瓦斯抽放泵減速箱獨立冷卻水系統的設計分析

魏 凱

（潞安化工集團漳村煤礦，山西 長治 046032）

引言

瓦斯抽采是高瓦斯礦井和突出礦井的首要要務。關于煤礦生產的安全問題，我國在2004 年提出了瓦斯抽采12 字方針政策，其方針的內容是“先抽后采，以風定產，檢測監控”，其中“先抽后采”居首，由此能看出其瓦斯抽采所占位置的重要性。瓦斯抽放系統在地面和井下都占有舉足輕重的作用。

目前，水環式真空泵、離心式鼓風機和回轉式鼓風機是瓦斯抽放泵的三種類型。水環式真空泵被廣泛應用，抽放泵在工作時消耗的大功率和大量的熱量在抽放時會壓縮氣體產生，使泵體的溫度升高，從而使抽放泵、電機和減速箱受到了嚴重的損害，致使抽放泵運轉的時間大大縮短。

1 抽放泵減速箱存在的問題

潞安化工集團某礦有4 臺水環式真空抽放泵，型號為2BEC72，電機型號為YB2，最大吸氣量為510 m3/min，極限壓力為160 hPa，這4 臺抽放泵中2臺正常使用，剩余的2 臺留作備用。抽采泵所應用的減速箱型號為西門子S/N-JKD，減速箱是通過一根細鋼管作為冷卻水的通道，環形布滿整個減速箱，其主要作用是冷卻減速箱，預防由于溫度過高而使潤滑油失去作用，從而致使無法使用減速箱齒輪。循環軟化水是減速箱冷卻水和抽放泵水源的來源，循環水途經泵體、減速箱最終流入低位軟化水池，最后通過水泵抽入高位水池，靠自身重力流入減速箱和抽放泵內，不停地重復循環，造成減速箱冷卻水雜質含量過高，溫度無法被控制在正常范圍內，經常出現因減速箱溫度過高導致抽放泵無法正常運行。

2 抽放泵減速箱超溫原因

由抽放泵體內的循環水和井下抽出的煤層氣構成的混合物，途經氣水分離、排出氣體、循環水自動流入低位水池，導致循環水中含有煤渣和煤塵等許多雜質，造成循環水含雜質量增大，純凈度顯著下降。

水途經泵體帶走了很多熱能，也帶走了抽放泵兩端軸承和減速箱中齒輪和軸承轉動摩擦所所產生的能量，使循環水的熱能增大，溫度快速上升。

一根截面積很小的銅管構成了減速箱的冷卻水通道，連續不斷的水流過整個銅管帶走盡可能多的熱量，使得潤滑油及減速箱軸不超過額定溫度運行。由于循環水雜質含量過高，會大幅縮小循環水通道實際水流的截面積，使得單位時間水流量減少，從而使冷卻水進入管道，將無法帶走大量熱能，由于以上兩種效果同時作用，導致減速箱溫度下降不明顯，達不到預期的冷卻效果，減速箱臨界高溫運行處于常態，給抽采系統可靠運行留下了很大隱患。

由以上情況可知，在運行中，抽采泵正常運行多長時間的重要因素是減速箱的溫度，所以，本礦每月輪換1 次抽采泵，在夏季由于外部環境溫度升高，導致循環水的溫度也跟著上升，抽采系統運行時也會升高其自身溫度，致使減速箱常常發生溫度過高，經常在運行半月的時間就必須更換備用泵，因此大幅度降低了抽采系統可靠性和安全性[2]。

由此可以看出，要想提高減速箱的可靠性、安全性的最主要的工作是降低減速箱冷卻水的溫度和雜質的含量。因此，為瓦斯抽放泵減速箱研究并設計了獨立循環冷卻水系統，為了使冷卻水中的雜質減少的目的，需要把冷卻水和循環水分開，并且設計和制作了環狀水包，用井下的低溫煤層氣使冷卻水的溫度降低，使冷卻效果更加有效。

3 設計制作冷卻水獨立系統

獨立冷卻水池和冷卻水包是冷卻水獨立系統的兩個組成部分，降低雜質含量的用獨立冷卻水池來實現，降低冷卻水溫度有冷卻水包來實現，使冷卻水的冷卻效果更加有效。

3.1 設計獨立冷卻水池

為了能分離冷卻水和泵內循環水，在高位水池和原來的低位水池中分別設置單獨容器，依據各自使用水的多少來決定容器體積，單獨容器存放各自減速箱冷卻水。制好的軟化水，直接流入新建地位冷卻水池中，原低位水池用來存放溢出的軟化水，潛水泵被安裝在低位冷卻水池中，可將低位冷卻水池中水抽到高位冷卻水池中，抽到高位冷卻水池中水靠重力流到減速箱內，最后從減速箱內流出后又回到低位冷卻水池中，需達到下面幾點要求來完成這一循環：

1）為了保證新建低位冷卻水池內無雜質，就需要原低位冷卻水池內的水不能流入新建低位冷卻水池中，而且原低位冷卻水池的最高液面需要稍低于新建低位冷卻水池。

2）液位傳感器安裝在低位冷卻水池中，在原高低位水池高度相同時，傳感器就可以讓水泵的自動開關，從而實現自動化，使系統的可靠性得以保障。

3）為了保證新建高位水池內無雜質，就需要確保原高位冷卻水池的水不能流入新建的高位冷卻水池中，而且原高位冷卻水池的最高液面稍低于新建高位冷卻水池，在位于最底部的高位冷卻水池處留孔，促使水可以流到減速箱內。

4）為了使系統能夠可靠運行，需要在高位冷卻水池中安裝液位傳感器，傳感器依據液面高度實現在低位冷卻水池中對水泵的控制。

采取上面4 項措施，可使雜質在減速箱冷卻水中含量降低，使堵塞減速箱冷卻水通道的風險大大降低。

3.2 設計冷卻水包

每年溫度開始升高時都會看到有一層水珠覆蓋在瓦斯抽采系統的進氣管道壁上，這層水珠是由于溫度過低煤層氣被抽出后遇到空氣中的水蒸氣凝結形成的，由此可見，煤層氣溫度在井下是非常低的，所以，用它的溫度可以中和一部分溫度高的冷卻水，以達到降低溫度的目的。

制作2 個盛水容器，這兩個盛水容器必須是封閉，而且是半圓環形柱狀的，1 個圓環形柱狀體是由2 個半圓環組成的，為了保證圓環形柱狀體能把瓦斯進氣管道最可能小的包裹住，需要進氣瓦斯管應小于圓環直徑，以達到煤層氣的低溫和高溫冷卻水這兩者之間的熱傳遞，從而實現降溫的目的。依據瓦斯管道的長短來設計環形容器的厚度，橫截面寬度和長度，環形容器可有是1 個整體的組成的，也可以是幾個短的組成的[3]。

比如1 組圓環的，2 個半圓環的對角分別留1個孔，并將頂部的2 個孔連通，而底下的2 個孔分別作為冷卻水的出水孔和進水孔，高位冷卻水從進水孔進入半圓環，在半圓環內充滿水后，通過頂部的孔流入另一個半圓環，通過出水孔流入減速箱，由此來完成水在1 組圓環中的循環，使1 組圓環中的都充滿水，而且要在每個空洞安裝用于清洗和開關的過濾網和閥門，以保證能夠定期清理雜質，不能堵塞裝置。

4 結語

為了使減速箱溫度過高的問題從根本上得到解決，應研制設計和建立冷卻水獨立循環系統，提高減速箱的可靠性，使瓦斯抽采泵能夠正常運轉。