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運轉，利用循環水的熱傳導原理，將循環水進入循環水池以前先引入設計好的循環水套，利用循環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了循環水的綜合與利用，作用一舉兩得，積極響應國家節能減排的號召，具有很強的現實推廣意義。

高瓦斯礦井；瓦斯抽放泵；散熱裝置；設計實踐

1　提出問題

在我國大多數的煤礦瓦斯抽放泵運轉過程中產生大量熱量，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的正常運行[1]。主要表現在耗電量比較大，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偏心葉輪的旋轉，注入到瓦斯抽放泵泵體內部的水形成的旋轉水環是在離心力的作用下形成的，這樣就會在旋轉的水環的內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=常數并且氣體的體積V發生變化時，作用系統和外界環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，當氣體體積從V1到V2變化時，系統對外界作功為：

根據理想氣體的狀態方程，上式可寫為：

所以，在整個等壓過程中系統所吸收的熱量為：

公式（3）中，在等壓的過程中，系統所吸收的熱量有兩部分組成：其中一部分是用來增加系統的內能的，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指的是氣體的質量（單位：g）；Mmol指的是氣體的摩爾質量(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代表系統對外界做的功；QP代表系統所吸收的熱量；ΔE代表系統的內能。

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的利用局部風機散熱相比較不需要專人管理，節省了人力成本，與傳統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。

[1]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京：煤炭工業出版社，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。