張少華

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶400037）

粉塵危害主要包括粉塵爆炸和塵肺病，在工業(yè)作業(yè)場所特別是采礦行業(yè)具有產(chǎn)塵量大、工作條件復(fù)雜、粉塵治療難度大等特點(diǎn)，井下運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備采用的是帶式輸送機(jī)，相鄰2臺(tái)運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)載點(diǎn)的落差高度根據(jù)地理環(huán)境不同設(shè)計(jì)以不一樣,大致在1 000～2 000 mm之間[1]，礦物質(zhì)在轉(zhuǎn)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換過程中因落差形成的沖擊楊塵是工作面巷道粉塵的主要來源，在巷道風(fēng)流作用下形成揚(yáng)塵并隨風(fēng)流擴(kuò)散造成巷道空氣的污染[2]。同理，工業(yè)作業(yè)場所只要是帶式輸送機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行作業(yè)的環(huán)境，在帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)都會(huì)有大量的因速度及落差而形成的沖擊塵，在巷道風(fēng)流作用下四處飄揚(yáng)危害工人身體健康。在這些高粉塵污染工作區(qū)域，一般都按國家標(biāo)準(zhǔn)采取了一定的防塵、降塵措施。為了保證作業(yè)場所人員的健康不受粉塵災(zāi)害的威脅，在帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)采取有效的降塵措施是解決問題的關(guān)鍵。目前各工業(yè)領(lǐng)域以及井下作業(yè)場所針對(duì)帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)的降塵措施多為噴霧降塵[3]，主要投入生產(chǎn)應(yīng)用的噴霧控制閥主要有電動(dòng)控制和機(jī)械聯(lián)動(dòng)式2種，電的主要為用于實(shí)際生產(chǎn)的電動(dòng)球閥與電磁閥[4]，這2種結(jié)構(gòu)的噴霧控制裝置在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中都有一個(gè)共同點(diǎn)：①需要有127 V交流電源；②需要加裝水質(zhì)過濾裝置；③安裝復(fù)雜存；④有復(fù)雜的電路控制板；⑤故障多維護(hù)工作量大等特點(diǎn)。

而在工況差、條件復(fù)雜的煤礦井下很多轉(zhuǎn)載點(diǎn)沒有可用電源，重新布置1條127 V電源線成本遠(yuǎn)高于1套噴霧裝置的價(jià)錢，所以煤礦都放棄購置自動(dòng)噴霧從而采用手動(dòng)噴霧來控制降塵，因手動(dòng)機(jī)械控制噴霧裝置精確度不高，反應(yīng)不靈敏，適應(yīng)水壓在0～2 MPa之間，壓力高于2 MPa打開就較為困難，所以大部分裝置都淪為擺設(shè)[5-7]。

設(shè)計(jì)的無電型噴霧控制閥，不需接電，免除了電路帶來的安裝不便、高故障率等問題[8-9]；解決了井下等惡劣工作環(huán)境下接電不便、不具備接電條件等實(shí)際應(yīng)用中的困難和障礙。

1 工作原理

轉(zhuǎn)載點(diǎn)無電型噴霧控制閥安裝架示意圖如圖1。

圖1 轉(zhuǎn)載點(diǎn)無電型噴霧控制閥安裝架示意圖

通過螺釘將安裝架固定在輸送帶架子上，然后將無電型噴霧控制閥固定在安裝架上；使其閥板探針位于輸送帶中間上方，保證探針最低端距離輸送帶底部50～60 mm。當(dāng)輸送帶上運(yùn)輸?shù)奈锪吓鲎驳教结樖蛊浒l(fā)生一定角度的擺動(dòng)，從而通過杠桿原理打開控制閥的先導(dǎo)孔使其閥腔壓力瞬間減小，腔內(nèi)閥芯在進(jìn)水壓力作用下向上移動(dòng)打開水路通道進(jìn)行噴霧降塵；當(dāng)輸送帶上沒有物料時(shí)，探針在彈簧力的作用下自動(dòng)復(fù)位將先導(dǎo)孔密封使其閥腔內(nèi)外壓力平衡，閥芯在彈簧的作用下向下移動(dòng)關(guān)閉噴霧水通道停止噴霧。只需將安裝架固定在輸送帶一側(cè)即可，不依賴巷道進(jìn)行懸掛固定。即使在非井下環(huán)境的工業(yè)作業(yè)場所只要有輸送帶傳輸就能方便的進(jìn)行安裝固定，動(dòng)力臂懸掛安裝的高度可根據(jù)輸送帶荷載的多少具體調(diào)整。

無電型噴霧控制閥具體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 無電型噴霧控制閥結(jié)構(gòu)圖

將噴霧控制閥在輸送帶上安裝固定好后，當(dāng)輸送帶開始運(yùn)行時(shí)，一旦輸送帶上有荷載，荷載物在輸送帶的傳動(dòng)下會(huì)與噴霧控制閥的探針進(jìn)行碰撞，探針在碰撞作用下因受外力作用將以支撐桿為支點(diǎn)，克服圓柱形壓縮彈簧c的彈力進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)的探針將通過連接桿使圓柱密封向上方移動(dòng)打開先導(dǎo)孔通道，使其閥芯所在閥腔壓力瞬間減小，閥芯在進(jìn)水壓力作用下克服彈簧a的彈力向上移動(dòng)從而打開噴霧水通道進(jìn)行噴霧以達(dá)到降塵目的。當(dāng)輸送帶上沒有荷載時(shí)，探針在彈簧c作用下回復(fù)到初始位置，探針通過支撐桿帶動(dòng)連接桿向下移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)的距離大于3 mm時(shí)連接桿與圓柱密封分開處于非接觸狀態(tài)，圓柱密封在彈簧b的彈力作用下向下移動(dòng)密閉先導(dǎo)孔使其閥芯所在閥腔內(nèi)壓力瞬間上升與閥腔外壓力達(dá)到平衡。此時(shí)閥芯在彈簧a作用下向下移動(dòng)關(guān)閉噴霧水通道停止噴霧降塵。

無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥因無需用電所有轉(zhuǎn)載點(diǎn)都可輕松安裝。帶電子傳感器或者電動(dòng)控制系統(tǒng)的噴霧降塵控制閥因有電路板、傳感器、電磁閥或電動(dòng)閥、過濾器、管路、電纜線,所以故障點(diǎn)多，維護(hù)成本高[10]；而無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥故障點(diǎn)少無需維護(hù)。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械聯(lián)動(dòng)式噴霧球閥，無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥適用的水壓范圍更廣，可承受更大水壓，水壓在0.5～10 MPa均可使用,機(jī)械結(jié)構(gòu)也更耐磨損，在高水壓條件下壽命更長,相對(duì)于傳統(tǒng)觸控閥門開關(guān)的控制響應(yīng)更快，控制更精準(zhǔn)。

2 閥板進(jìn)水的防堵設(shè)計(jì)

井下作業(yè)條件下噴霧供水的水源水質(zhì)往往富含各種雜質(zhì)，長時(shí)間使用含雜質(zhì)的供水經(jīng)常會(huì)引起噴霧頭堵塞或者閉合不嚴(yán)[11]。傳統(tǒng)控制閥也常常因此需要頻繁清理維護(hù)，給使用者造成了極大的不便。

無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥的進(jìn)水端專門防堵過濾裝置結(jié)構(gòu)如圖3。含有雜質(zhì)的噴霧水從進(jìn)水孔進(jìn)入后，通過防堵濾芯設(shè)計(jì)的切向孔進(jìn)入防堵內(nèi)芯的內(nèi)腔中，在內(nèi)腔中設(shè)置有塵粒分解刀，當(dāng)壓力水切向進(jìn)入內(nèi)腔后在沖擊力作用下使其水質(zhì)雜質(zhì)與塵粒分解刀不到碰撞、攔截、摩擦將其大顆粒雜質(zhì)分解，當(dāng)分解后的顆粒粒徑小于過濾網(wǎng)孔徑后就會(huì)從排水孔進(jìn)入控制閥下一機(jī)構(gòu)，因其噴霧頭的孔徑遠(yuǎn)大于過濾器孔徑所以噴霧系統(tǒng)的防堵性有很大的提高。

圖3 防堵過濾裝置結(jié)構(gòu)

3 閥芯的防堵設(shè)計(jì)

閥芯的防堵結(jié)構(gòu)示意圖如圖4。

圖4 閥芯的防堵結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)控制閥都采用圓柱孔平面密封,極易出現(xiàn)以下問題：①密閉不嚴(yán)：當(dāng)密封墊在圓柱孔上不斷地作開、關(guān)動(dòng)作，時(shí)間久了就會(huì)在密封墊表面形成一定深度的壓痕，當(dāng)壓痕深度達(dá)到0.2 mm時(shí)閥芯出現(xiàn)關(guān)閉不嚴(yán)長期跑水故障且這個(gè)問題是無法避免的;②防堵性能差：當(dāng)閥芯在關(guān)閉的瞬間有雜質(zhì)剛好在密封墊，就會(huì)出現(xiàn)密封不嚴(yán)向外大量跑水，必須要打開控制閥進(jìn)行清理方能再次使用，維修次數(shù)多且間隔時(shí)間太短就會(huì)導(dǎo)致使用方反感放棄使用該系統(tǒng)。無電型噴霧控制閥的密封方式采用的是錐孔圓柱型密封，開關(guān)次數(shù)越多其密封度就會(huì)越好，且在閥芯的密封桿上安裝有可變形密封裝置，當(dāng)閥芯在關(guān)閉的瞬間突然遇到有顆粒物在可變形密封下方時(shí)，可變形密封在錐形孔面上通過變形將進(jìn)入的異物包裹在不斷下移的過程中進(jìn)行密封，當(dāng)下移到一定距離后剛性密封桿與錐孔面接觸本次密封完成；因可變形密封材質(zhì)較軟可適應(yīng)任意變形，所以無論進(jìn)入的異物是什么形狀都可實(shí)現(xiàn)同等變形起進(jìn)行密封從而保證控制閥的正常運(yùn)行實(shí)現(xiàn)其防堵的功能特點(diǎn)。

4 現(xiàn)場應(yīng)用

無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥于2017年6月在山西龐龐塔煤礦WD2011回采工作面帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)使用，該轉(zhuǎn)載點(diǎn)落差1.9 m、膠帶寬1 m、靜壓水壓力1.5 MPa。通過現(xiàn)場制作安裝架將該控制閥板固定在輸送帶滾筒中心偏向落煤方向150 mm處正上方，因在輸送帶滾筒中心偏后150 mm處即使輸送帶突然在運(yùn)輸煤炭過程中停下，煤塊以會(huì)自動(dòng)落下避免探針長時(shí)間與煤礦接觸而出現(xiàn)噴霧不停的現(xiàn)象，加上控制閥探針是采用φ16 mm彈性鋼絲繩制作而成，煤塊幾何直徑在50～400 mm都能通過鋼絲變形順利通過，不會(huì)出現(xiàn)煤塊過大損壞探針的現(xiàn)象；系統(tǒng)安裝完成后在沒有加裝任何水質(zhì)過濾裝置的條件下，將靜壓水直接連接到無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥進(jìn)水端，通過10個(gè)月的使用系統(tǒng)沒有出現(xiàn)任何問題。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)了一種適應(yīng)水壓0.5～10 MPa、使用壽命大于100 000次、具有防堵功能的無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥，介紹了控制閥的工作原理,及閥板進(jìn)水的防堵設(shè)計(jì)和閥芯的防堵設(shè)計(jì);無電型轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧控制閥可利用荷載的傳輸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧灑水。