无电型转载点喷雾控制阀的应用设计

张少华

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037）

粉尘危害主要包括粉尘爆炸和尘肺病，在工业作业场所特别是采矿行业具有产尘量大、工作条件复杂、粉尘治疗难度大等特点，井下运输的主要设备采用的是带式输送机，相邻2台运输机的转载点的落差高度根据地理环境不同设计以不一样,大致在1 000～2 000 mm之间[1]，矿物质在转载点转换过程中因落差形成的冲击杨尘是工作面巷道粉尘的主要来源，在巷道风流作用下形成扬尘并随风流扩散造成巷道空气的污染[2]。同理，工业作业场所只要是带式输送机系统进行作业的环境，在带式输送机转载点都会有大量的因速度及落差而形成的冲击尘，在巷道风流作用下四处飘扬危害工人身体健康。在这些高粉尘污染工作区域，一般都按国家标准采取了一定的防尘、降尘措施。为了保证作业场所人员的健康不受粉尘灾害的威胁，在带式输送机转载点采取有效的降尘措施是解决问题的关键。目前各工业领域以及井下作业场所针对带式输送机转载点的降尘措施多为喷雾降尘[3]，主要投入生产应用的喷雾控制阀主要有电动控制和机械联动式2种，电的主要为用于实际生产的电动球阀与电磁阀[4]，这2种结构的喷雾控制装置在实际生产应用中都有一个共同点：①需要有127 V交流电源；②需要加装水质过滤装置；③安装复杂存；④有复杂的电路控制板；⑤故障多维护工作量大等特点。

而在工况差、条件复杂的煤矿井下很多转载点没有可用电源，重新布置1条127 V电源线成本远高于1套喷雾装置的价钱，所以煤矿都放弃购置自动喷雾从而采用手动喷雾来控制降尘，因手动机械控制喷雾装置精确度不高，反应不灵敏，适应水压在0～2 MPa之间，压力高于2 MPa打开就较为困难，所以大部分装置都沦为摆设[5-7]。

设计的无电型喷雾控制阀，不需接电，免除了电路带来的安装不便、高故障率等问题[8-9]；解决了井下等恶劣工作环境下接电不便、不具备接电条件等实际应用中的困难和障碍。

1 工作原理

转载点无电型喷雾控制阀安装架示意图如图1。

图1 转载点无电型喷雾控制阀安装架示意图

通过螺钉将安装架固定在输送带架子上，然后将无电型喷雾控制阀固定在安装架上；使其阀板探针位于输送带中间上方，保证探针最低端距离输送带底部50～60 mm。当输送带上运输的物料碰撞到探针使其发生一定角度的摆动，从而通过杠杆原理打开控制阀的先导孔使其阀腔压力瞬间减小，腔内阀芯在进水压力作用下向上移动打开水路通道进行喷雾降尘；当输送带上没有物料时，探针在弹簧力的作用下自动复位将先导孔密封使其阀腔内外压力平衡，阀芯在弹簧的作用下向下移动关闭喷雾水通道停止喷雾。只需将安装架固定在输送带一侧即可，不依赖巷道进行悬挂固定。即使在非井下环境的工业作业场所只要有输送带传输就能方便的进行安装固定，动力臂悬挂安装的高度可根据输送带荷载的多少具体调整。

无电型喷雾控制阀具体结构如图2。

图2 无电型喷雾控制阀结构图

将喷雾控制阀在输送带上安装固定好后，当输送带开始运行时，一旦输送带上有荷载，荷载物在输送带的传动下会与喷雾控制阀的探针进行碰撞，探针在碰撞作用下因受外力作用将以支撑杆为支点，克服圆柱形压缩弹簧c的弹力进行旋转运动。旋转的探针将通过连接杆使圆柱密封向上方移动打开先导孔通道，使其阀芯所在阀腔压力瞬间减小，阀芯在进水压力作用下克服弹簧a的弹力向上移动从而打开喷雾水通道进行喷雾以达到降尘目的。当输送带上没有荷载时，探针在弹簧c作用下回复到初始位置，探针通过支撑杆带动连接杆向下移动，当移动的距离大于3 mm时连接杆与圆柱密封分开处于非接触状态，圆柱密封在弹簧b的弹力作用下向下移动密闭先导孔使其阀芯所在阀腔内压力瞬间上升与阀腔外压力达到平衡。此时阀芯在弹簧a作用下向下移动关闭喷雾水通道停止喷雾降尘。

无电型转载点喷雾控制阀因无需用电所有转载点都可轻松安装。带电子传感器或者电动控制系统的喷雾降尘控制阀因有电路板、传感器、电磁阀或电动阀、过滤器、管路、电缆线,所以故障点多，维护成本高[10]；而无电型转载点喷雾控制阀故障点少无需维护。相较于传统的机械联动式喷雾球阀，无电型转载点喷雾控制阀适用的水压范围更广，可承受更大水压，水压在0.5～10 MPa均可使用,机械结构也更耐磨损，在高水压条件下寿命更长,相对于传统触控阀门开关的控制响应更快，控制更精准。

2 阀板进水的防堵设计

井下作业条件下喷雾供水的水源水质往往富含各种杂质，长时间使用含杂质的供水经常会引起喷雾头堵塞或者闭合不严[11]。传统控制阀也常常因此需要频繁清理维护，给使用者造成了极大的不便。

无电型转载点喷雾控制阀的进水端专门防堵过滤装置结构如图3。含有杂质的喷雾水从进水孔进入后，通过防堵滤芯设计的切向孔进入防堵内芯的内腔中，在内腔中设置有尘粒分解刀，当压力水切向进入内腔后在冲击力作用下使其水质杂质与尘粒分解刀不到碰撞、拦截、摩擦将其大颗粒杂质分解，当分解后的颗粒粒径小于过滤网孔径后就会从排水孔进入控制阀下一机构，因其喷雾头的孔径远大于过滤器孔径所以喷雾系统的防堵性有很大的提高。

图3 防堵过滤装置结构

3 阀芯的防堵设计

阀芯的防堵结构示意图如图4。

图4 阀芯的防堵结构示意图

传统控制阀都采用圆柱孔平面密封,极易出现以下问题：①密闭不严：当密封垫在圆柱孔上不断地作开、关动作，时间久了就会在密封垫表面形成一定深度的压痕，当压痕深度达到0.2 mm时阀芯出现关闭不严长期跑水故障且这个问题是无法避免的;②防堵性能差：当阀芯在关闭的瞬间有杂质刚好在密封垫，就会出现密封不严向外大量跑水，必须要打开控制阀进行清理方能再次使用，维修次数多且间隔时间太短就会导致使用方反感放弃使用该系统。无电型喷雾控制阀的密封方式采用的是锥孔圆柱型密封，开关次数越多其密封度就会越好，且在阀芯的密封杆上安装有可变形密封装置，当阀芯在关闭的瞬间突然遇到有颗粒物在可变形密封下方时，可变形密封在锥形孔面上通过变形将进入的异物包裹在不断下移的过程中进行密封，当下移到一定距离后刚性密封杆与锥孔面接触本次密封完成；因可变形密封材质较软可适应任意变形，所以无论进入的异物是什么形状都可实现同等变形起进行密封从而保证控制阀的正常运行实现其防堵的功能特点。

4 现场应用

无电型转载点喷雾控制阀于2017年6月在山西庞庞塔煤矿WD2011回采工作面带式输送机转载点使用，该转载点落差1.9 m、胶带宽1 m、静压水压力1.5 MPa。通过现场制作安装架将该控制阀板固定在输送带滚筒中心偏向落煤方向150 mm处正上方，因在输送带滚筒中心偏后150 mm处即使输送带突然在运输煤炭过程中停下，煤块以会自动落下避免探针长时间与煤矿接触而出现喷雾不停的现象，加上控制阀探针是采用φ16 mm弹性钢丝绳制作而成，煤块几何直径在50～400 mm都能通过钢丝变形顺利通过，不会出现煤块过大损坏探针的现象；系统安装完成后在没有加装任何水质过滤装置的条件下，将静压水直接连接到无电型转载点喷雾控制阀进水端，通过10个月的使用系统没有出现任何问题。

5 结语

设计了一种适应水压0.5～10 MPa、使用寿命大于100 000次、具有防堵功能的无电型转载点喷雾控制阀，介绍了控制阀的工作原理,及阀板进水的防堵设计和阀芯的防堵设计;无电型转载点喷雾控制阀可利用荷载的传输实现自动喷雾洒水。