2井下负压湿式除尘装置研究报告.docVIP

第五届挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛 摘 要 1 引 言 2 1 绪 论 3 1.1水射流应用技术概述 3 1.2煤层钻机粉尘的治理现状 4 1.3国内外矿井水射流除尘动态研究 5 1.3.1高压喷雾系统在国外的应用 5 1.3.2高压喷雾系统在国内的应用 6 1.3.3我国矿井的除尘现状 6 2 射流理论 7 2.1射流基本理论概述 7 2.2自由紊动射流 7 2.2.1自由紊动射流基本方程 7 2.2.2恒定紊流边界层方程 8 2.3旋转射流的基本理论概述 9 2.3.1旋转射流的基础理论 9 2.3.2旋转射流的旋度和卷吸能力 9 2.3.3旋动射流速度、静压轴向衰减规律理论分析 11 3交错平行喷头的结构设计、FLUENT流场仿真分析及实验研究 15 3.1 FLUENT 理论概述 15 3.2FLUENT的基本方程 16 3.4喷嘴的结构设计 18 3.4.1射流喷嘴概述 18 3.4.2钻机除尘装置喷头的结构设计 18 3.5对称相交和平行交错孔喷头的流场仿真分析 20 3.5.2平行交错孔的数值流场分析 22 3.6实验研究 31 3.6.1实验原理概述 31 3.6.2实验结果数据分析 34 4煤层钻机除尘装置的结构设计 38 4.1粉尘的形成及性质 38 4.2湿式除尘技术 40 4.2.1湿式除尘机理 40 4.2.2捕尘效率的影响因素分析 41 4.2.3湿式除尘器的类型及原理 42 4.3煤层钻机的概述 43 4.3.1煤层凿岩钻机的种类 43 4.4煤层钻机除尘装置的结构设计依据 44 4.4.1煤层钻机除尘器的设计理论依据与来源 44 4.5煤层钻机除尘装置的结构设计思路 45 4.5.1潘一矿钻机除尘装置的设计流程图 45 4.5.2提出设计思想 46 4.5.3连体式设计 47 4.5.4分离式设计 49 4.6煤层钻机除尘装置的三维结构设计及有限元分析 49 4.6.1煤层钻机除尘装置的三维结构设计 49 4.6.2煤层钻机除尘装置喷头的的相关有限元分析 52 4.6.3煤层钻机除尘装置引风罩的模态分析 54 4.6.4煤层钻机除尘装置的自动控制 57 4.6.5对钻机除尘原理进行虚拟模拟 57 4.6.6性能及特点 59 5 市场分析 61 参考文献 63 附件1 专利证书 67 附件2 除尘设备现场应用实验报告 68 摘 要 该论文属于安徽省产学研重点项目，目的是解决淮南市潘一矿的钻机现场应用问题。潘一矿在钻机巷道打孔中遇到严重的粉尘问题，钻机在工作中产生的粉尘量是矿山开采的主要灾害之一，在钻孔的过程中，产生有大到4cm的石块，也有小到5μm的呼吸性粉尘，严重危害工人的身体健康，污染施工现场的开采环境，严重威胁矿井的生产安全。 然而目前用于钻机的除尘设备有两种，一种是钻机自身采用的中心孔注水的方法来避免产生粉尘，但是此种方法不仅用水量大，产生的泥浆严重污染现场的开采环境，其次产生的泥水混合物在钻杆冲击力的作用下喷射到钻机的前端动力箱上，将对系统的工作稳定性造成很大的影响，与此同时也降低了钻机的使用寿命和钻机的整体性能。第二种是采用德国进口的除尘设备，虽然价格昂贵，体积也较大，但是它不能满足当地矿山开采环境的特殊性，不能与现场的开采相结合，灵活性也较差，除尘效果也不是很好，因此，针对上述问题，该论文对此进行综合分析与设计，主要从以下几个方面进行研究。 第一方面就是针对钻机的自身特点和工作特点设计一种符合现场需要的除尘设备，然后在Solid works中建立该设备的相关模型，完成设备的整体装配，最后根据设计需要，利用ANSYS软件对涉及除尘装置的部件进行相关的强度分析和模态分析，最终确定设计的相关参数与结构的整体外观。完成设计后，还需调整相关的结构来满足钻机在钻孔过程中不同工况的需要，比如钻上斜孔和下斜孔还有水平孔时除尘装置能否很好地满足与配合钻机工作。第二方面就是合理的利用矿上的压风和压水来进行湿式雾化除尘，这样就可以做到在除尘设备的内部无须加入外在的动力来除尘，关键是要通过数值仿真选取不同的喷头，在Solid works中建立不同喷头的模型，然后导入Fluent 软件中进行流场仿真分析，具体分析不同喷头的压力场、速度场、流线场、和压力损失情况，通过分析比较来确定最终的喷头模型。第三方面通过3dmax软件对钻机除尘装置的除尘工作原理进行渲染模拟。 引 言 尘肺病是一种由粉尘引发的职业病，在中国所有职业病的发病率中排名第一，煤炭行业尘肺病占全国尘肺病的49%。尘肺病患者轻者会引发呼吸道疾病、肺结核等多种并发症，重者丧失劳动能力甚至死亡。据卫生部公布的数字表明，每年新发尘肺病达5.7万例，且呈逐年上升趋势。根据