第十五章《矿山流体机械》

第二节
水环泵的工作原理 和工作参数
一、水环泵的工作原理
水环泵分单作用和双作用两类。其中，单作用水环泵 的叶轮每旋转一周，完成吸气、压缩、排气过程各一次； 双作用水环泵的叶轮每旋转一周，完成吸气、压缩、排气 过程各两次。
（一）单作用水环泵工作原理
如右图所示为单作用水环泵 的工作原理图。叶轮5由叶片和轮 毂组成，为整体浇铸或焊接结构。 叶片有前弯状和径向直板状两种。 泵体8内部有一个圆柱形空间，叶 轮偏心地装入这个空间内，两端 用侧盖封住。侧盖上开有吸气孔7 和排气孔2，它们分别与泵的进气 口4和排气口1相通。
水环泵工作前需向泵内注入一定量的工作液体（一般 为水）。当叶轮通过泵轴在电动机带动下旋转且达到一定 转速时，泵内工作液体在叶片推动下一起旋转，并因离心 力作用甩向四周，在泵体内壁与叶轮之间形成旋转一个水 环。水环内表面和叶轮轮毂表面及两端侧盖之间形成一个 月牙形空间，它被叶片分成若干个容积不等、互不连通的 封闭小室。每个小室随叶轮一起旋转，作周期性扩大和缩 小。
（二）双作用水环泵工作原理
如右图为双作用水环泵的 工作原理图。在椭圆形泵体2的 中心装有叶轮3，两者具有上、 下双偏心的特点。环筒状分配 器4装在叶轮轮毂中心圆孔内固 定不动，其两端与设有吸排气 孔的泵体侧盖连接。
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分配器内、外环间分为四个间隔，对角线上的两个 间隔借侧盖上的气流通道连通。在外环壁上开吸气孔和 排气孔，吸气孔ab和ef，使上、下吸气区与进气口1相通， 排气孔cd和gh，使上、下排气区与排气口6相通。 当泵体内注入一定量的水、叶轮在电动机带动下以 足够的转速顺时针旋转时，因离心力作用，水被甩向外 围，形成一个与泵体内表面形状一致的椭圆形旋转水环。 在水环内表面、叶轮轮毂及两侧盖之间形成上、下两个 月牙形空间，它们被叶片分隔成若干密闭小室。
三、罗茨与叶氏鼓风机
罗茨鼓风机由同步齿轮带动一对8字型转子，在近似椭 圆形的机壳内相啮合，从而达到抽吸和压送气体的目的。叶 氏鼓风机与罗茨鼓风机结构相似，其共同特点是流量受管道 阻力特性变化的影响很小，运行稳定，效率较高，成本低； 但检修工艺复杂，运转噪声大，磨损较严重。 罗茨与叶氏鼓风机适用于较大瓦斯流量和较高负压的瓦 斯抽放矿井；既可负压抽吸，又可正压输气，但较适用于正 压输气，尤其对要求瓦斯流量稳定的用户输气更为适用。
二、离心鼓风机
离心鼓风机是一种高压离心式输气机械，其工作原理和 离心式通风机相同，是靠高速旋转的叶轮把电动机的机械能 传给气体，从而实现对气体的抽吸和压送。 离心鼓风机的特点是转速高（有的用加速器加速，最高 转速可达10000r/min），流量大（可达25000m3/min），升压 高，排气均匀无脉动，运行稳定可靠，结构简单，效率高 （有的可达80%）；但成本高，流量小及并联运行时性能较 差，容易出现不稳定运转现象。 离心鼓风机适用于瓦斯流量大、负压要求不高（4～ 50kPa）的瓦斯抽放矿井，既可负压抽吸，又可正压输气。
当某小室从a点起随叶片转至b点时，始终与吸气孔相 通，容积由小变大，进行吸气；当从b点转向c点过程中， 与吸、排气孔隔绝，容积由大变小，进行压缩；当从c点转 向d点过程中，与排气孔相通，进行排气。同理，在转向下 半周时，ef区间吸气，fg区间压缩，gh区间排气。可见， 对这种水环泵，转子每转一转，各封闭小室分别完成两次 吸气、压缩、排气过程。
二、水环泵的工作参数
第五篇
煤矿抽放瓦斯设备
煤矿瓦斯抽放是一种处理井下瓦斯的措施。它利用瓦斯 泵对煤体中瓦斯的负压抽吸作用，将瓦斯通过抽吸管抽放至 地面，然后再利用瓦斯泵的正压鼓风作用将瓦斯通过输气管 路压送至储气罐，再送至用户进行利用其系统如下图所示。
对于通过矿井通风方式难以解决瓦斯问题的矿井或工作面， 就应当考虑瓦斯抽放。瓦斯抽放的难易程度取决于两个方面： 煤层瓦斯压力和煤层的透气性。煤层瓦斯压力越高，煤层的透 气性越好，越容易抽放瓦斯。 抽放瓦斯最常用的工艺方法是钻孔预抽法，该法是在开采 层巷道中，每隔30m作一个深度为6～7m的小石门，作为专打 抽放瓦斯钻孔的钻场。在每个钻场内向开采煤层或上下相邻煤 层打钻孔（一般为3～5个，钻孔直径为70～100mm），将各 钻场封闭，并用分支管把各钻场接入抽放系统的主管路中，用 地面固定抽放瓦斯泵站的瓦斯泵将瓦斯抽出
随着叶轮的旋转，吸入侧小室容积逐渐增大，压力逐 渐降低。当其压力低于被抽气体的压力时，气体经吸气孔 被吸入到小室中。当小室转到排气侧时，其容积又逐渐减 小，吸进的气体被压缩，压力升高。当气体被压缩到一定 程度时，经排气孔排出。这祥，叶轮每旋转一周，各小室 完成吸气、压缩、排气过程各一次。因此，可将水环泵的 工作空间分为吸气区（I区）、压缩区（II区）和排气区 （III区）。
水环泵的能量传递是以工作液体为媒介进行的。从上 述分析可知，每个小室中的液体时而远离叶轮，时而靠近 叶轮，尤如一个液体活塞在小室中作往复运动。在吸气区 （I区），工作液体自叶片得到机械能，并从叶片根部流 向叶片外缘，其圆周速度和动能增加。在压缩区（II区） 和排气区（III区），工作液体又逐渐流回到叶片根部，圆 周速度下降，动能转化为压力能，对气体进行压缩和排气。 由此可见，在水环泵的整个工作过程中，工作液体起着传 递能量的作用。
第十五章 矿井抽放瓦斯泵 的工作理论
本章学习要点
• 各种抽放瓦斯泵的特点和适用条件 • 水环泵的工作原理和工作参数
• 水环泵的性能曲线
• 本章小结
第一节
一、水环泵
各种抽放瓦斯泵的 特点和适用条件
水环泵的负压抽吸能力强，所抽吸的瓦斯被水密封，而 且压缩温度低，即使瓦斯浓度达到爆炸极限也无爆炸危险， 因此安全性能很高。水环泵结构简单、工作平稳、流量均匀； 但正压输气能力较低，效率也较低（一般为30%～50%，最 高至55%）。 水环泵适用于煤层透气性低、抽吸负压大及瓦斯浓度经 常变化的瓦斯抽放矿井。在同一抽放系统中，既可负压抽吸， 又可正压输气，但正压输气阻力不宜过大。