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1、第 29 卷第 3 期2008 年3 月煤 矿 机 械Vol1 29No1 3Coal Mine MachineryMar. 2 00 8雾化喷嘴及其设计浅析王晓倩,张德生, 赵继云, 张子荣( 中国矿业大学机电工程学院, 江苏徐州 221008)摘 要: 按喷雾形状和雾化方法对现有喷嘴进行分类, 并介绍各类喷嘴的特性和应用场合; 针对不同类型, 具体分析了影响喷嘴雾化能力的相关因素; 在分析相关因素的基础上, 根据雾化机理和实验研究以及煤矿现场使用经验, 提出改善喷嘴雾化能力的措施。关键词: 喷雾灭尘; 雾化喷嘴; 供水系统中图分类号: TH137文献标志码: A 文章编号: 1003207
2、94( 2008) 0320015203Analysis on Spraying Nozzle and DesignWANG Xiao- qian, ZHANG De- sheng, ZHAO Ji- yun, ZHANG Zi- rong(College of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008, China)Abstract:Now- existing nozzles are classified according to the sh
3、apes of the spray fog and the atomization ap2 proaches, the characteristics and the applying situations of various nozzles are also introduced. According to different types, the factors influence the atomization of nozzles are analysed. Base on the analysis of the factors influence the atomization o
4、f nozzles, on the basis of the mechanism of atomization, along with the using experi2 ence of coal mines, the improvement of the atomization of nozzles is put forward. Key words: spray for dust control; spray atomizer; water- supply system0 前言 工的身体健康, 而且煤尘还具有爆炸性, 威胁煤矿安煤矿开采中产生的大量粉尘, 不仅严重影响矿 全生产。近年来,
5、随着煤矿开采强度的增加, 粉尘防Kc= 515 10- 3 m, 与筛体的要求振幅 Kz= 515 10- 3 m 正好相等, 说明此时刚好达到要求。修正后的激振力Fc= F n n U67. 608 kN( 19)F n = 75 kN 为厂方提供的一套激振器力数值。从计算结果来看, 激振器需要进行改动, 以使筛体达到要求的振幅。激振力修正后, 系统 x、y 方向的响应( 幅值单位为 m)x - 01004 088 413 835 69X= y = - 01003 678 977 073 61 sin Xt( 20)U - 01001 085 902 092 45激振力修正后的系统 x 、y
6、 方向的响应曲线如图 4。图 4激振力修正后的系统响应曲线11 激振力修正后的系统 x 方向的响应曲线 21 激振力修正后的系统 y 方向的响应曲线4 结语运用动态优化设计的方法, 以具体的振动实体振动筛为例, 对该系统进行动力学理论分析和数值优化计算, 对系统参数进行评价和修改, 根据计算结果, 该系统的振幅为 6. 1 mm, 偏大于厂方所要求的 5. 5 mm。因此可以通过改进系统激振器偏心块设计。参考文献: 1 闻邦椿, 周知承, 韩清凯, 等. 现代机械产品设计在新产品开发中的重要作用- 兼论面向产品总体质量的/ 动态优化、智能化和可视化0三化综合设计法 J . 机械工程学报, 20
7、03, 39( 10) : 43- 52. 2 张晓伟, 姚红良, 李小彭, 等. 基于/ 三化0综合设计方法的振动机械设计 J . 机械设计, 2005, 26(6) : 6- 9. 3 闻邦椿, 刘树英, 何. 振动机械的理论与动态设计方法M . 北京 : 机械工业出版社, 2001. 4 李长胜, 刘宏飞, 王志伟, 等. 直线振动筛分机筛箱质心的计算机辅助计算 J . 农业机械学报, 2004, 35( 5) : 232- 234. 5 吴丽娟, 李惠杉. 直线振动筛振动特性分析 J . 机械工程师,2004( 8) : 45- 47. 6 Lin Y J, Farahat R. CA
8、D- based virtual assembly prototyping-a casestudy J . International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2003, 21(4) : 263- 274. 7 张楠. 节肢振动筛动力学特性及运动仿真分析 D . 沈阳: 东北大学, 2006.作者简介: 张楠(1979- ) , 女, 辽宁鞍山人, 东北大学机械工程及自动化学院博士研究生, 主要研究方向为机械设计及理论、机械非线性振动与振动同步等, 电子信箱: coolyoume126. com.收稿日期: 200721122
9、7)15)Vol129No13雾化喷嘴及其设计浅析 ) ) ) 王晓倩, 等第 29 卷第 3 期治问题日渐突出。目前, 我国煤矿主要防尘措施是喷雾降尘, 而喷嘴作为喷雾降尘最基本的元件, 其雾化能力( 雾流形状和雾粒大小) 直接决定了喷雾降尘的效果。1 喷嘴分类及其特性1. 1 按雾流形状分类根据喷嘴形成的雾流形状, 可将喷嘴分成锥形实心喷嘴和锥形空心喷嘴两大类。实心喷嘴以降尘为主, 空心喷嘴以阻尘为主。实心喷嘴喷出的锥形实心雾柱的雾流速度较大, 被雾粒碰撞的粉尘一般都能降下来。但因为雾流速度大, 其周围引射的空气很容易将粒径较小的呼吸性粉尘吹跑, 客观上影响了降尘效果。空心喷嘴喷出的锥形雾
10、幕以阻尘为主, 为使雾幕覆盖的面积加大,一般都有很大的雾幕锥角, 喷嘴离尘源也相对较远。这样也造成在雾幕直径大的一端, 雾粒速度已降到很小, 除不能捕捉尘粒外, 还失去了阻尘作用。从雾体形状分析, 在它的全长区域内, 实心喷雾雾体的密度比空心喷雾雾体的密度大, 在实心喷雾的有效射程内, 一般情况下煤粉尘很难穿过雾幕, 所以, 实心圆锥形雾体较空心圆锥形雾体效果为佳。1. 2 按雾化方法分类( 1) 机械雾化机械雾化主要是靠液体在压差作用下产生的高速射流使自身雾化, 因此喷嘴可分为直射式喷嘴、离心式喷嘴和旋转式喷嘴。直射式雾化和离心式雾化可统称为压力雾化。直射式喷嘴主要依靠水的喷射达到雾化的目的
11、, 水压要求比较高, 而且喷孔直径越大雾化越粗, 故喷孔直径不能太大, 流量调节范围比较小。离心式喷嘴是利用高压水经旋流装置产生的离心力产生液膜,被空气破碎而雾化。离心式雾化的效果优于直射式雾化, 但是它同样需要较高的供水压力, 因此应用条件有所限制。旋转式喷嘴大体上分为旋转体型和旋转喷口型两大类。旋转体型又分为转杯式和旋盘式。转杯式雾化是将水喷入圆锥形转杯的前端, 借助高速旋转的转杯将水展成薄膜, 由/ 离心力喷雾0和/ 速度喷雾0的综合作用而雾化液体。同理, 旋盘式雾化是依靠高速旋转的圆盘来雾化液体。( 2) 介质雾化根据雾化方式的不同又分为气动雾化和气泡雾化, 气动雾化喷嘴应用广泛, 如
12、图 1 所示。气动雾化喷嘴依靠一定压力的气体( 压缩空气或蒸汽) 形成高速气流, 使空气与水之间形成很高的相对速度以达到雾化的目的。其优点是可以在较低的水压下获得良好的雾化效果, 并且工作状况可以在较大的范围内调节。但动力源不单一, 系统构成复杂。图 1气动雾化喷嘴结构示图11 气管21 分流片31 油喷头41 旋流器51 外喷头( 3) 特殊喷嘴雾化特殊喷嘴一般采用超声波、电磁场、静电作用等原理进行雾化。这类喷嘴虽然在其他一些工业应用中效果良好, 但因煤矿井下环境恶劣所致, 应用较少。2 影响喷嘴雾化能力的因素2. 1 压力型喷嘴采用压力型雾化喷嘴( 直射式和离心式) 实施喷雾降尘时, 针对
13、确定的使用场合, 降尘效率主要取决于供水压力, 不同粒径的粉尘需要的水压力不同, 越细微的粉尘需要的压力越高。供水压力高, 不仅可以获得颗粒细微的水雾, 还使水雾颗粒运动速度大、空间含水量大, 这对于以碰撞机理为主的降尘方法极其有利。依据实际粉尘颗粒的分散度和降尘效率要求, 参照相应的曲线图来选择合适的水压可以达到好的效果和最佳的经济效益。该结论适用于任何采用压力型雾化喷嘴喷雾沉降煤矿粉尘的工作场所。2. 2 两相型喷嘴对于两相型喷嘴, 其雾化能力受以下因素的影响:( 1) 混和管直径及长度的影响混和管内径变小, 能增加气液两相的相对速度,有利于雾化, 但这又会影响雾化粒子的重新聚和。因为混和
14、管太长, 气体能量损耗也多, 所以会使液流雾化变差; 如果混和管太短, 气体能量就不能得到充分利用, 造成液流雾化不充分。( 2) 喷头的影响因为缩小喷头出口面积会提高出口压降, 所以导致气液两相混和物的加速作用明显增强, 而气液两相间的相对速度增大, 也促使液相破碎得更细。但是, 出口压降的增大必然会增加混和管内的压强,从而导致混和管内气液两相的相对速度减小, 这又会使雾化变差。( 3) 气液比与雾化粒径的关系随着气液比的增大, 雾化粒径呈减小的趋势。因此, 增加气液比可增加气液两相的相对速度, 使液膜破碎得更细。但是, 气液比增大到一定程度后, 粒径的变化反而不明显。)16)第 29 卷第
15、 3 期2008 年3 月煤 矿 机 械Vol1 29No1 3Coal Mine MachineryMar. 2 00 8带式输送机滚筒接盘间距的设计计算姬 晓( 平顶山煤业集团东联机械制造有限责任公司, 河南平顶山 467021)摘 要: 在对滚筒体进行受力分析的基础上, 建立了滚筒体的力学模型和弯矩方程, 根据材料力学和弹性理论, 导出了滚筒的接盘间距与滚筒体弯矩和滚筒轴弯矩之间的关系。从减小滚筒体和滚筒轴弯矩的角度进行分析, 得出接盘间距存在一个使滚筒重量最小的最佳值的重要结论, 为合理确定滚筒体和滚筒轴的几何尺寸提供了依据。关键词: 带式输送机; 接盘间距; 滚筒轴; 弯矩计算中图分
16、类号: TD528 文献标志码: A 文章编号: 100320794( 2008) 0320017203Calculation of Dimension Between Discs of Drum of Belt ConveyorJI Xiao(Pingdingshan Coal Group Donglian Mechanic Manufacture Co. Ltd. , Pingdingshan 467021, China)Abstract: The mechanical model and bending moment equations of driving drum are estab
17、lished by means of analyzing the thing of acted forces. The bending moment functions of the drum and the drum shaft so related to dimension of the discs are diverted to combine mechanics of materials with theory of elasticity. It is known that there is practical value of dimensions between the discs
18、 from point of view of decreasing the bending moment of drum and drum shaft and it makes the weight of the drum become minimum.Key words: belt conveyor; dimension between discs; drum shaft; bending moment calculation0前言类。目前国内外对于滚筒的设计计算方法均不够完滚筒是带式输送机系统中比较重要的部件, 滚 善, 给非标准设计造成了困难。本文以滚筒体受力筒按照结构不同可以分为焊接滚
19、筒和铸焊滚筒两大 分析为基础, 从减小滚筒体和滚筒轴弯矩的角度( 4) 液滴浓度随气液比的变化随着气液比的增大, 水的颗粒浓度呈减小趋势,这是因为水在空气中的质量分数的减小造成的。3 改善喷嘴雾化的途径根据雾化机理和实验研究, 并结合煤矿现场使用经验, 改善喷嘴雾化的途径主要有以下几个方面:( 1) 增加气液两相的相对速度差以增大气动力,使液滴在较大气动力的作用下, 破碎得更细。( 2) 提高液相喷嘴的出口速度以增强对撞, 使相对喷出的液滴在对撞时能够进一步破碎。实验发现, 若液滴出口速度小, 则会聚成大液滴, 若液滴出口速度大, 可改善雾化的程度。但是, 这样会使气液的相对速度减小, 使气动
20、力雾化液滴变差。(3) 实验结果表明, 喷头、混合管的几何形状和尺寸对雾化性能的影响很大。因此, 在设计模型时,除分别考虑它们对雾化的影响外, 还应考虑它们结合在一起后的整体性能的变化。( 4) 研究喷雾供水系统流量、压力和喷嘴几何尺寸、结构形状的关系, 提高雾化效果。特别是供水系统的水压对雾化效果影响较大, 水压越高, 水雾颗粒越细。但较高的水压带来的问题是: 能耗大; 供水系统中所有零部件承受压力大, 易出故障、寿命短 , 尤其是采掘设备上的内喷雾系统。这就为我们提出了又一个研究课题: 如何在有限的供水压力下,改进压力型雾化喷嘴结构以获得细微的水雾颗粒。4 结语通过分析喷嘴的分类及其特性,
21、 指出各类喷嘴的适用范围, 并在分析影响喷嘴雾化能力因素的基础上, 提出改善喷嘴雾化效果的途径。为了提高喷嘴的雾化效果, 必须使喷嘴和供水系统的特性相匹配, 同时改善水质, 提高喷雾水的过滤精度。参考文献: 1 孙晓霞. 声波雾化喷嘴的研究进展 J . 工业炉, 2004. 2 马其良, 张松寿. 声波雾化油喷嘴雾化性能的试验研究 J . 工业炉, 2000, 2( 22) : 6- 7. 3 赛翰. 发展和新型喷嘴技术 J . 北京节能, 1996( 5) :20- 21. 4 梁彤. 综采工作面喷雾降尘技术研究 D . 太原: 太原理工大学, 2003( 4) : 10- 14. 5 孙得川. 雾化喷嘴的理论与实验研究 D . 西安: 西北工业大学航天工程学院, 1997. 6 张延松. 高压喷雾及其在煤矿井下粉尘防治中的应用 J . 重庆环境科学, 1994.作者简介: 王晓倩( 1985- ) , 女, 江苏徐州人, 中国矿业大学机电学院 2006 级硕士研究生在读, 研究方向: 机械电子( 液压系统) , 电子信箱:wxq6188126. com.收稿日期: 2007212208)17)