CN105466736A - 正压取样系统以及用于采样系统的正压取样泵站 - Google Patents

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Abstract

本发明属于束管监测领域，具体涉及一种正压取样系统，包括加压泵、泄压装置和自动滤水排放器，加压泵的进口与气体输入口相连接，其出口与泄压装置的进气口连接，泄压装置的出气口与自动滤水排放器的进气端相连接，自动滤水排放器的出气端与气体输出口相连接；自动滤水排放器的出气端和气体输出口之间的管路上安装逆止阀。本发明实现了束管监测系统气体的远距离快速输送且能够避免气体混合污染、确保监测结果；通过泄压装置能够在加压泵停止工作时将泵体内气体排出，确保加压泵再次启动时无负载，使用安全可靠。本发明还涉及一种用于采样系统的正压取样泵站，包括至少两组上述正压取样系统，实现多路采样气体的输送。

Description

正压取样系统以及用于采样系统的正压取样泵站
技术领域
本发明涉及一种正压取样系统以及用于采样系统的正压取样泵站，属于束管监测领域。
背景技术
近些年来，煤矿矿井安全束管监测系统开始在煤矿中得到越来越多的普及和应用。
矿井安全束管监测系统是借助束管将井下各处的空气抽取、汇总到指定的地点，再借助色谱监测装置对束管所采集的空气样本进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其分析结果在以实时监测报告、分析日报两种方式提供数据的同时，亦可自动存入数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势进行分析，从而实现了对矿井自燃火灾的早期预测。
在实际监测工作过程中，为了将井下的气体样本输送至指定的地点，需要借助各种抽气装置来进行气体样本的连续抽取工作。
现有的各种束管监测系统都是采用负压抽气方式，即用抽气泵或真空泵来完成井下气体的连续抽取工作。但是，这种方式的显著缺点是：1、气体运动速度慢：由于采用负压抽取方式来完成井下气体的远距离采样，所以气体的运动压力不会超过一个大气压力。因为束管的直径有限，所以这么低的压力在束管中很难有效克服输气管路的阻力，从而造成了气体运动缓慢的问题。2、易发生环境气体混入的问题：如果束管的某些部位有轻微泄漏现象，由于束管内是负压气体，外界的大气很容易被吸入束管内，因而造成了气体的混合污染，影响监测结果。
目前，采用正压输气方式的技术方案开始在生产中讨论实施，而且市场上已经有很多能够正压输送气体的泵，但这种泵在实际应用过程中容易出现以下问题：当泵停止工作后，一部分压力气体会留在泵体内，当泵再次启动时，残存的气体会存在一定压力，容易导致电机过载，使泵不能顺利启动，影响泵的正常工作，严重时还会损坏泵的元件，在矿井井下等易燃易爆环境中作业时，安全隐患则更大。由于上述问题没有得到很好的解决，因此无法将上述正压输气技术应用于束管监测系统中。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够实现气体的远距离快速输送、使用安全可靠的正压取样系统；同时还提供一种用于采样系统的正压取样泵站。
本发明所述的正压取样系统，包括加压泵、泄压装置和自动滤水排放器，加压泵的进口与气体输入口相连接，加压泵的出口与泄压装置的进气口连接，泄压装置的出气口与自动滤水排放器的进气端相连接，自动滤水排放器的出气端与气体输出口相连接；自动滤水排放器的出气端和气体输出口之间的管路上安装逆止阀；上述的各相连部分之间均采用管路连接。
本发明通过加压泵实现了气体样本的正压输送，实现了束管监测系统气体的远距离快速输送，解决了传统负压抽气带来的气体运动速度慢的问题，即使管路的某些部位有轻微泄漏现象，也不会有外界大气被吸入管路内，从而避免了气体的混合污染，确保监测结果；通过泄压装置能够在加压泵停止工作的同时及时将泵体内的气体排出，从而确保后续加压泵的无负载顺利启动，使用安全可靠，尤其适用于矿井井下等易燃易爆环境作业；通过自动滤水排放器能够实现气体压缩后分离水分的自动排放，从而实现采样气体的干燥预处理，保证采样气体的干燥输送。
本发明中的加压泵优选本申请人前期自行研发并获得发明授权的、专利号为201310298416.1的“正压束管输气泵”，能够保证加压泵长期连续正常工作，保证无人值守、可靠工作。
优选的，所述的泄压装置包括阀体，阀体的一端设有与加压泵出口连接的进气口，另一端为泄压端，阀体上还设有出气口；阀体内，进气口与泄压端之间设置弹性皮碗，弹性皮碗将阀体内腔分成两个腔室，弹性皮碗的碗口朝向泄压端，出气口和泄压端位于弹性皮碗的同侧，泄压端向阀体内腔延伸形成一突出段，突出段末端具有泄压微孔，泄压端内具有连通阀体内腔与外界大气的通道，该通道通过泄压微孔与阀体内腔相通，突出段上固定套装一弹簧，弹簧的末端与弹性皮碗连接。其中，泄压端与阀体可以采用分体连接，在阀体上开有具有螺纹的放气口，泄压端与阀体的放气口通过螺纹连接，当旋转泄压端时，泄压微孔与弹性皮碗的接触压力会发生变化，从而方便调节泄压灵敏度；泄压微孔最好与弹性皮碗同轴线，这样泄压微孔处在弹性皮碗的中心位置，弹性皮碗对泄压微孔的启闭更加灵敏可靠；进一步优选的，弹性皮碗碗口的面积是泄压微孔的径向截面面积的50-2000倍，即泄压微孔与弹性皮碗二者的接触面积大大的小于弹性皮碗碗口的面积，此时，泄压微孔的面积对弹性皮碗两端的压差基本无影响。
当加压泵工作时，经加压泵压缩后的气体由泄压装置的进气口输入，在压缩气体的推动下，弹性皮碗左移，将泄压微孔封闭。加压泵的输出气体经过弹性皮碗的周边进入出气口，此时，弹性皮碗的进气口侧的压力略大于出气口侧的压力，弹性皮碗紧紧将泄压微孔封闭。当加压泵突然停机时，弹性皮碗失去驱动压力，此时弹性皮碗两端压力迅速趋向平衡。由于泄压微孔的直径很小，其面积对弹性皮碗两端的压差影响很微弱，在弹簧的作用力下，弹性皮碗的出气口侧的总压力大于进气口侧的压力，因此，弹性皮碗被推向进气口一侧，将泄压微孔打开，将气体从出气口泄放出去，直至弹性皮碗的出气口侧的气体压力与外界大气压相同，即实现泄压，整个泄压动作无需额外动力。当加压泵再次启动时，会在无负载的状态下顺利启动，从而确保泵的正常工作，安全可靠，尤其适用于矿井井下等易燃易爆环境作业。
上述的弹性皮碗与弹簧的连接方式有多种，本发明中优选如下方案：弹性皮碗朝向突出段的一端设置凸起，弹簧固定安装在凸起上。
优选的，本发明还包括一单向阀，单向阀的进气端通过管路与气体输入口相连接，其出气端通过管路与气体输出口相连接。在使用时，需要配合本正压取样系统在井上设置真空泵等抽气装置，利用单向阀与正压取样系统的气路并联的方式，根据因工作状态变化而产生的作用于单向阀两端的气体压力差，在突然停电或者加压泵意外停止工作等异常情况下，正压取样系统能够通过真空泵及时转为负压工作，从而实现了停机自动切换功能，保证了不间断取样工作，简单可靠。
优选的，气体输入口与加压泵的进口之间还设有粉尘过滤器，即粉尘过滤器的进气端通过管路连接气体输入口，其出气端通过管路连接加压泵的进口；当增设单向阀(如上一段所述)时，还需要将粉尘过滤器的出气端通过管路与单向阀的进气端相连接。通过粉尘过滤器能够将所采集的气体中的粉尘等杂质自动过滤，从而确保监测结果。
上述的加压泵可以根据应用环境或者客户需求采用电动机或者气动马达驱动。
本发明所述的用于采样系统的正压取样泵站，包括至少两组上述的任意一种正压取样系统，能够实现多路采样气体的输送。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：
1、本发明通过加压泵实现了气体样本的正压输送，实现了束管监测系统气体的远距离快速输送，解决了传统负压抽气带来的气体运动速度慢的问题，即使管路的某些部位有轻微泄漏现象，也不会有外界大气被吸入管路内，从而避免了气体的混合污染，确保监测结果；
2、加压泵采用正压束管输气泵，实现了正压取样系统的可靠运行，能够实现无人值守；
3、泄压装置结构设计合理，其无需额外动力即可自动将输气泵内残存的压力气体泄放掉，从而确保输气泵无负载启动，保证输气泵的正常工作，使用安全可靠，尤其适用于矿井井下等易燃易爆环境作业；
4、加压泵压缩气体时产生的水分可通过自动滤水排放器自动排放，实现了采样气体的干燥预处理，保证采样气体的干燥输送；
5、具有停机自动切换功能，在突然停电或者加压泵意外停止工作等异常情况下，正压取样系统能够及时自动转为负压工作，保证了不间断取样工作，简单可靠。
附图说明
图1是正压取样系统的结构示意图；
图2是泄压装置的结构示意图。
图中：1、气体输入口；2、管路；3、粉尘过滤器；4、加压泵；5、泄压装置；6、自动滤水排放器；7、单向阀；8、逆止阀；9、气体输出口；10、出气口；11、阀体；12、进气口；13、弹性皮碗；14、泄压微孔；15、弹簧；16、突出段；17、泄压端；18、通道；19、凸起。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1所示，本发明所述的正压取样系统，包括粉尘过滤器3、加压泵4、泄压装置5、逆止阀8和自动滤水排放器6，气体输入口1与粉尘过滤器3的进气端连接，粉尘过滤器3的出气端与加压泵4的进口相连接，加压泵4的出口与泄压装置5的进气口12连接，泄压装置5的出气口10与自动滤水排放器6的进气端相连接，自动滤水排放器6的出气端与逆止阀8的进气端连接，逆止阀8的出气端与气体输出口9相连接；还包括一单向阀7，单向阀7的进气端与粉尘过滤器3的出气端相连接，其出气端与气体输出口9相连接。上述的各相连部分之间均采用管路2连接。
工作原理及过程：
正压取样系统工作时，通过加压泵4对采集的气体样本进行正压输送，气体进入气体输入口1后，由粉尘过滤器3将气体样本中的粉尘等杂质自动过滤，加压泵4压缩气体的过程中产生的水分通过自动滤水排放器6自动排放，实现采样气体的干燥预处理，保证采样气体的干燥输送。
本发明通过加压泵4实现了气体样本的正压输送，实现了束管监测系统气体的远距离快速输送，解决了传统负压抽气带来的气体运动速度慢的问题，即使管路2的某些部位有轻微泄漏现象，也不会有外界大气被吸入管路2内，从而避免了气体的混合污染，确保监测结果。
在使用时，需要配合本正压取样系统在井上设置真空泵等抽气装置，在突然停电或者加压泵4意外停止工作等异常情况下，正压取样系统能够通过真空泵及时转为负压工作(即传统取样工作模式)，从而实现了停机自动切换功能，保证了不间断取样工作，简单可靠。
在加压泵4停止工作的同时，通过泄压装置5及时将泵体内的气体排出，确保后续加压泵4的无负载顺利启动，使用安全可靠，尤其适用于矿井井下等易燃易爆环境作业。
上述的加压泵可以根据应用环境或者客户需求采用电动机或者气动马达驱动。本实施例中，加压泵4采用本申请人前期自行研发并获得发明授权的、专利号为201310298416.1的“正压束管输气泵”，通过该正压束管输气泵能够保证泵的长期连续正常工作，保证无人值守、可靠工作。
本实施例中采用的泄压装置如图2所示，主要包括阀体11，阀体11的一端设有与加压泵4出口连接的进气口12，另一端为泄压端17，阀体11上还设有出气口10；阀体11内，进气口12与泄压端17之间设置弹性皮碗13，弹性皮碗13将阀体内腔分成两个腔室，弹性皮碗13的碗口朝向泄压端17，出气口10和泄压端17位于弹性皮碗13的同侧，泄压端17向阀体内腔延伸形成一突出段16，突出段16末端具有泄压微孔14，泄压端17内具有连通阀体内腔与外界大气的通道18，该通道18通过泄压微孔14与阀体内腔相通，突出段16上固定套装一弹簧15，弹性皮碗13朝向突出段16的一端设置凸起19，弹簧15的末端固定安装在弹性皮碗13的凸起19上。本实施例中：泄压端17与阀体11采用分体连接，阀体11上开有具有螺纹的放气口，泄压端17与阀体11的放气口通过螺纹连接；泄压微孔14与弹性皮碗13同轴线；弹性皮碗13碗口的面积是泄压微孔14的径向截面面积的1800倍。
本泄压装置5的工作过程如下：当加压泵4工作时，经加压泵4压缩后的气体由泄压装置5的进气口12输入，在压缩气体的推动下，弹性皮碗13左移，将泄压微孔14封闭。加压泵4的输出气体经过弹性皮碗13的周边进入出气口10，此时，弹性皮碗13的进气口侧的压力略大于出气口侧的压力，弹性皮碗13紧紧将泄压微孔14封闭。当加压泵4突然停机时，弹性皮碗13失去驱动压力，此时弹性皮碗13两端压力迅速趋向平衡。由于泄压微孔14的直径很小，其面积对弹性皮碗13两端的压差影响很微弱，在弹簧15的作用力下，弹性皮碗13的出气口侧的总压力大于进气口侧的压力，因此，弹性皮碗13被推向进气口12一侧，将泄压微孔14打开，将气体从出气口10泄放出去，直至弹性皮碗13的出气口侧的气体压力与外界大气压相同，即实现泄压，整个泄压动作无需额外动力。当加压泵4再次启动时，会在无负载的状态下顺利启动，从而确保泵的正常工作，安全可靠，尤其适用于矿井井下等易燃易爆环境作业。
本发明所述的用于采样系统的正压取样泵站，包括至少两组上述的正压取样系统，从而能够实现多路采样气体的输送。为了实现地面网络集中遥控，可以设计制作相应的控制模块，用光纤或者网线，利用矿山现有的网络系统实现地面集中控制，该控制模块不但可以控制泵站，还可以控制其他的井下设备。

Claims (10)

1.一种正压取样系统，其特征在于：包括加压泵(4)、泄压装置(5)和自动滤水排放器(6)，加压泵(4)的进口与气体输入口(1)相连接，其出口与泄压装置(5)的进气口(12)连接，泄压装置(5)的出气口(10)与自动滤水排放器(6)的进气端相连接，自动滤水排放器(6)的出气端与气体输出口(9)相连接；自动滤水排放器(6)的出气端和气体输出口(9)之间的管路(2)上安装逆止阀(8)；上述的各相连部分之间均采用管路(2)连接。
2.根据权利要求1所述的正压取样系统，其特征在于：所述的泄压装置(5)包括阀体(11)，阀体(11)的一端设有与加压泵(4)出口连接的进气口(12)，另一端为泄压端(17)，阀体(11)上还设有出气口(10)；阀体(11)内，进气口(12)与泄压端(17)之间设置弹性皮碗(13)，弹性皮碗(13)将阀体内腔分成两个腔室，弹性皮碗(13)的碗口朝向泄压端(17)，出气口(10)和泄压端(17)位于弹性皮碗(13)的同侧，泄压端(17)向阀体内腔延伸形成一突出段(16)，突出段(16)末端具有泄压微孔(14)，泄压端(17)内具有连通阀体内腔与外界大气的通道(18)，该通道(18)通过泄压微孔(14)与阀体内腔相通，突出段(16)上固定套装一弹簧(15)，弹簧(15)的末端与弹性皮碗(13)连接。
3.根据权利要求2所述的正压取样系统，其特征在于：所述的弹性皮碗(13)朝向突出段(16)的一端设置凸起(19)，弹簧(15)固定安装在凸起(19)上。
4.根据权利要求2所述的正压取样系统，其特征在于：所述的泄压端(17)与阀体(11)采用分体连接，阀体(11)上开有具有螺纹的放气口，泄压端(17)与阀体(11)的放气口通过螺纹连接。
5.根据权利要求2所述的正压取样系统，其特征在于：所述的泄压微孔(14)与弹性皮碗(13)同轴线。
6.根据权利要求1所述的正压取样系统，其特征在于：所述的加压泵(4)采用正压束管输气泵。
7.根据权利要求1-6任一所述的正压取样系统，其特征在于：还包括一单向阀(7)，单向阀(7)的进气端通过管路(2)与气体输入口(1)相连接，其出气端通过管路(2)与气体输出口(9)相连接。
8.根据权利要求7所述的正压取样系统，其特征在于：所述的气体输入口(1)与加压泵(4)的进口之间还设有粉尘过滤器(3)，粉尘过滤器(3)的出气端分别通过管路(2)与单向阀(7)的进气端、加压泵(4)的进口相连接。
9.根据权利要求1-6任一所述的正压取样系统，其特征在于：所述的气体输入口(1)与加压泵(4)的进口之间还设有粉尘过滤器(3)。
10.一种用于采样系统的正压取样泵站，其特征在于：包括至少两组如权利要求1-9中任一所述的正压取样系统。
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