第十六章《矿山流体机械》课件.ppt

第十六章 抽放瓦斯设备,本章学习要点,水环泵的结构 矿用移动式抽放瓦斯泵站矿用固定抽放瓦斯泵站 本章小结,第一节 水环泵的结构,一、SZ型单作用水环泵,常见的SZ型单作用水环泵有SZ1、SZ2、SZ3和SZ4四种规格。在型号SZ1中，大写字母S代表水环泵，大写字母Z代表真空泵，数字1代表真空泵的规格种类。,SZ3（4）型水环泵结构如左图所示。,该泵由泵体、前后端盖、叶轮和轴等零件组成。前弯叶片的叶轮8用键11与泵轴9联接，两端用轴套5和15定位并用锁紧螺母3顶紧构成泵转子部分。转子偏心地装于泵体10内并由联轴器与电动机联接，轴的两端用滚动轴承支承。泵体两端用左、右侧盖13和7封住，侧盖内腔用隔板分为吸气腔和排气腔，分别与吸、排气口连通，在靠泵体一侧壁上开有吸气孔和排气孔，沟通泵内工作容积和气腔的气流通道。为防止外界大气进入泵内和泵内气体泄漏，在轴套与填料箱6之间装有填料14，并用压盖4压紧。进水管16与气水分离器或其他外部水源相接，向泵内补水。水封管12向填料箱引水，对填料箱起润滑、冷却和密封作用，同时对间隙A密封。,如右图所示为侧盖的结构。侧盖上小孔5是为防止过压缩而设置的。当泵内气体未进入排气状态而压力p超过排气口内压力p2（系统压力）时，橡皮球8因压力差作用而变形，使小孔与排气孔连通，进而使泵内压缩区气体提前排气，从而避免了过压缩现象。,二、2BEC型单作用水环真空泵,2BEC型单作用水环真空泵的结构如右图所示。该泵由泵体、叶轮、前后端盖、前后分配器、轴、前后轴承部件、阀板部件等组成。,轴偏心地安装在泵体中，叶轮与轴为过盈配合，泵两端面的总间隙由泵体和分配器之间的垫来调整，在装配时由前端定位来首先确定单面间隙，叶轮与分配器端面间隙的大小对气体的泄漏（排气腔向吸气腔的泄漏）有较大的影响，因而装配必须予以保证，对于叶轮直径大于500mm的水环泵，单面控制在0.250.35mm，两端总间隙为0.50.7mm。,填料装在两端盖内，密封液经由端盖中的孔进入填料室，以冷却填料及加强密封效果。当采用机械密封时，机械密封安装在填料室腔，填料压盖换成机械密封压盖。在前后分配器上均设有吸、排气月牙形孔和椭圆形排气孔，并安装有阀板部件，阀板的作用是当叶轮叶片间的气体压力达到排气压力时，在月牙形排气口以前就将气体排出，减少了因气体压力过大而加大功率的消耗。,三、SK型双作用水环泵,SK型双作用水环泵的结构如右图所示。该泵由泵体、前后端盖、叶轮和轴等零件组成。,由叶轮7和泵轴6组成的泵转子安装在椭圆形泵体8内，轴两端用轴承箱1支承，通过联轴器与电动机出轴联接。左、右分配器9、5分别套装在泵轴两侧，其内端伸入叶轮轮毂内孔中，另一端借法兰盘与封闭泵体两侧的左、右侧盖11、4固定在一起。左、右侧盖，左、右分配器及泵体构成了泵的定子。侧盖内有两层空腔a和f，分别和泵的进、排气口（进、排气口在泵两侧，图中未画出）相通，分配器上的吸气通道b又与侧盖a腔相通，其排气通道e和侧盖f腔相通。,四、2YK110型双作用水环式真空泵,图16-6所示为我国生产的双作用2YK110型液环式真空泵结构剖面图，该泵主要由转子、分配器、泵盖、填料箱和水管系统组成。,1转子,将叶轮2预先加热，然后套入泵轴3组装而成为真空泵的转子，它对称地安装在具有2个偏心半圆形内腔的泵体1中。,2分配器,分配器有前分配器4和后分配器9，分别装在叶轮两侧内孔和泵轴的前、后端（有传动轮的一端为前）。,3泵盖,泵盖有前盖5和后盖10，分别装在前、后分配器及泵体的两端。,4填料箱,前、后端盖的泵轴伸出处分别装有2个填料箱，填料箱外部分别装有前、后轴承架6、12；前轴承盖7、8，后轴承盖13、14；前端双列球面滚子轴承36；后端单列向心球轴承35等。,5水管系统,此泵的水管系统有进水管24，放水管25，回水管26。回水管的作用是将泵内水环外部之水引向分配器两侧起密封作用，把吸气部分和排气部分隔开。,此型泵的结构和SZ型泵比较主要是在转子内部装有固定的分配器，前后分配器上分别有2个进气孔道和2个排气孔道，孔道的位置分别和水环所形成的新月牙形空间的进气、排气位置相对应，吸气孔道和端盖内层空腔相通，排气孔道和端盖外层空腔相通。两端盖的内层空间和泵的吸气口相连，外层则和排气口相通。该泵采用三角带间接传动，从带轮端看泵为顺时针方向旋转。在电机与泵之间，设有三角带拉紧装置，以调整三角带松紧程度。泵体上和填料箱两侧设有进水管路装置，水沿径向及侧面注入泵腔内，以补充水环用水的消耗。,第二节 矿用移动式抽放瓦斯泵站,矿用移动式抽放瓦斯泵站主要用于采空区、隅角、邻近层及本煤层内的瓦斯抽放，可放置于煤矿瓦斯抽放泵房、煤矿井下硐室或巷道中。泵站具有完整的供电（380/660V 50Hz）和供水系统。矿用移动式抽放瓦斯泵站主要包括：水环真空泵、矿用隔爆型三相异步电动机、恒水位气水分离器、环境瓦斯超限检测装置、磁化水装置、流量计量及负压测定装置、停水断电装置和故障报警系统等。其结构分为直联式和皮带式传动两种。,一、恒水位气水分离器,恒水位气水分离器用于水环真空泵排气口端，由于水环真空泵吸气靠水环形成密封腔，故排气口气体中含有一定量的水分，因此，需要把水从气体中分离出来。气水分离器通过其内部控制连杆机构保证水位恒定，达到自动放水功能。,二、环境瓦斯超限检测装置,环境瓦斯超限检测装置用于实时监测矿用移动式抽放瓦斯泵站工作环境甲烷浓度，当甲烷浓度超过警戒线（1%）时，甲烷传感器发声光报警；当甲烷浓度超过1.5%时，甲烷断电仪通过控制电路控制电磁起动器断电，以确保瓦斯泵站工作的安全可靠性。,三、磁化水装置,磁化水装置用于软化天然水，天然水经过磁化水装置时，经过磁极数次变化，水中原来能够结成硬垢的钙、镁盐就会发生变化，生成疏松的软垢，软垢在水中经强烈水流冲刷，不致硬结到泵壳及叶轮上，达到阻碍或延缓结垢的目的。,四、流量计量及负压测定装置,流量计量及负压测定装置用来测定瓦斯抽放管路中的瓦斯流量及管路负压，其结构如右图所示。当气体经管路通过孔板时，在孔板两侧产生压差，通过压差可以计算出管路中气体的流量。,可采用下列简易公式对矿用移动式抽放瓦斯泵站最大抽气量进行计算：,五、停水断电装置,停水断电装置用于监测水源供水情况，避免泵站因无水空转而损坏泵体，如下图所示。,故障报警系统的工作原理为电动机带动水环真空泵旋转产生负压、正压，进行吸气、排气。由瓦斯超限断电装置和停水断电装置来控制磁力起动器对环境瓦斯和水源进行监控。当瓦斯超限时甲烷传感器发出报警信号（报警器设在工作人员容易听到和看到的地方）达到断电点就会使磁力起动器自动切断电源。当水源不足时，停水断电装置会使磁力起动器自动切断电源停机。两个监控装置任一个动作都会停机。,六、故障报警系统,第三节 矿用固定抽放瓦斯泵站,地面矿用固定抽放瓦斯泵站主要是利用水环泵的真空特性，抽吸采用钻孔预抽法抽放井下煤层钻孔钻场中煤体里的瓦斯；再利用其压缩特性将瓦斯压入地面输气管路，供给用户。,地面矿用固定抽放瓦斯泵站的管路配置及各种设备的联络关系与布置如左图所示。,一、对瓦斯泵站的总体要求,建造瓦斯泵站的总体要求为：1矿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、居民住宅区不得小于50m，周围20m内不得有明火，但距井口不宜过远，距用户也应适中。2瓦斯泵房必须用不燃材料建造，周围用围墙隔离，屋内严禁有明火，屋顶开设天窗，屋外必须设有不低于放空管的避雷装置。,3瓦斯泵房必须用双电源供电，必须有直通矿调度室的电话和必要的调节控制，安全保护和参数监测等设施。同时还应有专用供热线路和良好的照明设备等。4矿用固定抽放瓦斯泵站内必须设置参数监测装置和安全装置。其中，参数监测装置用于监测瓦斯泵和抽放系统的工作状况，包括瓦斯压力、流量测定装置和采样孔（测定瓦斯浓度）；安全装置对抽放系统起保护作用。泵房管路配置要考虑瓦斯泵的联络、切换和调节的需要。,二、水环泵的工作系统,煤矿抽放瓦斯的水环泵工作系统主要有水环泵、气水分离器和性能调节装置。如下图所示，水环泵1入口接负压吸气管4，气水分离器10入口通过管子7与泵出口连接，其出口与正压排气管路8相接。,水环泵在工作中因摩擦、压缩使工作水温升高，因而从气水分离器底部沿补水管14需不断供给冷水，以补充放掉的热水并起冷却作用。阀门3用于调节流量和泵的真空度，微量调节可用真空调节阀2进行（但调节后的瓦斯浓度不得低于30）。阀门9用于调节排气压力和流量，开度减小（或阀3开度减小）时，排出压力增加（或吸入压力降低），即压缩比增加，流量降低。流量调节还可借助循环管6和阀5进行，通过阀5开度的大小来调节水环泵工作系统的流量。,三、瓦斯泵站的附属装置,（一）放水装置,1人工负压放水器,常用的人工负压放水器有人工低负压放水器（如左图所示）和人工高负压放水器（如右图所示）两种。,人工低负压放水器内有水时积于水罐2内。放水人员打开死堵3可将水放出，放完后再将死堵拧紧。这种放水器用于井下负压分支管路积水量不大的低洼处。如果管内负压过大，在关死堵时会吸入空气。一般负压在1000Pa以下时应用较多。人工高负压放水器可避免关堵吸气现象。正常情况下阀5、6关闭，阀4打开，瓦斯管有水时，经阀4积于水罐2内。放水时，将阀4关闭，阀5打开，水罐通入空气，打开阀6即可放水。放完后，将阀5、6关闭，阀4打开。该放水器可用于井下负压主管中水量较大、负压较高处。一般设在水平管路与倾斜管路交界处、湿度突变处及低洼处。,2地面瓦斯管路放水器,地面瓦斯管路放水器的构造示意图如右图所示，该放水器由积水罐l、抽水管2和盖板4等组成。瓦斯通过放水器时，水沉积于积水罐1下部。当积水达到一定量时，打开死堵6，接上吸水筒，将水通过抽水管2抽出。,这种放水器主要用于地面主要瓦斯管路上。一般设在低洼易积水处，也常设在主管与用户支管连接处，因这些地点温差大、坡度变化大，管内易积水。安装时应考虑冻土层厚度。,（二）防爆、防回火装置,煤矿安全规程规定，抽放瓦斯系统必须设置防爆、防回火装置。目前这类装置有水封式、铜网式、板片式、卵石式和多功能式等几种类型。,1简易防爆器,这种防爆器多设在瓦斯泵房和用户附近，其结构及设置如下图所示。当管内发生瓦斯爆炸时，冲击波冲破胶板2，使爆炸压力瞬间释放，从而保证了用户和机械设备的安全。,2铜网防爆、防回火器,该装置的结构如右图所示。其中，铜网1起散热作用以达到隔绝火焰的目的，防爆胶板2起防爆作用。,3水封式防爆、防回火器,该装置的结构如下图所示。正常抽放时，瓦斯通过水封被抽出或排出。一旦瓦斯管内发生燃烧或爆炸时，爆炸波和火焰被水封所隔绝，同时使防爆盖帽冲开，爆炸能量得以释放，从而达到防爆、防回火之目的。,该装置一般设置在泵房出口处和用户附近。如设置在负压抽吸管段上，瓦斯通过水封时会造成较大的抽吸阻力，因而井下少用。,（三）放空管与避雷器,1放空管,瓦斯泵房入、出口均应设置放空管（用于把需要排出的气体排出，并直接排入大气）及相应阀门。,2避雷器,为防止阴雨天雷电引起的电火花破坏瓦斯泵房或从瓦斯放空管点燃瓦斯，在瓦斯泵房和瓦斯罐附近必须配备避雷器。,（四）流量计,1孔板流量计的安装与构造,孔板流量计由节流元件、孔板和测压元件构成，如右图所示。测压元件常用U型、杯型式或倾斜式压差计，工作介质一般用水。使用时将流量计串入被测管路上，用软管将孔板前后的取压孔与U型测压计连接。,2流量的测量与计算,本章小结,（一）水环泵的结构,水环泵有单作用水环泵和双作用水环泵。在本章中我们主要介绍了SZ型和2BEC型单作用水环泵的结构，以及SK型和2YK110型双作用水环泵的结构。,（二）矿用移动式抽放瓦斯泵站,矿用移动式抽放瓦斯泵站主要用于采空区、隅角、邻近层及本煤层内的瓦斯抽放，可放置于煤矿瓦斯抽放泵房、煤矿井下硐室或巷道中。矿用移动式抽放瓦斯泵站主要包括：水环真空泵、矿用隔爆型三相异步电动机、恒水位气水分离器、环境瓦斯超限检测装置、磁化水装置、流量计量及负压测定装置、停水断电装置和故障报警系统等组成。,1恒水位气水分离器通过其内部控制连杆机构保证水位恒定，达到自动放水功能。2环境瓦斯超限检测装置用于实时监测矿用移动式抽放瓦斯泵站工作环境甲烷浓度。3磁化水装置用于软化天然水，从而达到阻碍或延缓结垢的目的。4流量计量及负压测定装置用来测定瓦斯抽放管路中的瓦斯流量及管路负压。5停水断电装置用于监测水源供水情况，避免泵站因无水空转而损坏泵体。,6故障报警系统用于监控环境瓦斯和水源，当瓦斯超限或水源不足时，会发出报警信号并自动切断电源停机。,（三）矿用固定抽放瓦斯泵站,地面矿用固定抽放瓦斯泵站主要是利用水环泵的真空特性，抽吸采用钻孔预抽法抽放井下煤层钻孔钻场中煤体里的瓦斯；再利用其压缩特性将瓦斯压入地面输气管路，供给用户。,