图 ５ 是引流喷射管的吸风量与耗水量关系曲线，则在实
验条件下吸风量与水压力关系即可用如下数学模型表示。
Ｑｇ＝ｋＱｗ＝ｋｋｗ 姨Δｐ
（６）
式中，Ｑ ｇ 为引流喷射管的吸气量；ｋ 为与引流喷射管结构
有关的系数。其他符号意义同前。
图 ５ 吸风量与耗水量关系曲线
图 ３ 耗水量与水压力关系曲线 图 ４ 吸气量与水压力关系曲线
致，空气离开滚筒时的运动方向如图 １ 所示。由图 １ 可知，叶
片间风流的平均运动速度可用下式计算：
Ｖｔ＝
１ ２
πｎ（Ｄｙ＋Ｄｇ）
（２）
Ｖｚ＝Ｖｔｔａｎα
１
Ｖ０＝（Ｖ２ｔ＋Ｖ２ｚ）２
（３） （４）
式中，Ｖ ｔ 为风流在滚筒切向的分速度；Ｖ ｚ 为风流在滚筒 轴向的分速度；Ｖ ０ 为风流在叶片法向的速度。其他符号意义 同前。
螺距，ｍ；Ｎ 为螺旋头数；δ 为叶片厚度，ｍ；α 为螺旋叶片平均
·47·
升角；Ｖ ｃ 为采煤机牵引速度，ｍ／ｍｉｎ，当滚筒空转（即滚筒没有
割煤）时，视 Ｖ ｃ＝０；Ｄ 为滚筒的截齿齿尖直径，ｍ；Ｂ 为滚筒截
深（约等于滚筒的长度），ｍ。
由于空气可视为低密度均质流体，与叶片间的摩擦力可
忽略不计，因此空气的运动主要是受叶片法线方向的推动所
３．８０
１９．０
１３．０
３４２１
４．４５
５．０
１２．６
２８３１
６．３５
８．０
１７．５
２７５６
１．５
７．０５
１０．０
２０．６
２９００
７．９５
１４．０
２４．２
３０４４
８．３０
１６．２
２４．８
２９８８
８．２０
５．０
１２．６
１５３７
１０．０
８．０
１５．５
１５５０
２．０
１１．０
１１．０
１８．９
１７１８
１１．５
关键词 引流喷射管 吸风量 喷射扩散角
针对综采综放工作面煤尘体积质量分数高的问题，国内 外对降尘技术进行了深入研究。德国采用在采煤机滚筒叶片 内安装文丘里管，使喷嘴喷出的水雾在文丘里管内形成负压， 含尘气流与水雾在管内快速结合，喷出管外再次黏附风流中 的煤尘，既起到普通外喷雾降尘的作用，又实现二次降尘、冷 却截齿和湿润煤岩。２０ 世纪 ９０ 年代初，德国和英国研制了采 煤机吸尘滚筒，即在滚筒内装有若干集尘管，当来自中心管的 高压水进入工作面煤壁侧喷水圈后，经若干喷嘴向集尘管喷 射，产生与之成一定比例的雾气流，在集尘管的进口处从截割 区吸入含尘空气，水雾气流排放到滚筒的采空侧一端，借助折 流板使水雾气流再返回截割区，进行二次降尘。美国的采煤机 外喷雾净化装置采用顺风射流排尘方式，使滚筒采煤机割煤 时产生的含尘气流沿煤壁流动，避免割煤时含尘气流向采煤 机司机操作位置扩散，含尘气流和新鲜风流分道流动，克服了 传统外喷雾系统逆风喷雾时产生的涡流效应，采煤机司机位 置处的煤尘体积质量分数显著降低。我国在 ２０ 世纪 ９０ 年代 中期研制了长筒式负压二次降尘装置，特点是以采煤机现有 内外喷雾降尘装置为基础，增加一个封闭的引射风筒，引射器 喷雾后在引射风筒的入口处产生负压场，将其附近的含尘空 气吸入风筒并与水雾碰撞结合，形成水雾气流从引射风筒出 口喷出，在出口处形成很强的卷吸负压场，将附近的含尘空气 吸入并与水雾气流碰撞结合，粘附成较大颗粒沉降下去，使空 气得以净化［１－５］。分析上述降尘装置可知，其核心部分都是采 用引流喷射管实现的，因此，深入研究引流喷射管的工作性 能，具有重要的理论价值和实际意义。
１３．４
１９．４
１６８７
１１．５５
１３．８
２０．０
１７３２
从图 ３ 和图 ４ 可以看出，在喷嘴直径一定时，随着水压力 的增大耗水量和吸气量都是增大的，其中吸气量增大是我们 所希望的，但耗水量增大意味着运行成本高是我们所不希望 的。比较 ３ 种不同直径的喷嘴又可以看出，吸气量与耗水量近 似为线性关系 （见图 ５），其倍数关系随喷嘴直径而变化，当 ｄ＝０．８ｍｍ 时约为 ３７００，当 ｄ＝１．５ｍｍ 时约为 ２９００，当 ｄ＝２．０ｍｍ 时约为 １７００，表面上看喷嘴直径增大此倍数是减小的，但实际 上在水压力一定的情况下，喷嘴直径增大时其耗水量是按非 线性关系增大的。综合图 ４、图 ５ 和图 ６ 可知，在实验条件下， 当 ｄ＝１．５ｍｍ 时引流喷射管的吸风效率最高。
３．３３
轴向风速 ｖ ｔ ／ ｍｓ－１
０．８０
法向风速 ｖ ｔ ／ ｍｓ－１
３．４２
１．６
１．０
１２．６２
３．５５
０．８０
３．６４
１．７
１．０
１１．９０
３．７７
０．８０
３．８５
１．８
１．０
１１．２５
４．００
０．８０
４．０８
２ 引流喷射管吸气性能实验
煤矿现代化
２００８ 年第 ６ 期
总第 ８７ 期
图 ２ 是引流喷射管性能试验原理图。引流喷射管由引流 喷射管体、喷嘴及高压供水系统（图 ２ 中未示出）等部分组成。 引流喷射管体的内径为 １００ｍｍ，长度为 ３００ｍｍ，吸气口为直径 ２００ｍｍ 的喇叭口，将普通陶瓷芯水雾喷嘴安装于吸气口端，并 与高压供水系统连通以便供给高压水实现喷雾。引流喷射管 吸气性能实验的目的是考察水压、耗水量与吸风量之间的关 系，以及喷射扩散角等性能参数，从而为成功研制引流喷射降 尘装置提供依据。实验采用了直径为 ２．０ｍｍ、１．５ｍｍ 和 ０．８ｍｍ 的 ３ 种规格耐磨喷嘴，每个喷嘴装好后，将水泵压力从 ５．０ＭＰａ 逐渐调至 ２０．０ＭＰａ，测出耗水量和吸风量。使用 ３ 种规格喷嘴 的引流喷射管吸风性能实验结果见表 ２。图 ３、图 ４ 和图 ５ 是 相应的拟合曲线。
图 ６ 喷射扩散角与水压力关系
３ 引流喷射管的喷射扩散角
表 ３ 喷射扩散角实验数据 ／ °
水压力 ／ＭＰａ
喷嘴直径 ／ｍｍ
２．０
１．５
０．８
５．０
１７．７
１４．３
１９．２
８．０
２１．５
１８．２
２０．３
１０．０
２４．４
２０．４
２０．９
１４．０
２６．８
２２．２
２０．６
１７．０
２８．５
２３．８
２０．８
喷射扩散角是指雾气流喷出引流喷射管出口后形成的锥 角。它是随雾气流喷射速度变化的。但由于实验使用的 ３ 种喷
１ 采煤机滚筒涡旋风流的计算
采煤机滚筒转动会产生涡旋风流，将采煤机滚筒视为轴 流式风机的转子，根据滚筒的几何参数和运动参数，可计算则
滚筒的排风量 Ｑ，即
! " Ｑ＝
πｎ ４
（Ｄ２ｙ－Ｄ２）ｙ
Ｓ－
δ ｃｏｓα
Ｎ－ＶｃＤＢ
（１）
式中，Ｑ 为滚筒的排风量，ｍ３／ｍｉｎ；ｎ 为滚筒转速，ｒ／ｍｉｎ；Ｄ ｙ
和 Ｄｇ 分别为滚筒的叶片直径和筒毂直径，ｍ；Ｓ 为叶片螺旋的
参考文献 ［１］ 马素平，寇子明． 喷雾降尘机理的研究． 煤炭学报，２００５，３０ （３）： ２９７－３００． ［２］ 蔡 卫，蒋仲安，刘 毅． 综采工作面喷雾降尘中相似准则数的 探讨． 煤炭学报，２００５，３０（２）： １５２－１５４． ［３］ 吴 琼，题正义． 综采工作面喷雾降尘技术研究． 矿业工程， ２００７， ５（４）： ４７－４８． ［４］ 王金峰，郭夕祥． 综放工作面支架放煤自动喷雾阀的研制与 应用． 能源技术与管理，２００７，２： ４２－４３ ［５］ 杨忠东，郭立稳，张嘉勇． 综采放顶煤工作面喷雾降尘技术． 河北理工学院学报， ２００７， ２９（２）：７－１０．
煤矿现代化
２００８ 年第 ６ 期
总第 ８７ 期
高压引流喷射器设计
河南省地质矿产勘查局第四地质探矿队 吕自强
摘 要 通过引流喷射管试验研究，指出试验条件下，引流喷射管的吸风效率与喷嘴及引流喷射管的 结构与尺寸密切相关。引流喷射管的吸风量与喷嘴的耗水量成线性关系，喷射扩散角与水压力存在非线性 关系。引流喷射器主要设计参数是吸风量，在结构参数一定的条件下，调整水压力可使引流喷射器工作在吸 风效率最高的最佳状态。
图 ２ 引流喷射管
表 ２ 引流喷射管ＭＰａ 吸风量 ／ｍ３（ｍｉｎ）－１ 吸 风 量 体 积 ／ 耗水量体积
１．９５
５．０
８．６
４４１０
２．４５
８．０
９．７
３９５９
０．８
２．７５
１１．０
１０．３
３７４５
３．３０
１７．０
１２．２
３６９７
图 １ 风流速度计算图
可见，涡旋风流的风速和风量随滚筒的几何参数和运动
参数而变化。但因叶片的螺旋升角是随直径按一定规律变化
的，即直径越大螺旋升角越小，所以不同直径的滚筒产生的涡
旋风流的平均轴向风速基本不变，而平均切向风速则随滚筒
直径增大而增大。表 １ 是几种不同直径的滚筒的涡旋风流的
平均切向风速和轴向风速的计算值。这些值也反映了滚筒叶
４ 采煤机引流喷射器设计
为了能够把滚筒割煤时产生的含尘风流完全净化，必须
使引流喷射降尘器的吸风量大于或等于滚筒割煤时的排风
量，但考虑到滚筒前沿片帮产生的煤尘随通风气流漂浮扩散
造成的含尘风流，而且这种因片帮造成的含尘风流量具有很
大的随机性，成因比较复杂，计算困难，在相关技术资料缺乏
的情况下，只能用经验系数予以解决。引流喷射器的吸风量可
从图 ４ 还可以看出，耗水量与水压力是一种 ２ 次曲线关 系，结合流体力学理论可知，喷嘴可以视为薄壁小孔，因此耗 水量与水压力之间的关系可用如下数学模型表示。
Ｑｗ＝ｋｗ 姨Δｐ
（５）
式中，Ｑ ｗ 为耗水量；ｋ ｗ 为与喷嘴结构有关的系数；Δｐ