CN105863719B - 一种螺旋式雾化喷射降尘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋式雾化喷射降尘装置，适用于水或水‑空气以及其他粘度较小的介质雾化。该装置上端盖为圆筒状结构，上端部设有外螺纹，上端盖的中部水平方向设有进气孔，进气孔为螺栓孔结构，上端盖中心设有螺旋阀，螺旋阀与上端盖的中心位于同一条轴线上；螺旋阀内部中心设有锥孔，与进气孔相连，锥孔四周等距离处分别设有通孔，为进水孔，螺旋阀外缘设有若干条螺旋槽，且该螺旋槽的截面为矩形，矩形的长宽比逐渐增大；上端盖和下端振荡腔通过螺栓连接；振荡腔下端通过螺纹与连接件相连，连接件为U型槽结构，U型槽中部设有凸起，凸起的中心设有喇叭形喷头。本装置结构简单，易于控制和调节，雾化效果好，实用性强，安全可靠。

Description

一种螺旋式雾化喷射降尘装置

技术领域

本发明涉及一种螺旋式雾化喷射降尘装置，属于雾化除尘领域。

背景技术

机械化程度的提高，导致煤炭开采过程中产生的煤尘越来越多。尘源主要来自于采煤工作面、掘进工作面、煤炭运输以及转载点等。煤尘不仅影响井下作业环境，而且严重危害职工的身心健康，长期在高浓度的煤尘环境下作业，容易使职工得尘肺病。另外，煤尘达到一定浓度，还易引起爆炸事故，造成人员伤亡和经济损失。

现有技术除尘均采用湿式除尘，降尘效果良好。其中喷雾降尘是最为常用和有效的方法。如在刮板输送机和带式输送机的转载点以及煤仓和溜煤眼的上下口应用湿式除尘，极大地提高了降尘效率；再如在采煤机上应用高压喷雾技术，避免了含尘气流污染采煤机司机作业区间和向人行道空间扩散，此技术降尘效率高、除尘效果好。喷头作为喷雾降尘的基本元件，其雾化能力直接决定了喷雾降尘的效果。但是，喷头在煤矿井下使用时，由于水质条件和工作环境的限制，喷头容易被水中的杂质和工作环境中的煤尘堵塞；另外煤矿井下的呼吸性粉尘是降尘工作的重点，为了更好地有利于呼吸性粉尘的沉降需使水雾化均匀，这就需要额外的加压设备使喷雾装置的供水压力达到10MPa以上，且供水量太大，容易产生积水现象，影响煤矿的生产。而对于普通的气-水混合型喷雾装置，其混合腔的大小对喷雾效果有着直接影响，混合腔过小，水雾混合不均匀；混合腔过大势必造成整体结构变大。这就造成喷雾参数匹配较为困难，很难得到降尘效果较好的雾化参数，并且这种装置产生的噪音较大。此外，在煤矿井下，使用机械动力及其电源容易产生火花，引发爆炸事故。

发明内容

本发明是针对现有喷雾装置存在的供水压力较大、液滴雾化效率低的现象，提供一种雾化均匀、雾化效率高、结构简单的螺旋式雾化喷射降尘装置。

本发明提供的一种螺旋式雾化喷射降尘装置，包括上端盖和下端振荡腔，上端盖为圆筒状结构，上端盖的入口端部设有外螺纹，上端盖的中部水平方向设有进气孔，进气孔为螺栓孔结构，上端盖中心设有螺旋阀，螺旋阀与上端盖的中心位于同一条轴线上；螺旋阀内部中心设有锥孔，与进气孔相连，锥孔四周等距离处分别设有通孔，为进水孔，螺旋阀外缘设有若干条螺旋槽，且该螺旋槽的截面为矩形，该矩形的长宽比逐渐增大，即螺旋槽是渐变的；上端盖和振荡腔通过螺栓连接，上端盖底部为一向内倾斜的阶梯孔；振荡腔下端通过螺纹与内置凸台连接件相连，连接件为U型槽结构，U型槽中部设有凸台，凸台连接件外形为圆柱体，内置凸台，凸台中间设有喇叭形喷头；凸起部位顶部为平面，顶部向下为斜面，斜面向下为竖直面。

上述装置中，所述螺旋阀上的通孔沿圆周方向等距离分布，且通孔到螺旋阀中心的距离和到螺旋阀外缘的距离相等。

上述装置中，所述上端盖和下端振荡腔连接端外缘分别设有螺栓孔，且二者连接处设有垫片，垫片的内径与振荡腔的内径相同。

上述装置中，所述螺旋阀位于上端盖的圆型孔内，间隙为0.5～1mm，螺旋阀锥孔的轴线与壳体轴线重合，螺旋水流构成的流场喷射角为110°～120°；锥孔上端孔径为15mm，下端孔径为12mm，螺旋阀体高为30-45mm。

上述装置中，所述喇叭形喷头的入口端为圆形通孔，圆形通孔的下端平滑过渡为弧形孔，该弧形孔对应的弧度为45°。进一步地，所述凸台连接件上端直孔的孔径为Φ18mm，高度为20-30mm，弧形孔上端孔径为Φ15-Φ20mm，出口端孔径为Φ30-Φ50mm，高度为>30mm。其中弧形孔与螺旋阀锥孔同轴。

喷头弧形出口部分的设计不仅考虑了流体流场的自身特性，而且其渐变弧形扩孔增大了雾化作用横向面积，提高了雾化效率，在高压气流束的作用下，其雾化纵向距离亦得到加强，雾化距离、雾化效果都高于普通雾化除尘装置。

本发明设计的螺旋阀中间部分设有进水的直孔，该部分对孔径的大小要求是小于喷头的入口端圆形通孔的直径，如果阀芯直孔孔径大于喷嘴入口孔径，雾化效果显著下降。

上述装置中，所述上端盖的外螺纹长度为30mm，上端盖的内孔径≤Φ80mm，用于放置螺纹阀芯。

本发明的技术方案中，上端盖进水或进水-空气，外圈上端部设置螺纹接头、内圈下端部设置台阶，台阶的台阶面具有一定的倾角；螺旋阀中间孔设置为锥形孔，锥形孔的孔径上部大下部小，这样有利于增加空气压力，螺旋阀的外圈螺纹横截面为矩形螺旋孔。在上端盖和中间混合振动腔体间设置有调节垫片。上端盖入口接头处可以是液气混合对冲也可以是单纯的液体混合对冲，该螺旋式液气流场雾化喷头是利用直线型气流和螺旋式高压液体流形成混合流场方式，二者通过中间混合振荡腔，最终使液体流高度雾化。

本发明的有益效果：实现了在煤矿井下巷道中雾化喷射降尘的目的，无需设置动力机械零部件及其外接电源，而且具有喷射雾化效果好，水雾覆盖范围大；本装置结构简单，易于控制和调节，雾化效果好，制造和使用方便，实用性强，安全可靠；这对于煤矿井下巷道中喷射雾化降尘具有现实的实用价值，也为煤矿井下巷道中喷射雾化降尘开辟了一种新的安全可靠的降尘装置。

附图说明

图1是雾化喷射降尘装置的整体剖视图。

图2是图1中上端盖的剖视图。

图3是图1中螺旋阀的剖视图。

图4是图3的俯视图。

图5是图1中振荡腔的剖视图。

图6是图1中喷头的剖视图。

图中：1-上端盖；2-螺旋阀；3-紧固螺栓；4-垫片；5-振荡腔；6-喷头；7-上端盖外螺纹；8-螺栓；9-上端盖腔室；10-上端盖螺栓孔；11-锥孔；12-渐变螺旋槽；13-通孔；14-振荡腔螺栓孔；15-振荡腔室；16-振荡腔外螺纹；17-喷头；18-凸台；19-连接件内螺纹；20-弧形孔。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：

如图1~6所示，一种螺旋式雾化喷射降尘装置，包括上端盖1和下端振荡腔5，上端盖1为圆筒状结构，上端盖的入口端部设有上端盖外螺纹7，上端盖1的中部水平方向设有进气孔（图1中设置了螺栓8，这是在不通入空气的情况下），进气孔为螺栓孔结构，上端盖1中心设有螺旋阀2，螺旋阀2与上端盖1的中心位于同一条轴线上；螺旋阀2内部中心设有锥孔11，与进气孔相连，锥孔11四周等距离处分别设有通孔13，为进水孔，螺旋阀2外缘设有若干条渐变螺旋槽12，且该螺旋孔的截面为矩形，该矩形的长宽比逐渐增大，即螺旋槽是渐变的；上端盖1和振荡腔5通过螺栓连接，上端盖1底部为一向内倾斜的阶梯孔；振荡腔5下端通过振荡腔外螺纹16与凸台连接件内螺纹19相连，连接件为U型槽结构，U型槽中部设有凸台18，凸台18连接件外形为圆柱体，内置凸台，凸台中间设有喇叭形喷头17；凸起部位顶部为平面，顶部向下为斜面，斜面向下为竖直面。

上述螺旋式水流场雾化喷射装置的工作原理是：该装置可以以压缩空气和高压水流为动力也可以直接以高压水为动力，结构其如图1所示。压缩空气从上端盖侧面小孔进入振荡腔体（如无需气流对冲则按照图1所示所示上端盖直接接水管即可形成液液对冲）高压水流以螺旋阀和上端盖间的螺旋孔形成旋转水流进入腔体，出口处为120度的扇形区域，故形成的水流是旋转的扇形薄层旋转水流，高压空气迅速膨胀并切割扇形薄层水流，使水流变成水雾，形成的水雾在中间混合振荡腔室与空气混合并激振，产生高速旋转涡流，其后端则形成一个负压区。由于气体连续性及负压的作用，使其后形成的水雾再次与高速射流混合，经凸台连接件中的喇叭形通道扩散出去。在水雾的作用下，细小的水珠和煤尘颗粒结合，在重力作用下降落到地面，从而达到除尘的效果。上述中的激振阀芯和凸台连接件是一体的，是具有一定角度的锥型体，其锥型母线与轴线的夹角为45°～60°。实验过程中发现，当夹角≥60°时，雾滴粒径较小，水雾较为均匀，但水雾的引入和扩散较慢；当夹角≤45°此时水雾的喷射速度快，但雾滴粒径较大，用水量也大；而夹角在45°～60°范围内，水雾喷射速度较快，不存在喷射时产生的高压将水雾压回到喷头附近的现象。

图2上端盖，外缘设有螺纹与外部水管相连，下端设有通孔与中间振荡腔体用螺栓连接，上端右侧开有进气孔，可根据需要调整，当没有压缩空气的相关设备时，可直接用螺钉将进气孔拧紧，直接从大端入口进水形成液液流对冲，如有压缩空气设备，取掉螺钉，从该孔进入高压空气，形成液气二相流对冲。整体为圆形结构。

图1中上端盖1与振荡腔5连接的密封垫片4，起到密封作用，密封件非常关键。该处密封圈不仅保证上端盖1和中间振荡腔体的可靠密封，还可以调节旋转水流出射作用点位置。

图3为螺旋阀芯，渐变螺纹端口高宽参数为：10×3mm、7×3mm、5×3mm，2×3mm，开设的中间锥孔上端孔径为Φ15mm，下端孔径为Φ12mm，边缘通孔孔径为Φ5mm。整体阀芯外径Φ60mm，高度50mm。

图4中间振荡混合腔体壁厚15mm，直径Φ80mm，外壁设有螺纹与凸台连接件相连接，螺纹长度为50mm，由于该位置为振荡腔体关键部位，自激振荡较为明显，故而螺纹设置较长，壁厚值较大。

图5凸台连接件，凸台连接件的入口孔径为Φ18mm，直孔深度20mm，凸台喇叭孔上端孔径Φ18mm，长度30mm，下端出口端孔径为Φ30mm。其中凸台连接件喇叭形出口与螺旋阀锥形孔同轴。外圆直径Φ120mm，同时也可将其加工为外六方内圆孔结构，这样方便装拆。对于凸台连接件内部锥形结构，其角度对整个碰嘴雾化效果影响较为明显，不同锥形角度雾化效果不用，本发明锥形角为45^o。凸台连接件设有内螺纹，与振荡腔体形成螺纹连接，此外凸台连接件出口采用喇叭形结构，其流量系数大，能量损失小，雾通量大，雾化角度适中，雾化长度远。

通过本发明提供的螺旋式液气或液液二相流雾化喷头，可将高压旋转薄片液体打碎，在振荡腔体内自激振荡，两股高压流体始终碰撞对冲，从而将液体高效雾化，同时出口的特有喇叭弧形设计，使得液体雾化之后扩散均匀，雾化半径大，高速冲击气流使得雾化液体喷射距离远。该雾化喷头喷射距离远，雾化效果好，覆盖面积大，在入水口水压0.5MPa，入口气压1MPa时就可达到很好的雾化效果，且制造简单，装拆方便，即使在恶劣的煤矿环境中，发生堵塞后清理方便。

Claims (7)

1.一种螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：包括上端盖和下端振荡腔，上端盖为圆筒状结构，上端盖的入口端部设有外螺纹，上端盖的中部水平方向设有进气孔，进气孔为螺栓孔结构，上端盖中心设有螺旋阀，螺旋阀与上端盖的中心位于同一条轴线上；螺旋阀内部中心设有锥孔，与进气孔相连，锥孔四周等距离处分别设有通孔，为进水孔，螺旋阀外缘设有若干条螺旋槽，且该螺旋槽的截面为矩形，该矩形的长宽比逐渐增大，即螺旋槽是渐变的；上端盖和振荡腔通过螺栓连接，上端盖底部为一向内倾斜的阶梯孔；振荡腔下端通过螺纹与内置凸台连接件相连，连接件为U型槽结构，U型槽中部设有凸台，凸台连接件外形为圆柱体，内置凸台，凸台中间设有喇叭形喷头；凸起部位顶部为平面，顶部向下为斜面，斜面向下为竖直面。

2.根据权利要求1所述的螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：所述螺旋阀上的通孔沿圆周方向等距离分布，且通孔到螺旋阀中心的距离和到螺旋阀外缘的距离相等。

3.根据权利要求1所述的螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：所述上端盖和下端振荡腔相接端的外缘分别设有螺栓孔，且二者连接处设有垫片，垫片的内径与振荡腔的内径相同。

4.根据权利要求1所述的螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：所述喇叭形喷头的入口端为圆形通孔，圆形通孔的下端平滑过渡为弧形孔，该弧形孔对应的弧度为45°。

5.根据权利要求4所述的螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：所述圆形通孔的孔径为Φ18mm，高度为20-30mm，弧形孔上端孔径为Φ15-Φ20mm，出口端孔径为Φ30-Φ50mm，高度为>30mm；其中弧形孔与螺旋阀锥孔同轴。

6.根据权利要求1所述的螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：所述螺旋阀位于上端盖的圆形孔内，间隙为0.5～1mm，螺旋阀锥孔的轴线与壳体轴线重合，螺旋水流构成的流场喷射角为110°～120°；锥孔上端孔径为15mm，下端孔径为12mm，螺旋阀体高为30-45mm。

7.根据权利要求1所述的螺旋式雾化喷射降尘装置，其特征在于：所述上端盖的外螺纹长度为30mm，上端盖通过外螺纹与外接供水管或供气管连接，上端盖的内孔径≤80mm。