CN102337918A - 抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，包括管状的壳体、入口管和扩张管，其特征在于：增设导流锥、内偏转叶片、第一调节机构、外偏转叶片和第二调节机构和支架，其中导流锥为位于扩张管内，与壳体、出口端的直管段和扩张管同轴线；内偏转叶片安在扩张管内壁与导流锥外壁的空腔里，外偏转叶片安在扩张管外壁与壳体内壁的空腔里；第一调节机构中，内旋转轴一端位于壳体外，一端贴在导流锥的外壁上，内偏转叶片固定在内旋转轴上，内旋转轴位于壳体外的一端经锥齿轮组连接安装在支架上的外传动轴，外传动轴上固定有与外齿圈啮合的外齿轮；第二调节机构与上述基本相同，本发明具有安全保护、抽采瓦斯输送能耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿乏风瓦斯氧化装置的供气设备，尤其涉及一种煤矿乏风瓦斯氧化装置的抽采瓦斯与乏风瓦斯或空气的可调叶片旋流式稀释混合器，属于超低浓度甲烷热逆流氧化和低密度能量回收技术领域。
背景技术
全球范围内采煤每年释放的甲烷量约49Mt，约占全球范围内甲烷排放总量的9％左右。甲烷在大气中的浓度是各温室气体中增长最快的一个，因其强烈的温室效应，甲烷的排放必须受到有效的控制。我国每年抽采瓦斯约为50多亿立方米。其中利用的抽采瓦斯仅占1/4～1/3，其余都处于排空状态。特别是浓度低于8％的低浓度抽采瓦斯无法进行民用或发电利用，只有排空。这些被排入到大气中的甲烷不仅造成严重的大气污染，而且极大地浪费了能源。
煤矿乏风热逆流氧化装置是对超低浓度甲烷进行利用的先进技术，可以将抽采瓦斯与空气或者煤矿乏风瓦斯混合稀释后送入氧化装置内进行氧化利用。为了保证煤矿乏风瓦斯氧化装置安全运行，要求进入氧化装置氧化床的瓦斯气体浓度要远远低于瓦斯的爆炸极限，一般来说要小于1.5％，不能出现局部过浓现象。双级可调叶片旋流式混合器是该氧化装置中保证抽采瓦斯与空气或者煤矿乏风瓦斯混合均匀性的关键部件，可以配制出甲烷浓度为0.3％～1.2％的混合气，其性能好坏在很大程度上影响甲烷的转化率、装置的稳定性、经济性和安全性。
在专利“氧化装置瓦斯气掺混进气系统”(CN200920025062.2)中，瓦斯混合器的主管和副管设计比较复杂，而且高浓度的瓦斯气体360°范围内从很细的副管进入瓦斯进气主管，增加了高浓度瓦斯与壁面摩擦发生爆炸的危险。在专利“煤矿抽采瓦斯与乏风瓦斯的混合器”(CN 201010274136.3)中，混合器的结构复杂而且其均布小孔的瓦斯引射管的圆锥尾管会带来很大的流动阻力，增加输运瓦斯的能耗。除此之外，目前还未见有结构和性能都比较完善的瓦斯稀释混合器。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷，弥补现有煤矿乏风瓦斯氧化装置供气技术的不足，提供一种将抽采瓦斯、乏风瓦斯或空气均匀混合，并且降低到安全的浓度的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器。其技术方案为：
一种抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，包括管状的壳体和瓦斯引射管，瓦斯引射管包括入口管和安装于入口管出口端的扩张管，其中入口管为90°弯管、入口端设置在壳体外，入口管靠近入口端的直管段垂直穿入壳体内、靠近出口端的直管段水平设置在壳体内，与扩张管相连并且朝向壳体的出口端，其特征在于：增设导流锥、内偏转叶片以及对应于内偏转叶片的第一调节机构、外偏转叶片以及对应于外偏转叶片的第二调节机构和支架，其中导流锥为锥形结构、位于扩张管内，其尖头背向扩张管的出口端，壳体、入口管靠近出口端的直管段、扩张管和导流锥同轴线；内偏转叶片安装于扩张管内壁与导流锥外壁围成的空腔里，外偏转叶片安装在扩张管外壁与壳体内壁围成的空腔里；第一调节机构包括内旋转轴、外锥齿轮组、外传动轴、外齿轮、外齿圈、外调节手柄和外棘轮机构，其中内旋转轴为多个，沿壳体的径向布置，一端位于壳体外，另一端间隙穿过壳体和扩张管、抵触在导流锥的外壁上，内偏转叶片靠近壳体出口的尾缘固定在内旋转轴上，每个内旋转轴位于壳体外的一端固定有外锥齿轮组中的从动齿轮，外传动轴经轴承水平安装在支架上，一端与外锥齿轮组中的主动齿轮固定，外传动轴上固定有与外齿圈啮合的外齿轮，外齿圈上设有外调节手柄，外棘轮机构的棘轮固定在外传动轴上，棘爪固定在支架上；第二调节机构包括外旋转轴、内锥齿轮组、内传动轴、内齿轮、内齿圈、内调节手柄和内棘轮机构，其中外旋转轴为多个、间隙套装在内旋转轴上，一端位于壳体外且比内旋转轴短，另一端间隙穿过壳体、抵触在扩张管的外壁上，外偏转叶片靠近壳体出口的尾缘固定在外旋转轴上，每个内旋转轴位于壳体外的一端固定有内锥齿轮组中的从动齿轮，内传动轴经轴承水平安装在支架上，一端与内锥齿轮组中的主动齿轮固定，内传动轴上固定有与内齿圈啮合的内齿轮，内齿圈上设有内调节手柄，内棘轮机构的棘轮固定在内传动轴上，棘爪固定在支架上。
所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，壳体和入口管的管径不变，扩张管采用内径渐大的变径管，扩张管的扩张角度在30°到90°之间，扩张管的出口截面积在壳体截面积的50％-80％之间。
所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：入口管的弯头至扩张管出口端之间的轴向距离不小于入口管管径的6倍。
所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：扩张管的出口端与壳体出口端的轴向距离应不低于壳体管径的2倍。
所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：内偏转叶片和外偏转叶片的贴近管壁的部位留有缝隙，可分别随着内旋转轴和外旋转轴转动，转动角度控制在60°以内。
所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：壳体与上游和下游管道焊接，入口气体为空气或乏风瓦斯，入口管入口与上游管道焊接，入口气体为抽采瓦斯。
本发明与现有技术相比，主要优点和有益效果是：
1、内、外偏转叶片使扩张管出口内侧的高浓度瓦斯和外侧的空气或煤矿乏风气体有切向旋流速度，切向旋转产生的离心力有助于将中心区的高浓度瓦斯向周边输运，使内侧的抽采瓦斯和外侧的空气或煤矿乏风气体在很短的时间和距离内达到混合均匀。内、外偏转叶片的角度可分开调整，控制扩张管出口内、外侧气流的旋流强度，对不同的进气流量有很好的适应性。
2.本混合器可安装于引风机的入口管路，利用管路负压抽吸抽采瓦斯，同时扩张管使得管内和管外的气体流速拉开差距，管外的空气或煤矿乏风气体流速比管内的抽采瓦斯流速高，对管内的抽采瓦斯具有引射作用，减少抽采瓦斯的输送功耗，降低了煤矿井下通风系统改造的成本。
3、抽采瓦斯从管路中心引入，空气或乏风瓦斯从管路外围引入，在混合均匀之前壁面附近的瓦斯浓度很低，避免了局部高浓度瓦斯气体与壁面摩擦爆炸的危险。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1所示实施例的A向侧视图。
图3是图1所示实施例的B-B剖视图。
图4是图1所示实施例中外棘轮机构的结构示意图。
图5是图1所示实施结构中C部分的放大结构示意图。
图中：1、壳体 2、外偏转叶片 3、内偏转叶片 4、导流锥 5、扩张管 6、入口管 7、内旋转轴 8、外旋转轴 9、内锥齿轮组 10、外锥齿轮组 11、外传动轴 12、外齿圈 13、外齿轮 14、外调节手柄 15、外棘轮机构 16、内传动轴 17、内齿圈 18、内调节手柄 19、内齿轮 20、内棘轮机构 21、支架
具体实施方式
在图1-3所示的实施例中：包括管状的壳体1、瓦斯引射管、导流锥4、内偏转叶片3以及对应于内偏转叶片3的第一调节机构、外偏转叶片2以及对应于外偏转叶片2的第二调节机构和支架21，瓦斯引射管包括入口管6和安装于入口管6出口端的扩张管5，其中入口管6为90°弯管、入口端设置在壳体1外，入口管6靠近入口端的直管段垂直穿入壳体1内、靠近出口端的直管段水平设置在壳体1内，与扩张管5相连并且朝向壳体1的出口端；其中导流锥4为锥形结构、位于扩张管5内，其尖头背向扩张管5的出口端，壳体1、入口管6靠近出口端的直管段、扩张管5和导流锥4同轴线；内偏转叶片3安装于扩张管5内壁与导流锥4外壁围成的空腔里，外偏转叶片2安装在扩张管5外壁与壳体1内壁围成的空腔里；第一调节机构包括内旋转轴7、外锥齿轮组10、外传动轴11、外齿轮13、外齿圈12、外调节手柄14和外棘轮机构15，其中内旋转轴7为多个，沿壳体1的径向布置，一端位于壳体1外，另一端间隙穿过壳体1和扩张管5、抵触在导流锥4的外壁上，内偏转叶片3靠近壳体1出口的尾缘固定在内旋转轴7上，每个内旋转轴7位于壳体1外的一端固定有外锥齿轮组10中的从动齿轮，外传动轴11经轴承水平安装在支架21上，一端与外锥齿轮组10中的主动齿轮固定，外传动轴11上固定有与外齿圈12啮合的外齿轮13，外齿圈12上设有外调节手柄14，外棘轮机构15的棘轮固定在外传动轴11上，棘爪固定在支架21上；第二调节机构包括外旋转轴8、内锥齿轮组9、内传动轴16、内齿轮19、内齿圈17、内调节手柄18和内棘轮机构20，其中外旋转轴8为多个、间隙套装在内旋转轴7上，一端位于壳体1外且比内旋转轴7短，另一端间隙穿过壳体1、抵触在扩张管5的外壁上，外偏转叶片2靠近壳体1出口的尾缘固定在外旋转轴8上，每个内旋转轴7位于壳体1外的一端固定有内锥齿轮组9中的从动齿轮，内传动轴16经轴承水平安装在支架21上，一端与内锥齿轮组9中的主动齿轮固定，内传动轴16上固定有与内齿圈17啮合的内齿轮19，内齿圈17上设有内调节手柄18，内棘轮机构20的棘轮固定在内传动轴16上，棘爪固定在支架21上。
壳体1和入口管6的管径不变，扩张管5采用内径渐大的变径管、扩张角度为60°，扩张管5的出口截面积是壳体1截面积的65％；入口管6的弯头至扩张管5出口端之间的轴向距离是入口管6管径的8倍；扩张管5的出口端与壳体1出口端的轴向距离是壳体1管径的3倍。
内偏转叶片3和外偏转叶片2的贴近管壁的部位留有缝隙，可分别随着内旋转轴7和外旋转轴8转动，转动角度控制在45°。
壳体1与上游和下游管道焊接，入口气体为乏风瓦斯，入口管6入口与上游管道焊接，入口气体为抽采瓦斯。
Claims (6)
1.一种抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，包括管状的壳体(1)和瓦斯引射管，瓦斯引射管包括入口管(6)和安装于入口管(6)出口端的扩张管(5)，其中入口管(6)为90°弯管、入口端设置在壳体(1)外，入口管(6)靠近入口端的直管段垂直穿入壳体(1)内、靠近出口端的直管段水平设置在壳体(1)内，与扩张管(5)相连并且朝向壳体(1)的出口端，其特征在于：增设导流锥(4)、内偏转叶片(3)以及对应于内偏转叶片(3)的第一调节机构、外偏转叶片(2)以及对应于外偏转叶片(2)的第二调节机构和支架(21)，其中导流锥(4)为锥形结构、位于扩张管(5)内，其尖头背向扩张管(5)的出口端，壳体(1)、入口管(6)靠近出口端的直管段、扩张管(5)和导流锥(4)同轴线；内偏转叶片(3)安装于扩张管(5)内壁与导流锥(4)外壁围成的空腔里，外偏转叶片(2)安装在扩张管(5)外壁与壳体(1)内壁围成的空腔里；第一调节机构包括内旋转轴(7)、外锥齿轮组(10)、外传动轴(11)、外齿轮(13)、外齿圈(12)、外调节手柄(14)和外棘轮机构(15)，其中内旋转轴(7)为多个，沿壳体(1)的径向布置，一端位于壳体(1)外，另一端间隙穿过壳体(1)和扩张管(5)、抵触在导流锥(4)的外壁上，内偏转叶片(3)靠近壳体(1)出口的尾缘固定在内旋转轴(7)上，每个内旋转轴(7)位于壳体(1)外的一端固定有外锥齿轮组(10)中的从动齿轮，外传动轴(11)经轴承水平安装在支架(21)上，一端与外锥齿轮组(10)中的主动齿轮固定，外传动轴(11)上固定有与外齿圈(12)啮合的外齿轮(13)，外齿圈(12)上设有外调节手柄(14)，外棘轮机构(15)的棘轮固定在外传动轴(11)上，棘爪固定在支架(21)上；第二调节机构包括外旋转轴(8)、内锥齿轮组(9)、内传动轴(16)、内齿轮(19)、内齿圈(17)、内调节手柄(18)和内棘轮机构(20)，其中外旋转轴(8)为多个、间隙套装在内旋转轴(7)上，一端位于壳体(1)外且比内旋转轴(7)短，另一端间隙穿过壳体(1)、抵触在扩张管(5)的外壁上，外偏转叶片(2)靠近壳体(1)出口的尾缘固定在外旋转轴(8)上，每个内旋转轴(7)位于壳体(1)外的一端固定有内锥齿轮组(9)中的从动齿轮，内传动轴(16)经轴承水平安装在支架(21)上，一端与内锥齿轮组(9)中的主动齿轮固定，内传动轴(16)上固定有与内齿圈(17)啮合的内齿轮(19)，内齿圈(17)上设有内调节手柄(18)，内棘轮机构(20)的棘轮固定在内传动轴(16)上，棘爪固定在支架(21)上。
2.如权利要求1所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：壳体(1)和入口管(6)的管径不变，扩张管(5)采用内径渐大的变径管，扩张管(5)的扩张角度在30°到90°之间，扩张管(5)的出口截面积在壳体(1)截面积的50％-80％之间。
3.如权利要求1所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：入口管(6)的弯头至扩张管(5)出口端之间的轴向距离不小于入口管(6)管径的6倍。
4.如权利要求1所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：扩张管(5)的出口端与壳体(1)出口端的轴向距离应不低于壳体(1)管径的2倍。
5.如权利要求1所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：内偏转叶片(3)和外偏转叶片(2)的贴近管壁的部位留有缝隙，可分别随着内旋转轴(7)和外旋转轴(8)转动，转动角度控制在60°以内。
6.如权利要求1所述的抽采瓦斯双级可调叶片旋流式稀释混合器，其特征在于：壳体(1)与上游和下游管道焊接，入口气体为空气或乏风瓦斯，入口管(6)入口与上游管道焊接，入口气体为抽采瓦斯。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130807 |