CN117654348B - 一种瓦斯发电用气体混匀装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及瓦斯混匀器械领域，尤其涉及一种瓦斯发电用气体混匀装置。本发明的技术问题方案为：两种密度不同的瓦斯气体在混合装置内部滞留时间短，难以快速均衡混合，使得导出的瓦斯浓度不平衡。本发明的技术实施方案为：一种瓦斯发电用气体混匀装置，包括有支撑架和掺混筒等；支撑架固接有掺混筒。本发明过在初混舱内设置多个八字形的引流板，引流板对抽放瓦斯与乏风瓦斯的初步混合气体进行阻挡，减缓混合气体向上运动的速度，使得混合气体在初混舱内滞留的时间更长，乏风瓦斯与抽放瓦斯接触的时间更长，两种瓦斯的混合更加充分。

Description

一种瓦斯发电用气体混匀装置

技术领域

本发明涉及瓦斯混匀器械领域，尤其涉及一种瓦斯发电用气体混匀装置。

背景技术

在煤矿上使用的瓦斯抽放泵站一般同时设置有高负压抽采系统与低负压抽采系统，高负压抽采系统主要是抽取煤矿中的乏风瓦斯，低负压抽采系统一般抽取煤矿中的抽放瓦斯，而抽放瓦斯浓度低于10%时，无法用于正常发电，一般需要将高、低浓度的瓦斯混匀后，将浓度大于10%的瓦斯送入发电机组发电，以实现抽采瓦斯发电效益的最大化。

但由于乏风瓦斯的密度约为1.2kg/m³-1.4kg/m³，其密度小于空气，抽放瓦斯的密度约为0.717kg/m3，其密度约等于空气的密度，当两种瓦斯气体以简单旋转模式进行混匀，难以快速均衡混合，使得导出的瓦斯浓度不平衡，严重影响混合瓦斯用于发电的使用效果。

发明内容

为了克服两种密度不同的瓦斯气体在混合装置内部滞留时间短，难以快速均衡混合，使得导出的瓦斯浓度不平衡的缺点，本发明提供一种瓦斯发电用气体混匀装置。

本发明的技术实施方案为：一种瓦斯发电用气体混匀装置，包括有支撑架、掺混筒、回流盖、进气管一、进气管二、出气管和内管；支撑架固接有掺混筒；掺混筒固接有回流盖；回流盖为“m”形截面的环形体，回流盖内设有环形槽；掺混筒连通有进气管一；掺混筒连通有进气管二；进气管二位于进气管一的上方；掺混筒连通有出气管；掺混筒固接有内管；内管与掺混筒之间为初混舱；内管的轴心与掺混筒的轴心重合；内管不与回流盖接触；回流盖的环形槽、初混舱和内管内部互相连通；还包括有分流管和混杂组件；进气管二连通有多个分流管；所有的分流管均位于初混舱内；分流管连接有混杂组件；混杂组件与掺混筒连接；混杂组件与内管连接；混杂组件位于初混舱内；混杂组件用于将密度不同的乏风瓦斯和抽放瓦斯分层次多级混匀。

更为优选的是，混杂组件包括有引流管和引流板；每个分流管各连通有多个水平放置、竖向排列引流管；掺混筒与内管之间固接有多个引流板。

更为优选的是，每个分流管上的多个引流管，三个引流管为一组，每组引流管的长短不一，最下方的一组引流管的长度从上往下依次增加，分流管上其他组的引流管的长度从上往下依次减少。

更为优选的是，初混舱内的引流板分为环绕式等间距排列的四大组，同一大组中的若干个引流板每两个形成一个小组，若干个小组纵向排列，小组引流板呈倒八字形，且相邻大组引流板呈高低错位分布状态。

更为优选的是，还包括有隔板；回流盖的环形槽内固接有多个隔板，隔板并未将环形槽完全隔断。

更为优选的是，隔板为由下至上厚度逐渐增加的状态。

更为优选的是，还包括有复混组件、十字架、电动执行器、密封板、配合环、检测杆和电控阀门；内管连接有复混组件；内管固接有十字架；十字架安装有电动执行器；电动执行器伸缩部固接有密封板；内管固接有配合环；配合环与密封板接触配合，用于对内管内空间上下分隔；密封板安装有检测杆；检测杆上下均匀设置有多个检测器，用于对混合后瓦斯浓度的检测；内管内开有多个旋流槽；每个旋流槽均连通有电控阀门；内管开有多个排气口；每个排气口各与一个旋流槽连通；每个旋流槽均连通有与外界相连的安全排气支管；复混组件用于对完成初混的混合瓦斯气体，再进行汇合混匀。

更为优选的是，复混组件包括有旋流板、芯柱、伺服电机和均匀桨；内管固接有多个旋流板；所有的旋流板中部共同固接有芯柱；芯柱与回流盖固接；芯柱安装有伺服电机；伺服电机位于回流盖外；伺服电机输出轴固接有均匀桨。

更为优选的是，还包括有支板、弹性件、密封塞和滑杆；每个排气口内各固接有一个支板；每个支板各固接有一个弹性件；每个弹性件各固接有一个密封塞，密封塞为上大下小的锥形结构；每个密封塞下部各固接有一个滑杆，滑杆底部设有瓦斯浓度检测探头；每个滑杆各与一个支板滑动连接；每个密封塞各将一个排气口封堵。

更为优选的是，旋流板为弧形扭曲板结构。

本发明的有益效果为：1、通过在初混舱内设置多个八字形的引流板，引流板对抽放瓦斯与乏风瓦斯的初步混合气体进行阻挡，减缓混合气体向上运动的速度，使得混合气体在初混舱内滞留的时间更长，乏风瓦斯与抽放瓦斯接触的时间更长，两种瓦斯的混合更加充分。

2、在分流管上设置多组引流管，将乏风瓦斯通入抽放瓦斯气流的内部，便于加快瓦斯混匀的效率，其中将每组中的引流管设置成长短不一的结构，一来有效适应呈八字形设置的引流板的间隙位置，二来通过长短不一的引流管，抽放瓦斯在接触到引流板后，抽放瓦斯的流速发生改变，接触到引流板的抽放瓦斯的流速，较未接触阻挡物的抽放瓦斯的流速更慢，将乏风瓦斯通入抽放瓦斯气体流动速度不同的位置，使得乏风瓦斯在抽放瓦斯不同流速的位置快速均衡混合。

3、通过混合气体在引流板的阻隔下向上移动，而混合气体，在往上流动过程中，也会相互交互混合，实现抽放瓦斯与乏风瓦斯的进一步混匀，并且通过竖向排列的引流管将浓度高的乏风瓦斯逐步输入到向上流动的混合气体中。

4、通过隔板阻隔并吸收部分混合气体沿着回流盖环形槽流动的动能，并且通过隔板与回流盖环形槽之间的间隙，横向流动，实现混合气体之间的再次混合，进一步提高瓦斯的混合度，使得瓦斯浓度更加均衡。

5、通过设置均匀桨的桨叶的扭转方向与旋流板的扭转方向相反，当均匀桨转动，将旋流板流出的混合气体打散，以此再次对混合气体进行混匀，使得瓦斯浓度更加均衡。

6、通过将不达标的混合气体通入两个旋流槽内，有效避免不达标的混合气体滞留在本混匀装置内，导致本混匀装置内压强过大的问题，而后再将不达标的混合气体分散至初混舱上部的初混瓦斯气体中，并被初混的瓦斯气体裹挟，一同向回流盖的方向移动，并在复混组件处进行混匀，实现了对浓度不达标的气体的复配混合。

附图说明

图1为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的立体结构示意图；

图2为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的剖视图；

图3为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的分流管安装位置示意图；

图4为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的两种瓦斯气体混合示意图；

图5为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的隔板安装位置示意图；

图6为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的旋流板安装位置示意图；

图7为本发明的瓦斯发电用气体混匀装置的旋流槽开槽位置示意图；

图8为本发明的图7中X处的放大图。

以上附图中：1-支撑架，2-掺混筒，3-回流盖，4-进气管一，5-进气管二，6-出气管，7-内管，8-分流管，2001-初混舱，101-引流管，102-引流板，201-隔板，301-旋流板，302-芯柱，303-伺服电机，304-均匀桨，305-十字架，306-电动执行器，307-密封板，308-配合环，309-检测杆，3010-电控阀门，7001-旋流槽，7002-排气口，401-支板，402-弹性件，403-密封塞，404-滑杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1，一种瓦斯发电用气体混匀装置，根据图1-5所示，包括有支撑架1、掺混筒2、回流盖3、进气管一4、进气管二5、出气管6和内管7；支撑架1螺栓连接有掺混筒2；掺混筒2上部焊接有回流盖3；回流盖3为“m”形截面的环形体，回流盖3内设有环形槽；掺混筒2下部连通有进气管一4；掺混筒2上部连通有进气管二5；掺混筒2底部连通有出气管6；掺混筒2焊接有内管7；内管7与掺混筒2之间为初混舱2001；内管7的轴心与掺混筒2的轴心重合；内管7上部不与回流盖3接触；回流盖3的环形槽、初混舱2001和内管7内部互相连通；

还包括有分流管8和混杂组件；进气管二5连通有两个左右分布的分流管8；所有的分流管8均位于初混舱2001内；分流管8连接有混杂组件；混杂组件与掺混筒2连接；混杂组件与内管7连接；混杂组件位于初混舱2001内；混杂组件用于将密度不同的乏风瓦斯和抽放瓦斯分层次多级混匀。

根据图2和图3所示，混杂组件包括有引流管101和引流板102；每个分流管8各连通有两排前后分布的引流管101；掺混筒2与内管7之间焊接有多个引流板102。

每个分流管8上的多个引流管101，三个引流管101为一组，每组引流管101的长短不一，最下方的一组引流管101的长度从上往下依次增加，分流管8上其他组的引流管101的长度从上往下依次减少。

初混舱2001内的引流板102分为环绕式等间距排列的四大组，同一大组中的若干个引流板102每两个形成一个小组，若干个小组纵向排列，小组引流板102呈倒八字形，且相邻大组引流板102呈高低错位分布状态。

根据图2和图3-5所示，还包括有隔板201；回流盖3的环形槽内焊接有至少六个周向分布的隔板201，隔板201并未将环形槽完全隔断。

隔板201为由下至上厚度逐渐增加的状态。

首先将本装置安装在煤矿瓦斯抽放泵站，接着将高负压抽采系统抽出的高浓度的乏风瓦斯接入进气管二5，将低负压抽采系统抽出的低浓度的抽放瓦斯接入进气管一4，抽放瓦斯的密度小于空气密度，乏风瓦斯的密度约等于空气密度，故而将抽放瓦斯通过进气管一4通入初混舱2001时，抽放瓦斯自动上浮，乏风瓦斯通过进气管二5和两个分流管8缓慢注入到初混舱2001时，乏风瓦斯因为自身流动性很差，大部分会停留在分流管8出口附近，抽放瓦斯在上升过程中，将会通过自身的流动携带乏风瓦斯进行流动，从而将乏风瓦斯混入抽放瓦斯内，实现对抽放瓦斯与乏风瓦斯的初步混合。

如图4所示，并且通过在初混舱2001内设置多个八字形的引流板102，引流板102对抽放瓦斯与乏风瓦斯的初步混合气体进行阻挡，减缓混合气体向上运动的速度，使得混合气体在初混舱2001内滞留的时间更长，乏风瓦斯与抽放瓦斯接触的时间更长，两种瓦斯的混合更加充分，以及在分流管8上设置多组引流管101，将乏风瓦斯通入抽放瓦斯气流的内部，便于加快瓦斯混匀的效率，其中将每组中的引流管101设置成长短不一的结构，一来有效适应呈八字形设置的引流板102的间隙位置，使乏风瓦斯能快速分布到整个引流板102的间隙内，二来通过长短不一的引流管101，抽放瓦斯在接触到引流板102后，抽放瓦斯的流速发生改变，接触到引流板102的抽放瓦斯的流速，较未接引流板102的抽放瓦斯的流速更慢，将乏风瓦斯通入抽放瓦斯气体流动速度不同的位置，使得乏风瓦斯在抽放瓦斯不同流速的位置快速均衡混合。

混合气体在引流板102的阻挡下向上移动，使混合气体除了单纯的向上流动外，也会产生水平方向的流动，从而相互交互混合，实现抽放瓦斯与乏风瓦斯的进一步混匀，并且通过竖向排列的大量引流管101将浓度高的乏风瓦斯持续不断混入到向上流动的混合气体中，只在分流管8底部设置引流管101，会出现瓦斯在底部混合不均匀又下无法持续补充混合浓度高的乏风瓦斯，导致需要多次循环混合的问题出现，最终实现将混合气体的瓦斯浓度控制在10%以上，再是将混合气体送入发电机组进行发电。

如图5所示，当混合气体到达初混舱2001的上部后，进入到回流盖3的环形槽的位置，此时混合气体在涌入回流盖3环形槽时，混合气体与隔板201接触，各个相邻的倒锥形隔板201将混合气体分隔成多份，对混合气体进行引导，而且混合气体会从整个初混舱2001中流出，所以原本靠近掺混筒2内壁的混合气体更容易沿着回流盖3内壁流动，而靠近内管7外壁的混合气体更容易受到回流盖3内壁阻碍上而变换流向，同时隔板201并未将回流盖3环形槽完全封堵，故而靠近内管7外壁的混合气体容易通过隔板201与回流盖3环形槽之间的间隙，横向流动，实现混合气体之间的再次混合，进一步提高瓦斯的混合度，使得瓦斯浓度更加均衡，虽然有局部横向流动，因为只有一个出口，而后混合气体经过回流盖3的导流后，进入到内管7，最后通过出气管6与外置泵机连接，将内管7的混合气体抽出，经过浓度检测，混合气体浓度达标后，再将抽出的气体送入发电机组进行发电。

实施例2，在实施例1的基础上，根据图2和图6-7所示，还包括有复混组件、十字架305、电动执行器306、密封板307、配合环308、检测杆309和电控阀门3010；内管7上部连接有复混组件；内管7内表面下部焊接有十字架305；十字架305安装有电动执行器306；电动执行器306为电动推杆；电动执行器306伸缩部固接有密封板307；内管7内表面焊接有配合环308；配合环308与密封板307接触配合，用于对内管7内空间上下分隔；密封板307安装有检测杆309；检测杆309上下均匀设置有多个检测器，用于对混合后瓦斯浓度的检测；内管7内开有两个旋流槽7001；每个旋流槽7001均连通有电控阀门3010；内管7侧壁上部开有两个排气口7002；每个排气口7002各与一个旋流槽7001连通；每个旋流槽7001均连通有与外界相连的安全排气支管；复混组件用于对完成初混的混合瓦斯气体，再进行汇合混匀。

复混组件包括有旋流板301、芯柱302、伺服电机303和均匀桨304；内管7内壁上部焊接有至少八个周向分布的旋流板301；所有的旋流板301中部共同焊接有上大下小的圆锥形芯柱302；芯柱302上部与回流盖3焊接；芯柱302上部安装有伺服电机303；伺服电机303位于回流盖3外；伺服电机303输出轴固接有均匀桨304。

根据图2和图7-8所示，还包括有支板401、弹性件402、密封塞403和滑杆404；每个排气口7002内各焊接有一个支板401；每个支板401各固接有一个弹性件402；每个弹性件402上部各固接有一个密封塞403，密封塞403为上大下小的锥形结构；每个密封塞403下部各焊接有一个滑杆404，滑杆404底部设有瓦斯浓度检测探头；每个滑杆404各与一个支板401滑动连接；每个密封塞403各将一个排气口7002封堵。

根据图2所示，旋流板301为弧形扭曲板结构。

其中回流盖3将混合气体导入内管7后，还需对混合气体进行浓度检测，在混合气体未排出本混匀装置前进行浓度检测，可以最短时间内，做出反应，对乏风瓦斯与抽放瓦斯的进气速度以及进气压强进行调整，进而对混合气体的浓度进行调整，并且对浓度不达标的混合气体，重新混匀。

混合气体从回流盖3引导进入内管7时，混合气体经过旋流板301的位置，混合气体沿着旋流板301流动，往下流动，通过扭转状的旋流板301可以使气体旋流流动，从而使气体更多的流向内管7的内壁面，利用内壁面使与之接触的气体流速略微降低，从而使混合气体不同的区域产生流速差，从而起到辅助混合的作用；在必要时可以控制启动伺服电机303，伺服电机303输出轴转动，同步带动均匀桨304转动，均匀桨304的桨叶的扭转方向与旋流板301的扭转方向相反，且当均匀桨304转动，从上往下看，如图6所示，均匀桨304顺时针转动时，均匀桨304配合将旋流板301流出的混合气体打散，以此再次对混合气体进行混匀，使得瓦斯浓度更加均衡，同时均匀桨304也将混合气体向下鼓吹，使得混匀后的瓦斯气体吹向检测杆309，检测杆309通过其上下排列的多个瓦斯浓度检测器，对进入到内管7的混合气体进行不同位置的浓度检测，进而得到混合气体的准确浓度。

当混合气体的瓦斯浓度不达标时，密封板307闭合不再排气，控制打开两个电控阀门3010，内管7的混合气体进入到两个旋流槽7001内，同时通过瓦斯浓度的检测结果，对乏风瓦斯与抽放瓦斯的进气速度、进气量以及进气压强进行相应调整，一方面减少或彻底阻断进气防止掺混筒2内气压过大，另一方面可及时调整进气比例，避免混合浓度进一步失调，而且通过将旋流槽7001设置为内置结构、排气口7002设置在内管7顶部，既可以减少进出掺混筒2的通路数量提高装置的安全性，还可以避免使需要重复混合的气体经过进气管一4和分流管8，避免对进气源头产生干扰，降低进气调节难度，而后混合气体沿着两个旋流槽7001向上流动，最后进入两个排气口7002，当排气口7002内压强增大，混合气体将密封塞403向上顶起，弹性件402被拉伸，密封塞403与排气口7002边缘分离，排气口7002内的混合气体，沿着密封塞403与内管7之间的间隙喷出，混合气体经过密封塞403的锥形面导流后，混合气体分散至初混舱2001上部的初混瓦斯气体中，并被初混的瓦斯气体裹挟，一同向回流盖3的方向移动，实现了对浓度不达标的气体的复配混合，直至滑杆404底部的瓦斯气体浓度检测探头，检测到从旋流槽7001排出的气体浓度达标时，可及时控制关闭两个电控阀门3010，避免过量的气体进入旋流槽7001中，接着控制电动执行器306收缩，同步带动密封板307向下运动，密封板307同步带动检测杆309向下运动，密封板307与配合环308分离，内管7内的达标后混合气体通过密封板307与配合环308之间的间隙向下流动，最后再从出气管6排出，配合外置泵机，将排出的瓦斯气体送入发电机组进行发电，旋流槽7001中多余的气体可通过安全排气支管导向外界进行安全处理。

尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。

Claims (7)

1.一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，包括有支撑架（1）、掺混筒（2）、回流盖（3）、进气管一（4）、进气管二（5）、出气管（6）和内管（7）；支撑架（1）固接有掺混筒（2）；掺混筒（2）固接有回流盖（3）；回流盖（3）为“m”形截面的环形体，回流盖（3）内设有环形槽；掺混筒（2）连通有进气管一（4）；掺混筒（2）连通有进气管二（5）；进气管二（5）位于进气管一（4）的上方；掺混筒（2）连通有出气管（6）；掺混筒（2）固接有内管（7）；内管（7）与掺混筒（2）之间为初混舱（2001）；内管（7）的轴心与掺混筒（2）的轴心重合；内管（7）不与回流盖（3）接触；回流盖（3）的环形槽、初混舱（2001）和内管（7）内部互相连通；还包括有分流管（8）和混杂组件；进气管二（5）连通有多个分流管（8）；所有的分流管（8）均位于初混舱（2001）内；分流管（8）连接有混杂组件；混杂组件与掺混筒（2）连接；混杂组件与内管（7）连接；混杂组件位于初混舱（2001）内；混杂组件用于将密度不同的乏风瓦斯和抽放瓦斯分层次多级混匀；

混杂组件包括有引流管（101）和引流板（102）；每个分流管（8）各连通有多个水平放置、竖向排列引流管（101）；掺混筒（2）与内管（7）之间固接有多个引流板（102）；

每个分流管（8）上的多个引流管（101），三个引流管（101）为一组，每组引流管（101）的长短不一，最下方的一组引流管（101）的长度从上往下长度增加，分流管（8）上其他组的引流管（101）的长度从上往下长度减少；

初混舱（2001）内的引流板（102）分为环绕式等间距排列的四大组，同一大组中的若干个引流板（102）每两个形成一个小组，若干个小组纵向排列，小组引流板（102）呈倒八字形，且相邻大组引流板（102）呈高低错位分布状态。

2.按照权利要求1所述的一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，还包括有隔板（201）；回流盖（3）的环形槽内固接有多个隔板（201），隔板（201）并未将环形槽完全隔断。

3.按照权利要求2所述的一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，隔板（201）为由下至上厚度逐渐增加的状态。

4.按照权利要求2-3任意一项所述的一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，还包括有复混组件、十字架（305）、电动执行器（306）、密封板（307）、配合环（308）、检测杆（309）和电控阀门（3010）；内管（7）连接有复混组件；内管（7）固接有十字架（305）；十字架（305）安装有电动执行器（306）；电动执行器（306）伸缩部固接有密封板（307）；内管（7）固接有配合环（308）；配合环（308）与密封板（307）接触配合，用于对内管（7）内空间上下分隔；密封板（307）安装有检测杆（309）；检测杆（309）上下均匀设置有多个检测器，用于对混合后瓦斯浓度的检测；内管（7）内开有多个旋流槽（7001）；每个旋流槽（7001）均连通有电控阀门（3010）；内管（7）开有多个排气口（7002）；每个排气口（7002）各与一个旋流槽（7001）连通；每个旋流槽（7001）均连通有与外界相连的安全排气支管；复混组件用于对完成初混的混合瓦斯气体，再进行汇合混匀。

5.按照权利要求4所述的一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，复混组件包括有旋流板（301）、芯柱（302）、伺服电机（303）和均匀桨（304）；内管（7）固接有多个旋流板（301）；所有的旋流板（301）中部共同固接有芯柱（302）；芯柱（302）与回流盖（3）固接；芯柱（302）安装有伺服电机（303）；伺服电机（303）位于回流盖（3）外；伺服电机（303）输出轴固接有均匀桨（304）。

6.按照权利要求5所述的一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，还包括有支板（401）、弹性件（402）、密封塞（403）和滑杆（404）；每个排气口（7002）内各固接有一个支板（401）；每个支板（401）各固接有一个弹性件（402）；每个弹性件（402）各固接有一个密封塞（403），密封塞（403）为上大下小的锥形结构；每个密封塞（403）下部各固接有一个滑杆（404），滑杆（404）底部设有瓦斯浓度检测探头；每个滑杆（404）各与一个支板（401）滑动连接；每个密封塞（403）各将一个排气口（7002）封堵。

7.按照权利要求6所述的一种瓦斯发电用气体混匀装置，其特征是，旋流板（301）为弧形扭曲板结构。