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降尘喷雾机喷嘴的设计与改进

在巷道中存在大量的细微粉尘，尤其是呼吸性粉尘，想要高效率地沉降它们，车载式雾炮机喷嘴喷出的水雾不仅要雾化均匀、分散度好，还要颗粒细微。因此喷嘴的设计至关重要。对于恶劣工作环境的降尘喷雾机喷雾系统，特别是煤矿井下，喷雾用水大都是矿井排水至地面经沉淀和简单处理后送入井下的，易造成喷嘴的内部堵塞，从而失去作用。此外，水的雾化依靠喷嘴作为执行元件才能产生。喷嘴还把高压喷雾泵或增压泵提供水压力能转化为动压能，其几何结构及动力性能参数对水的雾化和能量转化的效率有着十分重大的影响。所以，喷嘴的设计必须考虑工作可靠性问题。
1、雾化喷嘴的类型

对雾化和喷嘴的研究，由于雾化过程的复杂性，依赖于诸如流体力学、气体动力学、两相流体动力学和数值方法等学科的发展。目前除了部分理论研究外，绝大部分是试验研究。迄今发展了各种不同类型的喷嘴，目前普遍应用的喷嘴主要有以下几种类型：
(1)压力式雾化喷嘴：该类型喷嘴通过小孔将液体喷出，实现压力势能向动能的转换，从而获得相对于周围气体的较高的流动速度，通过气液之间强烈的剪切作用来实现液体的雾化。这种类型喷嘴按照有螺旋芯和无螺旋芯分为平头喷嘴、离心式喷嘴。
(2)旋转式雾化喷嘴：液体通过高速旋转的圆盘、圆杯或具有径向孔的甩液盘将液体甩出，形成液膜，在表面张力的作用下实现液体的雾化.旋杯式喷嘴即属于这种类型，这种喷嘴又叫做机械式喷嘴。
(3)气动雾化喷嘴：利用气体介质与液体介质之间的相互挤压、加速或剪切作用，将液体雾化。主要包括气体辅助雾化喷嘴、气爆雾化吱嘴、气泡雾化等几种形式。
(4)超声波或哨声雾化喷嘴：利用压电陶瓷或-峭产生的超声波或机械超声，利用超声的空化现象实现液体的雾化。这种类型包括超声雾化喷嘴、哨声雾化喷嘴等形式。
2、雾化因素
风送式雾炮机喷雾降尘的机理主要是水雾与粉尘颗粒的碰撞，对沉降细微的粉尘，需要有与之相适应的分散均匀的细微水雾，还需要一定的水雾运动速度。喷嘴的雾化性能，从分散度角度来说，主要取决于喷嘴结构，而水雾粒径的大小不仅与喷嘴的结构有关，还与供水压力有关，压力越大，水雾喷射速度越大，水滴越容易破碎。为使喷嘴喷射出的水雾分散度好，而且具有一定的扩散角，水流在喷出喷嘴前应有一定的横向速度，对于雾化型喷嘴，压力通过后的雾化质量除了需要有较高的雾滴运动速度外，还要使雾滴达到一定的密度、分布的均匀度和大的扩散面积等。
3、可靠性因素
在缺水的地区，煤矿井下喷雾降尘用水大都是利用井下排至地面的矿井水，经沉淀和简单过滤处理后再送入井下，水的清洁度较差。螺旋导水芯喷嘴的斜切孔孔径比较小，水中杂物很容易将其堵塞，孔径若大了不起作用。平射型喷嘴，雾化效果不错，但致命弱点是可靠性差，应用清洁的水，能够较长时间的使用，水质较差时，使用时间很短。因为喷嘴内部的螺旋形水道既狭窄又比较长，水中杂质很容易滞留其间造成堵塞，而且很难清理，往往工作时间很短就被堵塞而失去作用，因清理困难而导致报废。因此，喷嘴的工作可靠性成为很重要的一个因素。
喷嘴还把高压喷雾泵或增压泵提供水压力能转化为动压能。水的能量都要通过喷嘴传输。某种意义上，喷嘴又相当于一种工作机构，其几何结构及动力性能参数对水的雾化和能量转化的效率有着十分重大的影响。为了取得良好的降尘效果。
4、结构设计
考虑除尘雾炮雾化性能和工作可靠性，较理想的喷嘴结构形状由喷嘴体、喷嘴芯和芯体压盖组成，喷嘴芯与喷嘴体之间是间隙配合容易取出，为喷嘴发生堵塞时清理提供方便，从而能够延长喷嘴的使用寿命，适应恶劣工作环境。喷嘴芯是喷嘴优劣的关键部件，其形状结构设计主要考虑雾化性能和避免堵塞，故采用双头导流折返形状，类似于X形状的旋流叶片。压力水进入喷嘴后沿喷嘴芯形成的倾斜(与水平线夹角成400)流道流动，到边缘后旋转折返回来形成旋转流动。每个叶片上又开一个方形槽口，使两股水流相互作用，加大紊流程度，最后在喷口前汇合产生更大的紊动。水流在被喷出前经过如此剧烈的脉动，横向速度能量剧增，因而喷射出后雾化均匀、分散度好、雾粒细微，对沉降粉尘十分有利。而且，这种形状的喷嘴芯流道在最狭窄处其横向尺寸是喷嘴出口直径的两倍，所以喷嘴不易产生内部流道堵塞现象，提高了喷嘴工作的可靠性。即使堵塞也容易取出喷嘴芯进行清理，延长了喷嘴的使用寿命。相对于螺旋形流道来说，流道短，不仅有利于微小颗粒通过，而且压力损失小。此外，X形状的喷嘴芯对于不严重的堵塞可以用细铁丝由喷嘴喷口处直接去疏通，比较简便。每一种喷雾装置均由空气帽和液体帽组成，能够提供扇形和圆形两种喷雾模式，并有着广泛的流量范围。喷嘴体的入口接头有多种尺寸，适合大多数常用的管道。以上喷嘴部件可以互换，这为得到不同的喷雾性能提供了灵活机动性。
5、内部流道与口径匹配
高塔式除尘雾炮机从雾化效果和分散均匀度来说，喷嘴内部流道相对小一些比较有利，但太小的话，流体在喷嘴内部流动阻力太大，造成较大的压力损失。若内部流道比口径大的太多，水流在内部流道中的流动速度就小，紊流程度低，水流横向速度也小，水流喷出后扩散不开，分散度差，严重时成细射流状喷出。因此，应该寻找出一个比较合适的对应尺寸，保证雾化要求下尽量加大喷嘴内部流道尺寸，避免水中的杂质在流道中滞留产生堵塞。从提高降尘效率角度来说，水压力应在2MPa以上。压力低于2MPa时，喷出的水雾颗粒较大，颗粒间空隙也大，降尘效率低，尤其是对于微细粉尘，降尘效率更低；2MPa以上水压时，降尘喷雾机喷嘴内部流道横向尺寸可以按照喷嘴出口直径的2倍来设计，喷出的水雾雾化效果和分散度都是较好的。若降低水压力或增大流道横向尺寸与口径的比，水雾的分散度就比较差。
6、喷口直径与长度
应用于降尘喷雾机喷雾降尘的雾化喷嘴要求喷射出分散均匀的实心圆锥水雾，而且要求扩散角又称喷雾角尽量大，使雾流有较大的覆盖范围。用于采煤机内喷雾、架间喷雾、回风巷中的雾幕和运输系统转载点的雾化喷嘴都要求喷雾扩散角大一些；而用于采煤机外喷雾的雾化喷嘴需要雾流有一定的射程，因为外喷雾喷嘴安装位置距离产尘处有一段距离，这时要求喷嘴喷出的水雾扩散角小一些，射程可以长一些，水雾喷射到产尘处将其笼罩沉降，阻止粉尘扩散。
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