掘进机机载除尘风机的改进

2020-07-31霍宏赡

机械管理开发 2020年6期

霍宏赡

（山西西山煤电股份有限公司西曲矿，山西古交 030200）

引言

井下工作面煤（岩）巷道的掘进依赖于掘进机的高效工作，而掘进机机载除尘风机是掘进过程中一种有效的除尘设备。但现有的掘进机机载除尘风机在掘进过程中仍存在诸多问题亟待解决，如除尘风机体积庞大、工作时噪声污染严重和存在爆炸隐患等。基于上述问题，提出了有针对性的改进措施，并将改进后的除尘风机应用于井下掘进现场。

1 掘进机机载除尘风机存在的问题

我国煤矿当前掘进工作面所采用的掘进机机载除尘风机叶片为铝制品，基本采用电动机驱动的除尘风机。这种驱动方式下的除尘器不仅体积庞大、噪声污染严重，而且电驱动需要相关的配套开关和电缆，存在很大的爆炸隐患。不合理的除尘器旋风导流体结构会引起尾部涡流，从而引起气体流动紊乱，降低除尘器除尘效率。此外，掘进机的除尘器常常发生故障，从而影响井下工作面掘进速度且增加了设备维护成本。

2 改进措施

2.1 除尘器工作原理的改进

改进后的除尘器使用液压马达驱动，其工作原理为：风机叶轮在液压马达的驱动下做高速旋转运动，从而产生能将含粉尘的风流吸入除尘器的高负压。随后，由喷雾器产生的水雾与含粉尘的风流在喷雾器附近混合并进入风机，并且两者间的混合程度和相互作用通过风机叶轮的搅动而进一步增强。接着，在风机作用的影响下，含水、尘混合物的风流进入旋风导流体，且做高速旋转运动。高速旋转运动的水、尘混合物通过与水雾粒子相互作用而沉降，未沉降的微粉尘粒子在高速旋转的离心作用下附着在除尘器筒壁上，且与运动的水膜相混合而沉降，从而将粉尘完全沉降后经排污管排出，以达到降低粉尘浓度和净化风流的效果。

2.2 除尘器除尘方式的改进

将当前较低除尘效率、较弱处理粉尘能力、较多压力损失的落后除尘机理改进为掘进机液压驱动机载除尘器的高除尘效率、强大处理粉尘能力、较少压力损失、维护成本低的直流湿式旋风除尘的机理。改进后的除尘机理通过将高强度旋转运动施加于经初步喷雾除尘沉降了较大粉尘颗粒的风流中，从而使得风流中剩余的较小粉尘微粒与空气中的水雾以及在除尘器筒体壁附着的水膜发生剧烈的相互作用。通过相互作用，较小粉尘微粒被聚集成较大颗粒沉降或吸附于水膜上，从而进一步净化了风流并降低了风流中的粉尘浓度[1]。

除尘器选用能够满足掘进机供油能力条件的液压马达为其提供动力，且选用的液压马达应与掘进机液压系统的供油泵相匹配。基于此，具备双向旋转性能的液压马达被选用，其相关参数如表1 所示。

表1 液压马达参数

此外，确定了除尘器处理风量的上限被定为180 m3/min，以保证其较强的处理风量能力。为根据井下现场的具体使用情况确定除尘器实际运行时的处理风量的多少，调节并改变其液压马达的供油量以达到调节和改变风机转速的目的。风机与除尘器形成一个整体，因此风机叶片也需要进行改进。在此，风机叶片选用符合MT113-85《煤矿井下非金属制品（聚合物）安全性能检验规范》要求的塑料风机叶片，以确保风机在运行中无摩擦火花，避免了爆炸隐患[2]。

2.3 除尘器旋风导流体的改进

除尘器旋风导流体是控制进入除尘器内部的含粉尘污风风流旋转强弱的重要元件，其性能参数的高效性与合理性将会大幅度提高除尘器的降尘效率。因此，将除尘器旋风导流体改进为使用绕毂安装的方法固定叶片，这种安装方法会使气流产生旋转运动。此外，导向叶片与轴线夹角的大小是影响旋流器工作效率的重要参数，在改进过程中对其最佳夹角的模拟试验和精确，得到45°为两者间的最佳夹角度数。改进后的除尘器旋风导流体结构如图1 所示。

图1 改进后的除尘器旋风导流体的结构

2.4 除尘器喷雾器的改进

安装在除尘器内部的喷雾器难以对其进行清洗或更换，而现用的喷雾器又不具备良好的防堵塞性能。此外，井下一般采用静压水对除尘器进行供水，其供水水压相对较低，而现用的喷雾器也不具备优良的低压喷雾性能。基于此种情况，改进后的喷雾器采用旋涡式喷雾体的结构，此种喷雾结构张角大、流量大和雾化程度高，性能优良。

2.5 整体结构的改进

改进后的除尘器采用在进风位置设置喷雾器、抽吸风机以及旋风导流体，在除尘位置设置脱水器的整体结构，从而将抽风、除尘和脱水结合成整体，此种整体结构能够大幅度缩短除尘器的长度，减小整体体积。改进后的除尘器整体结构的技术参数如表2 所示。

表2 改进后的除尘器整体结构的技术参数

3 现场应用

对改进后的掘进机机载除尘风机在井下综采工作面开拓巷道的作业中进行了现场应用，并与其改进前的使用效果进行了对比。应用效果对比如下：掘进机正常工作时，掘进机司机处的粉尘质量浓度由改进前高达约900 mg/m3降低至改进后仅为60 mg/m3，降幅达93.3%。掘进机后部距掘进机25 m 处的粉尘质量浓度则在改进前约由改进前的275 mg/m3降低至改进后30 mg/m3，降幅达89.1%。现场应用效果表明：改进后的掘进机机载除尘风机能够大幅度降低巷道风流中的粉尘浓度，极大地保障了井下工人的健康水平。此外，改进后的掘进机机载除尘风机体积大幅度减小，且故障率得到了有效降低，降低了维护成本和工人劳动强度，现场应用效果良好。