瓦斯抽放泵减速箱独立冷却水系统的设计分析

魏 凯

（潞安化工集团漳村煤矿，山西 长治 046032）

引言

瓦斯抽采是高瓦斯矿井和突出矿井的首要要务。关于煤矿生产的安全问题，我国在2004 年提出了瓦斯抽采12 字方针政策，其方针的内容是“先抽后采，以风定产，检测监控”，其中“先抽后采”居首，由此能看出其瓦斯抽采所占位置的重要性。瓦斯抽放系统在地面和井下都占有举足轻重的作用。

目前，水环式真空泵、离心式鼓风机和回转式鼓风机是瓦斯抽放泵的三种类型。水环式真空泵被广泛应用，抽放泵在工作时消耗的大功率和大量的热量在抽放时会压缩气体产生，使泵体的温度升高，从而使抽放泵、电机和减速箱受到了严重的损害，致使抽放泵运转的时间大大缩短。

1 抽放泵减速箱存在的问题

潞安化工集团某矿有4 台水环式真空抽放泵，型号为2BEC72，电机型号为YB2，最大吸气量为510 m3/min，极限压力为160 hPa，这4 台抽放泵中2台正常使用，剩余的2 台留作备用。抽采泵所应用的减速箱型号为西门子S/N-JKD，减速箱是通过一根细钢管作为冷却水的通道，环形布满整个减速箱，其主要作用是冷却减速箱，预防由于温度过高而使润滑油失去作用，从而致使无法使用减速箱齿轮。循环软化水是减速箱冷却水和抽放泵水源的来源，循环水途经泵体、减速箱最终流入低位软化水池，最后通过水泵抽入高位水池，靠自身重力流入减速箱和抽放泵内，不停地重复循环，造成减速箱冷却水杂质含量过高，温度无法被控制在正常范围内，经常出现因减速箱温度过高导致抽放泵无法正常运行。

2 抽放泵减速箱超温原因

由抽放泵体内的循环水和井下抽出的煤层气构成的混合物，途经气水分离、排出气体、循环水自动流入低位水池，导致循环水中含有煤渣和煤尘等许多杂质，造成循环水含杂质量增大，纯净度显著下降。

水途经泵体带走了很多热能，也带走了抽放泵两端轴承和减速箱中齿轮和轴承转动摩擦所所产生的能量，使循环水的热能增大，温度快速上升。

一根截面积很小的铜管构成了减速箱的冷却水通道，连续不断的水流过整个铜管带走尽可能多的热量，使得润滑油及减速箱轴不超过额定温度运行。由于循环水杂质含量过高，会大幅缩小循环水通道实际水流的截面积，使得单位时间水流量减少，从而使冷却水进入管道，将无法带走大量热能，由于以上两种效果同时作用，导致减速箱温度下降不明显，达不到预期的冷却效果，减速箱临界高温运行处于常态，给抽采系统可靠运行留下了很大隐患。

由以上情况可知，在运行中，抽采泵正常运行多长时间的重要因素是减速箱的温度，所以，本矿每月轮换1 次抽采泵，在夏季由于外部环境温度升高，导致循环水的温度也跟着上升，抽采系统运行时也会升高其自身温度，致使减速箱常常发生温度过高，经常在运行半月的时间就必须更换备用泵，因此大幅度降低了抽采系统可靠性和安全性[2]。

由此可以看出，要想提高减速箱的可靠性、安全性的最主要的工作是降低减速箱冷却水的温度和杂质的含量。因此，为瓦斯抽放泵减速箱研究并设计了独立循环冷却水系统，为了使冷却水中的杂质减少的目的，需要把冷却水和循环水分开，并且设计和制作了环状水包，用井下的低温煤层气使冷却水的温度降低，使冷却效果更加有效。

3 设计制作冷却水独立系统

独立冷却水池和冷却水包是冷却水独立系统的两个组成部分，降低杂质含量的用独立冷却水池来实现，降低冷却水温度有冷却水包来实现，使冷却水的冷却效果更加有效。

3.1 设计独立冷却水池

为了能分离冷却水和泵内循环水，在高位水池和原来的低位水池中分别设置单独容器，依据各自使用水的多少来决定容器体积，单独容器存放各自减速箱冷却水。制好的软化水，直接流入新建地位冷却水池中，原低位水池用来存放溢出的软化水，潜水泵被安装在低位冷却水池中，可将低位冷却水池中水抽到高位冷却水池中，抽到高位冷却水池中水靠重力流到减速箱内，最后从减速箱内流出后又回到低位冷却水池中，需达到下面几点要求来完成这一循环：

1）为了保证新建低位冷却水池内无杂质，就需要原低位冷却水池内的水不能流入新建低位冷却水池中，而且原低位冷却水池的最高液面需要稍低于新建低位冷却水池。

2）液位传感器安装在低位冷却水池中，在原高低位水池高度相同时，传感器就可以让水泵的自动开关，从而实现自动化，使系统的可靠性得以保障。

3）为了保证新建高位水池内无杂质，就需要确保原高位冷却水池的水不能流入新建的高位冷却水池中，而且原高位冷却水池的最高液面稍低于新建高位冷却水池，在位于最底部的高位冷却水池处留孔，促使水可以流到减速箱内。

4）为了使系统能够可靠运行，需要在高位冷却水池中安装液位传感器，传感器依据液面高度实现在低位冷却水池中对水泵的控制。

采取上面4 项措施，可使杂质在减速箱冷却水中含量降低，使堵塞减速箱冷却水通道的风险大大降低。

3.2 设计冷却水包

每年温度开始升高时都会看到有一层水珠覆盖在瓦斯抽采系统的进气管道壁上，这层水珠是由于温度过低煤层气被抽出后遇到空气中的水蒸气凝结形成的，由此可见，煤层气温度在井下是非常低的，所以，用它的温度可以中和一部分温度高的冷却水，以达到降低温度的目的。

制作2 个盛水容器，这两个盛水容器必须是封闭，而且是半圆环形柱状的，1 个圆环形柱状体是由2 个半圆环组成的，为了保证圆环形柱状体能把瓦斯进气管道最可能小的包裹住，需要进气瓦斯管应小于圆环直径，以达到煤层气的低温和高温冷却水这两者之间的热传递，从而实现降温的目的。依据瓦斯管道的长短来设计环形容器的厚度，横截面宽度和长度，环形容器可有是1 个整体的组成的，也可以是几个短的组成的[3]。

比如1 组圆环的，2 个半圆环的对角分别留1个孔，并将顶部的2 个孔连通，而底下的2 个孔分别作为冷却水的出水孔和进水孔，高位冷却水从进水孔进入半圆环，在半圆环内充满水后，通过顶部的孔流入另一个半圆环，通过出水孔流入减速箱，由此来完成水在1 组圆环中的循环，使1 组圆环中的都充满水，而且要在每个空洞安装用于清洗和开关的过滤网和阀门，以保证能够定期清理杂质，不能堵塞装置。

4 结语

为了使减速箱温度过高的问题从根本上得到解决，应研制设计和建立冷却水独立循环系统，提高减速箱的可靠性，使瓦斯抽采泵能够正常运转。