瓦斯抽放泵減速箱獨(dú)立冷卻水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

魏 凱

（潞安化工集團(tuán)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?jiǎng)?wù)。關(guān)于煤礦生產(chǎn)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(nèi)容是“先抽后采，以風(fēng)定產(chǎn)，檢測監(jiān)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(tǒng)在地面和井下都占有舉足輕重的作用。

目前，水環(huán)式真空泵、離心式鼓風(fēng)機(jī)和回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)是瓦斯抽放泵的三種類型。水環(huán)式真空泵被廣泛應(yīng)用，抽放泵在工作時(shí)消耗的大功率和大量的熱量在抽放時(shí)會(huì)壓縮氣體產(chǎn)生，使泵體的溫度升高，從而使抽放泵、電機(jī)和減速箱受到了嚴(yán)重的損害，致使抽放泵運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間大大縮短。

1 抽放泵減速箱存在的問題

潞安化工集團(tuán)某礦有4 臺(tái)水環(huán)式真空抽放泵，型號(hào)為2BEC72，電機(jī)型號(hào)為YB2，最大吸氣量為510 m3/min，極限壓力為160 hPa，這4 臺(tái)抽放泵中2臺(tái)正常使用，剩余的2 臺(tái)留作備用。抽采泵所應(yīng)用的減速箱型號(hào)為西門子S/N-JKD，減速箱是通過一根細(xì)鋼管作為冷卻水的通道，環(huán)形布滿整個(gè)減速箱，其主要作用是冷卻減速箱，預(yù)防由于溫度過高而使?jié)櫥褪プ饔?，從而致使無法使用減速箱齒輪。循環(huán)軟化水是減速箱冷卻水和抽放泵水源的來源，循環(huán)水途經(jīng)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(nèi)，不停地重復(fù)循環(huán)，造成減速箱冷卻水雜質(zhì)含量過高，溫度無法被控制在正常范圍內(nèi)，經(jīng)常出現(xiàn)因減速箱溫度過高導(dǎo)致抽放泵無法正常運(yùn)行。

2 抽放泵減速箱超溫原因

由抽放泵體內(nèi)的循環(huán)水和井下抽出的煤層氣構(gòu)成的混合物，途經(jīng)氣水分離、排出氣體、循環(huán)水自動(dòng)流入低位水池，導(dǎo)致循環(huán)水中含有煤渣和煤塵等許多雜質(zhì)，造成循環(huán)水含雜質(zhì)量增大，純凈度顯著下降。

水途經(jīng)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(zhuǎn)動(dòng)摩擦所所產(chǎn)生的能量，使循環(huán)水的熱能增大，溫度快速上升。

一根截面積很小的銅管構(gòu)成了減速箱的冷卻水通道，連續(xù)不斷的水流過整個(gè)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(yùn)行。由于循環(huán)水雜質(zhì)含量過高，會(huì)大幅縮小循環(huán)水通道實(shí)際水流的截面積，使得單位時(shí)間水流量減少，從而使冷卻水進(jìn)入管道，將無法帶走大量熱能，由于以上兩種效果同時(shí)作用，導(dǎo)致減速箱溫度下降不明顯，達(dá)不到預(yù)期的冷卻效果，減速箱臨界高溫運(yùn)行處于常態(tài)，給抽采系統(tǒng)可靠運(yùn)行留下了很大隱患。

由以上情況可知，在運(yùn)行中，抽采泵正常運(yùn)行多長時(shí)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(huán)境溫度升高，導(dǎo)致循環(huán)水的溫度也跟著上升，抽采系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)也會(huì)升高其自身溫度，致使減速箱常常發(fā)生溫度過高，經(jīng)常在運(yùn)行半月的時(shí)間就必須更換備用泵，因此大幅度降低了抽采系統(tǒng)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(zhì)的含量。因此，為瓦斯抽放泵減速箱研究并設(shè)計(jì)了獨(dú)立循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，為了使冷卻水中的雜質(zhì)減少的目的，需要把冷卻水和循環(huán)水分開，并且設(shè)計(jì)和制作了環(huán)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(shè)計(jì)制作冷卻水獨(dú)立系統(tǒng)

獨(dú)立冷卻水池和冷卻水包是冷卻水獨(dú)立系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分，降低雜質(zhì)含量的用獨(dú)立冷卻水池來實(shí)現(xiàn)，降低冷卻水溫度有冷卻水包來實(shí)現(xiàn)，使冷卻水的冷卻效果更加有效。

3.1 設(shè)計(jì)獨(dú)立冷卻水池

為了能分離冷卻水和泵內(nèi)循環(huán)水，在高位水池和原來的低位水池中分別設(shè)置單獨(dú)容器，依據(jù)各自使用水的多少來決定容器體積，單獨(dú)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(nèi)，最后從減速箱內(nèi)流出后又回到低位冷卻水池中，需達(dá)到下面幾點(diǎn)要求來完成這一循環(huán)：

1）為了保證新建低位冷卻水池內(nèi)無雜質(zhì)，就需要原低位冷卻水池內(nèi)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(shí)，傳感器就可以讓水泵的自動(dòng)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，使系統(tǒng)的可靠性得以保障。

3）為了保證新建高位水池內(nèi)無雜質(zhì)，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(nèi)。

4）為了使系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行，需要在高位冷卻水池中安裝液位傳感器，傳感器依據(jù)液面高度實(shí)現(xiàn)在低位冷卻水池中對(duì)水泵的控制。

采取上面4 項(xiàng)措施，可使雜質(zhì)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(fēng)險(xiǎn)大大降低。

3.2 設(shè)計(jì)冷卻水包

每年溫度開始升高時(shí)都會(huì)看到有一層水珠覆蓋在瓦斯抽采系統(tǒng)的進(jìn)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(jié)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(dá)到降低溫度的目的。

制作2 個(gè)盛水容器，這兩個(gè)盛水容器必須是封閉，而且是半圓環(huán)形柱狀的，1 個(gè)圓環(huán)形柱狀體是由2 個(gè)半圓環(huán)組成的，為了保證圓環(huán)形柱狀體能把瓦斯進(jìn)氣管道最可能小的包裹住，需要進(jìn)氣瓦斯管應(yīng)小于圓環(huán)直徑，以達(dá)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(shí)現(xiàn)降溫的目的。依據(jù)瓦斯管道的長短來設(shè)計(jì)環(huán)形容器的厚度，橫截面寬度和長度，環(huán)形容器可有是1 個(gè)整體的組成的，也可以是幾個(gè)短的組成的[3]。

比如1 組圓環(huán)的，2 個(gè)半圓環(huán)的對(duì)角分別留1個(gè)孔，并將頂部的2 個(gè)孔連通，而底下的2 個(gè)孔分別作為冷卻水的出水孔和進(jìn)水孔，高位冷卻水從進(jìn)水孔進(jìn)入半圓環(huán)，在半圓環(huán)內(nèi)充滿水后，通過頂部的孔流入另一個(gè)半圓環(huán)，通過出水孔流入減速箱，由此來完成水在1 組圓環(huán)中的循環(huán)，使1 組圓環(huán)中的都充滿水，而且要在每個(gè)空洞安裝用于清洗和開關(guān)的過濾網(wǎng)和閥門，以保證能夠定期清理雜質(zhì)，不能堵塞裝置。

4 結(jié)語

為了使減速箱溫度過高的問題從根本上得到解決，應(yīng)研制設(shè)計(jì)和建立冷卻水獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，提高減速箱的可靠性，使瓦斯抽采泵能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。