权利要求

1.一种掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，包括对称设置在掘进机切割臂左右两侧的负压捕获机构;且所述负压捕获机构处于掘进机切割臂远离切割头的一端;所述负压捕获机构包括吸尘外壳、高压喷气管、一级雾化模组及二级雾化模组;

所述吸尘外壳的顶部设置有向掘进机切割头斜上方延伸的集尘管道;所述高压喷气管的喷气段从集尘管道的输出口延伸至其内部，并与集尘管道内壁形成环形间隙，所述一级雾化模组集成于高压喷气管内部，用于向高压喷气管内注入超细雾滴以形成气雾混合射流;

所述吸尘外壳形成有输入口与集尘管道输出口连通的降尘通道;所述降尘通道沿气流流动方向依次包括引导气流进入的引导段、引导气流进行离心力分级的圆弧导流段、以及承接离心分离产物的水平延伸段;所述吸尘外壳靠近切割头的一侧设有与吸尘外壳内部连通的喷雾通道和排尘通道，其中，喷雾通道的入口端嵌入水平延伸段截面上部1/3高度范围内;排尘通道入口端完全嵌入水平延伸段截面内;

所述二级雾化模组安装于水平延伸段上方的隔离腔体内，并用于生成覆盖喷雾通道与水平延伸段重合区域的广角雾幕。

2.根据权利要求1所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，所述引导段的入口端与集尘管道输出口平滑过渡连接，且所述圆弧导流段的入口与引导段出口呈切线连接，所述圆弧导流段的入口与水平延伸段出口呈切线连接。

3.根据权利要求1所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，所述高压喷气管的喷气段沿气流流动方向的直径不断递减形成渐缩结构，所述环形间隙沿气流流动方向的宽度不断递增形成渐扩结构。

4.根据权利要求3所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，所述喷气段的外侧均匀设置有倾斜叶片，且相邻倾斜叶片之间形成螺旋通道。

5.根据权利要求1所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，所述排尘通道的内壁与水平延伸段的内壁圆滑过渡，且排尘通道前侧的喷雾通道底部通过铰接座安装有铰接挡板，铰接挡板与排尘通道出口之间保留可控间隙。

6.根据权利要求1所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，所述降尘通道由设置在吸尘外壳内的弧状隔板与吸尘外壳的内壁合围构成，所述弧状隔板内侧形成所述隔离腔体，所述弧状隔板中部的隔离腔体内设置有高压腔，且弧状隔板对应高压腔处均匀设置有冲洗喷孔，所述冲洗喷孔朝向圆弧导流段外侧的圆弧面，所述高压腔通过连接管连接有高压气源。

7.根据权利要求1所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于，所述二级雾化模组包括与水平延伸段垂直并水平转动设置在隔离腔体内的注水管，所述注水管的外侧沿其长度方向均匀设置有雾化喷头，所述注水管的其中一端通过旋转接头与外部供水源的供水管路连接，所述注水管的另一端与旋转驱动机构连接。

8.根据权利要求1所述的掘进机的喷雾降尘系统，其特征在于：所述隔离腔体内设有湿度传感器，用于实时监测雾幕湿度并反馈至控制系统，以调节一级雾化模组和二级雾化模组的喷雾强度。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及煤矿除尘技术领域，具体为一种掘进机的喷雾降尘系统。

背景技术

[0002]在隧道掘进作业中，切割头与岩层的高速摩擦会产生大量高浓度粉尘，从而导致巷道内空气中的粉尘浓度大大增加甚至严重超标，这些高浓度、高分散度的粉尘严重影响巷道的工作环境、危害工人的身体健康。

[0003]而传统掘进机的喷雾降尘降尘系统普遍存在以下缺陷：

尘源处理不足：现有技术多采用湿式或干式除尘设备，但通常从粉尘传播路径进行拦截，无法靠近截割头等产尘源头，导致扬尘问题难以根治;

机械结构缺陷：传统除尘风机依赖旋转叶片抽吸含尘气体，叶片易积灰、磨损，需频繁维护，且高速气流易引发二次扬尘，如专利公告号CN110578520B公开的一种矿用掘进机综合除尘系统及除尘方法;

资源浪费：固定喷雾模式缺乏动态调节能力，常因过度喷水导致水资源浪费或设备结垢。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供一种掘进机的喷雾降尘系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0005]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种掘进机的喷雾降尘系统，包括对称设置在掘进机切割臂左右两侧的负压捕获机构;且所述负压捕获机构处于掘进机切割臂远离切割头的一端;所述负压捕获机构包括吸尘外壳、高压喷气管、一级雾化模组及二级雾化模组;

所述吸尘外壳的顶部设置有向掘进机切割头斜上方延伸的集尘管道;所述高压喷气管的喷气段从集尘管道的输出口延伸至其内部，并与集尘管道内壁形成环形间隙，所述一级雾化模组集成于高压喷气管内部，用于向高压喷气管内注入超细雾滴以形成气雾混合射流;

所述吸尘外壳形成有输入口与集尘管道输出口连通的降尘通道;所述降尘通道沿气流流动方向依次包括引导气流进入的引导段、引导气流进行离心力分级的圆弧导流段、以及承接离心分离产物的水平延伸段;所述吸尘外壳靠近切割头的一侧设有与吸尘外壳内部连通的喷雾通道和排尘通道，其中，喷雾通道的入口端嵌入水平延伸段截面上部1/3高度范围内;排尘通道入口端完全嵌入水平延伸段截面内;

所述二级雾化模组安装于水平延伸段上方的隔离腔体内，并用于生成覆盖喷雾通道与水平延伸段重合区域的广角雾幕。

[0006]进一步地，所述引导段的入口端与集尘管道输出口平滑过渡连接，且所述圆弧导流段的入口与引导段出口呈切线连接，所述圆弧导流段的入口与水平延伸段出口呈切线连接。

[0007]进一步地，所述高压喷气管的喷气段沿气流流动方向的直径不断递减形成渐缩结构，所述环形间隙沿气流流动方向的宽度不断递增形成渐扩结构。

[0008]进一步地，所述喷气段的外侧均匀设置有倾斜叶片，且相邻倾斜叶片之间形成螺旋通道。

[0009]进一步地，所述排尘通道的内壁与水平延伸段的内壁圆滑过渡，且排尘通道前侧的喷雾通道底部通过铰接座安装有铰接挡板，铰接挡板与排尘通道出口之间保留可控间隙。

[0010]进一步地，所述降尘通道由设置在吸尘外壳内的弧状隔板与吸尘外壳的内壁合围构成，所述弧状隔板内侧形成所述隔离腔体，所述弧状隔板中部的隔离腔体内设置有高压腔，且弧状隔板对应高压腔处均匀设置有冲洗喷孔，所述冲洗喷孔朝向圆弧导流段外侧的圆弧面，所述高压腔通过连接管连接有高压气源。

[0011]进一步地，所述二级雾化模组包括与水平延伸段垂直并水平转动设置在隔离腔体内的注水管，所述注水管的外侧沿其长度方向均匀设置有雾化喷头，所述注水管的其中一端通过旋转接头与外部供水源的供水管路连接，所述注水管的另一端与旋转驱动机构连接。

[0012]进一步地，所述隔离腔体内设有湿度传感器，用于实时监测雾幕湿度并反馈至控制系统，以调节一级雾化模组和二级雾化模组的喷雾强度。

[0013]与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1.本发明通过负压捕获机构对称安装于掘进机截割头附近，利用文丘里效应主动抽吸尘源扩散的含尘气体，实现粉尘的即时拦截;该设计摒弃传统风扇叶片，采用文丘里负压抽尘与渐缩渐扩流道设计，避免叶片积灰问题，降低维护成本。

[0014]2.本发明通过一级雾化模组注入超细雾滴，结合惯性碰撞增重粉尘颗粒，提升后续离心分离效率。

[0015]3.本发明通过离心力分级设计(圆弧导流段)将粗颗粒定向沉降并通过排尘通道排出，微细粉尘则由二级雾化模组的动态广角雾幕通过布朗运动二次捕获后排出，使气雾射流在切割头前方形成动态雾滴云，同步实现尘源抑制与扩散拦截，显著改善作业能见度与空气质量。

[0016]4.本发明通过渐缩喷气管与渐扩环形间隙耦合，优化气固两相流能量传递，减少管壁磨损。

[0017]5.本发明湿度传感器实时监测雾幕状态，联动控制系统动态调节雾化强度，平衡除尘效率与水资源消耗;并且通过内置高压气幕(冲洗喷孔)持续冲刷离心分离区，防止粉尘粘附，确保流道畅通。

[0018]6.本发明一级雾化模组与二级雾化模组均处于流动的气道内，可避免一级雾化模组与二级雾化模组积尘堵塞。

[0019]综上所述，本发明通过多级协同净化及结构创新，显著提升了除尘效率，同时降低了能耗与水耗，解决了传统设备无法靠近尘源、机械易损及维护频繁等痛点，为煤矿综掘工作面提供了高效、可靠、可持续的除尘解决方案。

[0020]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

[0021]构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

[0022]图1是本发明的整体结构示意图;

图2是本发明的负压捕获机构第一视角结构示意图;

图3是本发明的负压捕获机构俯视结构示意图;

图4是图3的A-A向结构示意图;

图5是本发明的负压捕获机构第二视角结构示意图;

图6是图1的侧视结构示意图;

图7是本发明的负压捕获机构工作过程的简化结构示意图。

[0023]图中：

1-切割臂;2-负压捕获机构;3-吸尘外壳;31-集尘管道;32-降尘通道;321-引导段;322-圆弧导流段;323-水平延伸段;324-弧状隔板;33-喷雾通道;34-排尘通道;341-铰接挡板;342-可控间隙;35-隔离腔体;4-高压喷气管;41-喷气段;411-倾斜叶片;42-环形间隙;5-一级雾化模组;6-二级雾化模组;61-注水管;62-雾化喷头;7-高压腔;71-冲洗喷孔。

具体实施方式

[0024]为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

[0025]请参阅图1-图7，本发明提供了一种掘进机的喷雾降尘系统，包括对称设置在掘进机切割臂1左右两侧的负压捕获机构2;且所述负压捕获机构2处于掘进机切割臂1远离切割头的一端;所述负压捕获机构2包括吸尘外壳3、高压喷气管4、一级雾化模组5及二级雾化模组6。

[0026]如图4所示，所述吸尘外壳3的顶部设置有向掘进机切割头斜上方延伸的集尘管道31;所述高压喷气管4的喷气段41从集尘管道31的输出口延伸至其内部，并与集尘管道31内壁形成环形间隙42，所述一级雾化模组5集成于高压喷气管4内部，用于向高压喷气管4内注入超细雾滴以形成气雾混合射流。

[0027]所述吸尘外壳3形成有输入口与集尘管道31输出口连通的降尘通道32;所述降尘通道32沿气流流动方向依次包括引导气流进入的引导段321、引导气流进行离心力分级的圆弧导流段322、以及承接离心分离产物的水平延伸段323;所述吸尘外壳3靠近切割头的一侧设有与吸尘外壳3内部连通的喷雾通道33和排尘通道34，其中，喷雾通道33的入口端嵌入水平延伸段323截面上部1/3高度范围内;排尘通道34入口端完全嵌入水平延伸段323截面内。

[0028]所述二级雾化模组6安装于水平延伸段323上方的隔离腔体35内，并用于生成覆盖喷雾通道33与水平延伸段323重合区域的广角雾幕。

[0029]结合图4和图7所示，本掘进机的喷雾降尘系统基于文丘里效应与离心力分级协同作用实现多级除尘。具体地，当高压喷气管4向集尘管道31内喷射高速气流时，环形间隙42处形成的局部负压将切割头产生的扩散含尘气体主动吸入系统，在此过程中，一级雾化模组5向高压喷气管4的气流中注入超细雾滴，使超细雾滴与含尘气体在集尘管道31内通过惯性碰撞增重含尘气体中的粉尘颗粒，显著提升后续分离效率。

[0030]携尘气雾混合体在引导段321完成流场整型后，进入圆弧导流段322发生离心分离，增重的粉尘颗粒受离心力作用紧贴外壁面沉降，并在气流带动下由完全嵌入水平延伸段323的排尘通道34定向排出，而携带微细粉尘的气流则上升至水平延伸段323上部，在此过程中，二级雾化模组6在隔离腔体35内生成的广角雾幕覆盖喷雾通道33与水平延伸段323的重合区域，通过布朗运动对残余微米级粉尘进行二次捕获，且同时雾化射流携带雾滴从喷雾通道33高速喷出，在切割头前方形成动态雾滴云屏障(如图6所示)，本发明通过无机械转动结构(文丘里负压抽尘)避免传统风扇叶片积灰问题，结合多级雾化与离心分离，实现源头抑尘与扩散粉尘的双重拦截。

[0031]在本实施例中，所述引导段321与集尘管道31输出口平滑过渡连接，以确保含尘气流从集尘管道31进入引导段321时流场连续稳定，避免因截面突变导致的能量损耗或紊流扰动。圆弧导流段322的入口与引导段321出口、水平延伸段323出口均采用切线连接设计，使气雾混合体沿圆弧导流段322内壁切向进入，通过流道几何约束自然形成高速旋转流场。这种切线导向结构强化了离心分离效应，使增重颗粒在圆弧段内沿外壁螺旋运动时充分受离心力作用，同时保持气流轴向动量，实现粗颗粒定向沉降与净化气流的层流分离。

[0032]如图4所示，在本实施例中，所述高压喷气管4的喷气段41沿气流流动方向的直径不断递减形成渐缩结构，通过截面收缩形成加速气流场，利用伯努利效应提升雾化介质流速并降低局部静压，从而增强雾化颗粒的动能与扩散均匀性，而与之配合的环形间隙42沿气流流动方向的宽度不断递增形成渐扩结构，通过扩张流道形成可控的压差梯度，促使雾化颗粒与气流充分混合的同时，利用渐扩边界层效应抑制紊流产生，实现气溶胶流(含尘气体)的层流化稳定输送。渐缩与渐扩结构的动态耦合不仅优化了气固两相流的能量传递效率，其对称互补的几何特征还通过自适应的压力平衡机制有效削弱了高速气流对管壁的冲刷作用，显著降低磨损风险，保障系统在长期高粉尘工况下的结构完整性。

[0033]结合图4和图5所示，在本实施例中，所述喷气段41的外侧均匀设置有倾斜叶片411，且相邻倾斜叶片411之间形成螺旋通道。倾斜叶片411将轴向气流转化为高强度螺旋湍流场，其切向剪切作用有效破碎粉尘团聚体并细化颗粒分布，促使雾化颗粒与气流充分混合。

[0034]进一步地，所述集尘管道31的输入口处安装有锥型扩口罩，以增加吸尘范围。

[0035]如图4所示，在本实施例中，所述排尘通道34的内壁与水平延伸段323的内壁圆滑过渡，以消除传统直角连接引发的局部涡流区，抑制粉尘在拐角处因湍流扰动产生的沉积风险，排尘通道34前侧的喷雾通道33底部通过铰接座安装有铰接挡板341，铰接挡板341与排尘通道34出口之间保留可控间隙342，当携带粗颗粒的气流冲击铰接挡板341时，挡板受流体压力作用绕铰接座发生偏转，通过与排尘通道34出口间形成的可控间隙342实现自适应开度调节，既保证大颗粒物高效排出，又可防止外部气流倒灌引发的二次扬尘。

[0036]在本实施例中，所述降尘通道32由设置在吸尘外壳3内的弧状隔板324与吸尘外壳3的内壁合围构成，所述弧状隔板324内侧形成所述隔离腔体35，所述弧状隔板324的中部的隔离腔体35内设置有高压腔7，且弧状隔板324对应高压腔7处均匀设置有冲洗喷孔71，所述冲洗喷孔71朝向圆弧导流段322外侧的圆弧面，所述高压腔7通过连接管连接有高压气源。由弧状隔板324构成的隔离腔体35不仅为二级雾化模组6提供安装空间，其内部设置的高压腔7通过连接管接入高压气源后，形成定向气流清洁机制，当携尘气流在圆弧导流段322进行离心分离时，高压腔7内蓄积的压缩气体通过均匀分布的冲洗喷孔71高速喷出，形成沿圆弧导流段322外侧壁面的动态气幕屏障。该气幕通过以下双重作用优化系统性能：其一，高速气流持续冲刷圆弧面，破坏粉尘在离心力富集区域的粘附条件，消除传统结构中因颗粒堆积导致的流道阻塞风险;其二，气幕产生的剪切扰动与离心分离后的颗粒运动方向形成对冲，加速粗颗粒向水平延伸段323的沉降过程，同时避免已分离粉尘被二次裹挟。这种内置自清洁结构使系统在持续作业中动态维持离心分离效率，配合二级雾化模组6的广角雾幕形成复合除尘模式，显著延长设备连续运行周期。

[0037]在本实施例中，所述二级雾化模组6包括与水平延伸段323垂直并水平转动设置在隔离腔体35内的注水管61，所述注水管61的外侧沿其长度方向均匀设置有雾化喷头62，所述注水管61的其中一端通过旋转接头与外部供水源的供水管路连接，所述注水管61的另一端与旋转驱动机构(未示出)连接。使用时，通过供水管路持续向注水管61内输送高压水流，水流经沿管身长度方向均匀分布的雾化喷头62时被剪切破碎为微米级雾滴;旋转驱动机构(可以电机)驱使注水管61绕自身轴线往复旋转，使注水管61带动外侧阵列式喷头同步偏转，形成与水平延伸段323轴线呈30-60°夹角的动态喷射角度，从而在喷雾通道33与水平延伸段323的重合区域内构建出覆盖截面高度2/3以上的立体雾幕。

[0038]该设计具有强化除尘效果：其一，转动注水管61的旋转运动使雾化喷头62产生周期性扫掠式喷射，突破传统固定喷头的覆盖盲区;其二，雾化喷头62与水平延伸段323垂直的布置方向使雾滴射流直接穿透上升气流的运动轨迹，通过布朗运动增强对悬浮微尘的拦截概率。

[0039]在本实施例中，所述隔离腔体35内设有湿度传感器，用于实时监测雾幕湿度并反馈至控制系统，以调节一级雾化模组5和二级雾化模组6的喷雾强度。湿度传感器实时监测广角雾幕的湿度分布状态，将数据实时传输至控制系统后，当传感器检测到雾幕湿度低于临界值时，控制系统同步增强一级雾化模组5的超细雾滴供给量与二级雾化模组6的注水管61旋转速度，提升雾滴的生成效率，同时扩大广角雾幕的覆盖密度;反之当湿度过高时，则降低两级雾化强度以避免过度湿润引发的设备结垢。使雾滴浓度始终与粉尘负荷动态匹配，既能在高浓度粉尘工况下通过强化雾幕湿度提升布朗运动捕获效率，又能在低粉尘时段自动进入节水模式，配合离心力分级排尘机制，实现降尘效率与水耗量的最佳平衡。

[0040]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。