專利名稱：一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲霧化噴嘴，尤其是一種用于煤礦井下工作面、掘進工作面、錨噴、轉載點以及其它產塵點的超聲霧化降塵噴嘴。
背景技術：
煤礦是重要的基礎工業之一，從事煤礦開采人數較多，在各類礦業中占首位。塵肺病是煤礦的主要職業病，它不僅影響煤炭企業的生產和發展，而且嚴重危及人的健康和生命。目前對粉塵顆粒大小及所占比例，劃分為四個計測范圍大于10微米；5— 10微米；2 — 5微米；小于2微米。其中，對人體危害最大的是5微米以下的粉塵。在煤礦除了對人體傷害較大的不可見粉塵外，還存在著大量的“浮塵”。一般的噴霧對去除“呼吸性粉塵”的效果不太理想，主要是因為水霧的粒徑太大， 粒徑在200—600微米間。從空氣動力學的原理講，更細、與粉塵粒徑相近的水霧，最佳比例為0. 8-1. 3，更能有效地從氣流中除去粉塵。因此，人們不斷改進噴霧器，以使水霧噴得更細，甚至小于“呼吸性粉塵”顆粒的粒徑。然而，隨著水霧越來越細，擔心水霧在捕捉到粉塵之前就會在相對溫度不到100%的空間迅速蒸發掉。現有的霧化噴嘴大多是采用離心式或者是破碎式，也有部分學者對超聲霧化進行研究，在工業應用上它們有各自的優點，但是對于有防火、防爆要求的煤礦井下應用時，有其局限性在于離心式和破碎式的霧化噴嘴均是旋轉式噴霧，而礦井下粉塵濃度較高、污染大、潤滑條件差，粉塵隨霧滴落入軸承中，旋轉部分極易損壞；其次是工業上應用的超聲霧化噴嘴是逆壓電效應，由交變電場引起晶體的機械變形，從而產生聲振動，即由電能轉變為聲能，這種超聲霧化噴嘴結構可以得到很高的發聲頻率和聲功率，但是，對于防火防爆要求的礦井卻難以推廣應用；第三是傳統的霧化噴嘴水霧粒徑大，對呼吸性粉塵的捕捉效果不理想，而且極容易在工作面形成積水，影響正常生產。已有哈特曼哨在工業上有廣泛的應用，如聲波清灰，利用聲場能量的作用，清除物料表面積灰和懸浮在空氣中的灰塵；超聲霧化，利用流體哨產生超聲波形成水霧等。本發明在哈特曼哨的基礎上將氣哨噴嘴的漸縮口優化為維多辛斯基漸縮形曲線，以提高氣哨的發聲效率，再加以旋渦氣哨具有結構簡單，無機械運動部件，無需電源的優點，提出一種適用于煤礦井下的防火和防爆的超聲霧化噴嘴。

發明內容
基于上述現有技術的特點和不足，也結合煤礦井下防火、防爆等特殊要求，本發明提供一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴。為了實現一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴，本發明所采取的措施包括固定于噴嘴本體中的旋渦氣哨聯通有氣哨三部分，其中
所述旋渦氣哨是將進氣通道垂直沿圓柱腔體的切線方向設置并通入圓柱腔體，圓柱腔體沿圓柱腔體軸線與固定于噴嘴本體基座上的氣哨噴嘴聯通；
所述氣哨是由固定于噴嘴本體底部的氣哨噴嘴和對應的固定于噴嘴本體頂部的氣哨諧振腔構成，并在氣哨外圍設置有噴嘴本體形成空間構成聲波振蕩霧化區；
所述噴嘴本體是設置于氣哨外圍的噴嘴本體筒體和旋渦氣哨的噴嘴本體基座連接構成，并在氣哨外圍的噴嘴本體筒體下部設置有進水口，在頂部軸線上設置有調節螺栓孔，在頂側端設置有噴嘴。所述旋渦氣哨是“凸”字型結構，其進氣道與出氣道直徑之比為2 :1，并在出氣道的外周設有一段外螺紋，用于連接氣哨噴嘴，進氣道連接于噴嘴本體基座上；所述調節螺栓是調節氣哨噴嘴與氣哨諧振腔的間距L1，其調節范圍是8 12mm ；
所述氣哨噴嘴是維多辛斯基漸縮形曲線的漸縮口，其尾部設有內螺紋，固定連接于噴嘴本體基座上；
所述氣哨諧振腔頭部為內凹形，兩邊倒角，尾部圓角，并在中心軸處開設一螺紋孔用于調節、連接在噴嘴本體筒體的頂端；
所述噴嘴本體筒體在中心軸處開設一孔，兩邊倒角，在頂側端開設有錐形噴嘴孔，尾部開設有四個孔，用于連接旋渦氣哨。本發明所提供的一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴，與現有技術相比，其超聲霧化噴嘴采用氣流發聲器，在煤礦井下安裝使用過程中不會產生火花，正常工作時性能可靠，清理方便；采用組合式超聲霧化，對直徑較大的液滴進行二次霧化，提高了霧化效率和功率。同時根據對霧化效果的要求，通過調節氣哨噴嘴與氣哨諧振腔的間距，可變換為霧化模式和空氣濕化模式。


圖I是本發明超聲霧化噴嘴的總體結構示意圖2是本發明超聲霧化噴嘴中旋渦氣哨的主視結構示意圖3是本發明超聲霧化噴嘴中旋渦氣哨的A-A剖視結構示意圖4是本發明超聲霧化噴嘴中氣哨的局部剖視結構示意圖5是本發明超聲霧化噴嘴筒體的剖視結構示意圖。圖中1 :螺栓；2 :螺母；3 :彈墊；4 :進氣道；5 :旋渦氣哨；6 :氣哨噴嘴；7 :氣哨諧振腔；8 :嗔嘴本體；9 :進水口 ；10 :嗔嘴；11 :調節螺檢；12 :螺母；13 :彈塾；14 :0型惡'封圈。
具體實施例方式對本發明的具體實施方式
作出進一步的說明
實施本發明一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴，是針對現有離心式、破碎式噴霧霧滴直徑過大和利用逆壓電效應將電能轉換為超聲能可能會產生火花，給井下安全生產帶來隱患。本發明提出一種無摩擦部件，無電或化學品的煤礦井下降塵用超聲霧化噴嘴，以滿足煤礦井下防火、防爆等特殊的要求。本發明在煤礦井下采用超聲霧化降塵，所述超聲波具有良好的方向性、反射性和穿透能力，能在氣體、液體及固體媒質中傳播，產生各種超聲效應，如機械效應、熱效應、化學效應、聲空化等，超聲波還對微細粉塵有捕捉的作用。同時除塵系統占地空間小，可節省有效空間；與一般除塵器相比，超聲霧化具有減少能耗、高效率、維修少、費用低等特點。因此，應用超聲技術對微細粉塵進行降塵和增加空間濕度具有很強的操作性和經濟適用性， 特別是煤礦井下。本發明利用超聲霧化理論、哈特曼哨以及旋渦氣哨的原理，提出一種煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴用于煤礦井下降塵，其設計原理如下
基于Lang式d=0. 34 (8 Y / P f2)1/3,其中d為水的直徑，y為水的表面張力，P為水的密度，f為超聲頻率。說明在溫度和壓力變化不大的煤礦井下，霧化水滴的直徑是反比于超聲波的頻率，也就是說超聲波的頻率越高，霧化水滴的直徑越小。為了提高超聲波的頻率和聲功率，采用的噴嘴結構是將通過一級低頻超聲霧化的較大液滴噴射到二級高頻氣哨的霧化空間，霧化顆粒較大的液滴將被進一步霧化成細微的霧粒，同時根據井下工作面環境， 可調整噴嘴為霧化模式和空氣濕化模式。其超聲霧化噴嘴的設計思想如下
采用旋渦氣哨1，所述旋渦氣哨I由進氣道、圓柱腔體和出氣道構成；其進氣道沿腔體的切線方向；出氣道則沿腔體的中心軸線方向。高速氣體進入腔體后，沿腔壁快速旋轉產生旋渦，這些旋轉流從出口輻射到介質中，與介質相互作用繼而產生連續的壓力脈動，于時便產生了聲波。其發聲頻率理論關系式為f=a(c/Jid) (P1-P2/ P2)1/2式中f為頻率，a為小于I的常數，c為聲速，d為圓柱腔直徑，P1為進氣道壓力，P2為出氣道壓力。采用氣哨2，所述氣哨2是由噴嘴和諧振腔組成，為了提高氣哨的發聲效率，將氣哨的漸縮口設計為維多辛斯基漸縮形曲線。高速氣體從噴腔中噴出時，由于噴腔截面的突然收縮，會使得噴腔前的氣體壓力呈現出周期性的變化。當高速氣體進入諧振腔時，腔內便產生充氣過程，并導致反饋流壓逐漸上升，反沖氣體與入射氣體相互碰撞，在垂直于對稱軸方向上形成聲波振蕩。其發聲頻率的理論計算是依據為Brocher等人根據線性聲學理論得出氣哨頻率公式為f=c/4L，其中，c為聲速，L是共振腔的深度。由頻率公式可知，氣哨的發聲頻率是反比于共振腔深度的，通過調節調節螺母11即可改變共振腔的深度，發聲頻率也會變化。下面對本發明所提供的一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴的具體實施方式
作出進一步的詳細說明
一種用于煤礦井下超聲霧化降塵噴嘴，包括旋渦氣哨、氣哨和噴嘴本體三部分構成，其
中
所采用的旋渦氣哨由進氣道、圓柱形腔體和出氣道構成，出氣道與進氣道直徑之比為 2 :1，進氣道中心與出氣道上端面間的距離為進氣道直徑的51倍，其進氣道沿腔體的切線方向而出氣道則沿腔體的軸線方向。當高速氣體進入腔體時，沿腔壁快速旋轉而產生旋渦， 旋轉氣體從出口輻射至介質中，與介質相互作用而連續產生壓力脈動，既而便產生了聲波。 旋渦氣哨結構簡單，無運動部件，可靠性強，而且無需電或化學品能源，對防火、防爆要求高的地煤礦井下具有獨特的優點。但是從發聲效率等方面考慮，聲功率輸出與入口氣流功率的比值不高，因此，在旋渦氣哨出氣道串接一氣哨。所述氣哨由噴嘴和諧振腔構成，其氣哨的漸縮口設計為維多辛斯基漸縮形曲線， 可有效減少對射流的阻滯效果，提高發聲效率。高速氣體從旋渦氣哨出氣道噴出進入哨噴嘴后，由于噴腔截面的突然收縮，會使得噴腔前的氣體壓力呈現出周期性的變化。當高速氣CN 102527567 A
體進入諧振腔時，腔內便產生充氣過程，并導致反饋流壓逐漸上升，反沖氣體與入射氣體相互碰撞，在垂直于對稱軸方向上形成聲波振蕩。噴嘴射流在諧腔口產生一壓縮波向腔內傳播，然后被腔底反射回來至腔口處，再度被反射生成壓縮波向腔內傳播，形成高頻率聲波， 將直徑較大的水滴進一步霧化成水滴。當需要對周圍環境濕化時，可以調節噴嘴本體上的調節螺栓11改變哨噴嘴和諧振腔間的距離，依據哨的特性，發聲頻率將會改變，由Lang式的超聲霧化的理論，霧滴直徑將隨著超聲頻率的改變而變化，由此可以達到需要的工作要求。實施例I
旋渦氣哨5的出氣道與氣哨噴嘴6采用螺紋連接，將旋渦氣哨5的出氣道螺紋擰到底。 氣哨的諧振腔7與噴嘴本體8通過調節螺栓11連接，同時在調節螺栓11的螺紋處涂上一層膠料，將調節螺栓11與氣哨諧振腔7粘接成一整體，螺紋擰到底即可。然后由螺母12及彈墊13與調節螺栓11連接起來，并將螺母12及彈墊13膠固在噴嘴本體8上。這樣做的目的是為了保證氣哨噴嘴6的噴嘴收縮口的直徑與氣哨噴嘴6與氣哨諧振腔7間的間距一致，以達到最佳霧化效果；由于螺母12、彈墊13與噴嘴本體8形成一個整體，通過旋轉調節螺栓11可以控制氣哨噴嘴6、氣哨的諧振腔7的間距，根據氣哨的特性，可以改變超聲頻率，由超聲霧化的特性，頻率的變化可以引起霧滴直徑的改變，這樣就達到了霧化效果可調之目的。完成上述連接后，將噴嘴本體8與旋渦氣哨5用螺栓連接。在霧化降塵時，先由進氣道4連通壓縮空氣，氣體的壓力為0. 2^0. 5MPa間連續可調，對噴嘴本體8和氣哨噴嘴6、氣哨諧振腔7進行清理。然后由進水口 9連接靜壓水源，微細霧滴由噴嘴10噴出。當需要對空氣濕化時，通過調節螺母11，可調節氣哨諧振腔7與氣哨噴嘴6之間的距離，根據氣哨的特性，其發聲頻率將會變化，由超聲霧化的特性，霧滴的直徑亦將發生變化，根據現場環境的要求，適當增大靜壓水的流量，以達到濕化空氣的目的。
權利要求
1.一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴，包括噴嘴本體(I)、旋渦氣哨(2)和氣哨(3)三部分構成，其中所述旋渦氣哨(2)是將進氣通道(4)垂直沿圓柱腔體(5)的切線方向設置并通入圓柱腔體(6)，圓柱腔體(6)沿圓柱腔體軸線與固定于噴嘴本體基座(7)的氣哨噴嘴(8)聯通；所述氣哨(3)是由固定于噴嘴本體底部的氣哨噴嘴(8)與對應的固定于噴嘴本體頂部的氣哨諧振腔(9)構成，并在氣哨(3)外圍設置有噴嘴本體(I)形成空間構成聲波振蕩霧化區(10)；所述噴嘴本體(I)是設置于氣哨(3)外圍的噴嘴本體筒體(11)和旋渦氣哨(2)的噴嘴本體基座(7 )連接構成，并在氣哨(3 )外圍的噴嘴本體筒體(11)下部設置有進水口( 12 )，在頂部軸線設置有調節螺栓孔，在頂側端設置有噴嘴(14)。
2.如權利要求I所述的超聲霧化降塵噴嘴，所述旋渦氣哨(2)是“凸”字型結構，其進氣道(13)與出氣道(14)直徑之比為2 :1，并在出氣道(14)的外周設有一段外螺紋，用于連接氣哨噴嘴(8)，進氣道(13)連接于噴嘴本體基座(7)上。
3.如權利要求I所述的超聲霧化降塵噴嘴，所述調節螺栓(11)是調節氣哨噴嘴與氣哨諧振腔的間距L1，其調節范圍是8 12mm。
4.如權利要求I所述的超聲霧化降塵噴嘴，所述氣哨噴嘴(8)是維多辛斯基漸縮形曲線漸縮口，其尾部設有內螺紋固定連接于噴嘴本體基座(15)上。
5.如權利要求I所述的超聲霧化降塵噴嘴，所述氣哨(3)諧振腔頭部為內凹形，兩邊倒角，尾部圓角，并在中心軸處開設一段內螺紋用于調節、連接在噴嘴本體筒體(11)的頂端。
6.如權利要求I所述的超聲霧化降塵噴嘴，所述噴嘴本體筒體(11)在中心軸處開設一孔，兩邊倒角，在頂側端開設有錐形噴嘴孔，尾部連接旋渦氣哨。
全文摘要
一種用于煤礦井下的超聲霧化降塵噴嘴是將進氣通道垂直沿圓柱腔體切線方向設置并通入圓柱腔體，圓柱腔體沿中心軸線與氣哨噴嘴聯通；所述氣哨是由固定于噴嘴本體底部的氣哨噴嘴與對應的固定于噴嘴本體頂部的氣哨諧振腔構成，氣哨外圍設置有噴嘴本體形成空間構成聲波振蕩霧化區；所述噴嘴本體是設置于氣哨外圍的噴嘴筒體和旋渦氣哨的噴嘴基座連接構成，噴嘴筒體下部設置有進水口，頂部軸線設置有調節螺栓孔，頂側端設置有噴嘴。本發明采用氣流發聲器，避免了火花的產生，工作性能可靠，清理方便；采用組合超聲霧化，對直徑較大的液滴進行二次霧化，提高了霧化效率和功率；同時可調節為霧化模式和空氣濕化模式。
文檔編號B05B17/06GK102527567SQ20121000341
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月7日 優先權日2012年1月7日
發明者丁靜波, 于林, 寇子明, 師桂明, 張俊, 高貴軍 申請人:太原理工大學