隨著煤礦綜掘工作面掘進(jìn)機(jī)截割功率的不斷增加，綜掘工作面掘進(jìn)水平不斷提高，由此帶來了巷道瓦斯涌出量增加，粉塵產(chǎn)生量增大。綜掘工作面煤塵不但嚴(yán)重危及礦工的身體健康和勞動(dòng)安全，而且降低了勞動(dòng)生產(chǎn)效率、影響掘進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。長期以來為了減少污染、保障安全，人們采取了噴水、噴霧降塵、動(dòng)力除塵等措施，但由于設(shè)備本身存在的問題不能很好地解決這一難題。

為此，我公司總結(jié)國內(nèi)外十余家除塵設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的國內(nèi)外技術(shù)理論，結(jié)合工作現(xiàn)場(chǎng)條件，運(yùn)用流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、氣液傳質(zhì)等理論，開發(fā)一種體積小、功率大、凈化效率高、運(yùn)行穩(wěn)定的除塵濕式風(fēng)機(jī)，集空氣動(dòng)力、收集凈化粉塵、氣液混合與分離于一體，使之能適應(yīng)機(jī)載或獨(dú)立工作。

2.工作原理

 KCS型礦用除塵濕式風(fēng)機(jī)是一種以洗滌液為介質(zhì)，在機(jī)械力的作用下將洗滌液霧化成為細(xì)微小液滴顆粒，通過一定速度的撞擊或乳化劑的作用與粉塵粒子結(jié)合，達(dá)到凈化的目的。

KCS型礦用除塵濕式風(fēng)機(jī)凈化機(jī)理，等效或高于文丘里洗滌器，它是通過葉輪旋轉(zhuǎn)形成葉片與氣流的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粉塵氣體與洗滌液混合，并在混合過程發(fā)生一系列的、復(fù)雜的物理作用，使空氣中的有害粒子與洗滌液結(jié)合達(dá)到凈化目的。洗滌液完成混合洗滌作用后與空氣同時(shí)進(jìn)入脫水部分，經(jīng)脫水分離，凈化后的氣體直接排入大氣，分離后的洗滌液流回沉淀池，經(jīng)沉淀或過濾后被重新循環(huán)利用，污泥漿定期排出。

KCS型礦用除塵濕式風(fēng)機(jī)突破傳統(tǒng)的概念，做到了效率的模塊化、氣體壓力流量的非線性選擇，能耗低、投資小、適應(yīng)性（高溫、高濕、粘性、防爆）***強(qiáng)。

3.產(chǎn)品組成

KCS型礦用除塵濕式風(fēng)機(jī)在煤礦井下掘進(jìn)面工作時(shí)主要由除塵風(fēng)機(jī)、負(fù)壓風(fēng)筒、集塵器、控塵風(fēng)筒、運(yùn)載小車等組成。

4.安裝布局

4.1將控塵風(fēng)筒安裝在局扇風(fēng)筒的終端（距離掘進(jìn)機(jī)迎頭10-15米處），與局扇風(fēng)筒一同吊裝。

4.2將集塵器固定在掘進(jìn)機(jī)搖臂后方，綜掘機(jī)平臺(tái)上。

4.3負(fù)壓風(fēng)筒由風(fēng)筒支架承托，固定在二運(yùn)側(cè)幫，每個(gè)支架間隔1米左右，風(fēng)筒固定在支架上，增加其牢固性，風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口與負(fù)壓風(fēng)筒采用快速連接器連接。

4.4除塵風(fēng)機(jī)安裝在運(yùn)載小車上，跟隨掘進(jìn)機(jī)在皮帶機(jī)承載段上移動(dòng)。

5.性能特點(diǎn)

5.1結(jié)構(gòu)緊湊、占用空間小、重量輕，便于安裝調(diào)試。

5.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，幾乎無阻力，大大降低了能耗。

5.3集除塵、凈化與一體，除塵效率高。

5.4應(yīng)用噪聲與振動(dòng)控制技術(shù)，設(shè)備噪聲振動(dòng)小。

5.5控塵風(fēng)筒為一種輕型渦流控塵裝置，能有效的控制粉塵氣流的流向，實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵的可控性。

5.6除塵風(fēng)機(jī)對(duì)水質(zhì)無質(zhì)量和水壓要求，無傳統(tǒng)除塵風(fēng)機(jī)所攜帶的捕捉裝置，不需要對(duì)除塵風(fēng)機(jī)進(jìn)行清洗，適用于井下復(fù)雜環(huán)境。

5.7除塵風(fēng)機(jī)安裝在運(yùn)載小車上，跟隨掘進(jìn)機(jī)在皮帶機(jī)承載段上移動(dòng)，既不影響輔助運(yùn)輸通道，又可與掘進(jìn)機(jī)聯(lián)動(dòng)，適應(yīng)掘進(jìn)機(jī)的工作要求。

6、動(dòng)態(tài)文丘里洗滌器的設(shè)計(jì)

所謂動(dòng)態(tài)是相對(duì)于靜態(tài)而言，傳統(tǒng)文丘里均為靜態(tài)型，即設(shè)備本身固定不動(dòng)，靠風(fēng)機(jī)動(dòng)力使氣流在設(shè)備中高速流動(dòng)，而動(dòng)態(tài)文丘里則相反，它是利用電機(jī)帶動(dòng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)使氣流和葉輪葉片產(chǎn)生高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到等效或高于靜態(tài)文丘里的作用。動(dòng)態(tài)文丘里不但保留了靜態(tài)文丘里的功能，還進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，效率進(jìn)一步提高，能耗僅為靜態(tài)文丘里的十分之一左右，節(jié)省了風(fēng)機(jī)的配置，也無須噴嘴，設(shè)備結(jié)構(gòu)更加簡單。風(fēng)機(jī)是由靜態(tài)文丘里演變而來，過程如下：

a.  靜態(tài)文丘里（如圖）

 靜態(tài)文丘里                       變形文丘里

b.變形的文丘里（如圖）

將圖1（靜態(tài)文丘里）中的B段直管制造成為彎管，C 段的擴(kuò)張段為偏心的擴(kuò)張段，這樣在B段內(nèi)的混合體除了圖2（靜態(tài)文丘里）中的固有特征外還受到一個(gè)離心力的作用，洗滌液與氣溶膠相互間的運(yùn)動(dòng)更為劇烈，洗滌液對(duì)氣溶膠捕集率會(huì)更高，所以變形的文丘里比標(biāo)準(zhǔn)的文丘里有更佳的性能和特點(diǎn)。

c、線性分布的文丘里組合或立式多單元組合（如圖）

當(dāng)處理較大的風(fēng)量時(shí)，為了保證在大風(fēng)量的情況下仍能得到較佳的效果，可以把若干個(gè)小文丘里組合在一起，或處理同樣的風(fēng)量時(shí)，用多個(gè)小單體組合比用一個(gè)大單體效果會(huì)更好，其單體的性能與組合體的性能沒有什么區(qū)別。

圖  組合文丘里                    圖  盤狀文丘里  

d.盤狀分布的文丘里組合（如圖）

線性分布或立式多單元的文丘里組合體改變成盤狀的組合體,其性能與按線性分布或與標(biāo)準(zhǔn)的單體文丘里的性能相比沒有什么區(qū)別。

e.根據(jù)以上推理，我們還可以把按盤狀分布和按立式分布的兩種形態(tài)的文丘里組合結(jié)合起來取一個(gè)中間形態(tài)即按圓錐狀分布的組合體。

f.我們此時(shí)仍可把按圓錐分布的文丘里組合體中的單體制造成變形的文丘里。

g.動(dòng)態(tài)文丘里（如圖）：

眾所周知，文丘里管內(nèi)的氣流和文丘里管之間的運(yùn)動(dòng)是一個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)即高速狀態(tài)的氣流通過靜止?fàn)顟B(tài)的文丘里管，如果我們站在相反的立場(chǎng)觀察這一現(xiàn)象將會(huì)是高速運(yùn)動(dòng)的文丘里管內(nèi)通過靜止?fàn)顟B(tài)的氣流，根據(jù)推理得知，動(dòng)態(tài)文丘里同樣具有靜態(tài)文丘里的性能、功能和特點(diǎn)。

圖 動(dòng)態(tài)文丘里

h.綜合以上7種不同的幾何推理演變，于是得到了現(xiàn)在的結(jié)果，即動(dòng)態(tài)按圓錐分布的變形的文丘里洗滌裝置，無比優(yōu)秀性能的新型空氣凈化裝置——動(dòng)態(tài)文丘里洗滌器。

通過以上分析可以看出傳統(tǒng)文丘里洗滌器的ABC段是按線性排列按線性方向運(yùn)動(dòng)的,而我們說的動(dòng)態(tài)文丘里洗器是按圓周的徑向排列徑向運(yùn)動(dòng)的(如圖8)。自圓心到同心圓的***后一個(gè)圓是文丘里的A段（A區(qū)）,從同心圓的***后一個(gè)圓到漸開的螺線之間是文丘里的B段（B區(qū)），從B段的邊緣至風(fēng)機(jī)洗滌器外緣是文丘里的C段（C區(qū)）。

7、葉輪設(shè)計(jì)

根據(jù)金屬切削原理，可把葉片看做風(fēng)刀，迎風(fēng)的邊叫刀刃，相反的邊叫刀背，與動(dòng)力相連的邊叫刀把（或刀根），相反的邊叫刀頭（如圖所示）。

在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用金屬切削原理和結(jié)構(gòu)力學(xué)，設(shè)計(jì)出了一種新型葉輪——徑混（徑斜）式葉輪（如下圖）。

徑混式葉輪流場(chǎng)模擬圖

葉輪后盤為錐形，其作用是：(a).可使葉輪重心接近電機(jī)轉(zhuǎn)子中心，這樣可改變電機(jī)兩軸承的受力狀況；(b).可減少后盤的厚度，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加，可以減輕葉輪重量；(c).離心風(fēng)機(jī)的葉輪使氣流由軸向流動(dòng)經(jīng)過減速旋轉(zhuǎn)，變?yōu)閺较蜻\(yùn)動(dòng)，由于這一變化，造成耗能較大，而后盤為錐形的葉輪氣流方向沿軸向及徑向有所偏斜，所以耗能較??；(d).由于氣流經(jīng)過葉片時(shí)是一種合成運(yùn)動(dòng)，因此氣流離開葉輪不是水平的徑向運(yùn)動(dòng)，而是沿葉輪后盤450角方向的運(yùn)動(dòng)（見流場(chǎng)圖）。

葉輪的進(jìn)口直徑與葉輪直徑的比值較大，可達(dá)到0.8D、0.9D以上，這樣可加大進(jìn)風(fēng)面積，而使阻力減小。

葉片的進(jìn)風(fēng)邊a與出風(fēng)邊b的直線與進(jìn)風(fēng)邊的圓0.8D、0.9D相切，這樣更符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，葉型的制造加工工藝簡單，降低成本。（如圖）。

葉片a-b的力學(xué)特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)分力，一個(gè)切向、一個(gè)徑向，產(chǎn)生切線方向的力是沿a-b方向逐漸加大，而徑向力是由***大到a-b逐漸變小。由此可分析出切向力很小，所以使氣流旋轉(zhuǎn)的力也很小，消耗的能量也就比較少。

如上圖所示，由于葉片進(jìn)口與進(jìn)口的回轉(zhuǎn)的圓相切于A點(diǎn)，所以，流體一方面隨葉輪作圓周牽連運(yùn)動(dòng)，其圓周速U1；另一方面又沿葉片方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其相對(duì)速度W1，由于它們作用的方向相反并在同一條直線上，所以流體在進(jìn)口處的***速V1是U1和W1的矢量和等于零。由于葉片出口與出口的回轉(zhuǎn)圓相交于B點(diǎn)，流體一方面隨葉輪作圓周牽連運(yùn)動(dòng)，其圓周速度U2，另一方面又沿葉片方向作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，其相對(duì)速度為W2，在出口處的***速度V2應(yīng)為U2和W2兩者之矢量和。

葉片的設(shè)計(jì)通過理論和實(shí)踐證明，機(jī)翼型并不完全適合于風(fēng)機(jī)葉片，所以把它設(shè)計(jì)成單板帶刃的葉片，使葉片阻力很小。本方案采用平單板做葉片，這樣做加工工藝簡單、重量小、節(jié)省起動(dòng)電能（如圖）。

8、流場(chǎng)設(shè)計(jì)

借助風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)及各種力的作用，形成氣、液、固三相之間高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，收集凈化粉塵、氣液混合與分離于一體，對(duì)風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)分別進(jìn)行模擬分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，高效混合除塵，降低能耗，適用于工況環(huán)境（如圖）。

圖   風(fēng)機(jī)內(nèi)固相運(yùn)行軌跡模擬圖

圖   風(fēng)機(jī)內(nèi)液相運(yùn)行軌跡模擬圖