CN113047895A - 一种风水联动喷雾降尘装置及其降尘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种风水联动喷雾降尘装置及其降尘方法，基于作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，通过滤清器与风水联动喷雾降尘装置组合使用，风水联动喷雾降尘装置使用半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器组合使用，用滤清器前处理输入降尘器内的水流和气流，先行过滤直径略大的固体颗粒杂质，保证不会因本身杂质阻塞喷雾喷头，使喷头喷出的水雾不会因本身固体颗粒凝聚缺少附着性，更加使喷雾细化，进而减少了降尘所需的水雾量；半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器组合搭配有效提高降尘空间利用率，为管道和喷雾喷头提供保护，从而实现高效降尘，并减少降尘器的维修和更换频率，节约开采人工维修、器件更换和时间成本。
Description
技术领域
本发明涉及矿用降尘喷雾领域，具体是一种风水联动喷雾降尘装置及其降尘方法。
背景技术
我国在煤矿生产过程中，煤尘危害是威胁煤矿生产安全的重要因素之一。煤矿采掘工作面的粉尘问题日趋严峻，尤其是随着矿井机械化、自动化水平的日益提高，煤层瓦斯抽采强度也愈发提高，以致煤体失水更加干燥，综掘、综采、移架等尘源产生的浮煤量更大，其中采掘工作面所产生的粉尘占全部矿井粉尘的85％以上，在空气中四散悬浮的煤尘对操作人员视野及身体健康有很大影响，一定浓度的煤尘也容易造成井下事故，面临对能源开采越来越高效的现状，和越来越先进的开采设备，安全开采战略备受国家重视，目前粉尘治理技术方法和设备无法满足生产安全需要，所以高效控尘方法和技术的提出迫在眉睫。
目前普遍采用掘进机内外喷雾、煤层注水、除尘风机等装置，由于技术方法限制及装置的局限性，以上措施存在以下问题：采用掘进机内外喷雾压力较低，接触尘量太大容易造成堵塞，综合降尘效率较低；煤层注水工艺复杂且有一定的限制条件，并且在采煤过程中必然会有煤尘产生；除尘风机存在电气等安全隐患，井下防尘效果并不理想。
对最简单有效的喷雾降尘技术，现有的喷雾降尘设备和技术对降尘效果和空间利用率并不理想，而且本身用于降尘器的水流和气流所含杂质会阻塞喷头，高效降尘的技术和方法白璧微瑕。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风水联动喷雾降尘装置及其降尘方法，基于作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，使用滤清器与风水联动喷雾降尘装置组合使用，中间添加使用微型高压泵，风水联动喷雾降尘装置使用半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器组合使用，用滤清器前处理输入降尘器内的水流和气流，再使用微型高压泵进行加压处理，保证不会因本身杂质阻塞喷雾喷头，使喷头喷出的水雾不会因本身固体颗粒凝聚缺少附着性，更加使喷雾细化；半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器组合搭配有效提高降尘空间利用率，为管道和喷雾喷头提供保护，从而实现高效降尘。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种风水联动喷雾降尘装置，风水联动喷雾降尘装置包括滤清器、半圆形喷雾降尘器、矩形喷雾降尘器和输送管，所述滤清器为供水供气的前置处理结构，滤清器包括水过滤管道和风过滤管道，水过滤管道和风过滤管道内均设有滤芯，水过滤管道和风过滤管道的一端均设有排污管，风过滤管道的另一端设有进风管，水过滤管道的另一端设有进水管，风过滤管道的一侧设有出气管，水过滤管道的一侧设有出水管，出气管和出水管分别位于滤清器的两侧；
所述矩形喷雾降尘器和半圆形喷雾降尘器上均设有进口管、保护外壳和喷雾喷头，进口管内设有通风管道和输水管道，通风管道和输水管道与喷雾喷头连通；
所述矩形喷雾降尘器还包括外壳槽口，外壳槽口位于保护外壳上。
进一步的，所述半圆形喷雾降尘器还包括半圆形外壳槽口，半圆形外壳槽口位于保护外壳的弧形内侧，进口管位于保护外壳的弧形外侧，喷雾喷头呈半圆形均匀对称分布在保护外壳上。
进一步的，所述通风管道的一端与喷雾喷头连通，另一端与出气管连通，通风管道上设有微型高压气泵，输水管道的一端与喷雾喷头连通，另一端与出水管连通，输水管道上设有微型高压水泵。
进一步的，所述半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器组合使用，经处理后干净的高压气流和高压水流共同流入通气管道和输水管道，通过喷雾喷头作用形成水雾，根据半圆形喷雾降尘结构特性，其喷出的喷雾呈封闭环形，环形水幕隔绝了产尘面，有效限制了粉尘逃逸。
一种风水联动喷雾降尘方法，降尘方法具体包括以下步骤：
S1:根据作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，如下：
S2:为提高降尘效果，增大雾滴的Fd单位曳力，考虑通过减少流体内颗粒杂质达到降低ρP雾滴密度和dP雾滴直径，并增加μ流体动力粘度；通过微型高压泵使雾滴更加细化，并使雾滴有与粉尘颗粒易碰撞接触的高速度。
S3:将供气管道和供水管道接入滤清器的进气管和进水管，为风水联动喷雾降尘装置提供初始能源，然后打开滤清器的进风球型截止阀和进水球型截止阀，通入气流和水流到滤清器的风过滤管和水过滤管两管内，通过滤清器滤芯分别对水流和气流进行过滤清洁处理，过滤清除水流和气流内直径略大的固体颗粒杂质。
S4:将输气管道和输水管道的一端接入滤清器的出气管和出水管，打开滤清器两侧的出风口球型截止阀和出水口球型截止阀，使净化后的气流和水流通过出风管和出水管流出。
S5:将滤清器的排污管通过输送管道接入排污系统中，打开滤清器两管的排污球型截止阀，把经滤清器过滤后的杂质清除，杂质通过排污管排到污水处理系统处理。
S6:使用输送管道将滤清器的出风管道和通风管道分别连接到微型高压气泵和微型高压水泵的接入口处，经过滤清器净化处理后的气流和水流分别沿输送管道输送到微型高压气泵和微型高压水泵内，使净化处理后的气流和水流再进行加压处理。
S7:将输气管道和输水管道的另一端分别接入半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的进气管和进水管，经过滤清器过滤和微型高压泵加压处理后的高压气流和高压水流分别沿输送管道输送到半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的进气管和进水管内。
S8:将半圆形喷雾降尘器通过外壳槽口安装固定在开采机械前端，将矩形喷雾降尘器通过外壳槽口安装固定在开采机械两侧，前端的半圆形喷雾降尘器对开采产生的煤尘进行喷雾降尘，其喷出的喷雾呈封闭环形，环形水幕隔绝了产尘面，有效限制了粉尘逃逸，高效的利用了降尘空间；两侧的矩形喷雾降尘器对四散逃逸到两侧的煤尘进行喷雾降尘，完成半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器两种降尘装置的组合使用。
S9:经过滤清器过滤和微型高压泵加压处理后的高压气流和高压水流在半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器中通入通风管道和输水管道中，处理后的高压气流与高压水流共同作用于两种喷雾降尘装置的喷雾喷嘴，形成捕捉粉尘颗粒效果更强，水雾更加细化的水雾幕，水雾与工作面的煤尘附着凝结。
进一步的，所述S1中Fd为雾滴单位曳力，μ为流体动力粘度，ρP为雾滴密度，dP为雾滴直径，Re为雷诺数，Cd为曳力系数。
本发明的有益效果：
1、本发明提供的具有前处理风水联动高效组合降尘的方法，基于作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，采用滤清器作为前置处理，中间添加使用微型高压泵，别对水流和气流进行过滤清洁加压处理，主要过滤清除水流和气流内直径略大的固体颗粒等杂质，如泥沙和铁锈等，使得风水联动喷雾降尘装置不会因自身通入的水流和气流阻塞喷雾喷头的喷口，极大提高喷雾喷头的使用效果，也会降低喷雾管道内的压力，保护降尘器，减少人工维修和更换成本。
2、本发明提供的具有前处理风水联动高效组合降尘的方法，基于作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，采用滤清器和风水联动喷雾降尘装置组合使用，中间添加使用微型高压泵，使得降尘器喷出的水雾幕内本身直径大于1微米的固体颗粒已滤除，没有内部通入的水流和气流杂质颗粒影响使得喷出的高压水雾更加细化及对固体颗粒附着能力更强，细化后的水雾对工作面中空气悬浮的粉尘具有更强的捕捉效果，极大提高了风水联动喷雾降尘装置的降尘效果，使得降尘所喷出的水雾量减少，改善了极为潮湿的开采环境。
3、本发明提供的具有前处理风水联动高效组合降尘的方法，采用风水联动喷雾降尘装置包括半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器两种降尘器组合使用，有效减少降尘器喷雾喷头与外部环境的接触尘量；半圆形喷雾降尘器放置开采机器前端，矩形降尘器放置两侧的使用方式，不仅极大提高了降尘空间的利用率和降尘器喷头的降尘效果，而且这种组合放置避免了开采的煤尘从两侧四散逃逸；半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的使用使得喷雾管道和喷雾喷头得到保护，避免开采时的机械物理损伤，减少降尘器的维修和更换频率，节约开采人工维修、器件更换和时间成本。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明前处理风水联动高效组合降尘的方法示意图；
图2是本发明方法中风水联动喷雾降尘装置侧面喷雾示意图；
图3是本发明方法中风水联动喷雾降尘装置0.3m距离处喷雾粒径分布图。
图中标识：1.微型高压气泵；2.出气管；3.滤清器；4.进气管；5.进水管；6.出水管；7.排污管；8.微型高压水泵；9.输送管道；10.进口管；11.矩形喷雾降尘器；12.外壳槽口；13.喷雾喷头；14.半圆形喷雾降尘器；15.半圆形外壳槽口。
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。
一种风水联动喷雾降尘装置，风水联动喷雾降尘装置包括滤清器3、半圆形喷雾降尘器14、矩形喷雾降尘器11和输送管9，如图1所示，滤清器3为供水供气的前置处理结构，滤清器3包括水过滤管道和风过滤管道，水过滤管道和风过滤管道内均设有滤芯，水过滤管道和风过滤管道的一端均设有排污管7，风过滤管道的另一端设有进风管4，水过滤管道的另一端设有进水管5，风过滤管道的一侧设有出气管2，水过滤管道的一侧设有出水管6，出气管2和出水管6分别位于滤清器3的两侧。
矩形喷雾降尘器11和半圆形喷雾降尘器14上均设有进口管10、保护外壳和喷雾喷头13，进口管10内设有通风管道和输水管道，通风管道和输水管道与喷雾喷头13连通。
半圆形喷雾降尘器14还包括半圆形外壳槽口15，半圆形外壳槽口15位于保护外壳的弧形内侧，进口管10位于保护外壳的弧形外侧，喷雾喷头13呈半圆形均匀对称分布在保护外壳上。
矩形喷雾降尘器11还包括外壳槽口12，外壳槽口12位于保护外壳上。
通风管道的一端与喷雾喷头13连通，另一端与出气管2连通，通风管道上设有微型高压气泵1，输水管道的一端与喷雾喷头13连通，另一端与出水管6连通，输水管道上设有微型高压水泵8。
半圆形喷雾降尘器14和矩形喷雾降尘器11组合使用，如图2所示，经处理后干净的高压气流和高压水流共同流入通气管道和输水管道，通过喷雾喷头13作用形成水雾，实现降尘。
风水联动喷雾降尘装置0.3m距离处喷雾粒径分布，如图3所示，图中表明装置前端0.3m处的直径小于10μm的雾滴量占所有雾滴总量的5％，直径小于50μm的雾滴量占总雾滴量的近80％，根据粒径相近的雾滴与固体颗粒之间容易结合的理论可知，风水联动喷雾降尘装置具有良好的降尘效果。
一种风水联动喷雾降尘方法，降尘方法具体包括以下步骤：
S1:根据作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，如下：
其中Fd为雾滴单位曳力，μ为流体动力粘度，ρP为雾滴密度，dP为雾滴直径，Re为雷诺数，Cd为曳力系数。
S2:为提高降尘效果，增大雾滴的Fd单位曳力，考虑通过减少流体内颗粒杂质达到降低ρP雾滴密度和dP雾滴直径，并增加μ流体动力粘度。进而采用滤清器作为前处理装置，提高雾滴捕捉粉尘的能力，中间添加使用微型高压泵，使雾滴更加细化，并使雾滴有与粉尘颗粒易碰撞接触的高速度。
S3:将供气管道和供水管道接入滤清器的进气管和进水管，为风水联动喷雾降尘装置提供初始能源，然后打开滤清器的进风球型截止阀和进水球型截止阀，通入气流和水流到滤清器的风过滤管和水过滤管两管内，通过滤清器滤芯分别对水流和气流进行过滤清洁处理，主要过滤清除水流和气流内直径略大的固体颗粒等杂质，如泥沙和铁锈等。
S4:将输气管道和输水管道的一端接入滤清器的出气管和出水管，打开滤清器两侧的出风口球型截止阀和出水口球型截止阀，使净化后的气流和水流通过出风管和出水管流出。
S5:将滤清器的排污管通过输送管道接入排污系统中，打开滤清器两管的排污球型截止阀，把经滤清器过滤后的杂质清除，杂质通过排污管排到污水处理系统处理。
S6:使用输送管道将滤清器的出风管道和通风管道分别连接到微型高压气泵和微型高压水泵的接入口处，经过滤清器净化处理后的气流和水流分别沿输送管道输送到微型高压气泵和微型高压水泵内，使净化处理后的气流和水流再进行加压处理。
S7:将输气管道和输水管道的另一端分别接入半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的进气管和进水管，经过滤清器过滤和微型高压泵加压处理后的高压气流和高压水流分别沿输送管道输送到半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的进气管和进水管内，完成滤清器和风水联动降尘装置的组合，中间添加使用微型高压泵的使用方法。
S8:将半圆形喷雾降尘器通过外壳槽口安装固定在开采机械前端，将矩形喷雾降尘器通过外壳槽口安装固定在开采机械两侧，前端的半圆形喷雾降尘器对开采产生的煤尘进行喷雾降尘，利用半圆形结构高效的利用了降尘空间；两侧的矩形喷雾降尘器对四散逃逸到两侧的煤尘进行喷雾降尘，完成半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器两种降尘装置的组合使用，这种组合避免了工作面煤尘扩散，实现对煤尘的高效降除。
S9:经过滤清器过滤和微型高压泵加压处理后的高压气流和高压水流在半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器中通入通风管道和输水管道中，处理后的高压气流与高压水流共同作用于两种喷雾降尘装置的喷雾喷嘴，形成捕捉粉尘颗粒效果更强，水雾更加细化的水雾幕，水雾与工作面的煤尘附着凝结，提高了风水联动喷雾降尘装置的降尘效果，使得降尘所喷出的水雾量减少，改善了极为潮湿的开采环境，保证安全的粉尘浓度，降低了生产成本和生产风险。
半圆形喷雾降尘器可放置在采掘机器前端使用，其喷出的喷雾呈封闭环形，环形水幕隔绝了产尘面，矩形喷雾降尘器可放置采掘机器两侧使用，防止开采时有煤尘四散逃逸。
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 (6)
1.一种风水联动喷雾降尘装置，风水联动喷雾降尘装置包括滤清器(3)、半圆形喷雾降尘器(14)、矩形喷雾降尘器(11)和输送管(9)，其特征在于，所述滤清器(3)为供水供气的前置处理结构，滤清器(3)包括水过滤管道和风过滤管道，水过滤管道和风过滤管道内均设有滤芯，水过滤管道和风过滤管道的一端均设有排污管(7)，风过滤管道的另一端设有进风管(4)，水过滤管道的另一端设有进水管(5)，风过滤管道的一侧设有出气管(2)，水过滤管道的一侧设有出水管(6)，出气管(2)和出水管(6)分别位于滤清器(3)的两侧；
所述矩形喷雾降尘器(11)和半圆形喷雾降尘器(14)上均设有进口管(10)、保护外壳和喷雾喷头(13)，进口管(10)内设有通风管道和输水管道，通风管道和输水管道与喷雾喷头(13)连通；
所述矩形喷雾降尘器(11)还包括外壳槽口(12)，外壳槽口(12)位于保护外壳上。
2.根据权利要求1所述的一种风水联动喷雾降尘装置,其特征在于，所述半圆形喷雾降尘器(14)还包括半圆形外壳槽口(15)，半圆形外壳槽口(15)位于保护外壳的弧形内侧，进口管(10)位于保护外壳的弧形外侧，喷雾喷头(13)呈半圆形均匀对称分布在保护外壳上。
3.根据权利要求2所述的一种风水联动喷雾降尘装置,其特征在于，所述通风管道的一端与喷雾喷头(13)连通，另一端与出气管(2)连通，通风管道上设有微型高压气泵(1)，输水管道的一端与喷雾喷头(13)连通，另一端与出水管(6)连通，输水管道上设有微型高压水泵(8)。
4.根据权利要求1所述的一种风水联动喷雾降尘装置,其特征在于，所述半圆形喷雾降尘器(14)和矩形喷雾降尘器(11)组合使用，经处理后干净的高压气流和高压水流共同流入通气管道和输水管道，通过喷雾喷头(13)作用形成水雾，根据半圆形喷雾降尘结构特性，其喷出的喷雾呈封闭环形，环形水幕隔绝了产尘面，有效限制了粉尘逃逸。
5.采用权利要求1-4任意一项所述的风水联动喷雾降尘装置进行降尘的方法,其特征在于，降尘方法具体包括以下步骤：
S1:根据作用在液滴上力平衡的拉格朗日坐标系下的运动方程，如下：
S2:为提高降尘效果，增大雾滴的Fd单位曳力，考虑通过减少流体内颗粒杂质达到降低ρP雾滴密度和dP雾滴直径，并增加μ流体动力粘度；通过微型高压泵使雾滴更加细化，并使雾滴有与粉尘颗粒易碰撞接触的高速度。
S3:将供气管道和供水管道接入滤清器的进气管和进水管，为风水联动喷雾降尘装置提供初始能源，然后打开滤清器的进风球型截止阀和进水球型截止阀，通入气流和水流到滤清器的风过滤管和水过滤管两管内，通过滤清器滤芯分别对水流和气流进行过滤清洁处理，过滤清除水流和气流内直径略大的固体颗粒杂质。
S4:将输气管道和输水管道的一端接入滤清器的出气管和出水管，打开滤清器两侧的出风口球型截止阀和出水口球型截止阀，使净化后的气流和水流通过出风管和出水管流出。
S5:将滤清器的排污管通过输送管道接入排污系统中，打开滤清器两管的排污球型截止阀，把经滤清器过滤后的杂质清除，杂质通过排污管排到污水处理系统处理。
S6:使用输送管道将滤清器的出风管道和通风管道分别连接到微型高压气泵和微型高压水泵的接入口处，经过滤清器净化处理后的气流和水流分别沿输送管道输送到微型高压气泵和微型高压水泵内，使净化处理后的气流和水流再进行加压处理。
S7:将输气管道和输水管道的另一端分别接入半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的进气管和进水管，经过滤清器过滤和微型高压泵加压处理后的高压气流和高压水流分别沿输送管道输送到半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器的进气管和进水管内。
S8:将半圆形喷雾降尘器通过外壳槽口安装固定在开采机械前端，将矩形喷雾降尘器通过外壳槽口安装固定在开采机械两侧，前端的半圆形喷雾降尘器对开采产生的煤尘进行喷雾降尘，利用半圆形结构高效的利用了降尘空间；两侧的矩形喷雾降尘器对四散逃逸到两侧的煤尘进行喷雾降尘，完成半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器两种降尘装置的组合使用。
S9:经过滤清器过滤和微型高压泵加压处理后的高压气流和高压水流在半圆形喷雾降尘器和矩形喷雾降尘器中通入通风管道和输水管道中，处理后的高压气流与高压水流共同作用于两种喷雾降尘装置的喷雾喷嘴，形成捕捉粉尘颗粒效果更强，水雾更加细化的水雾幕，水雾与工作面的煤尘附着凝结。
6.根据权利要求5所述的一种风水联动喷雾降尘方法,其特征在于，所述S1中Fd为雾滴单位曳力，μ为流体动力粘度，ρP为雾滴密度，dP为雾滴直径，Re为雷诺数，Cd为曳力系数。
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