掘進機內噴霧系統結構問題及其改進設計

杜傳坤，李春花，李 菊

（兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500）

掘進機作為煤礦井下綜掘工作面作為重要機器，對工作過程中出現大量粉塵，不僅對工作進度造成影響，也對工人的身體產生比較嚴重的身體損傷，引發塵肺病等疾病[1]。目前主要采用降塵措施作為掘進機所自帶的內外噴霧系統實施噴霧降塵，在具體的運用過程中所致尚未取得理想的降塵效果[2]。本文針對煤礦掘進機內噴霧系統結構展開研究，發現該結構存在系統效率低，容易失效且維護較難的問題，加劇工作環境惡劣性，探索改進優化設計及效果。

1 掘進機噴霧系統組成及原理

霧化系統除塵的關鍵原理，即噴嘴結構噴出壓力水，高壓會讓水流產生擴散和霧化噴香截割頭及煤壁，經霧化后的水珠結合空氣內的粉塵顆粒，產生自然沉降作用。目前在掘進機截割臂上設置了外噴霧系統，在截齒上設置了內噴霧系統[3]。本文對內噴霧系統展開探索，指的是在截割頭上的截齒存在間隙噴嘴均勻布置，保證等同截齒螺旋化分布，開啟掘進機之后，噴嘴會噴射出壓力水進而覆蓋至截齒上，達到了霧化降塵效果的同時，也對截齒形成降溫和保證濕潤的效果。此種方法能夠有效基于塵源對產生粉塵及擴散實現壓制，并達到較好降塵效果及較少耗水。掘進機噴霧系統組成（見圖1）。

圖1 掘進機噴霧系統結構示意圖

2 內噴霧系統結構現存問題

根據上部分示意圖發現，在掘進機內噴霧系統中，水路結構式基于伸縮部內部穿出，至截割頭上噴嘴噴出，形成了霧化效果達到降塵效果。根據該系統結構來講，處于對截割主軸穩定精準性的保障，通常在伸縮部內部設置了兩個滾動軸承達到主軸支撐效果，所致伸縮部前端內部需要定期完成潤滑油添加，以便對結構使用期限及其可靠性有效提升。由于將潤滑油、冷卻水分隔以往運用0型密封圈或四個格萊圈，用于內噴霧系統的旋轉密封組件。可是井下掘進工作面的工作環境比較惡劣，所以通常會出現密封圈失效這一故障問題，進而所致內噴霧系統產生故障。經結合筆者工作經驗總結內噴霧系統結構故障問題如下：

1）內噴霧系統故障，所致系統無法正常運行。假若內噴霧系統失效工作面所致產生粉塵煤塵較大，對作業環境造成極大污染，引發安全隱患及工作人員職業病問題。且內噴霧系統失效，無法有效冷卻截齒，導致影響縮減了截齒的使用壽命，所致最終帶來經濟負擔。

2）冷卻水混合潤滑油。如果密封件出現故障非正常運行，此種故障情況極有可能是伸縮部內部進入冷卻水，而冷卻水與潤滑油的混合所致對軸承的使用期限及穩定可靠性造成影響。

3）所致電機進水。假若密封件效果不善，截割電機極有可能進水，冷卻水一旦進入則會導致引發跳閘或是漏電等故障問題。

4）拆卸困難影響掘進進度。由于密封件這一組件主要在截割主軸和機械密封座的旋轉交接部位，如若出現密封組件的損壞故障情況需要即刻維修，并完全拆除伸縮部，對生產工作進度造成極大影響。

除此之外還包括所致原件冗余、噴嘴孔徑堵塞、故障點較多以及水源水質不凈等問題。

3 掘進機內噴霧系統改進設計

3.1 優化旋轉軸套結構形式

伸縮部旋轉部位的使用壽命決定著內噴霧裝置的使用壽命，而隔套的硬度和旋轉水密封的耐受溫度是決定旋轉部位使用壽命的關鍵。

現有的掘進機內噴霧裝置包括截割主軸、機械密封架和機械密封座，還包括所述截割主軸與所述機械密封架之間的格萊圈且與所述機械密封座的端面相抵的軸套。掘進機伸縮部的旋轉部位采用4道特康旋轉格萊圈和調質、滲碳處理的普通隔套來密封。

針對掘進機內噴霧系統問題，并結合本人工作經驗，通過查閱資料并展開現場試驗，提出伸縮部內部可能進水，所致水混合潤滑油以及電機進水這一問題，可以采用具體改善方案（見圖2），通過對旋轉袖套結構形式進行優化，該軸套用于固定伸縮部，即固定軸套，并在軸套上設計一個進水孔，從而直接讓靜壓水進入其中。除此之外對于截割頭還可安裝隨著截割頭共同旋轉軸套，也就是旋轉軸套。靜壓水經過對軸套進水口加以固定，之后經過內側旋轉軸套飲水孔，成功旋轉至截割頭內部后噴嘴部位噴出即達到霧化。采用特殊工藝的隔套：該隔套采用陶瓷熱噴涂特種涂層技術。硬度可達HRC72的，而原來的隔套替硬度為HRC42。

通過提高硬度，大大提高軸套的耐磨性和使用性能。

圖2 掘進機噴霧系統結構改造示意圖

3.2 優化選裝BAL高壓水封

經驗證特康旋轉格萊圈實際耐受的最高溫讀值為150C，普通隔套的實際硬度范圍為HRC35～42。在截割頭實際運轉中截割主軸與特康旋轉格萊圈之間通常由于相互摩擦而產生的瞬時溫度可能達到200 C。通過采用BAL選裝高壓水封，該水封的耐受溫度為-254～280℃替代耐受溫度為200℃的特康旋轉格萊圈,該旋轉高壓水密封的特點如下：①采用專利的傾斜彈簧提供全壽命持續恒定的密封力、確保超長壽命；②K系列支撐環設計確保在溫度和壓力環境中密封性能。③獨特的結構優化確保超長的壽命（5000+小時）和最佳的效果。④與旋轉格萊圈相比也消除了傾斜磨損和適應壓力變化更強的優點。

3.3 管理防護措施解決密封件失效

通過對水路結構有效改造，較改造前增加了密封件的內外徑，假若所持等同轉速，那么同樣也會增加線速度，因此勢必會加劇密封件的磨損程度和速度。因此為了能夠對密封件的使用期限有效提升，需要在達到密封件的預期密封成效同時，對摩擦面的光潔程度和硬度有所增加。并且在裝配過程中還需要確保兩軸套之間的軸向間距及密封件旋轉同心度等同，否則會產生漏水情況。除此之外由于伸縮部外側存在水路結構，還需要基于進水口運用相應防護措施，從而有效避免煤塊落下，或是巖石砸落對系統管路造成破壞。

4 改造效果

通過實現煤礦掘進機內噴霧系統結構的優化改造，主要效益如下：

1）經濟效益。通過運用改造后的設備，切割頭的內噴霧系統達到了1M的霧化半徑范圍，保證軸套的溫度在60℃范圍內穩定，對電機和截齒長周期冷卻，噴嘴也并未產生堵塞類故障，因此達到了較好的適用效果。

該內噴霧裝置很好的適應了高強度、高溫度的惡劣工況，工作周期較長，維修保養頻率較小，使用壽命較長。

2）社會效益。依照有關工程規定，工作面掘進機內噴霧系統假若無法正常投入使用或是并未達到預期效果，應當配置等同的適應降塵設備。較投入附加設備，僅僅需要投入較少的改造資金即可。除此之外在運用該設備過程中，還加大了系統結構的便利性，有效節省成本。本次優化設計方案也能夠為其他等同的煤礦機型具備參考價值。

5 結語

總而言之，本文通過針對煤礦掘進機的內噴霧系統，現存系統問題進行分析并提出針對性改進措施，優化隔套結構設計，采用陶瓷熱噴涂特種涂層技術，以及運用管理防護措施對密封件失效加以解決，增強了內噴霧系統的運行可靠并提高使用期限，達到較好的使用效益。