無電型轉載點噴霧控制閥的應用設計

張少華

（中煤科工集團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，在工業作業場所特別是采礦行業具有產塵量大、工作條件復雜、粉塵治療難度大等特點，井下運輸的主要設備采用的是帶式輸送機，相鄰2臺運輸機的轉載點的落差高度根據地理環境不同設計以不一樣,大致在1 000～2 000 mm之間[1]，礦物質在轉載點轉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，在巷道風流作用下形成揚塵并隨風流擴散造成巷道空氣的污染[2]。同理，工業作業場所只要是帶式輸送機系統進行作業的環境，在帶式輸送機轉載點都會有大量的因速度及落差而形成的沖擊塵，在巷道風流作用下四處飄揚危害工人身體健康。在這些高粉塵污染工作區域，一般都按國家標準采取了一定的防塵、降塵措施。為了保證作業場所人員的健康不受粉塵災害的威脅，在帶式輸送機轉載點采取有效的降塵措施是解決問題的關鍵。目前各工業領域以及井下作業場所針對帶式輸送機轉載點的降塵措施多為噴霧降塵[3]，主要投入生產應用的噴霧控制閥主要有電動控制和機械聯動式2種，電的主要為用于實際生產的電動球閥與電磁閥[4]，這2種結構的噴霧控制裝置在實際生產應用中都有一個共同點：①需要有127 V交流電源；②需要加裝水質過濾裝置；③安裝復雜存；④有復雜的電路控制板；⑤故障多維護工作量大等特點。

而在工況差、條件復雜的煤礦井下很多轉載點沒有可用電源，重新布置1條127 V電源線成本遠高于1套噴霧裝置的價錢，所以煤礦都放棄購置自動噴霧從而采用手動噴霧來控制降塵，因手動機械控制噴霧裝置精確度不高，反應不靈敏，適應水壓在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[5-7]。

設計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境下接電不便、不具備接電條件等實際應用中的困難和障礙。

1 工作原理

轉載點無電型噴霧控制閥安裝架示意圖如圖1。

圖1 轉載點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。當輸送帶上運輸的物料碰撞到探針使其發生一定角度的擺動，從而通過杠桿原理打開控制閥的先導孔使其閥腔壓力瞬間減小，腔內閥芯在進水壓力作用下向上移動打開水路通道進行噴霧降塵；當輸送帶上沒有物料時，探針在彈簧力的作用下自動復位將先導孔密封使其閥腔內外壓力平衡，閥芯在彈簧的作用下向下移動關閉噴霧水通道停止噴霧。只需將安裝架固定在輸送帶一側即可，不依賴巷道進行懸掛固定。即使在非井下環境的工業作業場所只要有輸送帶傳輸就能方便的進行安裝固定，動力臂懸掛安裝的高度可根據輸送帶荷載的多少具體調整。

無電型噴霧控制閥具體結構如圖2。

圖2 無電型噴霧控制閥結構圖

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

無電型轉載點噴霧控制閥因無需用電所有轉載點都可輕松安裝。帶電子傳感器或者電動控制系統的噴霧降塵控制閥因有電路板、傳感器、電磁閥或電動閥、過濾器、管路、電纜線,所以故障點多，維護成本高[10]；而無電型轉載點噴霧控制閥故障點少無需維護。相較于傳統的機械聯動式噴霧球閥，無電型轉載點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,機械結構也更耐磨損，在高水壓條件下壽命更長,相對于傳統觸控閥門開關的控制響應更快，控制更精準。

2 閥板進水的防堵設計

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

無電型轉載點噴霧控制閥的進水端專門防堵過濾裝置結構如圖3。含有雜質的噴霧水從進水孔進入后，通過防堵濾芯設計的切向孔進入防堵內芯的內腔中，在內腔中設置有塵粒分解刀，當壓力水切向進入內腔后在沖擊力作用下使其水質雜質與塵粒分解刀不到碰撞、攔截、摩擦將其大顆粒雜質分解，當分解后的顆粒粒徑小于過濾網孔徑后就會從排水孔進入控制閥下一機構，因其噴霧頭的孔徑遠大于過濾器孔徑所以噴霧系統的防堵性有很大的提高。

圖3 防堵過濾裝置結構

3 閥芯的防堵設計

閥芯的防堵結構示意圖如圖4。

圖4 閥芯的防堵結構示意圖

傳統控制閥都采用圓柱孔平面密封,極易出現以下問題：①密閉不嚴：當密封墊在圓柱孔上不斷地作開、關動作，時間久了就會在密封墊表面形成一定深度的壓痕，當壓痕深度達到0.2 mm時閥芯出現關閉不嚴長期跑水故障且這個問題是無法避免的;②防堵性能差：當閥芯在關閉的瞬間有雜質剛好在密封墊，就會出現密封不嚴向外大量跑水，必須要打開控制閥進行清理方能再次使用，維修次數多且間隔時間太短就會導致使用方反感放棄使用該系統。無電型噴霧控制閥的密封方式采用的是錐孔圓柱型密封，開關次數越多其密封度就會越好，且在閥芯的密封桿上安裝有可變形密封裝置，當閥芯在關閉的瞬間突然遇到有顆粒物在可變形密封下方時，可變形密封在錐形孔面上通過變形將進入的異物包裹在不斷下移的過程中進行密封，當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；因可變形密封材質較軟可適應任意變形，所以無論進入的異物是什么形狀都可實現同等變形起進行密封從而保證控制閥的正常運行實現其防堵的功能特點。

4 現場應用

無電型轉載點噴霧控制閥于2017年6月在山西龐龐塔煤礦WD2011回采工作面帶式輸送機轉載點使用，該轉載點落差1.9 m、膠帶寬1 m、靜壓水壓力1.5 MPa。通過現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輸煤炭過程中停下，煤塊以會自動落下避免探針長時間與煤礦接觸而出現噴霧不停的現象，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，不會出現煤塊過大損壞探針的現象；系統安裝完成后在沒有加裝任何水質過濾裝置的條件下，將靜壓水直接連接到無電型轉載點噴霧控制閥進水端，通過10個月的使用系統沒有出現任何問題。

5 結語

設計了一種適應水壓0.5～10 MPa、使用壽命大于100 000次、具有防堵功能的無電型轉載點噴霧控制閥，介紹了控制閥的工作原理,及閥板進水的防堵設計和閥芯的防堵設計;無電型轉載點噴霧控制閥可利用荷載的傳輸實現自動噴霧灑水。