第十六章《礦山流體機(jī)械》課件

第十六章抽放瓦斯設(shè)備

本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)水環(huán)泵的結(jié)構(gòu)礦用移動(dòng)式抽放瓦斯泵站礦用固定抽放瓦斯泵站本章小結(jié)第一節(jié)水環(huán)泵的結(jié)構(gòu)一、SZ型單作用水環(huán)泵

常見的SZ型單作用水環(huán)泵有SZ–1、SZ–2、SZ–3和SZ–4四種規(guī)格。在型號(hào)SZ–1中，大寫字母S代表水環(huán)泵，大寫字母Z代表真空泵，數(shù)字1代表真空泵的規(guī)格種類。

SZ–3（4）型水環(huán)泵結(jié)構(gòu)如左圖所示。該泵由泵體、前后端蓋、葉輪和軸等零件組成。前彎葉片的葉輪8用鍵11與泵軸9聯(lián)接，兩端用軸套5和15定位并用鎖緊螺母3頂緊構(gòu)成泵轉(zhuǎn)子部分。轉(zhuǎn)子偏心地裝于泵體10內(nèi)并由聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)聯(lián)接，軸的兩端用滾動(dòng)軸承支承。泵體兩端用左、右側(cè)蓋13和7封住，側(cè)蓋內(nèi)腔用隔板分為吸氣腔和排氣腔，分別與吸、排氣口連通，在靠泵體一側(cè)壁上開有吸氣孔和排氣孔，溝通泵內(nèi)工作容積和氣腔的氣流通道。為防止外界大氣進(jìn)入泵內(nèi)和泵內(nèi)氣體泄漏，在軸套與填料箱6之間裝有填料14，并用壓蓋4壓緊。進(jìn)水管16與氣水分離器或其他外部水源相接，向泵內(nèi)補(bǔ)水。水封管12向填料箱引水，對填料箱起潤滑、冷卻和密封作用，同時(shí)對間隙A密封。如右圖所示為側(cè)蓋的結(jié)構(gòu)。側(cè)蓋上小孔5是為防止過壓縮而設(shè)置的。當(dāng)泵內(nèi)氣體未進(jìn)入排氣狀態(tài)而壓力p超過排氣口內(nèi)壓力p2（系統(tǒng)壓力）時(shí)，橡皮球8因壓力差作用而變形，使小孔與排氣孔連通，進(jìn)而使泵內(nèi)壓縮區(qū)氣體提前排氣，從而避免了過壓縮現(xiàn)象。二、2BEC型單作用水環(huán)真空泵2BEC型單作用水環(huán)真空泵的結(jié)構(gòu)如右圖所示。該泵由泵體、葉輪、前后端蓋、前后分配器、軸、前后軸承部件、閥板部件等組成。軸偏心地安裝在泵體中，葉輪與軸為過盈配合，泵兩端面的總間隙由泵體和分配器之間的墊來調(diào)整，在裝配時(shí)由前端定位來首先確定單面間隙，葉輪與分配器端面間隙的大小對氣體的泄漏（排氣腔向吸氣腔的泄漏）有較大的影響，因而裝配必須予以保證，對于葉輪直徑大于500mm的水環(huán)泵，單面控制在0.25～0.35mm，兩端總間隙為0.5～0.7mm。填料裝在兩端蓋內(nèi)，密封液經(jīng)由端蓋中的孔進(jìn)入填料室，以冷卻填料及加強(qiáng)密封效果。當(dāng)采用機(jī)械密封時(shí)，機(jī)械密封安裝在填料室腔，填料壓蓋換成機(jī)械密封壓蓋。在前后分配器上均設(shè)有吸、排氣月牙形孔和橢圓形排氣孔，并安裝有閥板部件，閥板的作用是當(dāng)葉輪葉片間的氣體壓力達(dá)到排氣壓力時(shí)，在月牙形排氣口以前就將氣體排出，減少了因氣體壓力過大而加大功率的消耗。三、SK型雙作用水環(huán)泵SK型雙作用水環(huán)泵的結(jié)構(gòu)如右圖所示。該泵由泵體、前后端蓋、葉輪和軸等零件組成。由葉輪7和泵軸6組成的泵轉(zhuǎn)子安裝在橢圓形泵體8內(nèi)，軸兩端用軸承箱1支承，通過聯(lián)軸器與電動(dòng)機(jī)出軸聯(lián)接。左、右分配器9、5分別套裝在泵軸兩側(cè)，其內(nèi)端伸入葉輪輪轂內(nèi)孔中，另一端借法蘭盤與封閉泵體兩側(cè)的左、右側(cè)蓋11、4固定在一起。左、右側(cè)蓋，左、右分配器及泵體構(gòu)成了泵的定子。側(cè)蓋內(nèi)有兩層空腔a和f，分別和泵的進(jìn)、排氣口（進(jìn)、排氣口在泵兩側(cè)，圖中未畫出）相通，分配器上的吸氣通道b又與側(cè)蓋a腔相通，其排氣通道e和側(cè)蓋f腔相通。泵的進(jìn)氣路線為：泵進(jìn)氣口→側(cè)蓋a腔→分配器b腔→泵內(nèi)吸氣區(qū)c腔；泵的排氣路線為：泵內(nèi)排氣區(qū)d→分配器e腔→側(cè)蓋f腔→泵排水口。該泵上方進(jìn)水管10用于起動(dòng)前向泵內(nèi)注水或運(yùn)轉(zhuǎn)中向泵內(nèi)補(bǔ)充水。此外，泵體上還有一回水管12（如右圖所示），它的作用是將水環(huán)外部壓力水引向分配器左、右兩側(cè)，使雙偏心的上、下工作腔隔開，起到密封作用，以防止相互竄氣。

四、2YK–110型雙作用水環(huán)式真空泵圖16-6所示為我國生產(chǎn)的雙作用2YK–110型液環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)剖面圖，該泵主要由轉(zhuǎn)子、分配器、泵蓋、填料箱和水管系統(tǒng)組成。1．轉(zhuǎn)子將葉輪2預(yù)先加熱，然后套入泵軸3組裝而成為真空泵的轉(zhuǎn)子，它對稱地安裝在具有2個(gè)偏心半圓形內(nèi)腔的泵體1中。2．分配器分配器有前分配器4和后分配器9，分別裝在葉輪兩側(cè)內(nèi)孔和泵軸的前、后端（有傳動(dòng)輪的一端為前）。3．泵蓋泵蓋有前蓋5和后蓋10，分別裝在前、后分配器及泵體的兩端。4．填料箱前、后端蓋的泵軸伸出處分別裝有2個(gè)填料箱，填料箱外部分別裝有前、后軸承架6、12；前軸承蓋7、8，后軸承蓋13、14；前端雙列球面滾子軸承36；后端單列向心球軸承35等。5．水管系統(tǒng)此泵的水管系統(tǒng)有進(jìn)水管24，放水管25，回水管26?；厮艿淖饔檬菍⒈脙?nèi)水環(huán)外部之水引向分配器兩側(cè)起密封作用，把吸氣部分和排氣部分隔開。此型泵的結(jié)構(gòu)和SZ型泵比較主要是在轉(zhuǎn)子內(nèi)部裝有固定的分配器，前后分配器上分別有2個(gè)進(jìn)氣孔道和2個(gè)排氣孔道，孔道的位置分別和水環(huán)所形成的新月牙形空間的進(jìn)氣、排氣位置相對應(yīng)，吸氣孔道和端蓋內(nèi)層空腔相通，排氣孔道和端蓋外層空腔相通。兩端蓋的內(nèi)層空間和泵的吸氣口相連，外層則和排氣口相通。該泵采用三角帶間接傳動(dòng)，從帶輪端看泵為順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)與泵之間，設(shè)有三角帶拉緊裝置，以調(diào)整三角帶松緊程度。泵體上和填料箱兩側(cè)設(shè)有進(jìn)水管路裝置，水沿徑向及側(cè)面注入泵腔內(nèi)，以補(bǔ)充水環(huán)用水的消耗。第二節(jié)礦用移動(dòng)式抽放瓦斯泵站礦用移動(dòng)式抽放瓦斯泵站主要用于采空區(qū)、隅角、鄰近層及本煤層內(nèi)的瓦斯抽放，可放置于煤礦瓦斯抽放泵房、煤礦井下硐室或巷道中。泵站具有完整的供電（380/660V50Hz）和供水系統(tǒng)。礦用移動(dòng)式抽放瓦斯泵站主要包括：水環(huán)真空泵、礦用隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)、恒水位氣水分離器、環(huán)境瓦斯超限檢測裝置、磁化水裝置、流量計(jì)量及負(fù)壓測定裝置、停水?dāng)嚯娧b置和故障報(bào)警系統(tǒng)等。其結(jié)構(gòu)分為直聯(lián)式和皮帶式傳動(dòng)兩種。一、恒水位氣水分離器恒水位氣水分離器用于水環(huán)真空泵排氣口端，由于水環(huán)真空泵吸氣靠水環(huán)形成密封腔，故排氣口氣體中含有一定量的水分，因此，需要把水從氣體中分離出來。氣水分離器通過其內(nèi)部控制連桿機(jī)構(gòu)保證水位恒定，達(dá)到自動(dòng)放水功能。二、環(huán)境瓦斯超限檢測裝置環(huán)境瓦斯超限檢測裝置用于實(shí)時(shí)監(jiān)測礦用移動(dòng)式抽放瓦斯泵站工作環(huán)境甲烷濃度，當(dāng)甲烷濃度超過警戒線（1%）時(shí)，甲烷傳感器發(fā)聲光報(bào)警；當(dāng)甲烷濃度超過1.5%時(shí)，甲烷斷電儀通過控制電路控制電磁起動(dòng)器斷電，以確保瓦斯泵站工作的安全可靠性。三、磁化水裝置磁化水裝置用于軟化天然水，天然水經(jīng)過磁化水裝置時(shí)，經(jīng)過磁極數(shù)次變化，水中原來能夠結(jié)成硬垢的鈣、鎂鹽就會(huì)發(fā)生變化，生成疏松的軟垢，軟垢在水中經(jīng)強(qiáng)烈水流沖刷，不致硬結(jié)到泵殼及葉輪上，達(dá)到阻礙或延緩結(jié)垢的目的。四、流量計(jì)量及負(fù)壓測定裝置

流量計(jì)量及負(fù)壓測定裝置用來測定瓦斯抽放管路中的瓦斯流量及管路負(fù)壓，其結(jié)構(gòu)如右圖所示。當(dāng)氣體經(jīng)管路通過孔板時(shí)，在孔板兩側(cè)產(chǎn)生壓差，通過壓差可以計(jì)算出管路中氣體的流量?？刹捎孟铝泻喴坠綄ΦV用移動(dòng)式抽放瓦斯泵站最大抽氣量進(jìn)行計(jì)算：五、停水?dāng)嚯娧b置停水?dāng)嚯娧b置用于監(jiān)測水源供水情況，避免泵站因無水空轉(zhuǎn)而損壞泵體，如下圖所示。故障報(bào)警系統(tǒng)的工作原理為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水環(huán)真空泵旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生負(fù)壓、正壓，進(jìn)行吸氣、排氣。由瓦斯超限斷電裝置和停水?dāng)嚯娧b置來控制磁力起動(dòng)器對環(huán)境瓦斯和水源進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)瓦斯超限時(shí)甲烷傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)（報(bào)警器設(shè)在工作人員容易聽到和看到的地方）達(dá)到斷電點(diǎn)就會(huì)使磁力起動(dòng)器自動(dòng)切斷電源。當(dāng)水源不足時(shí)，停水?dāng)嚯娧b置會(huì)使磁力起動(dòng)器自動(dòng)切斷電源停機(jī)。兩個(gè)監(jiān)控裝置任一個(gè)動(dòng)作都會(huì)停機(jī)。六、故障報(bào)警系統(tǒng)第三節(jié)礦用固定抽放瓦斯泵站地面礦用固定抽放瓦斯泵站主要是利用水環(huán)泵的真空特性，抽吸采用鉆孔預(yù)抽法抽放井下煤層鉆孔鉆場中煤體里的瓦斯；再利用其壓縮特性將瓦斯壓入地面輸氣管路，供給用戶。地面礦用固定抽放瓦斯泵站的管路配置及各種設(shè)備的聯(lián)絡(luò)關(guān)系與布置如左圖所示。

一、對瓦斯泵站的總體要求建造瓦斯泵站的總體要求為：1．礦用固定抽放瓦斯泵站要建造在靠近公路和有水源的地方，距井口、主要建筑物、居民住宅區(qū)不得小于50m，周圍20m內(nèi)不得有明火，但距井口不宜過遠(yuǎn)，距用戶也應(yīng)適中。2．瓦斯泵房必須用不燃材料建造，周圍用圍墻隔離，屋內(nèi)嚴(yán)禁有明火，屋頂開設(shè)天窗，屋外必須設(shè)有不低于放空管的避雷裝置。

3．瓦斯泵房必須用雙電源供電，必須有直通礦調(diào)度室的電話和必要的調(diào)節(jié)控制，安全保護(hù)和參數(shù)監(jiān)測等設(shè)施。同時(shí)還應(yīng)有專用供熱線路和良好的照明設(shè)備等。

4．礦用固定抽放瓦斯泵站內(nèi)必須設(shè)置參數(shù)監(jiān)測裝置和安全裝置。其中，參數(shù)監(jiān)測裝置用于監(jiān)測瓦斯泵和抽放系統(tǒng)的工作狀況，包括瓦斯壓力、流量測定裝置和采樣孔（測定瓦斯?jié)舛龋?；安全裝置對抽放系統(tǒng)起保護(hù)作用。泵房管路配置要考慮瓦斯泵的聯(lián)絡(luò)、切換和調(diào)節(jié)的需要。二、水環(huán)泵的工作系統(tǒng)煤礦抽放瓦斯的水環(huán)泵工作系統(tǒng)主要有水環(huán)泵、氣水分離器和性能調(diào)節(jié)裝置。如下圖所示，水環(huán)泵1入口接負(fù)壓吸氣管4，氣水分離器10入口通過管子7與泵出口連接，其出口與正壓排氣管路8相接。被輸送氣體（CH4）的流動(dòng)路線為：氣水分離器10內(nèi)設(shè)有浮子開關(guān)11，當(dāng)積水到一定程度，浮子升起，開關(guān)自動(dòng)打開，水由溢水管12放出。隨著水位的下降，浮子落下，開關(guān)11關(guān)閉，放水停止，由此保持分離器內(nèi)所需的水位，以保證泵內(nèi)水量。水環(huán)泵用水由分離器10經(jīng)進(jìn)水管15供給，閥16用來調(diào)節(jié)供水量。水環(huán)泵在工作中因摩擦、壓縮使工作水溫升高，因而從氣水分離器底部沿補(bǔ)水管14需不斷供給冷水，以補(bǔ)充放掉的熱水并起冷卻作用。閥門3用于調(diào)節(jié)流量和泵的真空度，微量調(diào)節(jié)可用真空調(diào)節(jié)閥2進(jìn)行（但調(diào)節(jié)后的瓦斯?jié)舛炔坏玫陀?0％）。閥門9用于調(diào)節(jié)排氣壓力和流量，開度減?。ɑ蜷y3開度減?。r(shí)，排出壓力增加（或吸入壓力降低），即壓縮比增加，流量降低。流量調(diào)節(jié)還可借助循環(huán)管6和閥5進(jìn)行，通過閥5開度的大小來調(diào)節(jié)水環(huán)泵工作系統(tǒng)的流量。三、瓦斯泵站的附屬裝置（一）放水裝置1．人工負(fù)壓放水器常用的人工負(fù)壓放水器有人工低負(fù)壓放水器（如左圖所示）和人工高負(fù)壓放水器（如右圖所示）兩種。

人工低負(fù)壓放水器內(nèi)有水時(shí)積于水罐2內(nèi)。放水人員打開死堵3可將水放出，放完后再將死堵擰緊。這種放水器用于井下負(fù)壓分支管路積水量不大的低洼處。如果管內(nèi)負(fù)壓過大，在關(guān)死堵時(shí)會(huì)吸入空氣。一般負(fù)壓在1000Pa以下時(shí)應(yīng)用較多。

人工高負(fù)壓放水器可避免關(guān)堵吸氣現(xiàn)象。正常情況下閥5、6關(guān)閉，閥4打開，瓦斯管有水時(shí)，經(jīng)閥4積于水罐2內(nèi)。放水時(shí)，將閥4關(guān)閉，閥5打開，水罐通入空氣，打開閥6即可放水。放完后，將閥5、6關(guān)閉，閥4打開。該放水器可用于井下負(fù)壓主管中水量較大、負(fù)壓較高處。一般設(shè)在水平管路與傾斜管路交界處、濕度突變處及低洼處。2．地面瓦斯管路放水器地面瓦斯管路放水器的構(gòu)造示意圖如右圖所示，該放水器由積水罐l、抽水管2和蓋板4等組成。瓦斯通過放水器時(shí)，水沉積于積水罐1下部。當(dāng)積水達(dá)到一定量時(shí)，打開死堵6，接上吸水筒，將水通過抽水管2抽出。這種放水器主要用于地面主要瓦斯管路上。一般設(shè)在低洼易積水處，也常設(shè)在主管與用戶支管連接處，因這些地點(diǎn)溫差大、坡度變化大，管內(nèi)易積水。安裝時(shí)應(yīng)考慮凍土層厚度。（二）防爆、防回火裝置

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，抽放瓦斯系統(tǒng)必須設(shè)置防爆、防回火裝置。目前這類裝置有水封式、銅網(wǎng)式、板片式、卵石式和多功能式等幾種類型。1．簡易防爆器這種防爆器多設(shè)在瓦斯泵房和用戶附近，其結(jié)構(gòu)及設(shè)置如下圖所示。當(dāng)管內(nèi)發(fā)生瓦斯爆炸時(shí)，沖擊波沖破膠板2，使爆炸壓力瞬間釋放，從而保證了用戶和機(jī)械設(shè)備的安全。

2．銅網(wǎng)防爆、防回火器該裝置的結(jié)構(gòu)如右圖所示。其中，銅網(wǎng)1起散熱作用以達(dá)到隔絕火焰的目的，防爆膠板2起防爆作用。

3．水封式防爆、防回火器該裝置的結(jié)構(gòu)如下圖所示。正常抽放時(shí)，瓦斯通過水封被抽出或排出。一旦瓦斯管內(nèi)發(fā)生燃燒或爆炸時(shí)，爆炸波和火焰被水封所隔絕，同時(shí)使防爆蓋帽沖開，爆炸能量得以釋放，從而達(dá)到防爆、防回火之目的。

該裝置一般設(shè)置在泵房出口處和用戶附近。如設(shè)置在負(fù)壓抽吸管段上，瓦斯通過水封時(shí)會(huì)造成較大的抽吸阻力，因而井下少用。

（三）放空管與避雷器

1．放空管瓦斯泵房入、出口均應(yīng)設(shè)置放空管（用于把需要排出的氣體排出，并直接排入大氣）及相應(yīng)閥門。

2．避雷器為防止陰雨天雷電引起的電火花破壞瓦斯泵房或從瓦斯放空管點(diǎn)燃瓦斯，在瓦斯泵房和瓦斯罐附近必須配備避雷器。

（四）流量計(jì)

1．孔板流量計(jì)的安裝與構(gòu)造孔板流量計(jì)由節(jié)流元件、孔板和測壓元件構(gòu)成，如右圖所示。測壓元件常用U型、杯型式或傾斜式壓差計(jì)，工作介質(zhì)一般用水。使用時(shí)將流量計(jì)串入被測管路上，用軟管將孔板前后的取壓孔與U型測壓計(jì)連接。

2．流量的測量與計(jì)算當(dāng)瓦斯通過孔板時(shí)形成局部收縮，使流速加快，壓力降低。將測量出的孔板前后壓力差Δh代入下式，即可求出通過管道的瓦斯流量

上式中b、δp

、δT值分別為：當(dāng)混合瓦斯流量求出后，便可求出純瓦斯流量為Q純＝xQ混

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