高压引流喷射器设计

介绍一种高压引流喷射器的设计原理和方法

高压引流喷射器设计

河南省地质矿产勘查局第四地质探矿队

吕自强

摘要通过引流喷射管试验研究，指出试验条件下，引流喷射管的吸风效率与喷嘴及引流喷射管的结构与尺寸密切相关。引流喷射管的吸风量与喷嘴的耗水量成线性关系，喷射扩散角与水压力存在非线性

在结构参数一定的条件下，调整水压力可使引流喷射器工作在吸关系。引流喷射器主要设计参数是吸风量，

风效率最高的最佳状态。

关键词引流喷射管吸风量喷射扩散角

针对综采综放工作面煤尘体积质量分数高的问题，国内外对降尘技术进行了深入研究。德国采用在采煤机滚筒叶片内安装文丘里管，使喷嘴喷出的水雾在文丘里管内形成负压，含尘气流与水雾在管内快速结合，喷出管外再次黏附风流中的煤尘，既起到普通外喷雾降尘的作用，又实现二次降尘、冷

却截齿和湿润煤岩。２０世纪９０年代初，

德国和英国研制了采煤机吸尘滚筒，即在滚筒内装有若干集尘管，当来自中心管的高压水进入工作面煤壁侧喷水圈后，经若干喷嘴向集尘管喷射，产生与之成一定比例的雾气流，在集尘管的进口处从截割区吸入含尘空气，水雾气流排放到滚筒的采空侧一端，借助折流板使水雾气流再返回截割区，进行二次降尘。美国的采煤机外喷雾净化装置采用顺风射流排尘方式，使滚筒采煤机割煤时产生的含尘气流沿煤壁流动，避免割煤时含尘气流向采煤机司机操作位置扩散，含尘气流和新鲜风流分道流动，克服了传统外喷雾系统逆风喷雾时产生的涡流效应，采煤机司机位置处的煤尘体积质量分数显著降低。我国在２０世纪９０年代中期研制了长筒式负压二次降尘装置，特点是以采煤机现有内外喷雾降尘装置为基础，增加一个封闭的引射风筒，引射器喷雾后在引射风筒的入口处产生负压场，将其附近的含尘空气吸入风筒并与水雾碰撞结合，形成水雾气流从引射风筒出口喷出，在出口处形成很强的卷吸负压场，将附近的含尘空气吸入并与水雾气流碰撞结合，粘附成较大颗粒沉降下去，使空气得以净化［１－５］。分析上述降尘装置可知，其核心部分都是采用引流喷射管实现的，因此，深入研究引流喷射管的工作性能，具有重要的理论价值和实际意义。

本文结合引流喷射管试验，从工程应用角度讨论引流喷射器设计问题。分析和实验表明，引流喷射管的吸风效率与喷嘴及引流喷射管的结构与尺寸密切相关。引流喷射管的吸风量与喷嘴的耗水量成线性关系，喷射扩散角与水压力存在非线性关系。引流喷射器设计主要应考虑引流喷射的控制区域和吸风量，调整水压力可使引流喷射器工作在吸风效率最高的最佳状态。

１采煤机滚筒涡旋风流的计算

采煤机滚筒转动会产生涡旋风流，将采煤机滚筒视为轴流式风机的转子，根据滚筒的几何参数和运动参数，可计算则滚筒的排风量Ｑ，即

Ｑ＝πｎＤ２ｙ－Ｄ２）ｙ

!Ｓ－δ"

Ｎ－ＶｃＤＢ（１）式中，Ｑ为滚筒的排风量，ｍ３

／ｍｉｎ；ｎ为滚筒转速，ｒ／ｍｉｎ；Ｄｙ和Ｄｇ分别为滚筒的叶片直径和筒毂直径，ｍ；Ｓ为叶片螺旋的螺距，ｍ；Ｎ为螺旋头数；δ为叶片厚度，ｍ；α为螺旋叶片平均

·47·

升角；Ｖｃ为采煤机牵引速度，ｍ／ｍｉｎ，当滚筒空转（即滚筒没有割煤）时，视Ｖｃ＝０；Ｄ为滚筒的截齿齿尖直径，ｍ；Ｂ为滚筒截深（约等于滚筒的长度），ｍ。

由于空气可视为低密度均质流体，与叶片间的摩擦力可忽略不计，因此空气的运动主要是受叶片法线方向的推动所致，空气离开滚筒时的运动方向如图１所示。由图１可知，叶片间风流的平均运动速度可用下式计算：

Ｖｔ＝πｎ（Ｄｙ＋Ｄｇ）（２）

Ｖｚ＝Ｖｔｔａｎα（３）１

Ｖ０＝（Ｖ２

ｔ＋Ｖ２

ｚ

）（４）

式中，Ｖｔ为风流在滚筒切向的分速度；Ｖｚ为风流在滚筒

轴向的分速度；Ｖ０为风流在叶片法向的速度。其他符号意义同前。

图１风流速度计算图

可见，涡旋风流的风速和风量随滚筒的几何参数和运动参数而变化。但因叶片的螺旋升角是随直径按一定规律变化的，即直径越大螺旋升角越小，所以不同直径的滚筒产生的涡旋风流的平均轴向风速基本不变，而平均切向风速则随滚筒直径增大而增大。表１是几种不同直径的滚筒的涡旋风流的平均切向风速和轴向风速的计算值。这些值也反映了滚筒叶

片上不同直径处的风速。对于确定的滚筒，

当转速一定时，对应于叶片上不同直径处的涡旋风流的切向风速随直径增大而增大、轴向风速基本保持不变，这种特征有利于使风流稳定，但会使涡旋风流扩散粉尘的能力增强。

表１不同直径滚筒的排风速度

叶片直径／ｍ筒毂直径／ｍ

叶片升角切向风速轴向风速法向风速／°ｖｔ／ｍｓ－１ｖｔ／ｍｓ－１ｖｔ／ｍｓ－１１．５１．０１３．４３３．３３０．８０３．４２１．６１．０１２．６２３．５５０．８０３．６４１．７１．０１１．９０３．７７０．８０３．８５１．８

１．０

１１．２５

４．００

０．８０

４．０８

２引流喷射管吸气性能实验

介绍一种高压引流喷射器的设计原理和方法

图２是引流喷射管性能试验原理图。引流喷射管由引流喷射管体、喷嘴及高压供水系统（图２中未示出）等部分组成。引流喷射管体的内径为１００ｍｍ，长度为３００ｍｍ，吸气口为直径２００ｍｍ的喇叭口，将普通陶瓷芯水雾喷嘴安装于吸气口端，并与高压供水系统连通以便供给高压水实现喷雾。引流喷射管吸气性能实验的目的是考察水压、耗水量与吸风量之间的关系，以及喷射扩散角等性能参数，从而为成功研制引流喷射降尘装置提供依据。实验采用了直径为２．０ｍｍ、１．５ｍｍ和０．８ｍｍ的３种规格耐磨喷嘴，每个喷嘴装好后，将水泵压力从５．０ＭＰａ逐渐调至２０．０ＭＰａ，测出耗水量和吸风量。使用３种规格喷嘴的引流喷射管吸风性能实验结果见表２。图３、图４和图５是相应的拟合曲线。

图２引流喷射管

表

２

引流喷射管吸气性能实验数据

喷嘴直径／ｍｍ耗水量／Ｌ（ｍｉｎ）

－１

水压／ＭＰａ吸风量／ｍ３

（ｍｉｎ）

－１

耗水量体积

１．９５５．０８．６４４１０

２．４５

８．０９．７３９５９０．８

２．７５１１．０１０．３３７４５３．３０１７．０１２．２３６９７３．８０１９．０１３．０３４２１４．４５５．０１２．６２８３１６．３５

８．０１７．５２７５６１．５

７．０５１０．０２０．６２９００７．９５１４．０２４．２３０４４８．３０１６．２２４．８２９８８８．２０５．０１２．６１５３７１０．０

８．０１５．５１５５０２．０

１１．０１１．０１８．９１７１８１１．５１３．４１９．４１６８７１１．５５

１３．８

２０．０

１７３２

图

３

耗水量与水压力关系曲线

图４吸气量与水压力关系曲线

从图３和图４可以看出，在喷嘴直径一定时，随着水压力的增大耗水量和吸气量都是增大的，其中吸气量增大是我们所希望的，但耗水量增大意味着运行成本高是我们所不希望的。比较３种不同直径的喷嘴又可以看出，吸气量与耗水量近似为线性关系（见图５），其倍数关系随喷嘴直径而变化，当ｄ＝０．８ｍｍ时约为３７００，当ｄ＝１．５ …… 此处隐藏：4212字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……