CN113833625B - 一种气体压力提升装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种气体压力提升装置及方法，涉及煤层瓦斯压力测定技术领域，主要是为了解决现有的一种气体压力提升装置及方法存在无法充分利用气源进行补气的问题，包括外壳、椭球形滚和第一腔体，外壳内设置有用于承受进气口进来的风的压力而旋转的若干叶片，椭球形滚轴端部与叶片连接，叶片用于带动椭球形滚轴围绕自身轴线旋转，椭球形滚轴表面设置有双螺旋滑槽，第一腔体上设置有第二进气口、出气口和阀门，阀门上设置有位于双螺旋滑槽内的球体，通过高压气体驱动椭球形滚轴旋转，并充分利用双螺旋滑槽的结构特点和椭球形滚轴两端细、中间粗的特点，带动阀门做周期性往复运动，实现气体压缩，并输出高压气体。
Description
技术领域
本申请涉及煤层瓦斯压力测定技术领域，具体是一种气体压力提升装置及方法。
背景技术
煤层瓦斯压力是矿井瓦斯灾害风险评估的关键指标（确定瓦斯风化带下部边界的瓦斯压力临界值为0.1-0.15MPa，鉴定煤层突出危险性的瓦斯压力临界值为0.74MPa），因此，获得可靠的煤层瓦斯压力数据是防治矿井瓦斯灾害的关键环节。
国家制定了直接法测定煤层瓦斯压力的标准《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T 1047-2007）。
根据是否向测压钻孔内补充气体，直接法分为主动式和被动式两种：被动式测压，需观察20-30天；主动式测压，当煤层瓦斯压力小于4MPa时，需观察5-10天。因此，在条件允许的情况下，多用主动式直接法测定煤层瓦斯压力。
通常，补气来源于压风和气瓶。压风补气，气源比较充足，但是，压力有限，一般为0.4-0.7MPa（多数情况下不超过0.6MPa）。气瓶补气，虽然压力高，但是，气源受限，运输高压气瓶，风险高、难度大，并且气源难以充分利用。因此，急需将气体压力提升起来，以满足瓦斯压力测定高压补气的需要。
目前，提升气体压力的主要方法是以电做动力，利用电能对气体进行压缩，输出高压气体；但是，煤矿井下属于爆炸危险环境，电动压缩设备（比如空气压缩机）需要防爆，不便采用；市场上也有以高压气体做动力的气体压力提升设备，但其能效有待进一步提升。
因此，探索新的气体压力提升方法与装置，为煤矿井下煤层瓦斯压力测定提供充足的高压气体来源，就显得尤为迫切。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种气体压力提升装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
一种气体压力提升装置，包括：
外壳，所述外壳的一侧设置有进气口，且外壳内设置有用于承受进气口进来的风的压力而旋转的若干叶片；以及
椭球形滚轴，所述椭球形滚轴端部与叶片连接，叶片用于带动椭球形滚轴围绕自身轴线旋转，椭球形滚轴表面设置有双螺旋滑槽，所述椭球形滚轴设计为两端细、中间粗的外形轮廓，所述双螺旋滑槽设计为首尾相连的结构形式；以及
第一腔体，所述第一腔体上设置有第二进气口和出气口；以及位于第一腔体内的阀门，阀门上设置有位于双螺旋滑槽内的球体，椭球形滚轴带动球体沿着通过双螺旋滑槽运动，进而带动阀门沿着第一腔体内壁作往复直线运动，进而将从第二进气口进入的气体压缩，并由出气口排出。
作为本申请进一步的方案：所述第二进气口和出气口内分别设置有第二单向阀和第一单向阀，第二单向阀用于限制气体单向经过第二进气口进入第一腔体内，第一单向阀用于限制第一腔体内的气体从出气口单向排出。
作为本申请再进一步的方案：所述外壳内还设置有中心轴，所述若干叶片连接在中心轴上。
作为本申请再进一步的方案：所述中心轴端部与椭球形滚轴的连接处还设置有轴承，且所述轴承与椭球形滚轴中细的一端连接。
作为本申请再进一步的方案：所述阀门与球体之间连接有导杆，所述导杆固定在阀门的中部，且采用铰接的方式相互连接。
作为本申请再进一步的方案：所述第二进气口和出气口均分布在第一腔体上远离椭球形滚轴的一端。
一种气体压力提升方法，包括以上方案中任一所述的一种气体压力提升装置，包括以下步骤：
S1、将用作动力源的高压气体从进气口输入；
S2、在高压气体冲刷作用下，带动叶片旋转的同时能够带动椭球形滚轴转动；
S3、椭球形滚轴转动时，球体沿着双螺旋滑槽移动，带动阀门做往复循环运动，当球体从椭球形滚轴的中部向两端移动时，阀门朝着远离进气口和出气口的方向运动，能够将低压气体吸入第一腔体内进行压缩，当球体从椭球形滚轴的两端向中部移动时，阀门朝着靠近进气口和出气口的方向运动，能够将压缩后的高压气体从出气口排出，从而实现气源低压输入、高压输出的目的。。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
通过高压气体驱动椭球形滚轴旋转，并充分利用双螺旋滑槽的结构特点和椭球形滚轴两端细、中间粗的特点，带动阀门做周期性往复运动，实现气体压缩，并输出高压气体，解决了现有的一种气体压力提升装置及方法存在无法充分利用气源进行补气的问题。
附图说明
图1为本发明一种用于缩短煤层瓦斯压力测定观测时间的装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中阀门、导杆和球体的三维图。
图中：1-第一进气口；2-外壳；3-叶片；4-中心轴；5-轴承；6-椭球形滚轴；61-双螺旋滑槽；7-球体；8-导杆；9-阀门；10-第一单向阀；11-出气口；12-第二单向阀；13-第二进气口；14-腔体。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，请阅图1至图2，本实施例提供了一种气体压力提升装置，包括：
外壳2，所述外壳2的一侧设置有进气口1，且外壳2内设置有用于承受进气口1进来的风的压力而旋转的若干叶片3；以及
椭球形滚轴6，所述椭球形滚轴6端部与叶片3连接，叶片3用于带动椭球形滚轴6围绕自身轴线旋转，椭球形滚轴6表面设置有双螺旋滑槽61，所述椭球形滚轴6设计为两端细、中间粗的外形轮廓，所述双螺旋滑槽61设计为首尾相连的结构形式；以及
第一腔体14，所述第一腔体14上设置有第二进气口13和出气口11；以及位于第一腔体14内的阀门9，阀门9上设置有位于双螺旋滑槽61内的球体7，椭球形滚轴6带动球体7沿着通过双螺旋滑槽61运动，进而带动阀门9沿着第一腔体14内壁作往复直线运动，进而将从第二进气口13进入的气体压缩，并由出气口11排出。
在以上技术方案中，所述椭球形滚轴6，在其表面刻有双螺旋滑槽61，双螺旋滑槽61首尾相连，形成一体，球体7置于双螺旋滑槽61内，当椭球形滚轴6旋转时，球体7沿双螺旋滑槽61移动，当运移到顶、底端后，在惯性作用下，会自动从一条双螺旋滑槽61进入另一条双螺旋滑槽61；在径向方向上，球体7始终位于椭球形滚轴6的右侧，在轴向方向上，球体7遵循“中部-顶端-中部-底端-中部......”模式，周期性循环运动。
请参阅图1，进一步的，所述第二进气口13和出气口11内分别设置有第二单向阀12和第一单向阀10，第二单向阀12用于限制气体单向经过第二进气口13进入第一腔体14内，第一单向阀10用于限制第一腔体14内的气体从出气口11单向排出。
请参阅图1，进一步的，所述外壳2内还设置有中心轴4，所述若干叶片3连接在中心轴4上。
请参阅图1，进一步的，所述第二进气口13和出气口11均分布在第一腔体14上远离椭球形滚轴6的一端。
请参阅图1，进一步的，所述中心轴4端部与椭球形滚轴6的连接处还设置有轴承5，且所述轴承5与椭球形滚轴6中细的一端连接。
请参阅图1、图2，作为本申请一种实施例，所述阀门9与球体7之间连接有导杆8，所述导杆8固定在阀门9的中部，且采用铰接的方式相互连接。
在以上技术方案中，导杆8一端与球体7相连，另一端与阀门9连接；导杆8一端固定在阀门9中部，采用铰接方式相连，导杆8可以围绕连接点旋转；当球体7向顶、底端运行时，导杆8与阀门9处于斜交状态，运行至顶、底端时，角度最小，并且球体7本身也运行到了最左侧，即球体从中部向顶底端运行时，阀门向左移动，反之，则向右侧移动。
一种气体压力提升方法，包括使用以上方案中任一所述的一种气体压力提升装置，包括以下步骤：
S1、将用作动力源的高压气体从进气口1输入；
S2、在高压气体冲刷作用下，叶片3围绕中心轴4旋转，并通过轴承5带动椭球形滚轴6转动；
S3、椭球形滚轴6转动时，球体7沿着双螺旋滑槽移动，通过导杆8，带动阀门9做往复循环运动，当球体7从椭球形滚轴6的中部向两端移动时，阀门9朝着远离进气口13和出气口11的方向运动，能够将低压气体吸入第一腔体14内进行压缩，当球体7从椭球形滚轴6的两端向中部移动时，阀门9朝着靠近进气口13和出气口11的方向运动，能够将压缩后的高压气体从出气口11排出，从而实现气源低压输入、高压输出的目的。
本申请使用时，作动力源的高压气体冲刷叶片3，带动中心轴旋转，并通过轴承5传动，带动椭球形滚轴6旋转；当椭球形滚轴6旋转时，球体7沿其表面双螺旋滑槽61移动，进而带动阀门做往复循环运动，压缩从第二进气口13（待压缩气源）输入的气体，并将压缩后的高压气体经出气口11输出。
综上所述，通过高压气体驱动椭球形滚轴6旋转，并充分利用双螺旋滑槽61的结构特点和椭球形滚轴6两端细、中间粗的特点，带动阀门9做周期性往复运动，实现气体压缩，并输出高压气体，解决了现有的一种气体压力提升装置及方法存在无法充分利用气源进行补气的问题。
需要特别说明的是，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式，以上所述实施例仅表达了本技术方案的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术方案专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变性、改进及替代，这些都属于本技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种气体压力提升装置，其特征在于，包括：
外壳(2)，所述外壳(2)的一侧设置有进气口(1)，且外壳(2)内设置有用于承受进气口(1)进来的风的压力而旋转的若干叶片(3)；以及
椭球形滚轴(6)，所述椭球形滚轴(6)端部与叶片(3)连接，叶片(3)用于带动椭球形滚轴(6)围绕自身轴线旋转，椭球形滚轴(6)表面设置有双螺旋滑槽(61)，所述椭球形滚轴(6)设计为两端细、中间粗的外形轮廓，所述双螺旋滑槽(61)设计为首尾相连的结构形式；以及
第一腔体(14)，所述第一腔体(14)上设置有第二进气口(13)和出气口(11)；以及位于第一腔体(14)内的阀门(9)，阀门(9)上设置有位于双螺旋滑槽(61)内的球体(7)，椭球形滚轴(6)带动球体(7)沿着通过双螺旋滑槽(61)运动，进而带动阀门(9)沿着第一腔体(14)内壁作往复直线运动，进而将从第二进气口(13)进入的气体压缩，并由出气口(11)排出；
所述第二进气口(13)和出气口(11)内分别设置有第二单向阀(12)和第一单向阀(10)，第二单向阀(12)用于限制气体单向经过第二进气口(13)进入第一腔体(14)内，第一单向阀(10)用于限制第一腔体(14)内的气体从出气口(11)单向排出；
所述外壳(2)内还设置有中心轴(4)，所述中心轴(4)端部与椭球形滚轴(6)的连接处还设置有轴承(5)，且所述轴承(5)与椭球形滚轴(6)中细的一端连接；
使用所述气体压力提升装置实现气体压力提升的方法，包括以下步骤：
S1、将用作动力源的高压气体从进气口(1)输入；
S2、在高压气体冲刷作用下，带动叶片(3)旋转的同时能够带动椭球形滚轴(6)转动；
S3、椭球形滚轴(6)转动时，球体(7)沿着双螺旋滑槽移动，带动阀门(9)做往复循环运动，当球体(7)从椭球形滚轴(6)的中部向两端移动时，阀门(9)朝着远离第二进气口(13)和出气口(11)的方向运动，能够将低压气体吸入第一腔体(14)内进行压缩，当球体(7)从椭球形滚轴(6)的两端向中部移动时，阀门(9)朝着靠近第二进气口(13)和出气口(11)的方向运动，能够将压缩后的高压气体从出气口(11)排出，从而实现气源低压输入、高压输出的目的。
2.根据权利要求1所述的一种气体压力提升装置，其特征在于，所述若干叶片(3)连接在中心轴(4)上。
3.根据权利要求2所述的一种气体压力提升装置，其特征在于，所述阀门(9)与球体(7)之间连接有导杆(8)，所述导杆(8)固定在阀门(9)的中部，且采用铰接的方式相互连接。
4.根据权利要求3所述的一种气体压力提升装置，其特征在于，所述第二进气口(13)和出气口(11)均分布在第一腔体(14)上远离椭球形滚轴(6)的一端。
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