CN112697488B - 一种降尘效率考察试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿用喷雾降尘领域，具体的是一种降尘效率考察试验系统及方法，具体结构包括粉尘发射器，发射器支架，粉尘扩散器，进气管道，风水联动喷雾降尘器，降尘器支架，排气管道，管道支撑架，高压水泵，空气压缩机，储气罐，粉尘采样器，粉尘采样管，粉尘采样头，毕托管，U型水柱计，水循环系统。能够通过改变风水联动喷雾降尘器的风压和水压，得到不同工况下风水联动喷雾降尘器的降尘效果；能够通过改变喷雾水性，研究不同性质的液体对风水联动喷雾降尘器的降尘效率的影响；能够通过改变粉尘发射器的位置，得到最均匀的粉尘发射效果。
Description
技术领域
本发明涉及矿用喷雾降尘领域，具体的是一种降尘效率考察试验系统及方法。
背景技术
在煤矿生产过程中，煤尘危害是威胁煤矿生产安全的重要因素之一。随着煤矿开采技术的发展，大型的采煤机械得到了广泛应用，使得产煤量大大增加。高强度的煤矿开采产生了高浓度的粉尘，对现场操作人员的身体健康造成极大的威胁。目前的粉尘治理技术和设备难以满足国家对安全生产的要求，高浓度的粉尘还会导致粉尘爆炸等事故，所以高效降尘系统的设计就成了不得不考虑的事情。
现在各大矿区的巷道中主要使用的降尘技术还是喷雾降尘，但是大量的研究结果表明，雾滴粒径大小不仅对煤尘的除尘效率影响较大，而且还会影响空气的能见度，从而影响作业区工作人员的生产效率，因此，近几年出现了水气联动喷雾降尘等新的降尘思路，即可通过风压和水压动力把含尘气流吸入一个骨架风筒内，通过风水联动吸尘降尘器进行集中喷雾降尘(CN208975421U，CN209060778U，CN208702454U)，但是在针对该类降尘器的吸风量、粉尘浓度、水性等监测项目，结合尘源、降尘效率、耗水量等参数研究的测试系统及方法较少，导致给煤矿现场应用风水联动喷雾降尘技术时缺乏更为系统的参数依据。
在喷雾降尘实验领域，如何有效且均匀的发射粉尘是整个实验的前提条件。《风流-雾滴-粉尘三相介质耦合沉降的实验装置及方法》(CN104198344A)主要是针对不同类型喷嘴的降尘效果进行考察，其中所描述的粉尘发射器需要外设风机提供相应风速及压力的风流来吹散，并随风流自动扩散至管道中，而且该方法并未详细描述粉尘发射器如何实现粉尘均匀发射，以及通过何种动力发射。
在矿用除尘器粉尘浓度测定领域，中华人民共和国煤炭行业标准《矿用除尘器通用技术条件》MT/T 159-2019中规定了一种由采样管、采样漏斗、气体转子流量计、调节阀和抽气泵组成的粉尘浓度测量系统，该系统测试呼吸性粉尘浓度的原理是根据呼尘所占比与全尘相乘进行计算，所以需要先把呼尘所占比计算出来，无形中增加了测试的工作量。本系统针对粉尘测量方法与该降尘效率考察试验系统及方法有较大区别，特别是呼吸性粉尘的测量和计算方法有着本质区别，此外，标准中对于粉尘发射器没有进行详细描述。
发明内容
为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种降尘效率考察试验系统及方法，为降尘效率考察试验提供操作依据，为进一步提高降尘效率提供理论参考。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种降尘效率考察试验系统，包括进气管道和排气管道，其特征在于，所述进气管道和排气管道均通过管道支撑架支撑连接，进气管道的入口侧方设置有粉尘发射器，粉尘发射器底端设置有发射器支架；
所述进气管道的入口侧端内部设置有粉尘扩散器，进气管道和排气管道之间安装有风水联动喷雾降尘器，风水联动喷雾降尘器底端设置有降尘器支架，风水联动喷雾降尘器设置在进气管道的出口和排气管道的入口；
所述风水联动喷雾降尘器的侧方设置有高压水泵和储气罐，风水联动喷雾降尘器的进水口与高压水泵通过高压水管相连接，储气罐的侧方设置有空气压缩机，空气压缩机与储气罐通过高压气管相连接，储气罐与风水联动喷雾降尘器通过高压气管相连接；
所述进气管道和排气管道的侧壁均设置有粉尘采样器，粉尘采样器包括粉尘采样头与粉尘采样管，粉尘采样管安装在进气管道和排气管道的中心位置；
所述进气管道和排气管道靠近端部的位置均设置有U型水柱计，U型水柱计连接有毕托管；
所述高压水泵和排气管道之间安装有水循环系统，水循环系统通过第一水管与高压水泵相连接，水循环系统通过第二水管与排气管道中侧端开设的排污口相连接。
进一步地，所述粉尘扩散器通过螺纹螺母配合亚克力胶安装于进气管道入口内0.2m的位置，安装高度位于进气管道圆心所在的高度。
进一步地，所述粉尘发射器的出口设置在和进气管道入口内，粉尘发射器出口的安装高度位于进气管道圆心所在的高度，并往进气管道入口内伸入0.18-0.2m。
进一步地，所述粉尘发射器包括小型防爆电机、底座风扇、粉尘容器、出风管、加料装置、控制台和皮带轮传动装置，小型防爆电机安装在控制台上，小型防爆电机通过皮带轮传动装置与底座风扇相连，底座风扇通过轴承与皮带轮传动装置套接，底座风扇设置在粉尘容器内部且底座风扇和粉尘容器的底部转动连接，出风管螺纹连接在粉尘容器靠近顶部的侧壁。
进一步地，所述加料装置包括加料口、滤网、粉尘流量控制挡板和出料口组成，整体设计为漏斗状，加料口底端设置的支撑架焊接在控制台上，滤网和粉尘流量控制挡板均设置在加料口的内壁，粉尘流量控制挡板设置在滤网的上方，粉尘流量控制挡板和加料口内壁转动连接，加料口的底端连通有出料口，出料口设置在粉尘容器的加料口上方。
进一步地，所述粉尘采样器、粉尘采样管和粉尘采样头共同构成粉尘浓度监测子系统，粉尘采样头分为全尘采样头和呼尘采样头。
进一步地，所述毕托管分别安装在进气管道和排气管道内，安装方式为螺纹螺母配合亚克力胶，毕托管和U型水柱计组成动压监测装置。
一种降尘效率考察试验方法，所述试验方法包括以下步骤：
一、打开空气压缩机，向储气罐中注入新鲜空气，待储气罐中的压力达到预定压力后打开储气罐的出气阀门，同时打开高压水泵的出水阀门，至此即启动了风水联动喷雾降尘器；
二、待流场稳定后，通过风压监测装置测定进气管道入口和排气管道出口位置的动压，即可算出风速，并进一步得到风量；
三、启动粉尘发射器，通过粉尘扩散器将粉尘均匀送入进气管道，待粉尘流场稳定后，通过测定安装在进气管道和排气管道中的粉尘采样管吸入的粉尘浓度即可对比得到喷雾降尘器的降尘效率。
本发明的有益效果：
1、本发明采用监测装置分别对进气管道和排气管道内的粉尘浓度进行测试，从而判断风水联动喷雾降尘器的实际降尘效果；
2、本发明通过独立控制风水联动喷雾降尘器的进风口和进水口的压力，实现风水联动喷雾降尘器的最佳降尘工况，达到在保证最佳喷雾降尘效率的前提下降低降尘所需要的成本的目的；
3、本发明能够通过改变水性，研究不同性质的液体对风水联动喷雾降尘器的降尘效率的影响，能够通过改变粉尘发射器的位置，优化得到最均匀的粉尘发射效果；
4、本发明通过更换采样头，不仅能够测试全尘效率，还能测试呼尘效率；
5、本发明设计的粉尘发射器通过内置防爆电机带动底座风扇稳定运转，以保证一个稳定的粉尘发射量，并且可以调节加料装置中的流量控制挡板的开合程度来控制粉尘发射量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明粉尘发射器示意图；
图3是本发明粉尘发射器、粉尘扩散器和进气管道连接示意图；
图4是本发明加料装置示意图；
图中附图标记为：粉尘发射器1，发射器支架2，粉尘扩散器3，进气管道4，风水联动喷雾降尘器5，降尘器支架6，排气管道7，管道支撑架8，高压水泵9，空气压缩机10，储气罐11，粉尘采样器12，粉尘采样管13，粉尘采样头14，毕托管15，U型水柱计16，水循环系统17，高压气管18，高压水管19，第一水管20，高压气管21，第二水管22，排污口23，小型防爆电机1-1，底座风扇1-2，粉尘容器1-3，出风管1-4，加料装置1-5，控制台1-6，皮带轮传动装置1-7，加料口1-5.1，滤网1-5.2，粉尘流量控制挡板1-5.3，出料口1-5.4。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种降尘效率考察试验系统，如图1所示，包括进气管道4和排气管道7，进气管道4和排气管道7均通过管道支撑架8支撑连接，管道支撑架8为半圆弧形，根据管道长度按照一定的间隔设置多个管道支撑架8，本实施例中每个管道支撑架8的安装位置间隔为1-2m，本装置根据进气管道4和排气管道7的长度设置了8个管道支撑架8，并在管道支撑架8与进气管道4和排气管道7的接触位置安装橡胶垫，进气管道4和排气管道7均为厚度约1-2cm的亚克力管。
进气管道4的入口侧方设置有粉尘发射器1，粉尘发射器1底端设置有发射器支架2，管道支撑架8、发射器支架2均为高低无极调节设计，可根据实验场所实际情况调节不同支架的高度，以方便搭建不同高度的降尘效率考察试验系统。
进气管道4的入口侧端内部设置有粉尘扩散器3，粉尘扩散器3通过螺纹螺母配合亚克力胶安装于进气管道4入口内0.2m的位置，安装高度位于进气管道4圆心所在的高度。粉尘发射器1的出口设置在和进气管道4入口内，粉尘发射器1出口的安装高度位于进气管道4圆心所在的高度，并往进气管道4入口内伸入0.18-0.2m。
如图2和3所示，粉尘发射器1包括小型防爆电机1-1、底座风扇1-2、粉尘容器1-3、出风管1-4、加料装置1-5、控制台1-6和皮带轮传动装置1-7，小型防爆电机1-1安装在控制台1-6上，控制台1-6可以控制粉尘发射器1喷射的含尘风量大小。小型防爆电机1-1通过皮带轮传动装置1-7与底座风扇1-2相连，底座风扇1-2通过轴承与皮带轮传动装置1-7套接，底座风扇1-2设置在粉尘容器1-3内部且底座风扇1-2和粉尘容器1-3的底部转动连接，出风管1-4螺纹连接在粉尘容器1-3靠近顶部的侧壁，粉尘容器1-3的加料口可以关闭。在使用时，底座风扇1-2旋转，将粉尘容器1-3中的粉尘进行搅拌扬尘，然后通过出风管1-4把含尘气流均匀的喷射入进气管道4中。其中，粉尘发射器1不仅适用于带有风筒的风水联动喷雾降尘实验系统的尘源发射，也适用于干式除尘风机降尘实验中的尘源发射。
如图4所示，加料装置1-5包括加料口1-5.1、滤网1-5.2、粉尘流量控制挡板1-5.3和出料口1-5.4组成，整体设计为漏斗状，加料口1-5.1底端设置的支撑架焊接在控制台1-6上，滤网1-5.2和粉尘流量控制挡板1-5.3均设置在加料口1-5.1的内壁，粉尘流量控制挡板1-5.3设置在滤网1-5.2的上方，粉尘流量控制挡板1-5.3和加料口1-5.1内壁转动连接，通过转动粉尘流量控制挡板1-5.3，粉尘发射器1喷射的粉尘量大小可以调节。加料口1-5.1的底端连通有出料口1-5.4，出料口1-5.4设置在粉尘容器1-3的加料口上方。
进气管道4和排气管道7之间安装有风水联动喷雾降尘器5，均采用橡胶密封垫与风水联动喷雾降尘器5相接连，并且均使用螺栓和防松螺母对连接处进行固定。
风水联动喷雾降尘器5底端设置有降尘器支架6，风水联动喷雾降尘器5设置在进气管道4的出口和排气管道7的入口。风水联动喷雾降尘器5的侧方设置有高压水泵9和储气罐11，风水联动喷雾降尘器5的进水口与高压水泵9通过高压水管19相连接；储气罐11的侧方设置有空气压缩机10，空气压缩机10与储气罐11通过高压气管21相连接，储气罐11与风水联动喷雾降尘器5通过高压气管18相连接。
进气管道4和排气管道7的侧壁均设置有粉尘采样器12，粉尘采样器12包括粉尘采样头14与粉尘采样管13，粉尘采样管13安装在进气管道4和排气管道7的中心位置，粉尘采样管13全程均采用金属管，而且除了在进气管道4和排气管道7内有一个小圆弧状弯管外，在进气管道4和排气管道7外与粉尘采样头14直接采用直管连接。粉尘采样器12、粉尘采样管13和粉尘采样头14共同构成粉尘浓度监测子系统，粉尘采样头14分为全尘采样头和呼尘采样头，通过更换粉尘采样头14，可以分别实时监测进气管道和排气管道内的呼尘或全尘的粉尘浓度。粉尘浓度检测子系统采用滤膜测尘法测试粉尘浓度，直接采用专用的粉尘采样器12进行滤膜采样，通过更换粉尘采样器上的粉尘采样头14，不仅能够直接测试全尘的粉尘浓度，而且还能测试呼吸性粉尘浓度，显著提高了该系统的测试精确性，并同时具有良好的便携性和易拆装性。
进气管道4和排气管道7靠近端部的位置均设置有U型水柱计16，U型水柱计16连接有毕托管15，毕托管15分别安装在进气管道4和排气管道7内，安装方式为螺纹螺母配合亚克力胶，毕托管15和U型水柱计16组成动压监测装置。
高压水泵9和排气管道7之间安装有水循环系统17，水循环系统17通过第一水管20与高压水泵9相连接，水循环系统17通过第二水管22与排气管道7中侧端开设的排污口23相连接。水循环系统17使用多级沉淀设计，使得排污口流出来的污水能够经过自然沉淀，并配合多级出水口间的滤网，可以得到干净的水流入第一水管20。
其中，按照矿用除尘器通用技术条件(MT159-2005)要求：
1、进气管道4和排气管道7的长度设置为降尘器内径尺寸的10倍及以上，本装置的风机内径0.65m，进气管道4为7m，排气管道7为10m；
2、进气管道4的粉尘采样头14的安装位置设置在距离降尘器2倍降尘器内径尺寸位置处；
3、排气管道7的粉尘采样头14的安装位置设置在距离降尘器10倍的降尘器内径尺寸位置处。
本发明还提供了一种降尘效率考察试验方法，具体实施步骤：
打开空气压缩机10，向储气罐11中注入新鲜空气，待储气罐11中的压力达到预定压力后打开储气罐11的出气阀门，同时打开高压水泵9的出水阀门，至此即启动了风水联动喷雾降尘器5，待流场稳定后，通过风压监测装置测定进气管道4入口和排气管道7出口位置的动压，结合矿用除尘器通用技术条件(MT159-2005)要求计算空气的密度，即可算出风速，并进一步得到风量，然后启动粉尘发射器1，通过粉尘扩散器3将粉尘均匀送入进气管道4，待粉尘流场稳定后，通过测定安装在进气管道4和排气管道7中的粉尘采样管13吸入的粉尘浓度即可对比得到喷雾降尘器5的降尘效率。通过改变供风和供水压力，得到在不同工况下风水联动喷雾降尘器5的喷雾降尘效果；能够通过改变水性，研究不同性质的液体对风水联动喷雾降尘器5的降尘效率的影响；通过更换采样头，不仅能够测试全尘效率，还能测试呼尘效率。粉尘发射器1通过内置防爆电机1-1带动底座风扇1-2稳定运转，以保证一个稳定的粉尘发射量，并且可以调节加料装置1-5中的流量控制挡板1-5.3的开合程度来控制粉尘发射量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (7)
1.一种降尘效率考察试验系统，包括进气管道(4)和排气管道(7)，其特征在于，所述进气管道(4)和排气管道(7)均通过管道支撑架(8)支撑连接，进气管道(4)的入口侧方设置有粉尘发射器(1)，粉尘发射器(1)底端设置有发射器支架(2)；
所述进气管道(4)的入口侧端内部设置有粉尘扩散器(3)，进气管道(4)和排气管道(7)之间安装有风水联动喷雾降尘器(5)，风水联动喷雾降尘器(5)底端设置有降尘器支架(6)，风水联动喷雾降尘器(5)设置在进气管道(4)的出口和排气管道(7)的入口；
所述风水联动喷雾降尘器(5)的侧方设置有高压水泵(9)和储气罐(11)，风水联动喷雾降尘器(5)的进水口与高压水泵(9)通过高压水管(19)相连接，储气罐(11)的侧方设置有空气压缩机(10)，空气压缩机(10)与储气罐(11)通过高压气管(21)相连接，储气罐(11)与风水联动喷雾降尘器(5)通过高压气管(18)相连接；
所述进气管道(4)和排气管道(7)的侧壁均设置有粉尘采样器(12)，粉尘采样器(12)包括粉尘采样头(14)与粉尘采样管(13)，粉尘采样管(13)安装在进气管道(4)和排气管道(7)的中心位置；
所述进气管道(4)和排气管道(7)靠近端部的位置均设置有U型水柱计(16)，U型水柱计(16)连接有毕托管(15)；
所述高压水泵(9)和排气管道(7)之间安装有水循环系统(17)，水循环系统(17)通过第一水管(20)与高压水泵(9)相连接，水循环系统(17)通过第二水管(22)与排气管道(7)中侧端开设的排污口(23)相连接；
所述粉尘发射器(1)包括小型防爆电机(1-1)、底座风扇(1-2)、粉尘容器(1-3)、出风管(1-4)、加料装置(1-5)、控制台(1-6)和皮带轮传动装置(1-7)，小型防爆电机(1-1)安装在控制台(1-6)上，小型防爆电机(1-1)通过皮带轮传动装置(1-7)与底座风扇(1-2)相连，底座风扇(1-2)通过轴承与皮带轮传动装置(1-7)套接，底座风扇(1-2)设置在粉尘容器(1-3)内部且底座风扇(1-2)和粉尘容器(1-3)的底部转动连接，出风管(1-4)螺纹连接在粉尘容器(1-3)靠近顶部的侧壁。
2.根据权利要求1所述的一种降尘效率考察试验系统，其特征在于，所述粉尘扩散器(3)通过螺纹螺母配合亚克力胶安装于进气管道(4)入口内0.2m的位置，安装高度位于进气管道(4)圆心所在的高度。
3.根据权利要求2所述的一种降尘效率考察试验系统，其特征在于，所述粉尘发射器(1)的出口设置在和进气管道(4)入口内，粉尘发射器(1)出口的安装高度位于进气管道(4)圆心所在的高度，并往进气管道(4)入口内伸入0.18-0.2m。
4.根据权利要求1所述的一种降尘效率考察试验系统，其特征在于，所述加料装置(1-5)包括加料口(1-5.1)、滤网(1-5.2)、粉尘流量控制挡板(1-5.3)和出料口(1-5.4)组成，整体设计为漏斗状，加料口(1-5.1)底端设置的支撑架焊接在控制台(1-6)上，滤网(1-5.2)和粉尘流量控制挡板(1-5.3)均设置在加料口(1-5.1)的内壁，粉尘流量控制挡板(1-5.3)设置在滤网(1-5.2)的上方，粉尘流量控制挡板(1-5.3)和加料口(1-5.1)内壁转动连接，加料口(1-5.1)的底端连通有出料口(1-5.4)，出料口(1-5.4)设置在粉尘容器(1-3)的加料口上方。
5.根据权利要求1所述的一种降尘效率考察试验系统，其特征在于，所述粉尘采样器(12)、粉尘采样管(13)和粉尘采样头(14)共同构成粉尘浓度监测子系统，粉尘采样头(14)分为全尘采样头和呼尘采样头。
6.根据权利要求1所述的一种降尘效率考察试验系统，其特征在于，所述毕托管(15)分别安装在进气管道(4)和排气管道(7)内，安装方式为螺纹螺母配合亚克力胶，毕托管(15)和U型水柱计(16)组成动压监测装置。
7.一种降尘效率考察试验方法，包括如权利要求1-6任一项所述的降尘效率考察试验系统，所述试验方法包括以下步骤：
一、打开空气压缩机(10)，向储气罐(11)中注入新鲜空气，待储气罐(11)中的压力达到预定压力后打开储气罐(11)的出气阀门，同时打开高压水泵(9)的出水阀门，至此即启动了风水联动喷雾降尘器(5)；
二、待流场稳定后，通过风压监测装置测定进气管道(4)入口和排气管道(7)出口位置的动压，即可算出风速，并进一步得到风量；
三、启动粉尘发射器(1)，通过粉尘扩散器(3)将粉尘均匀送入进气管道(4)，待粉尘流场稳定后，通过测定安装在进气管道(4)和排气管道(7)中的粉尘采样管(13)吸入的粉尘浓度即可对比得到喷雾降尘器(5)的降尘效率。
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