一种智能化自吸气喷雾降尘系统及方法

摘要

一种智能化自吸气喷雾降尘系统，包括供水管路、自吸气雾化装置、粉尘浓度传感器和PLC控制器，供水管路包括供水主管与供水支管，供水主管上依次设有增压泵、电磁阀I和压力传感器I，供水主管出水端与若干供水支管相连，供水支管上依次设有电磁阀II、压力传感器II和柔性支架，供水支管出水端与自吸气雾化装置通过柔性支架连接；PLC控制器的信号输入端与粉尘浓度传感器、压力传感器I、压力传感器II连接，PLC控制器的信号输出端与增压泵、电磁阀I、电磁阀II连接；其降尘方法包括智能运行和遥控运行两种方式。本发明可实现作业场所智能化喷雾降尘，雾化效果好，耗水少，适应性强，在矿井和地面工业粉尘治理中具有广阔应用前景。

权利要求

1.一种智能化自吸空气式喷雾降尘系统，其特征在于，包括供水管路、自吸空气式雾化装置（3）、粉尘浓度传感器（5）和PLC控制器（4）；

所述供水管路包括供水主管（8）与供水支管（9），所述供水主管（8）上依次安装有增压泵（1）、电磁阀I（10）和压力传感器I（11），供水主管（8）出水端与若干供水支管（9）相连，供水支管（9）上依次安装有电磁阀II（12）、压力传感器II（13）和柔性支架（2），所述供水支管（9）的出水端与自吸空气式雾化装置（3）通过柔性支架（2）连接；

所述PLC控制器（4）的信号输入端通过通信电缆（14）与粉尘浓度传感器（5）、压力传感器I（11）、压力传感器II（13）连接，PLC控制器（4）的信号输出端通过通信电缆（14）与增压泵（1）、电磁阀I（10）、电磁阀II（12）连接；

所述自吸空气式雾化装置（3）包括多孔射流喷嘴（15）和射流雾化筒体（16）；所述多孔射流喷嘴（15）上设有5个射流孔（29），并通过螺纹旋入射流雾化筒体（16），所述射流孔（29）呈周向分布；所述射流雾化筒体（16）包括吸气室（17）、气液混合室（18）、扩散增压室（19）、旋流雾化室（20）和喷雾出口（21）；所述吸气室（17）中设有四个斜向吸气孔（22），所述气液混合室（18）为圆柱形腔体，所述扩散增压室（19）内部为流线型渐扩结构，所述旋流雾化室（20）内壁采用流线型减缩结构；

所述柔性支架（2）包括多个弧形腔体（24），所述弧形腔体（24）一侧设有一个管状保护套（25），管状保护套（25）内部安装自吸空气式雾化装置（3），所述弧形腔体（24）另一侧与供水支管（9）连接，所述弧形腔体（24）底部设有防震垫（27），每个弧形腔体（24）设置四个连接耳（28），相邻的两个弧形腔体（24）通过可拆卸式铰链（26）连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化自吸空气式喷雾降尘系统，其特征于，所述PLC控制器（4）连接有一个无线信号接收器（6），所述无线信号接收器（6）用于接收手持式无线信号发生器（7）发出的信号，并将信号传输给PLC控制器（4）控制系统的运行。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能化自吸空气式喷雾降尘系统，其特征在于，所述旋流雾化室（20）内部设有一个渐缩型旋流装置（23）；所述旋流装置（23）与旋流雾化室（20）内壁围成了一个旋流通道，旋流通道为减缩结构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种智能化自吸空气式喷雾降尘系统的降尘方法，其特征在于，包括自动运行和手动运行；

所述自动运行包括如下步骤：

a1. 粉尘浓度传感器（5）连续监测周围环境中的粉尘浓度，并将监测结果传输给PLC控制器（4）；

b1. 当粉尘浓度传感器（5）监测到的数据高于PLC控制器（4）中预设的粉尘浓度上限时，PLC控制器（4）优选出最佳水压并发出命令，控制增压泵（1）开启，同时控制电磁阀I（10）和电磁阀II（12）调整到相应开度，喷雾降尘工作开始；

c1. 系统运行过程中根据粉尘浓度传感器（5）、压力传感器I（11）和压力传感器II（13）监控到的数据实时调整电磁阀I（10）和电磁阀II（12）的开度；当粉尘浓度传感器（5）监测到的数据低于PLC控制器（4）中预设的粉尘浓度下限时，PLC控制器（4）控制增压泵（1）、电磁阀I（10）和电磁阀II（12）关闭，喷雾降尘工作结束；

所述手动运行是利用手持式无线信号发生器（7）控制系统运行，步骤如下：a2. 通过手持式无线信号发生器（7）给系统发送开启命令，同时设置系统运行水压；

b2. 无线信号接收器（6）将接收到的信息传输给PLC控制器（4），PLC控制器（4）控制增压泵（1）开启，同时控制电磁阀I（10）和电磁阀II（12）调整到相应开度，喷雾降尘工作开始；

c2. 通过手持式无线信号发生器（7）给系统发送关闭命令，无线信号接收器（6）将接收到的信息传输给PLC控制器（4），PLC控制器（4）控制增压泵（1）、电磁阀I（10）和电磁阀II（12）关闭，喷雾降尘工作结束。

说明书

一种智能化自吸气喷雾降尘系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及粉尘治理技术领域，特别是涉及一种智能化自吸气喷雾降尘系统及方法。

背景技术

[0002] 随着现代化技术和设备的大力推广，矿山、隧道掘进、火电厂等行业领域面临的粉尘威胁日趋严重，长期接触高浓度粉尘会诱发不可治愈性的尘肺病，造成严重的健康损害
和经济损失，一些粉尘在特定条件下可能引发粉尘爆炸事故，造成重大人员伤亡和经济损
失。

[0003] 喷雾降尘技术由于技术简单、成本低廉，在粉尘防治领域得到了广泛的应用。目前常用的喷雾技术主要包括水(单相)喷雾降尘和气水(两相)喷雾降尘，水喷雾技术工艺简
单，但耗水量大；气水喷雾技术需要额外敷设压风管道，系统较复杂。此外，现有喷雾降尘系
统无法根据粉尘性质和分布特征的变化自动调节喷雾参数，降尘效果较差且不稳定。当粉
尘浓度很高时，经常盲目的增大喷雾量来提高降尘效率，但提升效果往往有限，同时造成工
作面积水，恶化作业环境；而当粉尘浓度很低时，常出现喷雾量依然较大的现象，事倍功半。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种智能化自吸气喷雾降尘系统及方法，可以根据粉尘浓度智能运行，克服了高压喷雾降尘技术和气水喷雾降尘技术中存在的
缺点，降尘效果好，操作简单。

[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种智能化自吸气喷雾降尘系统，包括供水管路、自吸气雾化装置、粉尘浓度传感器和PLC控制器；所述供水管道包括供水主
管与供水支管，所述供水主管上依次安装有增压泵、电磁阀I和压力传感器I，供水主管出水
端与若干供水支管相连，供水支管上依次安装有电磁阀II、压力传感器II和柔性支架，所述
供水支管的出水端通过柔性支架与自吸气雾化装置连接；所述PLC控制器的信号输入端通
过通信电缆与粉尘浓度传感器、压力传感器I、压力传感器II连接，PLC控制器的信号输出端
通过通信电缆与增压泵、电磁阀I、电磁阀II连接；所述自吸气雾化装置包括多孔射流喷嘴
和射流雾化筒体；所述多孔射流喷嘴上设有5个射流孔，并通过螺纹旋入射流雾化筒体，所
述射流孔呈周向均匀分布；所述射流雾化筒体包括吸气室、气液混合室、扩散增压室、旋流
雾化室和喷雾出口；所述吸气室中设有四个斜向吸气孔，所述气液混合室为圆柱形腔体，所
述扩散增压室内部为流线型渐扩结构，所述旋流雾化室内部为流线型渐缩结构。

[0006] 本发明进一步的，所述柔性支架包括多个弧形腔体，所述弧形腔体一侧设有一个管状保护套，管状保护套内部可安装自吸气雾化装置，所述弧形腔体另一侧与供水支管连
接，所述弧形腔体底部设有防震垫，每个弧形腔体上设置四个连接耳，相邻的两个弧形腔体
通过可拆卸式铰链连接。

[0007] 本发明进一步的，所述PLC控制器还与一个无线信号接收器连接，所述无线信号接收器用于接收手持式无线信号发生器发出的信号，并将信号传输给PLC控制器。

[0008] 本发明进一步的，所述旋流雾化室内部设有一个渐缩型旋流装置；所述旋流装置与旋流雾化室内壁围成了一个旋流通道，旋流通道为渐缩结构。

[0009] 此外本发明还提供一种利用上述智能化自吸气喷雾降尘系统的降尘方法，采用智能运行或遥控运行模式；

[0010] 所述智能运行包括如下步骤：

[0011] a1.粉尘浓度传感器连续监测作业场所中的粉尘浓度，并将监测结果传输给PLC控制器；

[0012] b1.当粉尘浓度传感器监测到的数据高于PLC控制器中预设的粉尘浓度上限时，PLC控制器优选出最佳水压并发出命令，控制增压泵开启，同时控制电磁阀I和电磁阀II调
节到相应开度，喷雾降尘工作开始；

[0013] c1.系统运行过程中可根据粉尘浓度传感器、压力传感器I和压力传感器II监测到的数据实时调节电磁阀I和电磁阀II的开度；当粉尘浓度传感器监测到的数据低于PLC控制
器中预设的粉尘浓度下限时，PLC控制器控制增压泵、电磁阀I和电磁阀II关闭，喷雾降尘工
作结束；

[0014] 所述遥控运行是利用手持式无线信号发生器控制系统运行，步骤如下：

[0015] a2.通过手持式无线信号发生器给系统发送开启命令，同时设置系统运行水压；

[0016] b2.无线信号接收器将接收到的信息传输给PLC控制器，PLC控制器控制增压泵开启，同时控制电磁阀I和电磁阀II调节到相应开度，喷雾降尘工作开始；

[0017] c2.通过手持式无线信号发生器给系统发送关闭命令，无线信号接收器将接收到的信息传输给PLC控制器，PLC控制器控制增压泵、电磁阀I和电磁阀II关闭，喷雾降尘工作
结束。

[0018] 与现有技术相比，本发明在自吸气雾化装置中，四个斜向吸气孔可以在高速射流的卷吸作用和负压作用下连续吸入外界环境空气，无需单独设置供气管路，从而简化了系
统结构，有效降低了系统的安装、管理难度；射流喷嘴的多孔结构可以加快水射流和空气的
混合，使得所需气水混合室的长度变短，从而显著缩短了整个装置的长度；旋流雾化室中设
置的渐缩型旋流装置通过与混合流体的连续碰撞，可产生粒径更小的雾滴，显著提高了雾
化效果；装置内部的流线型结构有效降低了雾化过程中的阻力。在柔性支架中，可以较为方
便的调节弧形腔体的数量和可拆卸铰链的长度，便于在不同型号的设备上安装、固定和使
用，增强了设备的环境适应性。由于本发明采用了自吸气雾化装置，使得系统既具备常规气
水雾化降尘方法用水量小、雾化效果好的特点，同时又继承了水喷雾技术无需提供压缩空
气管路的优点，有效提高了系统降尘能力、简化了系统结构；同时，本发明拥有智能运行和
遥控运行两种模式，在智能运行模式下，系统可以根据现场的粉尘浓度优选出最佳水压，智
能调节供水压力并使喷雾参数达到最佳，用最小的耗水量取得最大的降尘效率，克服了常
规喷雾系统喷雾量不足或冗余的现象，提高了系统的稳定性，降低了系统的运行和维护成
本。

附图说明

[0019] 图1是本发明的结构示意图；

[0020] 图2是本发明自吸气雾化装置的剖面图；

[0021] 图3是本发明吸气孔的结构示意图；

[0022] 图4是本发明柔性支架的主视图；

[0023] 图5是本发明柔性支架的俯视图；

[0024] 图6是本发明多孔射流喷的结构示意图；

[0025] 图7是本发明在掘进工作面的布置示意图；

[0026] 图8是本发明在采煤工作面的布置示意图；

[0027] 图中：1—增压泵；2—柔性支架；3—自吸气雾化装置；4—PLC控制器；5—粉尘浓度传感器；6—无线信号接收器；7—手持式无线信号发生器；8—供水主管；9—供水支管；10—
电磁阀I；11—压力传感器I；12电磁阀II；13—压力传感器II；14—通信电缆；15—多孔射流
喷嘴；16—射流雾化筒体；17—吸气室；18—气液混合室；19—扩散增压室；20—旋流雾化
室；21—喷雾出口；22—吸气孔；23—旋流装置；24—弧形腔体；25—管状保护套；26—可拆
卸式铰链；27—防震垫；28—连接耳；29—射流孔；30—掘进工作面；31—掘进机；32—截割
头；33—截割臂；34—采煤工作面；35—采煤机；36—左滚筒；37—右滚筒；38—左摇臂；39—
右摇臂。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明作进一步说明。在本发明的描述中，需要理解的是，前部、侧面、上部等指示的方位或位置关系为基于附图实物位置关系，仅是为了便于描述本发明
和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，或以特定的构造
和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0029] 如附图1至图6所示，本发明一种智能化自吸气喷雾降尘系统，包括供水管路、自吸气雾化装置3、粉尘浓度传感器5和PLC控制器4；所述供水管道包括供水主管8与供水支管9，
所述供水主管8上依次安装有增压泵1、电磁阀I10和压力传感器I11，供水主管8出水端与若
干供水支管9相连，供水支管9上依次安装有电磁阀II12、压力传感器II13和柔性支架2，所
述供水支管9的出水端通过柔性支架2与自吸气雾化装置3连接；所述PLC控制器4的信号输
入端通过通信电缆14与粉尘浓度传感器5、压力传感器I11、压力传感器II13连接，PLC控制
器4的信号输出端通过通信电缆14与增压泵1、电磁阀I10、电磁阀II12连接；所述自吸气雾
化装置3包括多孔射流喷嘴15和射流雾化筒体16；所述多孔射流喷嘴15上设有5个射流孔
29，并通过螺纹旋入射流雾化筒体16，所述射流孔29呈周向均匀分布；所述射流雾化筒体16
包括吸气室17、气液混合室18、扩散增压室19、旋流雾化室20和喷雾出口21；所述吸气室17
中设有四个斜向吸气孔22，所述气液混合室18为圆柱形腔体，所述扩散增压室19内部为流
线型渐扩结构，所述旋流雾化室20内部为流线型渐缩结构。该实施例自吸气雾化装置3中，
四个斜向吸气孔22可以在高速射流的卷吸作用和负压作用下连续吸入外界环境空气，无需
单独设置供气管路，从而简化了系统结构，有效降低了系统的安装、管理难度；多孔射流喷
嘴15结构可以加快水射流和空气的混合，使得所需气水混合室的长度变短，从而显著缩短
了整个装置的长度；旋流雾化室20中设置的渐缩型旋流装置通过与混合流体的连续碰撞，
可产生粒径更小的雾滴，显著提高了雾化效果；装置内部的流线型结构有效降低了雾化过
程中的阻力。

[0030] 在本发明的另一些具体实施方式中，其余与上述实施方式相同，不同之处在于，如图4和图5所示，柔性支架2包括多个弧形腔体24，所述弧形腔体24一侧设有一个管状保护套
25，管状保护套25内部可安装自吸气雾化装置3，所述弧形腔体24另一侧与供水支管9连接，
所述弧形腔体24底部设有防震垫27，每个弧形腔体24上设置四个连接耳28，相邻的两个弧
形腔体24通过可拆卸式铰链26连接。

[0031] 在本发明的另一些具体实施方式中，其余与上述实施方式相同，不同之处在于，如图1所示，所述PLC控制器4与一个无线信号接收器6连接，所述无线信号接收器6用于接收手
持式无线信号发生器7发出的信号，并将信号传输给PLC控制器4。

[0032] 在本发明的另一些具体实施方式中，其余与上述实施方式相同，不同之处在于，如图2所示，所述旋流雾化室20内部设有一个渐缩型旋流装置23；所述旋流装置23与旋流雾化
室20内壁围成了一个旋流通道，旋流通道为渐缩结构。

[0033] 如图1所示，利用上述实施例的降尘方法，采用智能运行或遥控运行模式。

[0034] 其中智能运行包括如下步骤：

[0035] a1.粉尘浓度传感器5连续监测作业场所中的粉尘浓度，并将监测结果传输给PLC控制器4；

[0036] b1.当粉尘浓度传感器5监测到的数据高于PLC控制器4中预设的粉尘浓度上限时，PLC控制器4优选出最佳水压并发出命令，控制增压泵1开启，同时控制电磁阀I10和电磁阀
II12调节到相应开度，喷雾降尘工作开始；

[0037] c1.系统运行过程中可根据粉尘浓度传感器5、压力传感器I11和压力传感器II13监测到的数据实时调节电磁阀I10和电磁阀II12的开度；当粉尘浓度传感器5监测到的数据
低于PLC控制器4中预设的粉尘浓度下限时，PLC控制器4控制增压泵1、电磁阀I10和电磁阀
II12关闭，喷雾降尘工作结束。

[0038] 遥控运行是利用手持式无线信号发生器7控制系统运行，步骤如下：

[0039] a2.通过手持式无线信号发生器7给系统发送开启命令，同时设置系统运行水压；

[0040] b2.无线信号接收器6将接收到的信息传输给PLC控制器4，PLC控制器4控制增压泵1开启，同时控制电磁阀I10和电磁阀II12调节到相应开度，喷雾降尘工作开始；

[0041] c2.通过手持式无线信号发生器7给系统发送关闭命令，无线信号接收器6将接收到的信息传输给PLC控制器4，PLC控制器4控制增压泵1、电磁阀I10和电磁阀II12关闭，喷雾
降尘工作结束。

[0042] 本发明可以应用于多种工作场景，下面以两种工作场合为例进行说明。

[0043] 如图7所示，本发明应用于隧道掘进工作面时，掘进机31在掘进工作面30工作时的产尘点主要为截割头32处，将柔性支架2固定在截割臂33上，粉尘浓度传感器5设置在掘进
机31机身前方。

[0044] 如图8所示，本发明应用于采煤工作面时，采煤机35在采煤工作面34工作时的产尘点主要包括左滚筒36处和右滚筒37处，将两个柔性支架2分别固定在左摇臂38和右摇臂39
上，两个粉尘浓度传感器5分别设置在两个柔性支架2后方的摇臂上。

[0045] 需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改
或补充，或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或权利要求书所定义的范围。