煤礦井下除塵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

煤礦井下除塵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第二章 除塵方案選擇隨著煤礦機(jī)械化程度的不斷提高和發(fā)展，新的采礦方法被不斷發(fā)現(xiàn)，煤炭開采效率也越來越高，但是它帶來的粉塵濃度，在煤炭生產(chǎn)過程中越來越高。礦井粉塵嚴(yán)重危害著礦工的身體健康?！邦A(yù)防為主，綜合治理”是煤礦粉塵治理的基本方針。煤礦粉塵治理問題一直是煤礦研究人員的關(guān)注的熱點(diǎn)，粉塵治理措施也多種多樣。有泡沫除塵、通風(fēng)除塵、除塵器除塵等。2.1 泡沫除塵泡沫除塵采用的是用無空隙的泡沫覆蓋揚(yáng)起的煤塵，泡沫具有很好的黏附性,粉塵一旦和泡沫接觸便會迅速被泡沫粘附,粉塵通過濕潤、沉積，下降，這樣粉塵便失去飛揚(yáng)能力，從而達(dá)到降塵效果的除塵方法。二十世紀(jì)70年代中期，英國是第一個(gè)進(jìn)行這方面研究的，此后，蘇聯(lián)，美國，德國，日本和其他國家也開展了這方面的測試和研究，并取得了一定的成果。最近幾年，中國也在鐵法、潞安等礦務(wù)局開展了類似的研究和實(shí)驗(yàn)，也獲得了不錯的效果。泡沫劑是指能夠產(chǎn)生泡沫的液體。純凈的液體不是泡沫劑，因?yàn)樗豢梢援a(chǎn)生泡沫。當(dāng)液體中含有顆粒狀分散膠體、膠質(zhì)體系或細(xì)粒狀膠體時(shí)，此時(shí)液體就可以產(chǎn)生泡沫。2.1.1 發(fā)泡原理根據(jù)圖2-1發(fā)泡原理說明如下：圖2-1 發(fā)泡器原理示意圖由高壓軟管7先進(jìn)行高壓供水，然后過濾器器3對水進(jìn)行過濾，保證水質(zhì)干凈，再流入管道定量分配器2，此處因?yàn)楦邏核碾[射作用可以將儲液槽4中的發(fā)泡液按一定比例（一般混合比為0.1%1.5%）吸出。混合發(fā)泡劑后的高壓水由高壓軟管8向發(fā)泡噴頭流入。風(fēng)度一定時(shí)，發(fā)泡率的大小將受到霧滴的均勻性和直徑的影響。液滴過小時(shí)，很容易從網(wǎng)孔通過漏掉，但是無法形成泡沫；液滴過大時(shí)，氣泡耗液量也會跟著增加，這樣泡沫的強(qiáng)度和倍數(shù)也會增加，但是當(dāng)耗液量不斷增加時(shí)，達(dá)到一定限度，兩參數(shù)將會迅速下降，伴隨著泡沫耗液量的不斷增加，許多溶液在發(fā)泡過程中將起不到作用。泡沫降塵方法可以在綜合機(jī)組、綜合采機(jī)組、帶式運(yùn)輸機(jī)和塵源固定的地方使用。泡沫除塵與其它除塵方式相比，不僅增加了粉塵的濕潤和粘附效率，而且提高了粉塵與除塵材料的碰撞概率，因此除塵效率較高。2.2通風(fēng)除塵通風(fēng)除塵的作用是稀釋并排走礦井空氣中的煤塵。雖然已經(jīng)對礦井中的各種塵源進(jìn)行了防塵降塵措施，但是仍然會有一部分煤塵進(jìn)入空氣中，而且許多粉塵都是顆粒直徑不大于10m的粉塵，這些粉塵可以較長時(shí)間懸浮于空氣中并且不斷聚集，導(dǎo)致礦井空氣受到嚴(yán)重污染，礦工健康也會受到嚴(yán)重危害。因此必須采取有效的通風(fēng)措施稀釋并排走礦塵，避免其積聚。通風(fēng)防塵是礦井綜合治理粉塵的重要措施之一。通風(fēng)除塵是通過風(fēng)流稀釋粉塵和瓦斯并排出礦井，降低工作面粉塵和瓦斯?jié)舛龋院侠淼耐L(fēng)能有效地稀釋、排出工作面粉塵并且防止瓦斯積聚，為了保證礦井工人身體健康，煤礦安全規(guī)程規(guī)定，掘進(jìn)中巖巷通風(fēng)風(fēng)速不能低于0. 15 m /s，采煤工作面、掘進(jìn)中的煤巷和半煤巖巷風(fēng)速不能低于0.25m /s。局部通風(fēng)機(jī)通風(fēng)方法是煤礦采掘面目前采用的最為普遍的通風(fēng)方式，也稱綜掘通風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)是通風(fēng)動力源，通過導(dǎo)風(fēng)筒進(jìn)行導(dǎo)風(fēng)。根據(jù)局部通風(fēng)機(jī)的不同工作方式，又可以分為壓入式、抽出式和混合式，他們的通風(fēng)效果使用條件也不相同。目前，煤礦綜掘作面通常采用長壓短抽通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)防塵的關(guān)鍵是如何選擇最佳排塵風(fēng)速。當(dāng)風(fēng)速偏低時(shí)，煤塵不能被風(fēng)流有效的稀釋并排出，并且隨著煤塵的不斷產(chǎn)生，造成作業(yè)地點(diǎn)粉塵濃度的非定量增加，導(dǎo)致粉塵濃度持續(xù)上升。當(dāng)風(fēng)速過高時(shí)，又會吹揚(yáng)起礦井設(shè)備及地面積塵，同樣會造成粉塵濃度升高。2.3除塵器除塵旋風(fēng)除塵器。如圖2-2所示圖2-2 旋風(fēng)除塵器示意圖粉塵以1424m/s的速度，從切向方向向外圓筒流進(jìn)除塵器后，由于受到2.4 方案比較除塵方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)泡沫除塵捕塵效率高，管理工作量小費(fèi)用投資高，應(yīng)用范圍有限通風(fēng)除塵操作簡單，方便快捷，成本低除塵效率低，易造成二次污染，適用范圍有限除塵器除塵除塵效率高一次性投資大、設(shè)備自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、較笨重、處理風(fēng)量有限2.4.1 方案選擇由以上方案比較可知，每種方案都有各自有缺點(diǎn)，但在粉塵場所適用范圍上都比較窄，無法廣泛推廣。噴霧降塵廣泛應(yīng)用于煤礦粉塵場所，然而現(xiàn)存的噴霧降塵設(shè)備又以低壓噴霧為主，低壓噴霧水壓較低，一般在12MPa左右，捕塵效率大約在50%左右, 捕塵效率低。智能高壓噴霧可實(shí)現(xiàn)高效率降塵，無人監(jiān)控，適用范圍廣，設(shè)備維護(hù)量小，在煤礦粉塵場所應(yīng)用廣泛。選擇智能高壓噴霧降塵方案，可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)。2.5智能高壓噴霧除塵智能高壓噴霧主要由PLC、粉塵濃度傳感器、熱釋紅外線傳感器、高壓噴嘴、氣動馬達(dá)、柱塞泵等構(gòu)成。當(dāng)粉塵濃度傳感器檢測到粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，高壓噴霧裝置開始噴霧降塵，當(dāng)濃度低于警戒線時(shí)噴霧停止。此外，該噴霧降塵系統(tǒng)還安裝有熱釋電紅外線傳感器，當(dāng)裝置檢測到有人在噴霧地點(diǎn)時(shí)，可以自動延時(shí)或停止噴霧。智能高壓霧除塵設(shè)施具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）集中運(yùn)行：管路自動排水系統(tǒng)集中運(yùn)行，穩(wěn)定可靠，可以實(shí)現(xiàn)無人化管理：（2）降低能耗：直接以水、井下風(fēng)能為動力，無需額外電機(jī)等輔助設(shè)備；（3）可靠除塵：采用礦用水質(zhì)過濾器，凈化井下水，充分解決水質(zhì)對系統(tǒng)的影響。采用高壓噴嘴，耐磨性好、霧化除塵效果好：（5）使用方便：利用煤礦井下現(xiàn)有的風(fēng)能、供水系統(tǒng)即可，安裝十分方便：（6）耐用性能好：主要機(jī)械裝置設(shè)計(jì)簡單、科學(xué)，故障率非常低。2.5本章小結(jié)本章主要介紹了泡沫除塵、通風(fēng)除塵、除塵器除塵，通過對比得出各自優(yōu)缺點(diǎn)。鑒于各自應(yīng)用范圍有限，考慮到不同煤礦井下環(huán)境差異，提出智能高壓噴霧除塵方案，應(yīng)用范圍廣，除塵效率高。第三章 煤礦井下智能高壓噴霧除塵設(shè)計(jì)方案3.1智能高壓噴霧除塵特點(diǎn)目前我國煤礦井下應(yīng)用最廣泛的除塵措施主要是以噴霧灑水降塵，然而目前噴霧灑水降塵方法又以低壓噴霧為主，由于水壓低，導(dǎo)致霧化效果差，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，很難有效捕捉粉塵，特別是對呼吸型粉塵的除塵效率不足70%。高壓噴霧降塵技術(shù)室一種降塵效率高但目前為止還沒被廣泛推廣使用的煤礦井下降塵技術(shù)。噴霧塵粒與粉塵的高凝結(jié)效率是除塵效率高的主要原因。煤礦井下低壓噴霧灑水噴霧是通過慣性碰撞、擴(kuò)散作用、凝結(jié)作用等方式來降塵的；然而高壓噴霧不但有低壓噴霧的降塵機(jī)理，而且還使水霧帶有較高的正負(fù)電荷，因而對呼吸型粉塵降塵效率將會更高。巷道內(nèi)智能高壓噴霧引用煤礦井下現(xiàn)有的風(fēng)路管路中的壓縮風(fēng)能，由氣動馬達(dá)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能從而驅(qū)動柱塞泵工作，由于老師選取的煤礦井下水質(zhì)除了含有一些可過濾的雜質(zhì)其他各項(xiàng)指標(biāo)都良好，因此利用井下水必須提前進(jìn)行過濾。將煤礦井下水經(jīng)沉淀池沉淀雜質(zhì)進(jìn)行第一次過濾，然后由沉淀池流出的水再通過礦用水質(zhì)過濾器過濾第二次，然后低壓水流經(jīng)柱塞泵，氣動馬達(dá)作為動力源驅(qū)動柱塞泵工作，將低壓水轉(zhuǎn)化為高壓水，為高壓噴霧做好準(zhǔn)備。使用氣動馬達(dá)帶動柱塞泵實(shí)現(xiàn)低壓水向高壓水的轉(zhuǎn)化，解決了使用電動機(jī)轉(zhuǎn)化低壓水帶來的用電安全問題。智能高壓噴霧系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控自動噴霧，噴霧除塵系統(tǒng)主要采用PLC控制器控制礦井粉塵濃度傳感器工作，當(dāng)檢測到粉塵濃度超過指標(biāo)時(shí)可實(shí)現(xiàn)自動噴霧降塵，噴霧過程中如果有礦工經(jīng)過時(shí)，熱釋電紅外線傳感器發(fā)出信號，噴霧停止工作。當(dāng)工人走過時(shí)，如果粉塵濃度依然超標(biāo)，噴霧繼續(xù)進(jìn)行，直到粉塵濃度傳感器檢測到粉塵濃度低于指標(biāo)時(shí)，噴霧降塵停止。皮帶機(jī)除塵系統(tǒng)由經(jīng)過過濾后的水流經(jīng)柱塞泵，柱塞泵安裝在皮帶機(jī)上，當(dāng)皮帶機(jī)工作時(shí)帶動柱塞泵工作，從而實(shí)現(xiàn)低壓水向高壓水的轉(zhuǎn)化，解決了井下電氣防爆問題，實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)機(jī)械能的高效利用。采煤機(jī)采用內(nèi)噴霧和外噴霧的結(jié)合。噴霧降塵是高壓水通過噴嘴高壓噴射擴(kuò)散，使其霧化，包裹住粉塵源從而與外界隔離。高壓噴霧不僅可以通過攔截作用沉降粉塵，而且還有冷卻截齒、濕潤煤層和防止截割火花的作用。3.2 水滴捕塵機(jī)理圖3-1 水滴捕塵作用示意圖（2）擴(kuò)散作用一般情況下粒徑在0.3m以下的粉塵質(zhì)量很小，很容易被風(fēng)吹動揚(yáng)起，吹起的微粒氣體一樣做布朗運(yùn)動。粒徑和質(zhì)量雖然都很小，但是擴(kuò)散能力很強(qiáng)，粉塵在不停的運(yùn)動中很容易和其他物體相撞而沉降下來。（3）凝結(jié)作用凝結(jié)分為兩種情況，一種是通過水蒸氣的不斷凝結(jié)使粉塵粒逐漸凝聚增大；另一種情況是粉塵通過擴(kuò)散漂移的聯(lián)合作用，使塵粒逐漸向液滴移動從而凝聚增大，此時(shí)的粉塵由于通過慣性作用很容易被捕集。另外，水滴與塵粒的電荷性也會促進(jìn)塵粒凝聚。（4）靜電捕集靜電捕集就是用大量帶電荷的霧粒，利用電荷之間的庫侖力來有效捕捉微細(xì)粉塵。靜電作用主要與粉塵介電常數(shù)、霧粒和粉塵上的電荷量有關(guān)。普通噴霧灑水的降塵機(jī)理起主要作用的是慣性碰撞和擴(kuò)散截留機(jī)理，所以在捕集呼吸性粉塵時(shí)存在著兩大主要缺點(diǎn)：一是因?yàn)楹粑苑蹓m的慣性小，在將要與水霧顆粒相碰撞時(shí)要改變其運(yùn)動軌跡而繞霧粒運(yùn)動，極難被水霧所捕集。二是即使有少數(shù)呼吸塵和水霧粒相碰撞，由于凝聚力小而容易再分離，這就是水霧粒(尤其是較大水霧粒)對呼吸性粉塵捕集效率低的原因。3.3智能高壓噴霧設(shè)計(jì)思路 高壓噴霧水在外部壓力的驅(qū)動下，經(jīng)過管路和噴嘴，形成高能流束噴射而出，從而形成噴霧。本文對噴霧除塵設(shè)計(jì)思路如圖3-2所示圖3-2 智能高壓噴霧示意圖 系統(tǒng)上電后開始工作，PLC作為控制器控制整個(gè)系統(tǒng)工作，粉塵濃度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測煤礦井下巷道粉塵濃度。當(dāng)粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，同時(shí)熱釋電紅外線傳感器檢測巷道內(nèi)有無工作人員，若無人則噴霧降塵開始，若有人，延時(shí)10S,留出供工人走出巷道的時(shí)間，當(dāng)?shù)V工從噴霧處離開時(shí)，熱釋開關(guān)發(fā)出信號，噴霧開始，當(dāng)粉塵濃度傳感器監(jiān)測到粉塵濃度降低在指標(biāo)一下時(shí)，電磁閥關(guān)閉，噴霧降塵停止工作，如此不停循環(huán)，可以實(shí)現(xiàn)對巷道粉塵的實(shí)時(shí)監(jiān)測，隨時(shí)做出降塵處理，該噴霧降塵系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測，無人監(jiān)控。3.4智能高壓噴霧設(shè)備工作原理見下頁圖3-3煤礦井下巷道除塵示意圖由于老師所選擇的煤礦，井下水壓力較小且含雜質(zhì)較多，其他指標(biāo)都良好，對噴霧不會造成什么影響。因此決定先對此煤礦井下水進(jìn)行過濾，先將井下水引入沉淀池，對較大的煤渣進(jìn)行沉淀，沉淀后的水再次通過礦用水質(zhì)過濾器進(jìn)行再次過濾以防堵塞噴嘴。經(jīng)過兩重過濾的水流經(jīng)柱塞泵，考慮到井下電氣防爆要求，因此選用氣動馬達(dá)，利用井下現(xiàn)有的壓縮風(fēng)能驅(qū)動氣動馬達(dá)葉片旋轉(zhuǎn)，通過氣動馬達(dá)將風(fēng)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，再由氣動馬達(dá)驅(qū)動柱塞泵，將低壓水轉(zhuǎn)化為高壓水。當(dāng)粉塵濃度傳感器檢測到巷道內(nèi)的粉塵超標(biāo)時(shí)，如果巷道內(nèi)沒人，則PLC控制防爆電磁閥打開，高壓水經(jīng)噴嘴向外開始噴霧降塵。當(dāng)粉塵達(dá)到危險(xiǎn)指標(biāo)一下時(shí)，噴霧停止。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控依舊可以正常工作。皮帶傳輸機(jī)除塵示意圖如圖3-4所示：圖3-4皮帶傳輸機(jī)除塵示意圖由于煤炭經(jīng)皮帶傳輸機(jī)傳送直到經(jīng)皮帶拋出時(shí)會揚(yáng)起粉塵，對礦井環(huán)境造成污染，嚴(yán)重威脅著井下職工的健康。為了減少煤塵的揚(yáng)起，在煤炭粉塵揚(yáng)起的地方安裝三個(gè)噴嘴進(jìn)行噴霧降塵。經(jīng)過過濾的井下水壓力較小，為了產(chǎn)生顯著的噴霧降塵效果，可以在皮帶傳輸輪下方安裝柱塞泵，當(dāng)皮帶機(jī)工作時(shí)，驅(qū)動柱塞泵的轉(zhuǎn)動，從而將低壓水轉(zhuǎn)化高壓水，達(dá)到良好的霧化效果。通過皮帶傳輸輪驅(qū)動柱塞泵的工作避免考慮井下電氣防爆的問題。采煤機(jī)降塵示意圖如圖3-4所示，采煤機(jī)在工作的過程中會產(chǎn)生大量煤塵，嚴(yán)重威脅著井下礦工的身體健康。圖3-5 采煤機(jī)降塵示意圖3.5噴霧設(shè)備智能化 煤礦井下巷道除塵設(shè)備采用粉塵濃度傳感器和熱釋電紅外線傳感器。當(dāng)粉塵濃度傳感器檢測到粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，同時(shí)熱釋電傳感器檢測到巷道內(nèi)沒有工人時(shí)，PLC控制防爆電磁閥啟動，此時(shí)，氣動馬達(dá)在風(fēng)能作用下開始工作，然后氣動馬達(dá)又驅(qū)動高壓柱塞泵工作，高壓噴霧開始工作。如果粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，熱釋電傳感器檢測到巷道內(nèi)有人，巷道長約10米，報(bào)警系統(tǒng)開始，提醒工作人員離開，預(yù)計(jì)10S后人員可以離開巷道，則10S后高壓噴霧開始啟動，降塵開始，當(dāng)粉塵濃度低于警戒值時(shí)，則噴霧停止。假設(shè)有三人依次通過巷道時(shí)，當(dāng)粉塵濃度超標(biāo)時(shí)，熱釋電檢測到第一個(gè)人時(shí)噴霧開關(guān)繼續(xù)關(guān)閉，等最一個(gè)人通過時(shí)，則噴霧開始，防止水噴到礦工身上。當(dāng)巷道內(nèi)粉塵濃度傳感器或熱釋電紅外傳感器其中或全部失靈時(shí)，為達(dá)到及時(shí)降塵的效果，智能高壓噴霧系統(tǒng)配備手動開關(guān)，可以有效開啟噴霧降塵。智能高壓噴霧可實(shí)現(xiàn)無人堅(jiān)守，實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦井下粉塵濃度狀況并自動處理。同時(shí)熱釋電紅外線傳感器的可防止水霧噴灑到礦工身上，安全衛(wèi)生。3.6本章小結(jié)本章主要介紹了智能高壓噴霧特點(diǎn)、水滴捕塵機(jī)理。通過示意圖的形式形象展示了煤礦井下巷道、皮帶機(jī)、采煤機(jī)的噴霧降塵原理。采用氣動馬達(dá)和柱塞泵的結(jié)合可避免煤礦井下用電安全問題，為高壓噴霧提供了高壓水。第四章 煤礦井下智能高壓噴霧除塵系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計(jì)4.1 除塵設(shè)備基本組成智能高壓噴霧系統(tǒng)主要由PLC控制器、氣動馬達(dá)、柱塞泵、高壓噴嘴、礦用水質(zhì)過濾器、粉塵濃度傳感器、熱釋電紅外傳感器、電磁閥、沉淀池、管路等這構(gòu)成。如圖4-1基本示意圖圖4-14.2PLC防爆控制箱由于煤礦井下用電設(shè)備處處都需要考慮防爆問題，因此PLC也需要在外面加一個(gè)防爆外殼。PLC防爆箱由隔離變壓器、本安電源、S7-200 PLC及繼電器等組成。4.2.1 可編程邏輯控制器 （2）使用方便目前PLC已經(jīng)開發(fā)了許多擴(kuò)展模塊，產(chǎn)品已系列化和模塊化，并且配有品4.2.2 S7-200 可編程邏輯控制器介紹S7-200是西門子公司研發(fā)的一種小型可編程邏輯控制器，這種控制器不僅可以進(jìn)行單機(jī)控制，同時(shí)也可以進(jìn)行功能模塊的擴(kuò)展。S7-200可編程邏輯控制器屬于整體式結(jié)構(gòu)，它具有許多優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運(yùn)行快，指令集豐富，功能和實(shí)時(shí)特性都很強(qiáng)大，性價(jià)比高。根據(jù)控制輸入輸出點(diǎn)數(shù)的多少，選擇CPU主機(jī)。S7-200的系統(tǒng)也是由主機(jī)單元、編程器組成。在進(jìn)行擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中還可以有數(shù)字量擴(kuò)展單元模塊、模擬量擴(kuò)展單元模塊、通信模塊、人機(jī)界面（HMI）等。S7-200基本結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。圖4-2 S7-200 PLC系統(tǒng)的基本構(gòu)成4.2.3主機(jī)結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)及選型本論文所選器件輸入/輸出點(diǎn)代碼和地址編號如下名稱代碼地址編號輸入信號啟動按鈕SF0I0.0熱釋開關(guān)1RSI1I0.1熱釋開關(guān)2RSI2I0.2粉塵濃度傳感器1FCI1I0.3粉塵濃度傳感器2FCI2I0.4手動開1,2SW1I0.5手動關(guān)1,2SW2I0.6輸出信號電磁閥DCFQ0.0熱釋開關(guān)1運(yùn)行指示燈RSO1Q0.1熱釋開關(guān)2運(yùn)行指示燈RSO2Q0.2粉塵濃度1運(yùn)行指示燈FCO1Q0.3粉塵濃度2運(yùn)行指示燈FCO2Q0.4報(bào)警PBQ0.5由上圖可知開關(guān)量輸入點(diǎn)7個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)6個(gè)，因此選擇CPU222比較經(jīng)濟(jì)適用。4.2.4隔離變壓器我們直接接入PLC防爆箱的是井下127VAC的電源，PLC一般使用220VAC/24VDC供電。煤礦井下的供電電網(wǎng)容易波動，如果直接將井下電源接入PLC上，將會降低PLC系統(tǒng)的精度和可靠性；嚴(yán)重情況下，會毀滅整個(gè)系統(tǒng)；電網(wǎng)的瞬時(shí)變化也是經(jīng)常發(fā)生的，由此會影響到PLC控制系統(tǒng)中。為了避免這些情況的發(fā)生，提高系統(tǒng)可靠性和抗干擾性，煤礦井下通產(chǎn)采用隔離變壓器給PLC供電，變壓器主副線圈間產(chǎn)生一定的間隙，這樣便可以將電網(wǎng)中的各種干擾信號隔離開，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。我們所選擇的是可以把127V/380V轉(zhuǎn)化為220V電壓的隔離變壓器。4.3 霧化噴嘴設(shè)計(jì)4.3.1 噴嘴參數(shù)對霧化效果影響高壓噴霧是通過噴嘴噴射產(chǎn)生的，通過噴嘴把高壓柱塞泵提供的高壓水噴射而出，形成霧狀，此時(shí)噴霧降塵的效果才能發(fā)揮出來。因此，噴嘴是決定噴霧降塵效果的重要部件，合理的噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、出口直徑 D、加工精度、引射罩錐角大的小直接將直接決定噴出霧粒的大小、霧粒速度、出水量及霧體的大小，進(jìn)而影響霧粒與粉塵的凝結(jié)率。噴嘴的結(jié)構(gòu)形式有很多種。例如：（1）收斂型噴嘴。收斂型型噴嘴主要應(yīng)用于切割、清洗、除銹等場所；圖4-3是收斂型噴嘴的典型結(jié)構(gòu)。主要的幾何參數(shù)有：噴嘴的收縮角，入口和出口過渡形狀，倒角的曲率半徑r1和r2，出口直徑d 。噴嘴的出口直徑d 由射流的壓力和流量確定（d 是設(shè)計(jì)噴嘴的原始數(shù)據(jù)）： （4-1）式中：Q額定流速，L/min；P 額定壓力, Pa 。圖4-3收斂型噴嘴(2) 霧化型噴嘴。霧化型噴嘴主要運(yùn)用于降塵、環(huán)境保護(hù)等工作場合。噴霧降塵時(shí)，選用霧化型噴嘴。收斂型噴嘴是將壓力收縮，轉(zhuǎn)化為動能，霧化型噴嘴是把壓力水通入其中，高壓水通入后不可以產(chǎn)生有較高的霧滴運(yùn)動的霧化質(zhì)量，還可以滿足霧滴達(dá)到不同的粉塵源，霧化產(chǎn)生的均勻度和的擴(kuò)散面積都可以達(dá)到降塵效果。常用的壓力轉(zhuǎn)化型霧化噴嘴有以下幾種類型：圖4-4螺旋導(dǎo)水芯噴嘴圖 圖4-5平射型噴嘴 圖4-6十字形導(dǎo)水芯噴嘴 圖4-7直射型噴嘴不同結(jié)構(gòu)的噴嘴霧化原理也不相同：平射型和直射型噴嘴是利用壓力變收縮力原理；十字形導(dǎo)水芯噴嘴將水壓力變?yōu)闆_力。螺旋導(dǎo)水芯是水流經(jīng)導(dǎo)螺旋牙水道作離心運(yùn)動，在出水腔與中心孔的直射水流撞，霧化效果相對于前三種要好。霧化型噴嘴主要的技術(shù)特征和技術(shù)參數(shù)見表4.1和表4.2。表4.1霧化型噴嘴的技術(shù)特征噴嘴類型霧化原理水霧形狀霧化質(zhì)量螺旋導(dǎo)水芯噴嘴壓力離心空心圓錐形分布均勻，霧粒細(xì)平射型噴嘴壓力收縮扁錐形霧粒度與分布不勻勻十字形導(dǎo)水芯噴嘴壓力沖擊扁錐形霧粒度與分布不均勻直射型噴嘴 壓力收縮一束水霧化與擴(kuò)散效果差表4.2霧化型噴嘴的主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目 單位主要參數(shù)水壓Mpa0.511.522.5耗水量L/min螺旋導(dǎo)水芯噴嘴34.14.75.36平射型噴嘴1014172023十字形導(dǎo)水芯噴嘴11.617.821.524.226.5直射型噴嘴3.74.255.86.5噴射角螺旋導(dǎo)水芯噴嘴110110110110110平射型噴嘴120120120120120十字形導(dǎo)水芯噴嘴170170170170170直射型噴嘴-有效射角m螺旋導(dǎo)水芯噴嘴0.30.511.21.5平射型噴嘴2.533.544.5十字形導(dǎo)水芯噴嘴1.522.533.5直射型噴嘴33.544.554.3.2 噴嘴結(jié)構(gòu)的選擇1-噴嘴體 2-噴嘴芯 3-芯體壓蓋圖 4-8噴嘴結(jié)構(gòu)圖圖4-9噴嘴芯示意圖4.7 柱塞泵4.7.1柱塞泵工作原理4.7.2柱塞泵選型本論文選用柱塞泵為高壓噴霧提供高壓水，柱塞泵由氣動馬達(dá)通過減速箱和曲柄連桿機(jī)構(gòu)與柱塞泵相連。為了達(dá)到良好的降塵效果，特別是捕捉呼吸型粉塵顆粒，綜合考慮霧化水滴直徑的關(guān)系、設(shè)備功率、安全等因素綜合考慮，捕捉煤礦井下呼吸型粉塵顆粒所需供水的壓力一般在l0MPa左右，同時(shí)根據(jù)煤礦井下不同地點(diǎn)粉塵濃度的大小不同，選用W1208型高壓柱塞泵，如圖4-17所示。主要技術(shù)參數(shù)：額定流量：8 L/min工作壓力：120 bar(1bar=105Pa),產(chǎn)生水壓為12MPa額定轉(zhuǎn)速：1450 r.p.m功率：1.83KW圖4-17高壓柱塞泵4.4 氣動馬達(dá) 氣動馬達(dá)是一種氣動執(zhí)行元件，是將壓縮產(chǎn)生的風(fēng)能的能量轉(zhuǎn)換成連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)械能，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。氣動馬達(dá)比液壓馬達(dá)、電機(jī)以及電動馬達(dá)有許多優(yōu)點(diǎn)：(1) 安全防爆。因?yàn)闅鈩玉R達(dá)的工作介質(zhì)為壓縮氣體，一般主要是壓縮空氣，緊湊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證在工作時(shí)不產(chǎn)生火花，能夠在惡劣的環(huán)境下長期工作，例如高溫，易燃、易爆炸的環(huán)境等場合工作；(2)馬達(dá)啟動轉(zhuǎn)矩大，可以帶載啟動，同時(shí)具有軟特性，可以滿負(fù)荷工作，具有過載保護(hù)；(3)可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，只需改變通風(fēng)方向就可以改變轉(zhuǎn)動方向；氣馬達(dá)的回轉(zhuǎn)慣性矩較小，空氣本身質(zhì)量也較輕，慣性也小，容易實(shí)現(xiàn)快速啟動和停止；(4)氣馬達(dá)壽命較長，工作時(shí)溫差較小，能夠長時(shí)間滿載連續(xù)工作，氣馬達(dá)操作簡單，維修方便，性能可靠。氣動馬達(dá)缺點(diǎn)是效率較低。4.4.1 氣動馬達(dá)工作原理氣動馬達(dá)和液壓馬達(dá)工作原理差不多相似，都是使工作介質(zhì)氣體由進(jìn)氣孔進(jìn)入然后從出氣孔出來，期間在工作室兩側(cè)會有工作介質(zhì)作用馬達(dá)內(nèi)部葉片上，氣馬達(dá)的結(jié)構(gòu)上有偏心安裝的轉(zhuǎn)子，兩側(cè)葉片上會因?yàn)楣ぷ鹘橘|(zhì)的存在而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩差，一次葉片將不會平衡，轉(zhuǎn)子就可以旋轉(zhuǎn)，工作腔容積因?yàn)槠霓D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化，轉(zhuǎn)自工作過程中會使葉片上產(chǎn)生壓力差，這樣轉(zhuǎn)子就被推動轉(zhuǎn)動了，整個(gè)過程完成后工作介質(zhì)在由排氣孔排出，如果想改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向，只需要把進(jìn)氣孔和出氣孔調(diào)換即可。4.4.2 氣動馬達(dá)選型圖4-10 EMY250 葉片式氣動馬達(dá)假設(shè)井下壓風(fēng)管路中風(fēng)能壓力大小為0.6MPa，則氣動馬達(dá)可以在額定轉(zhuǎn)速下工作，輸出功率為 （4-2）式中：T轉(zhuǎn)矩（N.m）N轉(zhuǎn)速（r/min）。柱塞泵額定功率P=1.83KW，由式4-2代入數(shù)據(jù)柱塞泵額定轉(zhuǎn)速n=1450，可以求得柱塞泵的輸入轉(zhuǎn)矩T=12.04N.m。氣動馬達(dá)額定轉(zhuǎn)矩大于柱塞泵輸入轉(zhuǎn)矩，因此所選氣動馬達(dá)作為原動機(jī)可以驅(qū)動執(zhí)行元件柱塞泵工作。氣動馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速n=1400，因此，柱塞泵實(shí)際轉(zhuǎn)速為1450 r.p.m，可以求得柱塞泵實(shí)際流量為L/min4.5.粉塵濃度傳感器粉塵濃度傳感器廣泛應(yīng)用于礦山、水泥廠等對粉塵限度要求嚴(yán)格的易產(chǎn)生粉塵的作業(yè)場所進(jìn)行總粉塵濃度的不間斷監(jiān)測。常用的粉塵濃度傳感器無法滿足在惡劣的煤礦井下環(huán)境中使用。為了能夠檢測現(xiàn)有煤礦井下粉塵濃度，因此利用激光散射原理開發(fā)了技術(shù)含量更高的傳感器，這樣的傳感器可以砸在在自然風(fēng)流狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)不間斷高精度高高可靠性的監(jiān)測顯示井下粉塵濃度，與此同時(shí)，粉塵傳感器會把檢測到的粉塵濃度進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把此時(shí)的數(shù)據(jù)與事先設(shè)定好的粉塵超標(biāo)值進(jìn)行比較，如果檢測到的數(shù)值大于設(shè)定值，則會把一定的開關(guān)信號輸出到灑水噴霧的可編程控制器中，實(shí)現(xiàn)了測塵降塵的最佳效果。如此循環(huán)，保證了井下粉塵濃度的高高精度高可靠的檢測與監(jiān)測。4.5.1 粉塵濃度傳感器選型圖4-11 GCG1000型粉塵濃度傳感器圖4-12 GCG500粉塵濃度傳感器GCG500和GCG1000型粉塵濃度傳感器主要技術(shù)參數(shù)產(chǎn)品型號測量范圍測量誤差輸出信號采樣流量電源防爆形式GCG10000.1mg/ m31000mg/m325%200Hz1000Hz2L/min18VDCExib礦用本安型GCG5000.1500mg/m315%2001000Hz、15mA2L/min918Exib礦用本安型由于所選擇煤礦粉塵濃度在0.1mg/ m3600mg/m3之間，因此粉塵濃度傳感器選擇GCG1000型。4.5.2 粉塵濃度傳感器工作原理圖4-13 粉塵濃度傳感器原理圖4.5.3 熱釋紅外傳感器4.5.4 熱釋電紅外線傳感器工作原理圖4-14熱釋電紅外傳感器內(nèi)部電路圖人一旦探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元4.5.5熱釋電紅外線傳感器選型PZ-81R礦用熱釋紅外傳感器為礦用本質(zhì)安全型熱釋開關(guān)，能夠適應(yīng)惡劣的井下環(huán)境，例如煤礦有瓦斯、煤塵爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境中，此傳感器具有外觀新穎，懸掛方便，適應(yīng)性強(qiáng)，高精度等優(yōu)點(diǎn)，特別適合此次除塵系統(tǒng)使用。圖4-15 ZP-18熱釋紅外傳感器使用環(huán)境條件 （1）環(huán)境溫度：040；（2）相對濕度小于等于95(25時(shí))；（3）大氣壓力：86106kPa；（4）有甲烷、煤塵爆炸性危險(xiǎn)，但無破壞絕緣的有害氣體場所；（5）可最大加速度承受值為500m/s2。主要技術(shù)參數(shù) 防爆類型；礦用本質(zhì)安全型工作方式：連續(xù) 工作電壓：（918.5）V DC；工作電流：50mA 輸出信號電壓：高電平（電壓2.5V）低電平0.5V傳感器的使用應(yīng)距離控制器距離大約100米以內(nèi)，長度過長會影響熱釋開關(guān)使用精度，從而導(dǎo)致系統(tǒng)精度下降。4.6 電磁閥電磁閥是一種應(yīng)用于控制流體（氣，液）的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器；也可在工業(yè)控制中用于調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度等參數(shù)。線圈通電后，靠電磁力把閥芯吸起，從而使管路接通；斷電后由于彈力作用，閥芯會被彈力拉下，管路斷開。4.6.1 電磁閥工作原理4.6.2 電磁閥選型由于煤礦井下工作環(huán)境惡劣，所有用電設(shè)備都需要考慮防爆安全問題。因此，選用IIT4防爆等級和IP65防塵等級的電磁閥。綜合以上所考慮到的要求，我們選擇了 BZCC-1DN20型電磁閥，如圖4-16所示。圖4-16 BZCC型電磁閥主要參數(shù)：壓力范圍：01.0MPa工作電壓：24V通徑：20mm環(huán)境溫度：-2060功能選項(xiàng)：防爆常閉4.8礦用反沖洗水質(zhì)過濾器由于導(dǎo)師所選擇煤礦井下水除去含有煤渣外其他特性都良好，適合作噴霧使用的水源。因此需要對井下水進(jìn)行過濾，防止堵塞噴嘴。過濾器安裝在管路上，可實(shí)現(xiàn)過濾煤渣并自動排出煤渣防止堵塞管路。4.8.1礦用反沖洗水質(zhì)過濾器選型SKF系列礦用水質(zhì)過濾器是一種在煤礦上使用廣泛的水質(zhì)過濾器。在煤礦井上、井下水質(zhì)的過濾中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。水質(zhì)過濾器通常安裝在煤礦井下采煤機(jī)高壓噴水降塵輸水管、巷道、皮帶噴霧降塵灑水管路或者安裝在地面供水管路上，對各種雜質(zhì)例如水銹，小煤塊，小石子可進(jìn)行過濾。過濾后殘留留在過濾網(wǎng)上的內(nèi)的雜質(zhì)能被進(jìn)行自動或半自動反沖洗，把雜質(zhì)沖洗掉，然后繼續(xù)正常工作的的水質(zhì)過濾器。工作溫度為10+40，煤礦井下應(yīng)符合煤礦安全規(guī)程中空氣所含有成分，能夠適應(yīng)潮濕的井下環(huán)境，正常工作。對于壓力在0.6-10Mpa管路可進(jìn)行有效進(jìn)行過濾。高精度過濾能夠達(dá)到20-200目的過濾。執(zhí)行Q/JNSL003-2007SKFL型礦用水質(zhì)過濾器技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)。圖4-17智能型反沖洗過濾器4.8.2工作原理圖4-18智能型反沖洗過濾器4.10 本章小結(jié)本章主要介紹了除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)所用到的主要設(shè)備，對每個(gè)所使用的器件從原理選型以及如何使用進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并且舉出實(shí)物進(jìn)行直觀的介紹。由于煤礦井下隊(duì)電氣防爆要求較高，因此詳細(xì)介紹了PLC防爆控制箱，從控制箱的組成部分，以及每一部分的具體電路，并且對控制箱內(nèi)部整體布局繪制出了圖形，進(jìn)行介紹。由于此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選擇煤礦水質(zhì)較差，為了保證系統(tǒng)可以安全可靠運(yùn)行，防止噴嘴被阻塞，所以井下水必須經(jīng)過過濾才可以使用，為此，選擇了礦用水質(zhì)過濾器。本章是整個(gè)系統(tǒng)的主體部分?？偨Y(jié)煤礦井下粉塵治理一直是困擾煤礦的難題，也一直危害著礦工的身體健康。本文通過選用高壓柱塞泵實(shí)現(xiàn)將礦井低壓水轉(zhuǎn)化成高壓水為實(shí)現(xiàn)高壓噴霧做好準(zhǔn)備。智能高壓噴霧系統(tǒng)在巷道中可實(shí)現(xiàn)噴霧距離為5米，巷道中安裝有兩