一種基于城市施工工地的智能噴灑除塵裝置

摘要：隨著城市的迅速發展，建筑工地迅速增多，污染了城市環境，尤其是對周邊居民生活環境帶來極大影響。針對城市施工工地灑水除塵作業，我們設計并開發一套具備智能化、高效性、實時性等特點的噴灑除塵裝置。它能大大提高工地附近的除塵效率，控制除塵成本，實現無人化管理，為城市生態提供有力的技術支撐。

關鍵詞：城市化；施工工地；自動化；除塵；

引言：

隨著物聯網的推廣與公共設施向自動化的趨勢發展，在環境保護中必定免不了實現全自動化。近年來空氣污染日益嚴重，揚塵污染成了萬眾關注的熱詞。而該套裝置不僅可以應用到施工工地上，同時也可以推廣到高架橋中。同時，《中國制造2025》中指出要大力發展應用電子和工業軟件，鼓勵智能終端產品創新發展，增強信息產品供給能力，推動信息化與工業化深度融合。而該套裝置順應了自動化的趨勢，達到自動高效抑塵的目的，符合《中國制造2025》指導思想中的綠色發展，更是符合當今環保節約型社會的發展趨勢。

該裝置由灰塵檢測系統、控制中樞系統、傳輸信號系統、信號處理系統、流量控制系統、噴灑系統等部分組成。通過PM10灰塵檢測器測出灰塵濃度，由信號傳輸系統將信號傳遞給單片機，單片機將模擬信號轉化為電信號，信號處理系統將會對信號進行處理根據內部設定的區間控制閥門開度，控制出水量，噴頭會噴出不同水量達到實時除塵的效果，閥門與噴頭采取一對多的關系達到高效且節能的效果。

通過我們對鄭州環衛單位的調研了解到目前工地除塵采用的都是灑水車除塵，三班制作業，灑水量由人工控制，具體數值是固定的，每年水費不容小覷，通過調研和資料查詢對我們裝置做出進一步改進與優化。根據查閱的《大氣環境保護標準》相關規定和實驗中液晶顯示屏顯示的灰塵濃度和開度的曲線圖對信號處理系統設定了相應的區間，當灰塵濃度達到150μg/m3時開始打開閥門，隨著灰塵濃度增加閥門開度漸漸增大，當達到300μg/m3時閥門開度最大為1，水量達到最大，

一、裝置組成

1.pm10灰塵傳感器

本裝置目的為檢測某一點的灰塵濃度，并作為設定區域內的灰塵濃度進行除塵，PM10灰塵傳感器檢測灰塵的濃度范圍是0-1500μg/m3，可以直接設置在橋面等灰塵遍布的點，進行實時監測。

2.單片機及顯示屏

此部分裝置主要是將PM10灰塵傳感器得到的灰塵濃度數據通過計算得到水流量的變化數據，并通過電信號實時控制閥門開合比例，進行水流量的控制。并且考慮到檢測設備運行情況的便利，設置了實時顯示灰塵濃度的顯示屏。

3.電動比例閥門

此電控閥門可以控制閥門開度的大小，從而控制水流量的大小。通過單片機輸出的電信號，可以做到實時控制閥門開度，達到實時控制水流量除塵的效果。

二、數據分析

試驗內容：在實驗室模擬灰塵環境，通過PM10灰塵傳感器測量灰塵濃度，由信號傳輸系統將信號傳遞給單片機，單片機將模擬信號轉化為電信號，信號處理系統將會對信號進行處理根據內部設定的區間控制閥門開度（設置灰塵濃度達到150μg/m3時閥門開啟，Kmin=15；當灰塵濃度達到300μg/m3時閥門開度達到最大Kmin=30）控制出水量，噴頭會噴出不同水量達到實時除塵的效果，我們小組經過多次實驗最終得出若干試驗數據具體如下：

由實驗測得的數據我們可以得出結論：從灰塵濃度由最小到最大的變化過程中用水量成對稱變化。分析單個濃度減小過程，灰塵濃度整體呈現下降趨勢，但是在閥門開度剛剛減小的微時段，用水量會呈現上升的過程。這是因為在閥門開度剛開始減小時，管內的水壓瞬間增大，流速增大，單位時段內的流量會增加，具體表現在圖中會有水量上升過程。在開度逐漸減小一段時間過后，管內的水壓會逐漸趨于穩定，出水量會明顯減小，達到實驗目的。

裝置特征數據：

1、PM2.5量程：0---1000μg/m3，分辨率：1μg/m3，準確度：±10%

2、PM10量程：0----2mg/m3，分辨率：1μg/m3，準確度：±10%

3、閥門電壓：0---10V，電流：4---20mA、4、變壓器功率：5VA、220V轉24V、學生電源、220V電源、電磁閥門、單片機

4、水壓力0.14MPa以上、三通接頭、4分水管、4分霧化噴頭若干

5、當灰塵濃度達到150μg/m3時閥門開啟，除塵系統開始工作，當灰塵濃度達到300μg/m3時閥門開度最大，除塵系統達到最大除塵功率。

6、PM10灰塵傳感器可控范圍：10米 以10米為一個控制分段，每個控制分段內布置5個霧化噴頭。

三、數據處理：

假設水壓穩定在保證單個霧化噴頭出水流量為。每個控制分段內出水流量為40ml/s。

單位小時用水量：V=Q*T=40ml/s*3600s=144000ml=0.144m3

水頭損失：

注：每個噴頭從左到右依次編號：1、2、3、4、5

水頭損失計算：查相關數據可知：管道粗糙系數：n=0.01m，4分管直徑：d=0.0125m

斷面平均流速：

沿程水頭損失：

沿程阻力系數：

謝才系數：

水力半徑：

濕周：

局部水頭損失： ，（如上圖從左到右依次 ）

總水頭損失：

根據數據可得：每單位控制分段布置一個1m3的水箱即可滿足除塵要求。

參考文獻：

[1]張前.城市灑水車智能化噴灑系統[B]，長安大學工程機械學院，2015

[2]艾緣緣.丁繼業.多功能自動灑水車的設計，第十屆河南省汽車工程技術研討會，2013年

[3]李剛.高效水霧降塵技術的實驗研究及工程應用[D]，湖南科技大學，2009

作者簡介：

楊旭，（1996.7.4-），男，漢族，安徽省淮南市人；職稱：學生；單位：鄭州大學；專業：水利水電工程.endprint