[发明专利]用于采煤机抑尘的旋转射流自吸式短程强化产泡装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山防尘用泡沫制备装置，尤其是一种用于采煤机抑尘的旋转射流自吸式短程强化产泡装置。

背景技术

机械化采煤工作面（以下简称机采工作面）是煤矿井下粉尘灾害最严重的地点之一，其中，采煤机截割作业是机采工作面最大的产尘源，其产尘量占工作面总产尘量的60%~80%，因此，采取有效措施防治采煤机截割粉尘是机采工作面乃至全矿井防尘工作的重中之重。与采煤机现有的水喷雾降尘技术相比，抑尘泡沫具有体积流量和接尘面积大、粘附和湿润粉尘能力强的优点，是采煤机截割粉尘防治效果的有效途径之一。但由于大多数机采工作面没有可随采煤机往复移动的机载压风管路，使得抑尘泡沫制备面临很大困难，进而导致泡沫抑尘技术在机采工作面的实施受到极大限制。为此，本领域科研人员设计有公开号为CN103084022A，公开日期2013-05-08的中国发明专利“煤矿降尘用自吸空气式旋流发泡装置”，以及公开号为CN103089262A ，公开日期为2013-05-08的中国发明专利 “采煤工作面自吸空气式泡沫降尘系统”，使得在采煤机上制备泡沫成为可能。然而，后期在机采工作面的应用实践中发现，上述公开号为CN103084022A和CN103089262A所公开的技术方案存在以下几点不足：①都是利用发泡液射流来自动吸入，即需要采用额外的发泡剂添加设备（如定量添加泵）将发泡剂加入水中而形成发泡液，使得泡沫制备过程依然较为复杂，很不适应机采工作面时空条件；②发泡液射流吸入的空气量偏小，由于最终的产泡量主要取决于自吸空气量，因而现场制备出的泡沫量偏少，较难满足采煤机高效抑尘的需求；③发泡室内阻力损失偏大，泡沫出口速度较小，难以有效喷射至采煤机滚筒截割煤岩处；④采用长尺寸的混合室和发泡室，使得发泡装置几何尺度偏长，在采煤机机身平台上的狭小空间内进行设备安装固定存在一定困难。此外，专利公开号CN103089263A，公开日期2013-05-08的中国发明专利“基于自吸空气发泡的掘进机泡沫降尘系统”，其公开的技术方案中的发泡装置虽然克服了上述第一点不足，但仍然存在②~④中所述问题，并且该装置中吸液软管直接设在气液混合室前端，压力水和空气流经此处时由于通道截面的急剧收缩，流体体积被压缩，因而流体对管壁的压力增大，增加了从外界吸入发泡剂的难度，导致发泡剂不能稳定连续添加而影响产泡效果。因此，研发用于采煤机抑尘的新型泡沫制备装置与方法具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种安全可靠、操作简单、发泡倍数较高、泡沫出口速度较大、几何尺度小的采煤机抑尘用高效产泡装置。

为了实现上述目的，本发明用于采煤机抑尘的旋转射流自吸式短程强化产泡装置，主要由压力水供给管、旋流喷嘴和射流发泡筒体构成，压力水供给管与旋流喷嘴相连，旋流喷嘴通过螺纹旋入射流发泡筒体，射流发泡筒体内依次设有吸气室、吸液室、混合喉管、增压成泡室、强化产泡室和增速出流室；所述的吸气室上设有斜向吸气孔，吸液室上设有斜向吸液孔，斜向吸液孔与设有微调阀的吸液软管相连，强化产泡室内设有螺纹杆发泡构件；所述的混合喉管为圆柱形腔体，混合喉管的截面积与旋流喷嘴出口截面积的比值R_m=64~100；混合喉管的长度L_m与其直径d_m的比值R_ld=8~12；混合喉管入口到旋流喷嘴出口的距离L_tn与其直径d_m的比值R_td=1/3~2/3；所述螺纹杆发泡构件的流道截面为等腰梯形，其螺旋角γ=110~130°、螺距L_f=35~45mm。

进一步的，所述旋流喷嘴的轴向自由畅通直径为1.5~3.5mm，有利于形成旋度较高的旋转射流，提高吸气和吸发泡剂能力，同时保证喷嘴出口处有较大的初始速度，增加射流与被吸入气体和发泡剂的传能传质效率。

进一步的，所述吸气室腔体为渐缩结构，其收缩角α₁=30~60°，该设计可减少空气进入吸液室时因腔体截面积突变带来的局部阻力损失，并可增加空气的流速（动能），促进空气与液体的质能传递和相互作用。