一种基于城市施工工地的智能喷洒除尘装置

摘要：随着城市的迅速发展，建筑工地迅速增多，污染了城市环境，尤其是对周边居民生活环境带来极大影响。针对城市施工工地洒水除尘作业，我们设计并开发一套具备智能化、高效性、实时性等特点的喷洒除尘装置。它能大大提高工地附近的除尘效率，控制除尘成本，实现无人化管理，为城市生态提供有力的技术支撑。

关键词：城市化；施工工地；自动化；除尘；

引言：

随着物联网的推广与公共设施向自动化的趋势发展，在环境保护中必定免不了实现全自动化。近年来空气污染日益严重，扬尘污染成了万众关注的热词。而该套装置不仅可以应用到施工工地上，同时也可以推广到高架桥中。同时，《中国制造2025》中指出要大力发展应用电子和工业软件，鼓励智能终端产品创新发展，增强信息产品供给能力，推动信息化与工业化深度融合。而该套装置顺应了自动化的趋势，达到自动高效抑尘的目的，符合《中国制造2025》指导思想中的绿色发展，更是符合当今环保节约型社会的发展趋势。

该装置由灰尘检测系统、控制中枢系统、传输信号系统、信号处理系统、流量控制系统、喷洒系统等部分组成。通过PM10灰尘检测器测出灰尘浓度，由信号传输系统将信号传递给单片机，单片机将模拟信号转化为电信号，信号处理系统将会对信号进行处理根据内部设定的区间控制阀门开度，控制出水量，喷头会喷出不同水量达到实时除尘的效果，阀门与喷头采取一对多的关系达到高效且节能的效果。

通过我们对郑州环卫单位的调研了解到目前工地除尘采用的都是洒水车除尘，三班制作业，洒水量由人工控制，具体数值是固定的，每年水费不容小觑，通过调研和资料查询对我们装置做出进一步改进与优化。根据查阅的《大气环境保护标准》相关规定和实验中液晶显示屏显示的灰尘浓度和开度的曲线图对信号处理系统设定了相应的区间，当灰尘浓度达到150μg/m3时开始打开阀门，随着灰尘浓度增加阀门开度渐渐增大，当达到300μg/m3时阀门开度最大为1，水量达到最大，

一、装置组成

1.pm10灰尘传感器

本装置目的为检测某一点的灰尘浓度，并作为设定区域内的灰尘浓度进行除尘，PM10灰尘传感器检测灰尘的浓度范围是0-1500μg/m3，可以直接设置在桥面等灰尘遍布的点，进行实时监测。

2.单片机及显示屏

此部分装置主要是将PM10灰尘传感器得到的灰尘浓度数据通过计算得到水流量的变化数据，并通过电信号实时控制阀门开合比例，进行水流量的控制。并且考虑到检测设备运行情况的便利，设置了实时显示灰尘浓度的显示屏。

3.电动比例阀门

此电控阀门可以控制阀门开度的大小，从而控制水流量的大小。通过单片机输出的电信号，可以做到实时控制阀门开度，达到实时控制水流量除尘的效果。

二、数据分析

试验内容：在实验室模拟灰尘环境，通过PM10灰尘传感器测量灰尘浓度，由信号传输系统将信号传递给单片机，單片机将模拟信号转化为电信号，信号处理系统将会对信号进行处理根据内部设定的区间控制阀门开度（设置灰尘浓度达到150μg/m3时阀门开启，Kmin=15；当灰尘浓度达到300μg/m3时阀门开度达到最大Kmin=30）控制出水量，喷头会喷出不同水量达到实时除尘的效果，我们小组经过多次实验最终得出若干试验数据具体如下：

由实验测得的数据我们可以得出结论：从灰尘浓度由最小到最大的变化过程中用水量成对称变化。分析单个浓度减小过程，灰尘浓度整体呈现下降趋势，但是在阀门开度刚刚减小的微时段，用水量会呈现上升的过程。这是因为在阀门开度刚开始减小时，管内的水压瞬间增大，流速增大，单位时段内的流量会增加，具体表现在图中会有水量上升过程。在开度逐渐减小一段时间过后，管内的水压会逐渐趋于稳定，出水量会明显减小，达到实验目的。

装置特征数据：

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

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

3、阀门电压：0---10V，电流：4---20mA、4、变压器功率：5VA、220V转24V、学生电源、220V电源、电磁阀门、单片机

4、水压力0.14MPa以上、三通接头、4分水管、4分雾化喷头若干

5、当灰尘浓度达到150μg/m3时阀门开启，除尘系统开始工作，当灰尘浓度达到300μg/m3时阀门开度最大，除尘系统达到最大除尘功率。

6、PM10灰尘传感器可控范围：10米 以10米为一个控制分段，每个控制分段内布置5个雾化喷头。

三、数据处理：

假设水压稳定在保证单个雾化喷头出水流量为。每个控制分段内出水流量为40ml/s。

单位小时用水量：V=Q*T=40ml/s*3600s=144000ml=0.144m3

水头损失：

注：每个喷头从左到右依次编号：1、2、3、4、5

水头损失计算：查相关数据可知：管道粗糙系数：n=0.01m，4分管直径：d=0.0125m

断面平均流速：

沿程水头损失：

沿程阻力系数：

谢才系数：

水力半径：

湿周：

局部水头损失： ，（如上图从左到右依次 ）

总水头损失：

根据数据可得：每单位控制分段布置一个1m3的水箱即可满足除尘要求。

参考文献：

[1]张前.城市洒水车智能化喷洒系统[B]，长安大学工程机械学院，2015

[2]艾缘缘.丁继业.多功能自动洒水车的设计，第十届河南省汽车工程技术研讨会，2013年

[3]李刚.高效水雾降尘技术的实验研究及工程应用[D]，湖南科技大学，2009

作者简介：

杨旭，（1996.7.4-），男，汉族，安徽省淮南市人；职称：学生；单位：郑州大学；专业：水利水电工程.endprint