湿式除尘洗气机

随着煤矿综掘工作面掘进机截割功率的不断增加，综掘工作面掘进水平不断提高，由此带来了巷道瓦斯涌出量增加，粉尘产生量增大。综掘工作面煤尘不但严重危及矿工的身体健康和劳动安全，而且降低了劳动生产效率、影响掘进经济效益。长期以来为了减少污染、保障安全，人们采取了喷水、喷雾降尘、动力除尘等措施，但由于设备本身存在的问题不能很好地解决这一难题。

为此，我公司总结国内外十余家除尘设备优缺点的基础上，根据现有的国内外技术理论，结合工作现场条件，运用流体力学、空气动力学、气液传质等理论，开发一种体积小、功率大、净化效率高、运行稳定的除尘湿式风机，集空气动力、收集净化粉尘、气液混合与分离于一体，使之能适应机载或独立工作。

2.工作原理

 KCS型矿用除尘湿式风机是一种以洗涤液为介质，在机械力的作用下将洗涤液雾化成为细微小液滴颗粒，通过一定速度的撞击或乳化剂的作用与粉尘粒子结合，达到净化的目的。

KCS型矿用除尘湿式风机净化机理，等效或高于文丘里洗涤器，它是通过叶轮旋转形成叶片与气流的高速相对运动使粉尘气体与洗涤液混合，并在混合过程发生一系列的、复杂的物理作用，使空气中的有害粒子与洗涤液结合达到净化目的。洗涤液完成混合洗涤作用后与空气同时进入脱水部分，经脱水分离，净化后的气体直接排入大气，分离后的洗涤液流回沉淀池，经沉淀或过滤后被重新循环利用，污泥浆定期排出。

KCS型矿用除尘湿式风机突破传统的概念，做到了效率的模块化、气体压力流量的非线性选择，能耗低、投资小、适应性（高温、高湿、粘性、防爆）***强。

3.产品组成

KCS型矿用除尘湿式风机在煤矿井下掘进面工作时主要由除尘风机、负压风筒、集尘器、控尘风筒、运载小车等组成。

4.安装布局

4.1将控尘风筒安装在局扇风筒的终端（距离掘进机迎头10-15米处），与局扇风筒一同吊装。

4.2将集尘器固定在掘进机摇臂后方，综掘机平台上。

4.3负压风筒由风筒支架承托，固定在二运侧帮，每个支架间隔1米左右，风筒固定在支架上，增加其牢固性，风机进风口与负压风筒采用快速连接器连接。

4.4除尘风机安装在运载小车上，跟随掘进机在皮带机承载段上移动。

5.性能特点

5.1结构紧凑、占用空间小、重量轻，便于安装调试。

5.2结构设计科学合理，几乎无阻力，大大降低了能耗。

5.3集除尘、净化与一体，除尘效率高。

5.4应用噪声与振动控制技术，设备噪声振动小。

5.5控尘风筒为一种轻型涡流控尘装置，能有效的控制粉尘气流的流向，实现对粉尘的可控性。

5.6除尘风机对水质无质量和水压要求，无传统除尘风机所携带的捕捉装置，不需要对除尘风机进行清洗，适用于井下复杂环境。

5.7除尘风机安装在运载小车上，跟随掘进机在皮带机承载段上移动，既不影响辅助运输通道，又可与掘进机联动，适应掘进机的工作要求。

6、动态文丘里洗涤器的设计

所谓动态是相对于静态而言，传统文丘里均为静态型，即设备本身固定不动，靠风机动力使气流在设备中高速流动，而动态文丘里则相反，它是利用电机带动叶轮高速旋转使气流和叶轮叶片产生高速相对运动，达到等效或高于静态文丘里的作用。动态文丘里不但保留了静态文丘里的功能，还进一步拓宽了应用领域，效率进一步提高，能耗仅为静态文丘里的十分之一左右，节省了风机的配置，也无须喷嘴，设备结构更加简单。风机是由静态文丘里演变而来，过程如下：

a.  静态文丘里（如图）

 静态文丘里                       变形文丘里

b.变形的文丘里（如图）

将图1（静态文丘里）中的B段直管制造成为弯管，C 段的扩张段为偏心的扩张段，这样在B段内的混合体除了图2（静态文丘里）中的固有特征外还受到一个离心力的作用，洗涤液与气溶胶相互间的运动更为剧烈，洗涤液对气溶胶捕集率会更高，所以变形的文丘里比标准的文丘里有更佳的性能和特点。

c、线性分布的文丘里组合或立式多单元组合（如图）

当处理较大的风量时，为了保证在大风量的情况下仍能得到较佳的效果，可以把若干个小文丘里组合在一起，或处理同样的风量时，用多个小单体组合比用一个大单体效果会更好，其单体的性能与组合体的性能没有什么区别。

图  组合文丘里                    图  盘状文丘里  

d.盘状分布的文丘里组合（如图）

线性分布或立式多单元的文丘里组合体改变成盘状的组合体,其性能与按线性分布或与标准的单体文丘里的性能相比没有什么区别。

e.根据以上推理，我们还可以把按盘状分布和按立式分布的两种形态的文丘里组合结合起来取一个中间形态即按圆锥状分布的组合体。

f.我们此时仍可把按圆锥分布的文丘里组合体中的单体制造成变形的文丘里。

g.动态文丘里（如图）：

众所周知，文丘里管内的气流和文丘里管之间的运动是一个相对运动即高速状态的气流通过静止状态的文丘里管，如果我们站在相反的立场观察这一现象将会是高速运动的文丘里管内通过静止状态的气流，根据推理得知，动态文丘里同样具有静态文丘里的性能、功能和特点。

图 动态文丘里

h.综合以上7种不同的几何推理演变，于是得到了现在的结果，即动态按圆锥分布的变形的文丘里洗涤装置，无比优秀性能的新型空气净化装置——动态文丘里洗涤器。

通过以上分析可以看出传统文丘里洗涤器的ABC段是按线性排列按线性方向运动的,而我们说的动态文丘里洗器是按圆周的径向排列径向运动的(如图8)。自圆心到同心圆的***后一个圆是文丘里的A段（A区）,从同心圆的***后一个圆到渐开的螺线之间是文丘里的B段（B区），从B段的边缘至风机洗涤器外缘是文丘里的C段（C区）。

7、叶轮设计

根据金属切削原理，可把叶片看做风刀，迎风的边叫刀刃，相反的边叫刀背，与动力相连的边叫刀把（或刀根），相反的边叫刀头（如图所示）。

在此基础上，运用金属切削原理和结构力学，设计出了一种新型叶轮——径混（径斜）式叶轮（如下图）。

径混式叶轮流场模拟图

叶轮后盘为锥形，其作用是：(a).可使叶轮重心接近电机转子中心，这样可改变电机两轴承的受力状况；(b).可减少后盘的厚度，结构强度增加，可以减轻叶轮重量；(c).离心风机的叶轮使气流由轴向流动经过减速旋转，变为径向运动，由于这一变化，造成耗能较大，而后盘为锥形的叶轮气流方向沿轴向及径向有所偏斜，所以耗能较小；(d).由于气流经过叶片时是一种合成运动，因此气流离开叶轮不是水平的径向运动，而是沿叶轮后盘450角方向的运动（见流场图）。

叶轮的进口直径与叶轮直径的比值较大，可达到0.8D、0.9D以上，这样可加大进风面积，而使阻力减小。

叶片的进风边a与出风边b的直线与进风边的圆0.8D、0.9D相切，这样更符合空气动力学原理，叶型的制造加工工艺简单，降低成本。（如图）。

叶片a-b的力学特点是运动时产生两个分力，一个切向、一个径向，产生切线方向的力是沿a-b方向逐渐加大，而径向力是由***大到a-b逐渐变小。由此可分析出切向力很小，所以使气流旋转的力也很小，消耗的能量也就比较少。

如上图所示，由于叶片进口与进口的回转的圆相切于A点，所以，流体一方面随叶轮作圆周牵连运动，其圆周速U1；另一方面又沿叶片方向作相对运动，其相对速度W1，由于它们作用的方向相反并在同一条直线上，所以流体在进口处的***速V1是U1和W1的矢量和等于零。由于叶片出口与出口的回转圆相交于B点，流体一方面随叶轮作圆周牵连运动，其圆周速度U2，另一方面又沿叶片方向作相对运动，其相对速度为W2，在出口处的***速度V2应为U2和W2两者之矢量和。

叶片的设计通过理论和实践证明，机翼型并不完全适合于风机叶片，所以把它设计成单板带刃的叶片，使叶片阻力很小。本方案采用平单板做叶片，这样做加工工艺简单、重量小、节省起动电能（如图）。

8、流场设计

借助风机内部流场及各种力的作用，形成气、液、固三相之间高速相对运动，收集净化粉尘、气液混合与分离于一体，对风机内部流场分别进行模拟分析，在此基础上进行设计，高效混合除尘，降低能耗，适用于工况环境（如图）。

图   风机内固相运行轨迹模拟图

图   风机内液相运行轨迹模拟图