硕士大学论文全文,煤矿主井装卸载系统粘煤堵塞问题研究.docVIP

4.空气炮在井下料仓粘煤清堵中的应用试验研究 4.1空气炮的系统组成及工作原理 空气炮又叫破拱助流器清堵器是装置。混凝土、钢、木或塑料制成的仓斗。空气炮以强烈气流，了物料静摩擦，使容器内的物料恢复是利用空气动力原理，工作介质为空气，一可实现自动控制的快速差压装置瞬间将空气压力能转变空气动力能，可以产生强大的冲击力空气炮结构简单、使用安全方便，冲击力大自动控制不损伤仓斗是目前最理想的破拱助流装置。　　 图4-1 空气炮结构图 Fig.4-1 Installation?drawing of air cannon 1.球阀 2.单向阀 3.空气过滤减压器 4.二位三通电磁阀 5.螺纹接头 6.气冲装置 7.气罐 打开空气炮进气球阀，空压机产生的压缩空气经单向阀、空气过滤器及电磁阀进入气冲装置，然后进入储气罐，当储气罐内的压力达到设定压力时，停止充气。当料仓发生堵塞需要空气炮喷爆破拱时，接通电磁阀的控制开关，气冲装置两端失去平衡，活塞在气体的压差作用下迅速打开，空气炮内的压缩集体急速膨胀，通过空气炮的喷管进行加速，气流的速度以超过音速的速度喷射而出，空气炮喷出的强烈气流直接冲击料仓的堵塞区域破拱助流，释放能量，清除堵塞区域。 空气炮的动作过程如下： ① 开启进气阀，压缩气体经由S进入气缸A，如图4-2所示； ② 活塞P在压缩气体的作用下，移向位置C封闭贮气罐D，此时气缸壁上的进气孔打开。压缩气体通过A，进入空气炮的腔体中，此时空气炮可以随时进行喷爆破拱。如图4-3所示。 图4-2 空气炮的动作示意图(a) Fig.4-2 Action diagram of air cannon (a) 图4-3 空气炮的动作示意图(b) Fig.4-3 Action diagram of air cannon (b) ③ 开启电磁阀，气冲装置两端平衡状态被打破，这时空气炮腔体中的压缩气体经过喷爆管在极短的时间之内喷射出去，如图4-4所示。 图4-4 空气炮的动作示意图(c) Fig.4-4 Action diagram of air cannon (c) 空气炮的储气腔容积是固定的，不断的向储气室内充入空气，储气室内的空气压力将会不断升高，储气室内的空气被压缩具有了压缩能。当空气炮罐体压力达到工作压力时，储气罐内的压力与管路压力相等，此时系统处于平衡状态。图4-5中：为罐内压力；为管路压力； 、为绝对温度；、为气体密度； 、为流速；为空气炮贮气罐体积；为音速；为气体指数，取其值1.4；为出口断面积；为气体常数。 图4-5 系统状态参数构成图 Fig.4-5 Structure diagram of system’s state parameters 在系统平衡的状态下，气体的任一参数变化都会打破系统的平衡。当=，压力比=1，此时气体不发生流动。当，系统失去平衡，空气炮活塞在压力作用下开启，此时喷爆口被打开，压缩气体在压差作用下喷爆而出。当压力比，（=1.4）将其值代入得到，此时喷爆气体流速达到音速。喷爆气流的流速可以用（4-1）公式表达： (4—1) 通过式(4-1)可知，气体的喷爆流速与、、等参数有关 根据连续性方程： (4—2) 将上式取对数整理得到： (4—3) (4—4) 。 (4—5) 当气体流速小于声速时，气流的截面变小流速会增加；当气体流速大于声速时，气流的截面变大流速会增加。根据此原理，空气炮内的压缩空气受到压力不平衡的作用，刚刚开启时，气体开始膨胀，速度较小，经过空气炮喷管后，空气炮喷爆气体的流速开始增加，达到音速。气体以音速冲出喷爆口时，喷爆气流截面近似无限增大，随着压缩气体的膨胀，气体速度进一步增加，此时气体的速度超过音速。煤仓或者箕斗内的物料受到超音速气流的冲击，自身的内摩擦被破坏，起拱架桥的部位被破坏，产生落块从仓内流出，堵塞的原煤下落后解除了堵塞。空气炮发出的这种瞬间冲击波能够有效地清除堵塞[38]。 由于空气炮的喷爆时间极短，热交换也很小，可以把空气炮喷爆过程看作气体的绝热膨胀。空气炮压缩气体膨胀所做的功可由式（4-6）求出： (4—6) 式（4-6）是理论值，没有考虑损失等因素。可以看出，相同的充气压力和容量时，空气炮的喷爆时间越短，喷爆的气体流速就会越大。空气炮的喷爆能力与空气炮的参数设计密切相关。 4.2空气炮用于井下料仓的清堵 4.2.1煤的内聚力 煤的粒度在1厘米以下并且含水量超过10%时，煤的颗粒之间有较大的内聚力。内聚力主要包括煤的内摩擦力和粘结力。当细煤粉的含量增加或者水分在一定范围内增加时，煤的内聚力会随之