采煤机喷雾水路增压方案的研究.pdf

扫码移动阅读 第 ４１ 卷 第 ３ 期 ２０２０ 年 ６ 月 煤矿机电 Ｃｏｌｌｉｅｒｙ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ.４１ Ｎｏ. ３ Ｊｕｎ. ２０２０ 问题探讨 朱信平. 采煤机喷雾水路增压方案的研究[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ２０２０ꎬ４１３４５￣４７. ｄｏｉ１０. １６５４５/ ｊ. ｃｎｋｉ. ｃｍｅｔ. ２０２０. ０３. ０１３ 采煤机喷雾水路增压方案的研究∗ 朱信平 天地科技股份有限公司 上海分公司ꎬ 上海 ２０００３０ 摘 要 随着采煤机生产能力的提高ꎬ井下工作面粉尘生成量增加ꎬ严重影响了井下工作面人员 的身体健康ꎮ 为提高采煤机喷雾降尘的效果ꎬ根据综采工作面的客观工况条件ꎬ研究认为高压喷雾 是提升降尘效果的有效措施ꎮ 为此ꎬ提出了 ３ 种采煤机喷雾水路增压方案ꎬ并分别对 ３ 种方案进行 了可行性分析ꎬ为煤矿方案的选择提供了依据ꎮ 关键词 采煤机ꎻ 喷雾水路ꎻ 增压系统 中图分类号ＴＤ７１４ ＋ . ４１ 文献标志码Ａ 文章编号１００１ －０８７４２０２００３ －００４５ －０３ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｉｎｇ ｏｆ Ｓｐｒａｙ Ｗａｔｅｒ ｏｎ Ｓｈｅａｒｅｒ ＺＨＵ Ｘｉｎｐｉｎｇ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｂｒａｎｃｈꎬ Ｔｉａｎｄｉ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ. ꎬ Ｌｔｄ. ꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０ꎬ Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒｅｒꎬ ｔｈｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｄｕｓｔ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｓꎬ ｗｈｉｃｈ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｈｅａｌｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｒｋｅｒｓ.Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｄｕｓｔ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｂｙ ｓｐｒａｙꎬ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｆａｃｅꎬ ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｓｔ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ ｈｉｇｈ￣ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｐｒａｙ. Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｈｅａｒｅｒ ｓｐｒａｙ ｗａｔｅｒ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ. Ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｓｃｈｅｍｅｓ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｓｃｈｅｍｅｓ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｓｈｅａｒｅｒꎻ ｓｐｒａｙ ｗａｔｅｒꎻ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ∗天地科技股份有限公司科技创业资金专项重点项目 ２０１８￣ＴＤ￣ＺＤ００９ ０ 引言 在工作面采煤机工作时会产生大量的粉尘ꎮ 随 着现代采煤机生产能力的提高ꎬ产尘量增加ꎬ不但影 响煤机司机的视线ꎬ而且大量粉尘吸入体内会严重 危及煤矿工人的身体健康[１]ꎮ 因此ꎬ采煤工作面降 尘是当前我国煤炭开采中一项事关职业健康的重要 课题ꎮ 煤矿安全规程规定“采煤机必须安装内、外 喷雾装置ꎬ割煤时必须喷雾降尘ꎬ内喷雾工作压力不 得小于 ２ ＭＰａꎬ外喷雾工作压力不得小于 ４ ＭＰａ”ꎮ 现有的降尘方式主要通过设在顺槽的泵站提供一定 压力的水ꎬ经管路输送到工作面采煤机ꎬ由采煤机滚 筒和摇臂上的喷嘴喷出ꎬ实现内、外喷雾降尘[２]ꎮ 然而ꎬ从泵站到采煤机长距离传输后ꎬ产生了较大的 压力损失ꎬ导致喷雾水压力不足ꎬ难以达到规程规定 的喷雾压力ꎬ工作面喷雾降尘效果较差[３]ꎮ 为了获 得更好的降尘效果ꎬ在简单增加供水泵站水量和水 压的方法无法奏效的情况下ꎬ在采煤机上设置增压 水泵是提高喷雾水压最有效的途径ꎮ １ 增压方案设计 要实现喷雾水路增压ꎬ通常需要动力源、执行元 件和辅助装置三部分ꎮ 动力源可选择电机、液压马 达或采煤机已有的动力ꎻ执行元件为水泵ꎻ通过辅助 装置将动力源与水泵、管路有机地连接起来ꎮ 在新设计机型上增加喷雾水路增压系统ꎬ可选 用任意一种动力源ꎬ并选用匹配的执行元件和辅助 装置ꎮ 若在现有采煤机基础上增加一套增压系统ꎬ则 需要解决以下几个问题 １ 增压系统动力源的确定ꎮ 由于工作环境的 特殊性ꎬ现有机型结构设计较为紧凑ꎬ特别是薄煤层 设备ꎬ机器上没有额外的空间安装新增的增压泵 站[４]ꎮ 驱动只能采用采煤机自身的动力ꎮ ２ 增压系统执行元件的选择ꎮ ３ 增压装置安装位置的确定及保护ꎮ 现有机 型受空间限制ꎬ增压系统在布置和结构设计上也具 有较大的难度ꎮ 根据驱动增压水泵动力来源的不同ꎬ可设计以 下 ３ 种喷雾水路的增压方案ꎮ １. １ 采煤机摇臂动力驱动方案 该方案利用采煤机摇臂三轴处的空间和三轴的 动力输出ꎬ驱动增压水泵ꎬ将采煤机喷雾降尘水增 压ꎬ通过摇臂喷雾降尘ꎮ 采用摇臂传动轴驱动水泵 的方案如图 １ 所示ꎬ具体包括齿轮轴、离合轴、座、骨 架油封、联轴器、水泵、法兰、压盖等组成部分ꎮ 离合 轴联接齿轮轴和联轴器ꎬ通过联轴器与水泵联接ꎬ由 齿轮轴带动离合轴和联轴器ꎬ继而带动水泵旋转ꎮ 联接座与轴承压盖之间安装骨架油封ꎬ用于在联接 座旋转状态下防止齿轮箱中的润滑油进入水泵ꎮ 采 煤机工作时ꎬ截割电动机驱动摇臂齿轮传动系统至 三轴处转速约为 １ ０００ ｒ/ ｍｉｎꎬ由增压水泵通过联接 传动机构与三轴联接ꎬ在电动机运转的状态下对喷 雾水路进行增压ꎮ １ － 齿轮轴ꎻ２ － 离合轴ꎻ３ － 座ꎻ４ － 骨架油封ꎻ ５ － 联轴器ꎻ６ － 水泵ꎻ７ － 法兰ꎻ８ － 压盖ꎮ 图 １ 采用摇臂传动轴驱动水泵的方案 该方案由于增压水泵设置在摇臂上ꎬ其优点是 无需额外的动力源ꎬ且离喷雾点距离短ꎬ压力损失 小ꎮ 但需解决以下几个难点 １ 采煤机摇臂结构紧凑ꎬ需要增压泵及相关联 接传动结构的体积足够小且布置合理ꎻ ２ 采煤机摇臂工况极其恶劣ꎬ增压泵系统的防 护难度大ꎬ需要合理设计防护装置ꎬ保证具有足够的 强度ꎮ １. ２ 液压马达驱动方案 该方案利用采煤机的液压系统ꎬ采用液压马达 驱动增压水泵ꎬ对采煤机喷雾降尘水进行增压ꎮ 液 压马达的高压油来自三联齿轮泵ꎬ喷雾水路增压系 统由液压马达、增压水泵、高压溢流阀和附件等组 成[５]ꎮ 三联泵产生高压油ꎬ驱动液压马达旋转ꎬ带 动高压水泵工作ꎬ实现水路增压ꎮ 液压马达驱动的 增压方案原理如图 ２ 所示ꎮ 图 ２ 液压马达驱动水泵的增压方案原理 由于液压马达驱动方案的连接方式为通过管路 连接液压件ꎬ没有硬性的机械连接ꎬ可安装在机身内 部ꎬ所以不存在防护问题ꎮ 但是要具备两个前提一 是机身需要有一定的安装空间ꎬ用来安装更换后的 齿轮泵和增压系统的其余零部件ꎻ二是机器所配置 的液压动力需要有较大的余量ꎬ否则会影响机器自 身的正常调高ꎮ １. ３ 电机驱动的喷雾水路增压方案 在采煤机新开发机型上设置喷雾水路增压系统 时ꎬ可设计增加单独的增压单元ꎬ提供单独的动力 源ꎮ 采用电机驱动增压水泵的方式ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 采煤机电控系统增加一路交流电源ꎬ为增压水泵电 机供电ꎮ 电机通过联轴器和法兰与增压水泵联接ꎬ 入水口和出水口安装相应的水压水量传感器、过滤 器、溢流阀和压力表等附件ꎮ １ － 电动机ꎻ２ － 联轴器ꎻ３ － 法兰座ꎻ４ － 增压水泵ꎮ 图 ３ 电机驱动水泵的增压方案 􀅱６４􀅱煤矿机电２０２０ 年第 ４１ 卷 由于该方案是在新机型开发时一并考虑的ꎬ所 以在空间、安装位置和驱动动力方面都不存在问题ꎬ 方案更加完善ꎬ具有较好的可行性和较高的可靠性ꎮ ２ 方案的对比分析 根据以上 ３ 种喷雾水路增压方案特点ꎬ通过 ８ 个方面进行对比分析ꎬ结果见表 １ꎮ 表 １ ３ 种方案性能对比分析 对比项目方案 １方案 ２方案 ３ 动力源摇臂传动系统液压马达单独电动机 执行机构增压水泵增压水泵增压水泵 安装位置摇臂三轴处机身内部机身内独立空间 经济性成本较高成本一般成本较高 结构复杂度较复杂较简单较简单 可行性一般较高较高 可靠性一般较高较高 对主机影响程度较小中等较大 由表 １ 可看出 １ ３ 种方案理论上都是可行的ꎻ ２ 方案 １ 的特点是对机器本身影响小ꎻ ３ 方案 ２ 的特点是成本低和可靠性高ꎻ ４ 方案 ３ 的特点是可靠性高和独立性强ꎮ ３ 结论 本文提出了 ３ 种采煤机喷雾水路增压方案ꎬ并 对 ３ 种方案的特点进行了对比分析ꎬ为便于方案选 择建议如下 １ 对于新开发的机器宜采用单设喷雾水路增 压泵站的方案ꎻ ２ 对于在现有的中厚、厚煤层采煤机机型上新 增设喷雾水路增压系统ꎬ由于在摇臂上有一定的容 纳空间ꎬ可优先采用摇臂传动系统驱动增压水泵的 方案ꎻ ３ 对于薄煤层煤机ꎬ摇臂由于安装空间受限、 工作环境恶劣ꎬ可优先采用液压马达驱动的方案ꎮ 参考文献 [１] 胡金玉ꎬ吴兰荪ꎬ栾照明. 采煤机负压二次降尘技术[Ｊ]. 煤矿 机电ꎬ２００１２３７￣３８. [２] 黄崇龄. 采煤机的高压水喷雾降尘[Ｊ]. 煤矿机电ꎬ１９８６１ ５７￣５８. [３] 张安明ꎬ郭科社. 高压喷雾降尘的原理及其应用[Ｊ]. 煤矿安 全ꎬ１９９８４２￣５. [４] 程丽ꎬ刘涛. 高压化学喷雾降尘系统在新景矿的应用研究[Ｊ]. 煤矿机械ꎬ２０１７ꎬ３８６１２６￣１２９. [５] 徐阿猛ꎬ马恒ꎬ宋富美. 微细水雾降尘除尘技术[Ｊ]. 煤矿安全ꎬ ２０１２ꎬ４３６３２￣３４. 作者简介朱信平１９８５ꎬ男ꎬ工程师ꎮ ２０１１ 年毕业于中国矿业 大学北京硕士学位ꎬ现主要从事采煤机设计工作ꎬ发表论文 ３ 篇ꎮ 收稿日期２０１９ －０７ －２２ꎻ责任编辑贺琪 􀅱７４􀅱２０２０ 年第 ３ 期朱信平采煤机喷雾水路增压方案的研究