CN107362704A - 一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器 - Google Patents

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任晓辉
黄超伟
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Abstract

本发明属于煤矿乏风氧化装置供气技术领域，涉及一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器。提出的一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器具有呈筒状的壳体；壳体的两端分别为乏风进口端和混合气出口端；壳体的外圆面上具有多个抽排瓦斯进口管；壳体乏风进口端设置有渐缩径的过渡管，所述的过渡管与壳体铸造连接或者焊接连接，过渡管的末端端面位于抽排瓦斯进口管轴线的近乏风进口端的一侧；壳体内还设置有可在其内沿其轴线移动的阀芯阀芯的一端端面与过渡管近乏风进口端的一端端面之间具有进气间隙，另一端与驱动其动作的驱动机构固联；混合器还设置有气流阀体。本发明提满足了大流量的乏风和抽排瓦斯的均匀混合，适用范围广。

Description

一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器
技术领域
本发明属于煤矿乏风氧化装置供气技术领域，主要涉及一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器。
背景技术
煤矿乏风氧化装置可以大规模、低成本的利用乏风，实现采煤甲烷零排放。为了保证煤矿乏风氧化装置的安全运行，一般要求乏风中甲烷的浓度小于1.5％，不能出现局部过浓现象，这就对乏风和抽排瓦斯混合的均匀性及混合后的浓度提出了严格的要求。
由于每套煤矿乏风氧化装置的处理能力一般在数万立方米/小时，现有的混合器无法满足抽排瓦斯与乏风的混合要求；随着煤矿乏风氧化装置的研究与应用，虽然有一些用于掺混乏风和抽排瓦斯的混合器，但还没有一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器。现有专利“煤矿抽采瓦斯与乏风瓦斯的混合器”（申请号：CN 201020519416.1）和“一种自吸旋流式煤矿抽采瓦斯与乏风瓦斯混合装置”（申请号：CN 201320813562.9）中的混合器只起到混合乏风和抽排瓦斯的作用，不具有调节混合后甲烷浓度的功能，且抽排瓦斯通过圆锥尾管或混合器喉管上的小孔与乏风混合；现有专利“一种瓦斯浓度安全自动调节系统”（申请号：CN 201420306424.6），依靠混合器之外的自动调节阀阀门开度大小进行混合气浓度调节。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，使其能够实现大流量的乏风和抽排瓦斯的均匀混合，并且具有混合气浓度闭环控制的功能。
本发明为完成上述目的采取以下技术方案：
一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，所述的混合器具有呈筒状的壳体；所述壳体的两端分别为乏风进口端和混合气出口端；所述壳体的外圆面上具有多个沿圆周均布的抽排瓦斯进口管；所述抽排瓦斯进口管的轴线垂直于壳体的轴线；所述的壳体乏风进口端设置有渐缩径的过渡管，所述的过渡管与壳体铸造连接或者焊接连接，过渡管的末端端面位于抽排瓦斯进口管轴线的近乏风进口端的一侧；所述壳体混合气出口端外侧设有步进电机安装支座，所述的步进电机安装支座与壳体通过铸造或者焊接连在一起；所述的壳体内还设置有可在其内沿其轴线移动的阀芯；所述的阀芯为圆筒状结构，且阀芯的外径与过渡管的最小直径相同；所述阀芯的一端端面与过渡管近乏风进口端的一端端面之间具有用以抽排瓦斯进入混合器的进气间隙，且所述阀芯的另一端与驱动其动作的驱动机构固联；所述的驱动机构包括有传动螺杆、传动轮、主动轮和步进电机；所述传动螺杆的一端与所述的阀芯螺纹配合，另一端与所述的传动轮固联，所述的传动轮与连接在步进电机输出端的主动轮配合，带动所述的传动螺杆旋转，从而驱动所述的阀芯在壳体内沿壳体的轴线移动、调整阀芯与过渡管之间的间隙，进一步调节抽排瓦斯进入混合器的间隙，实现调节混合器浓度的目的；所述的混合器还设置有用以调整进入壳体内乏风与抽排瓦斯混合气的流速的气流阀体；所述的气流阀体一端通过支架固定在所述的过渡管内、另一端穿过过渡管、过渡管与阀芯之间的间隙位于所述的阀芯内；所述的气流阀体为由过渡管一侧向阀芯一侧渐缩径的空心水滴状。
所述阀芯的外圆表面具有多条凸出的导轨，所述壳体的内壁上具有与阀芯外圆表面上所述的导轨配合的导轨槽
所述混合气出口端连通混合器出口管道；所述的混合器出口管道上设置有瓦斯浓度传感器。
采用上述乏风和抽排瓦斯混合器对混合气浓度闭环控制的方法：设置在混合气出口管道上的瓦斯浓度传感器将采集的浓度信号发送给控制器，控制器将采集的浓度信号与设定的混合气浓度信号进行比较，然后输出控制信号至步进电机，步进电机根据控制信号带动主动轮实现正反转，实现调节抽排瓦斯进口间隙的大小，从而控制抽排瓦斯进入混合器量的大小；通过实时测量混合气甲烷浓度信号，实现混合气浓度的闭环控制。
本发明提出的一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，采用上述结构设计，满足了大流量的乏风和抽排瓦斯的均匀混合，适用范围广；可根据实际流量大小按比例放大或缩小混合器，以满足不同流量乏风和抽排瓦斯的混合；混合器具有混合气浓度闭环控制的功能，无需增加其他自动调节阀等设备。
附图说明
图1是本发明的立体图。
图2是本发明的内部结构示意图。
图3为本发明中驱动机构（去掉传动螺杆）的结构示意图。
图4为本发明中阀芯结构示意图。
图5为图4的侧视图。
图中:1、壳体，2、气流阀体，3、阀芯， 4、轴套，5、传动螺杆，6、传动轮，7、主动轮，8、联轴器，9、步进电机，10、乏风进口端，11、混合气出口端，12、抽排瓦斯进口管，13、阀芯支撑筋，14、导轨。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
如图1、图2所示，一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，所述的混合器具有呈筒状的壳体1；所述壳体1的两端分别为乏风进口端10和混合气出口端11；所述的乏风进口端10和混合气出口端11设有法兰与相应管道连接；所述壳体1的外圆面上具有多个沿圆周均布的抽排瓦斯进口管12；所述抽排瓦斯进口管12的轴线垂直于壳体1的轴线；所述抽排瓦斯进口管设置数量为2-3个，用以保证抽排瓦斯能够均匀进入混合器；所述的壳体1乏风进口端10设置有渐缩径的过渡管，该过渡管与壳体通过铸造或者焊接连在一起，过渡管末端端面位于抽排瓦斯进口管轴线的近乏风进口端的一侧；所述壳体1混合气出口端11外侧设有步进电机安装支座，与壳体通过铸造或者焊接连在一起；所述的壳体1内还设置有可在其内沿其轴线移动的阀芯3；结合图4、图5，所述的阀芯3为圆筒状结构，阀芯3的内径与过渡管的内径相同，且阀芯3的外圆表面具有多条凸出的导轨14，所述壳体1的内壁上具有与阀芯外圆表面上所述的导轨配合的导轨槽；所述阀芯3的一端端面与过渡管近乏风进口端的一端端面之间具有用以抽排瓦斯进入混合器的进气间隙，且所述阀芯3的另一端与驱动其动作的驱动机构固联；结合图3，所述的驱动机构包括有传动螺杆5、传动轮6、主动轮7和步进电机9；所述的步进电机9固定在混合气出口端外侧的安装支座，步进电机9的轴线根据中间传动的形式不同可分别与壳体1轴线呈平行或垂直布置；所述传动螺杆5的一端与所述的阀芯3螺纹配合，另一端与所述的传动轮6固联，所述主动轮7与步进电机9之间由联轴器8连接，主动轮7与传动轮6之间通过齿轮配合或者传动带等方式连接；所述的传动轮6与连接在步进电机输出端的主动轮7配合，带动所述的传动螺杆5旋转，从而驱动所述的阀芯3在壳体1内沿壳体的轴线移动、调整阀芯3与过渡管之间的间隙，进一步调节抽排瓦斯进入混合器的间隙，实现调节混合器浓度的目的；所述的混合器还设置有用以调整进入壳体内乏风与抽排瓦斯混合气的流速的气流阀体2；所述的气流阀体2的一端通过支架固定在所述的过渡管内、另一端穿过过渡管、过渡管与阀芯之间的间隙位于所述的阀芯3内；所述的气流阀体2为由过渡管一侧向阀芯一侧渐缩径的空心水滴状。
所述混合气出口端连通混合器出口管道；所述的混合器出口管道上设置有瓦斯浓度传感器。
采用上述乏风和抽排瓦斯混合器对混合气浓度闭环控制的方法：设置在混合气出口管道上的瓦斯浓度传感器将采集的浓度信号发送给控制器，控制器将采集的浓度信号与设定的混合气浓度信号进行比较，然后输出控制信号至步进电机，步进电机根据控制信号带动主动轮实现正反转，实现调节抽排瓦斯进口间隙的大小，从而控制抽排瓦斯进入混合器量的大小；通过实时测量混合气甲烷浓度信号，实现混合气浓度的闭环控制。

Claims (3)

1.一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，所述的混合器具有呈筒状的壳体；所述壳体的两端分别为乏风进口端和混合气出口端；所述壳体的外圆面上具有多个沿圆周均布的抽排瓦斯进口管；所述抽排瓦斯进口管的轴线垂直于壳体的轴线；所述的壳体乏风进口端设置有渐缩径的过渡管，所述的过渡管与壳体铸造连接或者焊接连接，过渡管的末端端面位于抽排瓦斯进口管轴线的近乏风进口端的一侧；所述壳体混合气出口端外侧设有步进电机安装支座，所述的步进电机安装支座与壳体通过铸造或者焊接连在一起；所述的壳体内还设置有可在其内沿其轴线移动的阀芯；所述的阀芯为圆筒状结构，且阀芯的外径与过渡管的最小直径相同；所述阀芯的一端端面与过渡管近乏风进口端的一端端面之间具有用以抽排瓦斯进入混合器的进气间隙，且所述阀芯的另一端与驱动其动作的驱动机构固联；所述的驱动机构包括有传动螺杆、传动轮、主动轮和步进电机；所述传动螺杆的一端与所述的阀芯螺纹配合，另一端与所述的传动轮固联，所述的传动轮与连接在步进电机输出端的主动轮配合，带动所述的传动螺杆旋转，从而驱动所述的阀芯在壳体内沿壳体的轴线移动、调整阀芯与过渡管之间的间隙，进一步调节抽排瓦斯进入混合器的间隙，实现调节混合器浓度的目的；所述的混合器还设置有用以调整进入壳体内乏风与抽排瓦斯混合气的流速的气流阀体；所述的气流阀体一端通过支架固定在所述的过渡管内、另一端穿过过渡管、过渡管与阀芯之间的间隙位于所述的阀芯内；所述的气流阀体为由过渡管一侧向阀芯一侧渐缩径的空心水滴状。
2.如权利要求1所述的一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，其特征在于：所述阀芯的外圆表面具有多条凸出的导轨，所述壳体的内壁上具有与阀芯外圆表面上所述的导轨配合的导轨槽。
3.如权利要求1所述的一种具有浓度自动控制功能的乏风和抽排瓦斯混合器，其特征在于：所述混合气出口端连通混合器出口管道；所述的混合器出口管道上设置有瓦斯浓度传感器。
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