手将喷嘴从管路上取下，用内六角扳手将限位螺母取出用水冲洗重新装配后可继续使用。通过更换十字旋流叶片可以得到不同的喷雾雾状。

1.本发明专利根据使用要求的不同喷嘴体(4-1)与管路连接尺寸可根据使用求加工。

2.当喷嘴发生堵塞时，现将喷嘴从管路上拆卸，使用内六角扳手将(4-4) 限位螺帽取出，将十字旋流叶片去除经清水冲洗后再将其按顺序装配继续使用。

限位螺母为铜质材质内六方外螺纹结构，内六方孔为通孔，可以使喷雾水进入喷嘴。

喷嘴装配关系如图4所示，十字旋流叶片按图4所示方式安装与喷嘴体中，再将限位螺母用内六角扳手安装到喷嘴体上。

Claims

1.一种用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其含有喷嘴体、喷嘴芯和喷嘴口，其设有一喷嘴体（1）中设置有可旋转的喷嘴芯（2），并由带有通道的限位螺母（4）限位；

其所述喷嘴芯（2）是在圆柱体上沿与轴线夹角为50°方向开设有第一旋流叶片（5），与此对应的圆柱体背面开设有第二旋流叶片（6），构成空间位置的两个叶片呈十字旋流叶片的结构。

2.如权利要求1所述的用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其特征在于喷嘴芯（2）是开槽或不开槽的一种。

3.如权利要求1所述的用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其特征在于喷嘴口（3）的长度和直径比为0.5：1或1.5：2。

4.如权利要求1或3所述的用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其特征在于喷嘴口（3）所喷出的伞型水柱覆盖煤矿井下开采降尘工作面。

5.如权利要求1所述的用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其特征在于喷嘴体的材质是不锈钢，喷嘴芯材质是铜。

6.如权利要求1所述的用于煤矿井下降尘防堵塞喷嘴，其特征在于喷嘴体（1）的一端头是管螺纹或KJ型快接接头。