掘进机内喷雾系统结构及改进设计范文

摘要:掘进机在具体运用过程中，如若喷雾系统产生故障问题，则会导致工作环境恶劣化或设备故障，进而对作业者的身体健康造成直接影响。本文分析煤矿掘进机内喷雾系统的结构问题，提出针对性系统优化改进设计，包括优化旋转水套结构形式，以及运用管理防护措施对密封件失效加以解决。研究发现改进设计之后的掘进机内喷雾系统更加可靠，适用效果显著。

关键词：掘进机；内喷雾系统；结构改进

掘进机作为煤矿井下综掘工作面作为重要机器，对工作过程中出现大量粉尘，不仅对工作进度造成影响，也对工人的身体产生比较严重的身体损伤，引发尘肺病等疾病[1]。目前主要采用降尘措施作为掘进机所自带的内外喷雾系统实施喷雾降尘，在具体的运用过程中所致尚未取得理想的降尘效果[2]。本文针对煤矿掘进机内喷雾系统结构展开研究，发现该结构存在系统效率低，容易失效且维护较难的问题，加剧工作环境恶劣性，探索改进优化设计及效果。

1掘进机喷雾系统组成及原理

雾化系统除尘的关键原理，即喷嘴结构喷出压力水，高压会让水流产生扩散和雾化喷香截割头及煤壁，经雾化后的水珠结合空气内的粉尘颗粒，产生自然沉降作用。目前在掘进机截割臂上设置了外喷雾系统，在截齿上设置了内喷雾系统[3]。本文对内喷雾系统展开探索，指的是在截割头上的截齿存在间隙喷嘴均匀布置，保证等同截齿螺旋化分布，开启掘进机之后，喷嘴会喷射出压力水进而覆盖至截齿上，达到了雾化降尘效果的同时，也对截齿形成降温和保证湿润的效果。此种方法能够有效基于尘源对产生粉尘及扩散实现压制，并达到较好降尘效果及较少耗水。掘进机喷雾系统组成（见图1）。

2内喷雾系统结构现存问题

根据上部分示意图发现，在掘进机内喷雾系统中，水路结构式基于伸缩部内部穿出，至截割头上喷嘴喷出，形成了雾化效果达到降尘效果。根据该系统结构来讲，处于对截割主轴稳定精准性的保障，通常在伸缩部内部设置了两个滚动轴承达到主轴支撑效果，所致伸缩部前端内部需要定期完成润滑油添加，以便对结构使用期限及其可靠性有效提升。由于将润滑油、冷却水分隔以往运用0型密封圈或四个格莱圈，用于内喷雾系统的旋转密封组 件。可是井下掘进工作面的工作环境比较恶劣，所以通常会出现密封圈失效这一故障问题，进而所致内喷雾系统产生故障。经结合笔者工作经验总结内喷雾系统结构故障问题如下：1）内喷雾系统故障，所致系统无法正常运行。假若内喷雾系统失效工作面所致产生粉尘煤尘较大，对作业环境造成极大污染，引发安全隐患及工作人员职业病问题。且内喷雾系统失效，无法有效冷却截齿，导致影响缩减了截齿的使用寿命，所致最终带来经济负担。2）冷却水混合润滑油。如果密封件出现故障非正常运行，此种故障情况极有可能是伸缩部内部进入冷却水，而冷却水与润滑油的混合所致对轴承的使用期限及稳定可靠性造成影响。3）所致电机进水。假若密封件效果不善，截割电机极有可能进水，冷却水一旦进入则会导致引发跳闸或是漏电等故障问题。4）拆卸困难影响掘进进度。由于密封件这一组件主要在截割主轴和机械密封座的旋转交接部位，如若出现密封组件的损坏故障情况需要即刻维修，并完全拆除伸缩部，对生产工作进度造成极大影响。除此之外还包括所致原件冗余、喷嘴孔径堵塞、故障点较多以及水源水质不净等问题。

3掘进机内喷雾系统改进设计

3.1优化旋转轴套结构形式

伸缩部旋转部位的使用寿命决定着内喷雾装置的使用寿命，而隔套的硬度和旋转水密封的耐受温度是决定旋转部位使用寿命的关键。现有的掘进机内喷雾装置包括截割主轴、机械密封架和机械密封座，还包括所述截割主轴与所述机械密封架之间的格莱圈且与所述机械密封座的端面相抵的轴套。掘进机伸缩部的旋转部位采用4道特康旋转格莱圈和调质、渗碳处理的普通隔套来密封。针对掘进机内喷雾系统问题，并结合本人工作经验，通过查阅资料并展开现场试验，提出伸缩部内部可能进水，所致水混合润滑油以及电机进水这一问题，可以采用具体改善方案（见图2），通过对旋转袖套结构形式进行优化，该轴套用于固定伸缩部，即固定轴套，并在轴套上设计一个进水孔，从而直接让静压水进入其中。除此之外对于截割头还可安装随着截割头共同旋转轴套，也就是旋转轴套。静压水经过对轴套进水口加以固定，之后经过内侧旋转轴套饮水孔，成功旋转至截割头内部后喷嘴部位喷出即达到雾化。采用特殊工艺的隔套：该隔套采用陶瓷热喷涂特种涂层技术。硬度可达HRC72的，而原来的隔套替硬度为HRC42。通过提高硬度，大大提高轴套的耐磨性和使用性能。

3.2优化选装BAL高压水封

经验证特康旋转格莱圈实际耐受的最高温读值为150C，普通隔套的实际硬度范围为HRC35~42。在截割头实际运转中截割主轴与特康旋转格莱圈之间通常由于相互摩擦而产生的瞬时温度可能达到200C。通过采用BAL选装高压水封，该水封的耐受温度为-254～280℃替代耐受温度为200℃的特康旋转格莱圈,该旋转高压水密封的特点如下：①采用专利的倾斜弹簧提供全寿命持续恒定的密封力、确保超长寿命；②K系列支撑环设计确保在温度和压力环境中密封性能。③独特的结构优化确保超长的寿命（5000+小时）和最佳的效果。④与旋转格莱圈相比也消除了倾斜磨损和适应压力变化更强的优点。

3.3管理防护措施解决密封件失效

通过对水路结构有效改造，较改造前增加了密封件的内外径，假若所持等同转速，那么同样也会增加线速度，因此势必会加剧密封件的磨损程度和速度。因此为了能够对密封件的使用期限有效提升，需要在达到密封件的预期密封成效同时，对摩擦面的光洁程度和硬度有所增加。并且在装配过程中还需要确保两轴套之间的轴向间距及密封件旋转同心度等同，否则会产生漏水情况。除此之外由于伸缩部外侧存在水路结构，还需要基于进水口运用相应防护措施，从而有效避免煤块落下，或是岩石砸落对系统管路造成破坏。

4改造效果

通过实现煤矿掘进机内喷雾系统结构的优化改造，主要效益如下：1）经济效益。通过运用改造后的设备，切割头的内喷雾系统达到了1M的雾化半径范围，保证轴套的温度在60℃范围内稳定，对电机和截齿长周期冷却，喷嘴也并未产生堵塞类故障，因此达到了较好的适用效果。该内喷雾装置很好的适应了高强度、高温度的恶劣工况，工作周期较长，维修保养频率较小，使用寿命较长。2）社会效益。依照有关工程规定，工作面掘进机内喷雾系统假若无法正常投入使用或是并未达到预期效果，应当配置等同的适应降尘设备。较投入附加设备，仅仅需要投入较少的改造资金即可。除此之外在运用该设备过程中，还加大了系统结构的便利性，有效节省成本。本次优化设计方案也能够为其他等同的煤矿机型具备参考价值。

5结语

总而言之，本文通过针对煤矿掘进机的内喷雾系统，现存系统问题进行分析并提出针对性改进措施，优化隔套结构设计，采用陶瓷热喷涂特种涂层技术，以及运用管理防护措施对密封件失效加以解决，增强了内喷雾系统的运行可靠并提高使用期限，达到较好的使用效益。

参考文献：

[1]王琦,史学嵩,王洪宝.掘进机内喷雾系统及三层螺旋式喷嘴的设计与应用[J].山东煤炭科技,2016（5）:89-89.

[2]刘宗宏,高明祥.基于CFD的掘进机截割头内喷雾流道的优化设计[J].煤矿机械,2015,36（1）:151-153.

[3]张星,章鑫,巩孔正,etal.掘进机内喷雾水路的优化改进[J].煤矿机械,2017（40）.

作者：杜传坤 李春花 李菊 单位：兖矿东华重工有限公司