高瓦斯礦井瓦斯抽放泵散熱裝置的設計實踐

張開冰（中煤科工集團北京華宇工程有限公司,北京100120）

高瓦斯礦井瓦斯抽放泵散熱裝置的設計實踐

張開冰
（中煤科工集團北京華宇工程有限公司,北京100120）

針對在礦井瓦斯抽放過程中由于瓦斯抽放泵連續(xù)運轉，利用循環(huán)水的熱傳導原理，將循環(huán)水進入循環(huán)水池以前先引入設計好的循環(huán)水套，利用循環(huán)水套迅速將瓦斯抽放泵電機的溫度降下來，即達到了散熱的目的又實現(xiàn)了循環(huán)水的綜合與利用，作用一舉兩得，積極響應國家節(jié)能減排的號召，具有很強的現(xiàn)實推廣意義。

高瓦斯礦井；瓦斯抽放泵；散熱裝置；設計實踐

1　提出問題

在我國大多數(shù)的煤礦瓦斯抽放泵運轉過程中產(chǎn)生大量熱量，瓦斯泵電機及泵體溫度過高不僅造成瓦斯抽放泵使用壽命縮短，而且會使減速機中油溫升高，造成齒輪油粘性下降，油泄漏情況加劇，嚴重影響了瓦斯抽放系統(tǒng)的正常運行[1]。主要表現(xiàn)在耗電量比較大，成本高，局部通風機管理比較復雜必須有安排專人管理局部通風機，另外局部通風機管理不善極容易產(chǎn)生引火熱源存在極大的火災隱患[2]。

2　分析問題

目前高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井中常用的瓦斯抽放泵主要為水環(huán)式真空泵，瓦斯抽放泵散熱裝置的工作原理：瓦斯抽放泵要想達到吸氣與排氣的目的，就要依靠瓦斯抽放泵泵體內(nèi)偏心葉輪的旋轉，注入到瓦斯抽放泵泵體內(nèi)部的水形成的旋轉水環(huán)是在離心力的作用下形成的，這樣就會在旋轉的水環(huán)的內(nèi)表面與葉輪輪轂之間形成的一個近似月牙形狀的真空空間，從而跟進此真空空間體積V的變花來實現(xiàn)吸氣、排氣的效果。

由熱力學的第一定律可以知道，當壓強P=常數(shù)并且氣體的體積V發(fā)生變化時，作用系統(tǒng)和外界環(huán)境之間存在著相互作用，這個相互作用就是指功和熱量之間的相互轉換。當壓力為等壓時，由于P=常數(shù)，當氣體體積從V1到V2變化時，系統(tǒng)對外界作功為：

根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，上式可寫為：

所以，在整個等壓過程中系統(tǒng)所吸收的熱量為：

公式（3）中，在等壓的過程中，系統(tǒng)所吸收的熱量有兩部分組成：其中一部分是用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能的，另外一部分是用來對外界作功的。

其中，上述公式中的符號M指的是氣體的質(zhì)量（單位：g）；Mmol指的是氣體的摩爾質(zhì)量(單位：g/mol)；普適氣體常量用R來表示（國際單位制中R=8.31J?mol-1?K-1）；P代表氣體的壓強；T代表氣體的溫度；V代表氣體的體積；AP代表系統(tǒng)對外界做的功；QP代表系統(tǒng)所吸收的熱量；ΔE代表系統(tǒng)的內(nèi)能。

3　解決問題

新型散熱裝置熱的傳遞方式有三種形式：輻射、傳導和對流。該新型瓦斯抽放泵散熱裝置利用了熱傳導的方式進行散熱，散熱裝置的設計示意圖見圖1所示。

在圖1中的數(shù)字符號代表的含義為：1指的是管路的總進水管，其中管道直徑為42mm；2指的是進水閘門，其中管口直徑為42mm；3指的是三通，其中管口直徑為42mm；4指的是總進水管的分支管道，其中管口直徑為42mm；5指的是管口直徑為18mm的散熱管；6指的是穿螺絲孔；7指的是出水管路，其中管口直徑為42mm；8為出水閘門，其中直徑為42mm；9為管口直徑為52mm的水管；10為鐵片。

新型散熱裝置的工藝設計步驟如下：

（1）用彎管機將四根Φ50mm水管壓成如圖1中I-I局部視圖中9所示與瓦斯泵電機外形輪廓一致的弧度。

（2）在每根水管9兩端分別焊接一個鐵片10，以防止水管9漏水，每個鐵板正中間分別打一個穿螺絲孔6以便穿螺絲用。

（3）在每對弧度一致的彎管上（如圖1中主視圖及I-I局部視圖所示）按等分打若干個Φ12mm的小孔并用散熱管5將每對彎管連接、焊接牢固。

（4）如圖1俯視圖所示，在水管9的進水端和出水端分別焊接上進水管4和出水管7，在進水管4外部需用三通3和閘門2與總進水管1和水源相連，出水管7與出水閘門8連接后與瓦斯泵房水池相通。

新型散熱裝置的工作過程如下：

（1）如I-I局部視圖所示:工作時，工作人員通過穿螺絲孔6用與之相配的長螺絲將散熱裝置主體結構緊緊地轂住電機外殼。

（2）打開總進水閘門2（冷水流經(jīng)路線為：總進水管1→進水閘門2→三通3→分進水管4→水管9→散熱管5→水管9→出水管7→出水閘門8→水池）。

（3）冷水通過散熱管4后，將瓦斯抽放泵電機所產(chǎn)生的熱量通過熱傳導的方式帶走，從而降溫。

4　結語

（1）該“新型散熱裝置”設計與研究與傳統(tǒng)的利用局部風機散熱相比較能夠省去局部通風機及其附屬設備，從而減少了設備和耗電成本，大幅度地降低了瓦斯抽放泵的運行成本。

（2）該“新型散熱裝置”的目的有三：一是可以降低瓦斯泵的溫度；二是可以為瓦斯泵的運轉提供足夠的水源；三是可以提高水源的綜合利用率。

（3）該“新型散熱裝置”的設計與研究與傳統(tǒng)的利用局部風機散熱相比較不需要專人管理，節(jié)省了人力成本，與傳統(tǒng)的利用局部風機散熱相比較減少了引火熱源，促進了安全生產(chǎn)。

[1]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2001:101-103.

[2]俞啟香.礦井瓦斯治理（第二版）[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版，1993:45-47.

張開冰（1987—），男，遼寧北票人，助理工程師，主要從事：礦山機械設計。