高瓦斯矿井瓦斯抽放泵散热装置的设计实践

摘 要：针对在矿井瓦斯抽放过程中由于瓦斯抽放泵连续运转，利用循环水的热传导原理，将循环水进入循环水池以前先引入设计好的循环水套，利用循环水套迅速将瓦斯抽放泵电机的温度降下来，即达到了散热的目的又实现了循环水的综合与利用，作用一举两得，积极响应国家节能减排的号召，具有很强的现实推广意义。

关键词：高瓦斯矿井；瓦斯抽放泵；散热装置；设计实践

1 提出问题

在我国大多数的煤矿瓦斯抽放泵运转过程中产生大量热量，瓦斯泵电机及泵体温度过高不仅造成瓦斯抽放泵使用寿命缩短，而且会使减速机中油温升高，造成齿轮油粘性下降，油泄漏情况加剧，严重影响了瓦斯抽放系统的正常运行[1]。主要表现在耗电量比较大，成本高，局部通风机管理比较复杂必须有安排专人管理局部通风机，另外局部通风机管理不善极容易产生引火热源存在极大的火灾隐患[2]。

2 分析问题

目前高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井中常用的瓦斯抽放泵主要为水环式真空泵，瓦斯抽放泵散热装置的工作原理：瓦斯抽放泵要想达到吸气与排气的目的，就要依靠瓦斯抽放泵泵体内偏心叶轮的旋转，注入到瓦斯抽放泵泵体内部的水形成的旋转水环是在离心力的作用下形成的，这样就会在旋转的水环的内表面与叶轮轮毂之间形成的一个近似月牙形状的真空空间，从而跟进此真空空间体积V的变花来实现吸气、排气的效果。

由热力学的第一定律可以知道，当压强P=常数并且气体的体积V发生变化时，作用系统和外界环境之间存在着相互作用，这个相互作用就是指功和热量之间的相互转换。当压力为等压时，由于P=常数，当气体体积从V1到V2变化时，系统对外界作功为：

（1）

根据理想气体的状态方程，上式可写为：

AP=P（V2-V1）=M/MmolR（T2-T1） （2）

所以，在整个等压过程中系统所吸收的热量为：

QP=ΔE+P（V2-V1）=E2-E1+ M/MmolR（T2-T1） （3）

公式（3）中，在等压的过程中，系统所吸收的热量有两部分组成：其中一部分是用来增加系统的内能的，另外一部分是用来对外界作功的。

其中，上述公式中的符号M指的是气体的质量（单位：g）；Mmol指的是气体的摩尔质量（单位：g/mol）；普适气体常量用R来表示（国际单位制中R=8.31J·mol-1·K-1）；P代表气体的压强；T代表气体的温度；V代表气体的体积；AP代表系统对外界做的功；QP代表系统所吸收的热量； ΔE代表系统的内能。

3 解决问题

新型散热装置热的传递方式有三种形式：辐射、传导和对流。该新型瓦斯抽放泵散热装置利用了热传导的方式进行散热，散热装置的设计示意图见图1所示。

在图1中的数字符号代表的含义为：1指的是管路的总进水管，其中管道直径为42mm；2指的是进水闸门，其中管口直径为42mm；3指的是三通，其中管口直径为42mm；4指的是总进水管的分支管道，其中管口直径为42mm；5指的是管口直径为18mm的散热管；6指的是穿螺丝孔；7指的是出水管路，其中管口直径为42mm；8为出水闸门，其中直径为42mm；9为管口直径为52mm的水管；10为铁片。

新型散热装置的工艺设计步骤如下：

（1）用弯管机将四根Φ50mm水管压成如图1中I-I局部视图中9所示与瓦斯泵电机外形轮廓一致的弧度。

（2）在每根水管9两端分别焊接一个铁片10，以防止水管9漏水，每个铁板正中间分别打一个穿螺丝孔6以便穿螺丝用。

（3）在每对弧度一致的弯管上（如图1中主视图及I-I局部视图所示）按等分打若干个Φ12mm的小孔并用散热管5将每对弯管连接、焊接牢固。

（4）如图1俯视图所示，在水管9的进水端和出水端分别焊接上进水管4和出水管7，在进水管4外部需用三通3和闸门2与总进水管1和水源相连，出水管7与出水闸门8连接后与瓦斯泵房水池相通。

新型散热装置的工作过程如下：

（1）如I-I局部视图所示：工作时，工作人员通过穿螺丝孔6用与之相配的长螺丝将散热装置主体结构紧紧地毂住电机外壳。

（2）打开总进水闸门2（冷水流经路线为：总进水管1→进水闸门2→三通3→分进水管4→水管9→散热管5→水管9→出水管7→出水闸门8→水池）。

（3）冷水通过散热管4后，将瓦斯抽放泵电机所产生的热量通过热传导的方式带走，从而降温。

4 结语

（1）该“新型散热装置”设计与研究与传统的利用局部风机散热相比较能够省去局部通风机及其附属设备，从而减少了设备和耗电成本，大幅度地降低了瓦斯抽放泵的运行成本。

（2）该“新型散热装置”的目的有三：一是可以降低瓦斯泵的温度；二是可以为瓦斯泵的运转提供足够的水源；三是可以提高水源的综合利用率。

（3）该“新型散热装置”的设计与研究与传统的利用局部风机散热相比较不需要专人管理，节省了人力成本，与传统的利用局部风机散热相比较减少了引火热源，促进了安全生产。

参考文献：

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001：101-103.

[2]俞启香.矿井瓦斯治理（第二版）[M].徐州：中国矿业大学出版，1993：45-47.

作者简介：张开冰（1987—），男，辽宁北票人，助理工程师，主要从事：矿山机械设计。

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