新型煤样采集装置研制

2020-01-05丁馨铠杜斌斌邓立刚

中国新技术新产品 2020年1期

丁馨铠杜斌斌邓立刚薛朋

（河南理工大学，河南焦作 454000）

我国是煤炭资源大国，也是煤炭消耗大国。煤炭的质量是保证煤炭使用稳定性的重要指标。国家对于煤样的采取和制备制定过标准，但是由于煤样采集的复杂性，根据现场情况采集煤矿达到国家标准是个难题。

当前，我国现有的几种机械煤样采集装置，性能较低，并且国内没有一整套能够长期稳定运行的煤样采集装置。进口装置对于煤样的原煤粒度，水分有严格要求，而各国原煤状态存在导致了一定的差异，进口的煤样采集装置较难适应我国用煤的质量现状。同时，随着自动化程度的提高，提高采样机稳定连贯运行，是急需解决的问题。

该文通过对煤样采集装置的支撑段、套筒和导流段等进行设计，在采集过程中对原煤粒径进行初步筛选，保证收集到的煤样粒径符合标准，从而保证采样装置安全、稳定的运行，有利于推进煤样采样机向自动化运行。

1 我国煤样采集的难题

由资料显示，采样对于煤样检测分析的结果误差可达到80%。由于煤炭粒径不同，不同层段的煤矿化学成分略有不同，导致煤矿的性质不均匀，从而导致样品采集时，采样分量必须足够大，质量达到一定限度，子样数目越多，煤样测试结果才能越准确[1]。

不同方式存储煤矿的采样方式也不同。车运载的煤矿，应当采用多条横断面取样；新堆成的煤矿不用除去表面层可以直接取样；火车运载的煤矿在取样时每个车皮应采集4 个子样。总的来说，煤流中取样最具有代表性。在对于流量较大的煤流进行采样时，由于煤流量的不确定性，此时，质量基采样较之于时间基采样更为准确[2]。

采样装置的采样头也有要求，长和宽为煤炭上限粒度的2.5～3 倍。这是考虑到保证与多数煤炭颗粒的粒径相近，尺寸太小可能漏采或者少采，太大起不到保证样品均匀性的要求[1]。

2 新型采集装置设计原理

大多数国产采煤样的采样头是一块刮板，用在胶带中部横截煤流采样，而国外的煤样采集装置的采集头结构是在刮板的基础上，在两侧加上侧边，形成箕斗形，然后将尼龙刷子安装在箕斗底部，使其与胶带面充分接触得到完整煤流断面[3]。在国外机械采煤装置采样头的基础上，根据国内的常用设计要求，该装置针对现有煤样采集装置缺点进行改进设计，充分地考虑到进料出料的便捷性以及全面性，对采集装置固定架进行优化，保证整个取样过程流畅以及稳定，设计装置整体结构如图1 所示。

原煤大量进入圆台壳体的支撑段，与此同时，上方风流通过进风管进入进风层，煤块从上方支撑段进入导流段。同时，风流通过进风板覆盖支撑段壁上均布置了若干筛网状小孔，进入整个固定架内，经过导流段在圆台型导流段中充分与煤块接触，既能减少原煤中的水分含量，而且通过导流段侧壁上均布有若干筛网状小孔，分出来质量不同的原煤煤粒，同时，质量较大的原煤颗粒沉到底部，通过过滤筛网过滤后，进入收集箱，从而保证原煤煤粒的水分含量以及原煤粒径的大小控制。

3 机械结构特点

由图1 可知，该新型煤样采集装置整体采用由支撑段（101）和导流段（102）组成固定架通过螺纹套连接收集箱，支撑段设计成前大后小的圆台状壳体，下方承接导流段，导流段上端与支撑段连通、下端与收集箱螺纹套合，通过导流段使得固定架和收集箱相连。通过风力将不同重量的煤样分类，导流段侧壁均匀分布筛网状小孔，不同粒径的煤样从不同孔筛选出来，且导流段底部固定设置有过滤筛网，除去大块煤块，保证从支撑段到收集箱的过程筛选除去不符合标准粒径的煤样。

3.1 支撑段设计特点

由图2 所示，支撑段前大后小的圆台状壳体，增大采集煤样时的煤粒容积，使得一次采集能容纳更多的煤样。上部外侧固定设置有进风板，进风板四周与支撑段外外壁密封连接，进风板与支撑段外壁之间形成进风层，进风板外侧连通有进风管，通过进风板覆盖的支撑段壁上均布有若干筛网状小孔，使得风流进入固定架内部，为导流段提供风能。同时对支撑段的前端设置向外第一翻边，减少进风板与支撑段外外壁密封处与空气接触，减少空气对密封的腐蚀性，起到增强密封的作用[4]。保证采集煤样时煤粒不外渗，同时还能保证采集时，防止进风管出现渗风事故时对采集煤粒造成的影响，进一步保证采集过程的稳定性。同时第一翻边社有若干固定孔，能较好地与其他部件进行固定。

图2 新型煤样采集装置侧面剖面图

3.2 套筒设计特点

支撑段后端中心处密封转动连接有套筒，对套筒进行改良，在套筒后端设置向外的第二翻边，如图3 所示。由于第二翻边直径和支撑段后端直径相等，第二翻边与支撑段后端贴合，不占空间的将支撑段后端中心密封。同时第二翻边的存在，减少了法兰接头处与外部的空隙，提高密封处的密封性，同时由于密封性的提高，法兰接口与空气接触产生的腐蚀相应减少。同时降低了短套筒形铸件在锻造过程的锻造难度[4]。

图3 套筒部分细节图

3.3 导流段设计特点

该煤样采集装置设计导流段呈上大下小的空心圆台状，其特点能使进风管处所获得的风流在空心圆台中形成旋流。从图4 显示，上大下小圆台型设计不仅减少了入口压头损失，还能使风在上方与煤粒充分接触，旋转，从而分离出不同质量的煤粒[5]。由于质量和煤粒粒径有一定的关系，通过导流段侧壁均匀分布筛网状小孔，能使不同质量的煤粒进一步按照粒径分开，得到分类更加精准的原煤煤样。同时，导流段底部固定设置有过滤筛网，使得最终沉积到底部的大颗粒煤粒也能进行一部分筛选，保证从支撑段到收集箱的过程充分筛选，从而保证收集煤样的粒径。