專利名稱：一種煤礦抽風(fēng)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置的制作方法
一種煤礦抽風(fēng)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，它屬于煤礦礦井通風(fēng)與動(dòng)力輸出裝置，它適用于高瓦斯煤礦礦井的開(kāi)采。
在采用礦井方法開(kāi)采深煤層時(shí)，由于煤層中伴生的瓦斯氣體(其主要成份為CH4)會(huì)溢出到開(kāi)采礦井中。當(dāng)瓦斯氣體的濃度達(dá)到3-19%時(shí)就有爆炸的危險(xiǎn)。因此，煤礦礦井的防爆是煤碳開(kāi)采中的一個(gè)重要課題?，F(xiàn)在的解決辦法都是使用強(qiáng)制通風(fēng)的方法，使用通風(fēng)管道對(duì)礦井深部的空氣進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)。通風(fēng)方法有送風(fēng)通風(fēng)，抽風(fēng)通風(fēng)以及兩者的結(jié)合三種形式。其中，抽風(fēng)通風(fēng)的效果最好。采用現(xiàn)在的通風(fēng)方法雖然可以達(dá)到降低井下瓦斯?jié)舛?，防止瓦斯爆炸的目的。但是，由于瓦斯氣體的主要成份是CH4、CO等可燃?xì)怏w，排入大氣后，會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，而且瓦斯做為燃料，也包含了不少能量，排入大氣是一種浪廢。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種煤礦抽風(fēng)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，它能降低煤礦礦井的瓦斯氣濃度，并可以充分利用瓦斯氣的能量，輸出一定的采煤所需的機(jī)械能。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如附

圖1所示，它有礦井抽風(fēng)管道1、與礦井抽風(fēng)管道1相連接的低壓風(fēng)扇2，其特征在于在低壓風(fēng)扇2后有高壓壓氣機(jī)3、燃燒室4，在燃燒室4中有燃料噴口5，有燃料輸送泵6與燃料噴口5相連并為其輸送燃料，在燃燒室4后接有渦輪7，渦輪7通過(guò)傳動(dòng)軸與低壓風(fēng)扇2和高壓壓氣機(jī)3相連，由低壓風(fēng)扇2、高壓壓氣機(jī)3、燃燒室、燃料噴口5、燃料輸送泵6和渦輪7組成了一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)13，在渦輪7后接有由殼體8、動(dòng)力渦輪9和輸出軸10組成的動(dòng)力渦輪組件，在礦井抽風(fēng)管道1與低壓風(fēng)扇2連接處接有數(shù)控流量閥20，在礦井抽風(fēng)管道1出口處裝有壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12，有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14中插有分別與壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12相聯(lián)的測(cè)量適配模塊16和17，還插有分別與燃料輸送泵6和數(shù)控流量閥20相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊18和19，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計(jì)算機(jī)15相連。
附圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的工作原理如下所述本發(fā)明有礦井抽風(fēng)管道1、與礦井抽風(fēng)管道1相連接的低壓風(fēng)扇2，在低壓風(fēng)扇2后有高壓壓氣機(jī)3、燃燒室4，在燃燒室4中有燃料噴口5，有燃料輸送泵6與燃料噴口5相連并為其輸送燃料，在燃燒室4后接有渦輪7，渦輪7通過(guò)傳動(dòng)軸與低壓風(fēng)扇2和高壓壓氣機(jī)3相連，由低壓風(fēng)扇2、高壓壓氣機(jī)3、燃燒室、燃料噴口5、燃料輸送泵6和渦輪7組成了一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)13，在渦輪7后接有由殼體8、動(dòng)力渦輪9和輸出軸10組成的動(dòng)力渦輪組件，在礦井抽風(fēng)管道1與低壓風(fēng)扇2連接處接有數(shù)控流量閥20，在礦井抽風(fēng)管道1出口處裝有壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12，有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14中插有分別與壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12相聯(lián)的測(cè)量適配模塊16和17，還插有分別與燃料輸送泵6和數(shù)控流量閥20相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊18和19，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計(jì)算機(jī)15相連。低壓風(fēng)扇2在渦輪7的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，在低壓風(fēng)扇2前端產(chǎn)生負(fù)壓。在負(fù)壓的作用下，通過(guò)礦井抽風(fēng)管道1抽吸礦井下含有一定量瓦斯的井下空氣。通過(guò)抽吸作用，含有瓦斯的井下空氣被抽走，從井口或送風(fēng)管道中補(bǔ)充不含瓦斯的新鮮空氣，減少了井下的瓦斯氣含量，可以防止井下發(fā)生瓦斯爆炸。被低壓風(fēng)扇2吸入的含瓦斯氣體再經(jīng)高壓壓氣機(jī)3壓縮后，進(jìn)入燃燒室4中。在燃燒室4中，由燃料輸送泵6輸送、經(jīng)燃燒噴口5噴出的燃料與被壓縮的含瓦斯的井下空氣混合并被點(diǎn)燃?；旌蠚庠谌紵?中被點(diǎn)燃燒后，溫度激劇升高，進(jìn)入渦輪7處膨脹做功。由于高溫高壓燃?xì)獾呐蛎?，推?dòng)渦輪7旋轉(zhuǎn)。渦輪7旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)低壓風(fēng)扇2和高壓壓氣機(jī)3，維持本發(fā)明的持續(xù)工作。由低壓風(fēng)扇2、高壓壓氣機(jī)3、燃燒室4、燃料噴口5、燃料輸送泵6組成了一個(gè)可獨(dú)立運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)13。在渦輪7處膨脹做功后的燃?xì)猓€具有較高的溫度和一定的壓力，被引入到動(dòng)力渦輪組件中繼續(xù)膨脹做功，推動(dòng)動(dòng)力渦輪9旋轉(zhuǎn)，由輸出軸10輸出。其輸出的機(jī)械能為一種驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，可以帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，以供其它設(shè)備使用。也可用來(lái)驅(qū)動(dòng)如抽水機(jī)、高壓水泵等礦井開(kāi)采用設(shè)備。
本發(fā)明使用了由中央控制計(jì)算機(jī)15、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14以及插于其中的各個(gè)測(cè)量與控制適配模塊組成的機(jī)電一體化測(cè)控系統(tǒng)。由中央控制計(jì)算機(jī)15集中控制，控制過(guò)程如下中央控制計(jì)算機(jī)15在程序控制下，采用定時(shí)掃描的方法，定時(shí)測(cè)量抽風(fēng)管道1出口處的壓力和CH4濃度值。如測(cè)量抽風(fēng)管道1出口處的壓力值時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)15先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通測(cè)量適配模塊16的地址值，由標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14接收后選通相應(yīng)的測(cè)量適配模塊16。測(cè)量適配模塊16被選通后，把與之相連的裝于抽風(fēng)管道1出口處的壓力傳感器11測(cè)得的壓力值經(jīng)A/D變換后反送回中央控制計(jì)算機(jī)15。同理，在采集CH4吸動(dòng)值時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)15先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通測(cè)量適配模塊17的地址值，由標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14接收后選通相應(yīng)的測(cè)量適配模塊17。測(cè)量適配模塊17被選通后，把與之相連的裝于抽風(fēng)管道1出口處的CH4濃度氣敏傳感器12測(cè)得的CH4濃度值經(jīng)A/D變換后反送回中央控制計(jì)算機(jī)15。中央控制計(jì)算機(jī)15在采集到上述壓力和CH4濃度值后，與其存貯的控制模型進(jìn)行比較。當(dāng)CH4濃工過(guò)低，可以減少其抽風(fēng)工況時(shí)，通過(guò)控制減小燃料輸送泵6的輸送流量，從而減小了由低壓風(fēng)扇2、高壓壓氣機(jī)3等組成的燃?xì)廨啓C(jī)13的工況，使低壓風(fēng)扇2的壓縮比減小，從而達(dá)到減少其抽風(fēng)工況的目的。當(dāng)CH4濃工過(guò)低，需要減少其抽風(fēng)工況，而同時(shí)需保持動(dòng)力渦輪9輸出工況時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)15通過(guò)控制增大數(shù)控流量閥20的開(kāi)度，增加普通空氣吸入比例。同時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)15還控制燃料輸送泵5增加工況，以補(bǔ)充進(jìn)氣中瓦斯氣體組分的減少。反之，當(dāng)抽風(fēng)管道1中的CH4濃度較高時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)15控制減小數(shù)控流量閥20的開(kāi)度，增大抽風(fēng)壓差，從而增大抽風(fēng)量。同時(shí)，中央控制計(jì)算機(jī)15也適當(dāng)控制減小燃料輸送泵5的工況，以平衡由于通過(guò)抽風(fēng)管道1抽風(fēng)量增大后瓦斯含量的增加，保持燃?xì)鈾C(jī)工況。在本發(fā)明中，中央控制計(jì)算機(jī)15控制改變?nèi)剂陷斔捅?或數(shù)控流量閥20的工況的方法是，首先通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口發(fā)出選通控制適配模塊18或19的地址信號(hào)，該地址選通信號(hào)由標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14接收后，選通相應(yīng)的控制適配模塊18或19。選通后，中央控制計(jì)算機(jī)15再發(fā)出相應(yīng)的新工況值數(shù)字量，由控制適配模塊18或19接收并鎖存后，轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的控制模擬量，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的燃料輸送泵5或數(shù)控流量閥20動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)其控制過(guò)程。
本發(fā)明采用了由低壓風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、燃料噴口、燃料輸送泵以及渦輪組成提供動(dòng)力的燃?xì)廨啓C(jī)組。使用燃?xì)廨啓C(jī)的低壓風(fēng)扇通過(guò)礦井抽風(fēng)管道抽吸礦井下開(kāi)采煤層中滲出的含瓦斯氣體，以減小并保持礦井下的低瓦斯?jié)舛取Ｍ瑫r(shí)在燃?xì)廨啓C(jī)組后面接有由動(dòng)力渦輪機(jī)匣，動(dòng)力渦輪和輸出軸組成的動(dòng)力渦輪組件吸收和轉(zhuǎn)換燃?xì)廨啓C(jī)的輸出動(dòng)力。在本發(fā)明工作時(shí)，由于燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)礦井抽風(fēng)管道吸入了含有一定量的瓦斯氣體，而瓦斯主要由CH4和一氧化碳等可燃?xì)怏w組成，在進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)后，可以減少所加入的燃料，充分利用瓦斯氣體的能量，減少正規(guī)燃料的消耗。
在本發(fā)明中，由低壓風(fēng)扇2、高壓壓氣機(jī)3、燃燒室4、燃料噴口5、燃料輸送泵6以及渦輪7組成的燃?xì)廨啓C(jī)13可以按照現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)，或是直接使用現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)，如原蘇制PAES-2500型燃?xì)廨啓C(jī)，或是國(guó)產(chǎn)YD-3型燃?xì)廨啓C(jī)電站燃機(jī)，還可以使用現(xiàn)有或退役航空燃渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)改裝，如民用英國(guó)羅·羅(ROLLS-ROYCE)公司的斯貝512(SOPY512)型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明中，由匣體8、動(dòng)力渦輪9和輸出軸10組成的動(dòng)力渦輪組件是一種標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，市場(chǎng)上已有專門的配套商提供，供各種燃?xì)廨啓C(jī)改裝用。在本發(fā)明中只需選用即可，不必自行設(shè)計(jì)。如可選用國(guó)產(chǎn)YD-3燃機(jī)電站的動(dòng)力渦輪。
在本發(fā)明中數(shù)控流量閥20可以選用由數(shù)控執(zhí)行元件操作的普通轉(zhuǎn)門式閘閥，也可以選用如專利號(hào)為CNZL91218716.6的數(shù)控閥門，該閥門應(yīng)有較大的通過(guò)流量。
在本發(fā)明中，壓力傳感器11可以使用普通半導(dǎo)體壓力傳感元件，也可已用氣盆和貼于氣盒上的應(yīng)變片。CH4濃度氣敏傳感器12可以采用紅外線型氣敏元件或是硅氣敏元件。
在本發(fā)明中，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14可以選用美國(guó)ME公司(MECHAICTON EQUIPMENT INC.)的I/O 32，或是美國(guó)OPTO 22公司的PB16AH。中央控制計(jì)算機(jī)15可以選用美國(guó)OPTO 22公司的LC4控制器，也可以選用美國(guó)ME公司的PCS-1工業(yè)過(guò)程控制工作站，還可以選用普通PC計(jì)算機(jī)。測(cè)量適配模塊16和17可以采用OPTO 22公司的AD3或類似的A/D轉(zhuǎn)換模塊?？刂七m配模塊18可選用OPTO22公司的DF3或類似的D/F轉(zhuǎn)換模塊?？刂七m配模19可選用OPTO 22公司的DK3或類似的開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換模塊。
以一套俄制的PAES-2500或國(guó)產(chǎn)的YD-3燃?xì)廨嗠娬緸槔@種電站的空氣流量為16Kg/s，額定發(fā)電負(fù)荷為2500KW，最大負(fù)荷時(shí)的燃料消耗量為11500Mcal/hr，在進(jìn)氣中最高可攜入稀瓦斯8470Mcal/hr，這樣只要在燃料系統(tǒng)中輸入3030Mcal燃料，就可以維持燃?xì)廨嗠娬驹?500KW負(fù)荷下運(yùn)行。混有稀瓦斯的空氣，在吸入發(fā)動(dòng)機(jī)之后經(jīng)壓氣機(jī)壓縮，由于CH4含量在2.5%以內(nèi)，在進(jìn)入燃燒室之前都是安全的。在進(jìn)入燃燒室之后，由于燃燒室內(nèi)的溫度達(dá)到1400K以上，在這個(gè)條件下，無(wú)論CH4的含量多低，也是可以充分燃燒的。
權(quán)利要求
1.一種煤礦抽風(fēng)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，它有礦井抽風(fēng)管道1、與礦井抽風(fēng)管道1相連接的低壓風(fēng)扇2，其特征在于在低壓風(fēng)扇2后有高壓壓氣機(jī)3、燃燒室4，在燃燒室4中有燃料噴口5，有燃料輸送泵6與燃料噴口5相連并為其輸送燃料，在燃燒室4后接有渦輪7，渦輪7通過(guò)傳動(dòng)軸與低壓風(fēng)扇2和高壓壓氣機(jī)3相連，由低壓風(fēng)扇2、高壓壓氣機(jī)3、燃燒室、燃料噴口5、燃料輸送泵6和渦輪7組成了一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)13，在渦輪7后接有由殼體8、動(dòng)力渦輪9和輸出軸10組成的動(dòng)力渦輪組件，在礦井抽風(fēng)管道1與低壓風(fēng)扇2連接處接有數(shù)控流量閥20，在礦井抽風(fēng)管道1出口處裝有壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12，有標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14，在標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14中插有分別與壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12相聯(lián)的測(cè)量適配模塊16和17，還插有分別與燃料輸送泵6和數(shù)控流量閥20相連并對(duì)其進(jìn)行控制的控制適配模塊18和19，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制介面14通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行通訊接口與可和其它設(shè)備共用的中央控制計(jì)算機(jī)15相連。
全文摘要
一種煤礦抽風(fēng)燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力裝置，它有礦井抽風(fēng)管道、與礦井抽風(fēng)管道相連接的低壓風(fēng)扇。其特征在于采用了由低壓風(fēng)扇、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、燃料噴口、燃料輸送泵以及渦輪組成提供動(dòng)力的燃?xì)廨啓C(jī)組。使用燃?xì)廨啓C(jī)的低壓風(fēng)扇通過(guò)礦井抽風(fēng)管道抽吸礦井下開(kāi)采煤層中滲出的含瓦斯氣體，以減小并保持礦井下的低瓦斯?jié)舛?。同時(shí)在燃?xì)廨啓C(jī)組后面接有由動(dòng)力渦輪機(jī)匣，動(dòng)力渦輪和輸出軸組成的動(dòng)力渦輪組件吸收和轉(zhuǎn)換燃?xì)廨啓C(jī)的輸出動(dòng)力。
文檔編號(hào)F02C6/00GK1109551SQ9410332
公開(kāi)日1995年10月4日 申請(qǐng)日期1994年3月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月29日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠