關(guān)于對YZ-35鉆機(jī)增壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行改造的研究

劉時富

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

在眾多的礦山和施工現(xiàn)場，我們看到的不僅僅是機(jī)器轟鳴、車輛奔馳，我們也看到了現(xiàn)場塵土飛揚(yáng)。惡劣的環(huán)境不僅對人有影響，對機(jī)器造成的損害同樣不可忽視［1］。研究表明：道路灰塵以二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（AI2O3）、基陶瓷和氧化鐵（FeO3）為主。同時灰塵濃度隨道路狀況、氣候條件等的不同而不同。瀝青路面為0.0002～0.0005g/m3,非瀝青路面為0.0005～0.13g/m3,多灰塵路面為0.3～0.5g/m3，建筑工地礦區(qū)等可達(dá)到0.5～1.0g/m3甚至更高。因而在礦山、建筑工地等環(huán)境惡劣灰塵量大的地方特別容易發(fā)生機(jī)械或電器故障［2］。

德興銅礦是亞洲第二大的露天銅礦，礦山生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)如采礦、掘進(jìn)、運(yùn)輸幾乎所有作業(yè)工序都不同程度地產(chǎn)生粉塵。露天采場生產(chǎn)因大量使用大型移動式機(jī)械設(shè)備和大爆破,使礦內(nèi)空氣產(chǎn)生一系列塵毒污染,如爆破和采用柴油機(jī)為動力的設(shè)備等。德興銅礦露天開采強(qiáng)度大,機(jī)械化程度高,受地面氣象條件影響,產(chǎn)生的氣體常具突發(fā)性、持續(xù)性［3］。

YZ-35型牙輪鉆機(jī)是現(xiàn)德興銅礦采礦場鉆孔的主要設(shè)備，其產(chǎn)能大效率高，構(gòu)造復(fù)雜，內(nèi)部包括眾多機(jī)械及電氣設(shè)備，工作時將產(chǎn)生大量的熱量，需要從外部環(huán)境中引入冷空氣進(jìn)行冷卻，并使鉆機(jī)機(jī)械室內(nèi)形成正壓，防止室外的粉塵進(jìn)入室內(nèi)［4］。

目前室內(nèi)通風(fēng)采用軸流通風(fēng)機(jī)加慣性過濾器組合形式，由于采區(qū)粉塵大，慣性過濾器過濾效率低，大量的粉塵被風(fēng)機(jī)送入機(jī)械室內(nèi)，加劇了機(jī)械設(shè)備的磨損，增加了電器設(shè)備故障，縮短了設(shè)備的壽命，提高了維修保養(yǎng)頻次，增加了運(yùn)營成本，且慣性過濾器容易堵塞，不易清潔，造成室內(nèi)風(fēng)量減小，設(shè)備溫度升高，室內(nèi)正壓不足，外部粉塵進(jìn)入室內(nèi)，形成惡性循環(huán)［5］。

2 技術(shù)改造方案

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

德興銅礦（礦內(nèi)編號4）鉆機(jī)現(xiàn)用1臺5.5kW通風(fēng)機(jī)，圖1是現(xiàn)有的除塵器。

圖1 慣性過濾器圖

現(xiàn)有除塵裝置的原理及主要配置：

（1）慣性過濾器。

現(xiàn)有的鉆機(jī)，在粉塵過濾上采用的是慣性式除塵器，設(shè)置有1臺慣性過濾器。其過濾原件是金屬濾板，在濾板上均與設(shè)置一排排翅形孔，使外部空氣能進(jìn)入到濾板內(nèi)。其工作原理是，氣流中攜帶的粉塵都有一定的運(yùn)動速度，進(jìn)入到金屬濾板時，由于慣性的作用，粉塵撞擊到金屬板上，從而被截留下來，落入塵斗中。

慣性除塵，對于大顆粒的粉塵有一定的效果。但對于空氣中漂浮的小顆粒粉塵，其慣性作用的效果較小，除塵的效果并不理想。而正是這些細(xì)小的粉塵，危害很大，容易引起設(shè)備的故障，有研究表明，15～30μ灰塵對機(jī)械設(shè)備引起的磨損最大。

（2）軸流風(fēng)機(jī)，現(xiàn)用1臺臥式安裝的軸流風(fēng)機(jī),功率 5.5kW，葉輪直徑890mm，最大轉(zhuǎn)速1440轉(zhuǎn)/分，參照“美國雙城風(fēng)機(jī)公司”相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)估算流量約25000m3/h。

（3）排塵。

采用的是正壓過濾的形式，通過軸流風(fēng)機(jī)將戶外的空氣鼓入慣性過濾器中。同時，收集的粉塵也借由一部分正壓風(fēng)由排塵管排出鉆機(jī)外。

由于現(xiàn)場工況環(huán)境惡例，粉塵量大，現(xiàn)有的慣性過濾器過濾效率低，過濾器體積小，納污量小，導(dǎo)致濾芯過早堵塞，降低了輸入鉆機(jī)風(fēng)量，由于濾芯是粗過濾器，較多的粉塵被帶入鉆機(jī)，進(jìn)而損壞電氣元件,增加了電路故障,同時慣性過濾器更換困難。

為解決這這些問題, 使機(jī)械室內(nèi)溫度下降為正常溫度,有利于電氣設(shè)備的正常工作,延長氣設(shè)備的使用壽命，降低運(yùn)營成本，增加運(yùn)營利潤，特做如下改造方案。

2.2 技術(shù)改造方案

在礦區(qū)的作業(yè)現(xiàn)場，環(huán)境的空氣中漂浮著大量的塵土和粉塵。這些粉塵將會對機(jī)械和電氣設(shè)備造成危害，造成頻繁的設(shè)備故障，從而影響生產(chǎn)。因此，對進(jìn)入機(jī)棚的空氣進(jìn)行有效過濾，設(shè)置過濾效率更高的除塵設(shè)備是必要的。

（1）除塵改造的思路。

由于是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，必然會涉及到對現(xiàn)有設(shè)備、結(jié)構(gòu)、電氣等方面的改動。為將改動減到最小，我們在整個方案中都會按如下思路進(jìn)行設(shè)計：

提供更有效的過濾設(shè)備，減少鉆機(jī)粉塵問題；

減少對現(xiàn)有機(jī)結(jié)構(gòu)的破壞，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固安全；

減少對現(xiàn)有電氣系統(tǒng)的改動；

安全可靠，經(jīng)濟(jì)可行。

（2）系統(tǒng)組成及工作流程。

系統(tǒng)主要分為三大部分：軸流風(fēng)機(jī)、過濾系統(tǒng)、反吹系統(tǒng)（如圖2所示）。

圖2 增壓風(fēng)機(jī)系統(tǒng)流程圖

如圖2所示，室外空氣從除塵器進(jìn)入污氣室，經(jīng)過濾芯過濾后，潔凈的空氣進(jìn)入到凈氣室，經(jīng)過風(fēng)機(jī)送入到機(jī)棚內(nèi)。除塵器過濾的粉塵，由反吹系統(tǒng)反吹后直接排出室外。

同時，系統(tǒng)配有壓縮空氣反吹系統(tǒng)，可自動對濾芯進(jìn)行清理，減少濾芯的進(jìn)氣阻力，保證通風(fēng)效果，延長濾芯的使用壽命。系統(tǒng)整體示意圖（如圖3所示）。

圖3 系統(tǒng)整體示意圖

2.3 電機(jī)的主要參數(shù)

在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)參數(shù)及基礎(chǔ)上，增大風(fēng)機(jī)參數(shù)，在風(fēng)機(jī)入口處進(jìn)行過濾裝置改造如圖4，選用1臺臥式安裝的7.5kW軸流風(fēng)機(jī)，美國雙城品牌，基本參數(shù)如下：

軸流風(fēng)機(jī)功率：7.5kW；

葉輪直徑：900mm；

最大轉(zhuǎn)速：1480rpm；

額定流量：28800m3/h；

額定壓力：450Pa。

風(fēng)機(jī)性能曲線如圖5。

其中：

SP——風(fēng)量風(fēng)壓線；

KW——電機(jī)功率線；

STATIC EFFICIENCY——效率線；

SYSTEM CURVE——系統(tǒng)線；

軸流風(fēng)機(jī)功率：7.5kW

葉輪直徑：900mm；

最大轉(zhuǎn)速：1480rpm；

額定流量：28800m3/h；

額定壓力：450Pa

圖4 風(fēng)機(jī)過濾裝置改造圖

圖5 風(fēng)機(jī)性能曲線圖

表1 改造前后風(fēng)機(jī)主要參數(shù)對比表

2.4 系統(tǒng)設(shè)計主要參數(shù)

處理氣體：礦區(qū)室外空氣；

過濾總流量：28800m3/h

粉塵顆粒：≥1μm；

供電：380V/50Hz/3P；

冬季設(shè)計溫度：-10℃。

3 過濾系統(tǒng)

原有的慣性式除塵器，由于對小顆粒粉塵過濾效率不高，因此更換為過濾效率更高的筒式除塵器。

過濾系統(tǒng)主要由防塵門、污氣室、凈氣室組成，如圖6所示。

圖6 過濾系統(tǒng)圖

（1）防塵門：進(jìn)風(fēng)口安裝有防塵門，原理如同汽車空濾旋風(fēng)罩，當(dāng)含有較大顆粒粉塵的空氣通過彎曲的孔道時，由于慣性作用，顆粒撞擊孔道壁而墜落，起到初級過濾的同時，延緩了濾芯的堵塞時間，提高了后級濾芯使用壽命。

主動加強(qiáng)與米其林、普利斯通、固特異等全球10大輪胎企業(yè)合作，積極拓展印度、土耳其等新興市場，培育新的國際客戶。目前泰華公司每月銷往土耳其的產(chǎn)品已超過1000噸，泰華產(chǎn)品的非中國市場銷售份額已經(jīng)近五成，國際市場占有率呈持續(xù)增長態(tài)勢。隨著跨國經(jīng)營的持續(xù)深入，國內(nèi)的加工廠也引起國際大廠的關(guān)注，目前韓泰輪胎等大廠正在對廣墾云南的加工廠進(jìn)行認(rèn)證。

圖7 過濾原理圖

（2）污氣室：污氣室主要起承載濾芯的作用，接收從進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入的污氣，通過濾芯的過濾，過濾后潔凈的空氣進(jìn)入凈氣室。污氣室承受風(fēng)機(jī)的負(fù)壓及電鏟機(jī)體的強(qiáng)烈震動和沖擊，同時還要支撐全部濾芯的重量。

（3）濾芯：濾芯是過濾系統(tǒng)的核心元件，起著將污氣中的顆粒物過濾攔截，保證潔凈氣體輸送到鉆機(jī)，保護(hù)鉆機(jī)備件的重要作用。濾筒除塵器選擇美國HV進(jìn)口濾紙，可以有效的提高過濾效率，特別是針對1μm以上的粉塵，濾筒除塵器的過濾效率比慣性除塵器過濾效率有非常顯著的提高。如圖8。

圖8 過濾效率Vs粒徑圖

濾芯數(shù)量設(shè)計及主要參數(shù)：

風(fēng)機(jī)流量：Q=28800m3/h=480m3/h；

過濾面積：S=Q/V=480/2=240m2（V——過濾速度，取 2m/s）；

單只濾芯面積:S'=30m2；

濾芯數(shù)量：N=S/S'=240/30=8（只）。如圖9。

圖9 螺旋式加強(qiáng)圈圖

主要參數(shù)：

（1）型號：K352470；

（2）濾筒數(shù)量：8只；

（3）濾筒尺寸：φ355*φ240*700mm；

（4）過濾面積：30m2；

（5）濾筒材質(zhì)：美國HV濾材；

（6）鋼 護(hù) 網(wǎng)：內(nèi)外鋼護(hù)網(wǎng)；

（7）端蓋材質(zhì)：鍍鋅材質(zhì)；

（8）墊圈：氯丁膠墊圈。

濾芯外圓注膠，將濾紙折與折之間和濾紙與外護(hù)網(wǎng)牢固地粘結(jié)在一起，加強(qiáng)了折紙的強(qiáng)度，且其不易彎曲（彎曲的褶尖會將粉塵圍起來，清灰時難以將粉塵去除，濾芯過早堵塞），提高了濾芯使用壽命。

4 反吹系統(tǒng)

反吹系統(tǒng)采用世界知名品牌“GOYEN”（高原），產(chǎn)地：澳大利亞。頂級的生產(chǎn)質(zhì)量和工藝水平保證了可靠的使用壽命。閥體結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)簡單、適合各種氣候和環(huán)境的要求。如圖10。

圖10 TBMM時序脈沖控制儀

高原公司的TBMM（線路板）系列清灰系統(tǒng)控制器是專為操作脈沖除塵器閥門而設(shè)計的首選系列［6］。控制器提供連續(xù)信號給控制清灰脈沖頻率和間隔的電磁閥以設(shè)定清灰時間。以TBMM電路板為基礎(chǔ)的微處理機(jī)結(jié)合控制器程序的數(shù)字顯示，能獨立調(diào)節(jié)。

脈沖清灰技術(shù)：

濾筒清灰系統(tǒng)使用經(jīng)計算機(jī)優(yōu)化的專有脈沖清灰技術(shù)，使除塵器清灰效率更高，濾筒壽命更長。圖中紅色曲線代表應(yīng)用創(chuàng)新的 Extralife 清灰系統(tǒng)，在濾筒前端的脈沖壓力；蘭色曲線代表普通濾筒式除塵器的脈沖壓力，它產(chǎn)生的脈沖壓力平均高出29%，令清灰效能最佳。當(dāng)穿過第2個濾筒時的最高脈沖壓力，仍可高達(dá) 6000Pa以上。如圖11、圖 12。

圖11 脈沖清灰技術(shù)圖

圖12 脈沖清灰程序組成圖

主要參數(shù)：

（1）型號：1寸；

（2）反吹口數(shù)：8 只；

（3）氣壓：3～5ba，最大不超過8ba；

（4）電壓：220V。

5 設(shè)備改造步驟

除塵器系統(tǒng)的改造涉及到設(shè)備、電氣、鋼結(jié)構(gòu)等內(nèi)容的改造，主要步驟包括：過濾系統(tǒng)預(yù)制，舊設(shè)備拆除（舊風(fēng)機(jī)及慣性過濾器），新設(shè)備安裝，電路、氣路連接，調(diào)試運(yùn)行等。

安裝整套過濾系統(tǒng)，除塵整個安裝改造圖，如圖13、圖14、圖15。

圖13 安裝示意圖

圖14 系統(tǒng)爆炸視圖

圖15 改造后效果圖

6 結(jié)論

通過以上改造，鉆機(jī)室內(nèi)增壓效果明顯，在滿足了鉆機(jī)室內(nèi)風(fēng)量補(bǔ)充的同時，室內(nèi)的清潔度有了質(zhì)的提高。機(jī)械室內(nèi)設(shè)備及電器溫度正常,有利于電氣設(shè)備的正常工作,延長了電氣設(shè)備的使用壽命，提高了鉆機(jī)運(yùn)行的可靠性，減少了日常檢修保養(yǎng)頻次，為鉆機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了充分保障，并設(shè)有配套的每半年進(jìn)行一次更換濾芯的保養(yǎng)制度。

因此，通過改造降低了設(shè)備維護(hù)檢修成本（包括備件成本和人工成本），減少了電氣元器件的損壞，也降低了因鉆機(jī)停工而造成的間接損失，且濾芯更換保養(yǎng)方便，現(xiàn)場適用性較強(qiáng)。