硕士毕业论文全文,煤矿主井装卸载系统粘煤堵塞问题研究 3

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1、4空气炮在井下料仓粘煤清堵中的应用试验研究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，又叫破拱助流器或者清堵器，是以压缩气体的突然释放形成冲击力的一种装置。空气炮适用于对混凝土、钢、木或塑料制成的仓斗进行清堵。空气炮以压缩气体为动力源，将压缩气体通过气冲装置突然释放，形成强烈的喷爆气流，气流的速度可以超过声速，直接冲击架拱的堵塞区域，由压缩空气形成的气流具有很大的冲击力，这种冲击破坏了物料间的静摩擦，使容器内储存的物料恢复下落。空气炮是利用空气动力学原理，工作介质为空气，通过一可实现自动控制的快速电磁阀和差压活塞装置，瞬间将压缩空气的压力势能转变为空气

2、的喷射动力能[36]，可以瞬间产生强大的冲击力。空气炮结构简单、使用安全方便，且其冲击力大，易于实现自动控制，放炮时不损伤仓斗[37]，是目前最理想的破拱助流装置。　　空气炮清堵装置主要由空气储气罐、气冲装置[38-44]、二位三通电磁阀、空气过滤减压器、单向阀、球阀等元件组成，空气炮结构见图4-1。图4-1空气炮结构图Fig.4-1Installation drawingofaircannon1.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4空气炮在井下料仓粘煤清堵中的应用试验研究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

3、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

4、炮的动作示意图(a)Fig.4-2Actiondiagramofaircannon(a)图4-3空气炮的动作示意图(b)Fig.4-3Actiondiagramofaircannon(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。4空气炮在井下料仓粘煤清堵中的应用试验研究图4-4空气炮的动作示意图(c)Fig.4-4Actiondiagramofaircannon(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

5、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.4-5Structurediagramofsystem’sstateparameters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

6、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空气炮在井下料仓粘煤清堵中的应用试验研究(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

7、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