濕式羅茨真空泵在移動瓦斯抽采泵站中的應用分析

文 魁

(山西安煤礦業設計工程有限公司，山西 太原 030006)

近年來隨著國家安全生產各項政策、法律和法規的不斷完善，對于瓦斯抽采的要求越來越嚴格，力度不斷加大，措施也更加完善，相應的瓦斯抽采泵站設計也越來越多。作為工程設計，不但要滿足規程、規范的要求，而且要設計合理、安全、可靠，并且盡可能多地貫穿一些先進的設計理念，吸取一些成熟的設計經驗，從而使設計更加完善。

為了貫徹《煤礦安全規程》(2016版)取消回采工作面專用排瓦斯巷的規定，有些礦井將回采工作面改為“U”型通風方式。“U”型通風具有結構簡單、巷道施工維修量小、回采工作面漏風小、風流穩定、易于管理等優點。但對于回采工作面改為“U”型通風方式的礦井，會取消尾部橫貫通風，導致回采工作面上隅角風流方向發生變化，采空區瓦斯會涌入上隅角，在目前抽采瓦斯方法基礎上，無法滿足瓦斯治理需求。因此，有必要采取回采工作面采空區抽采瓦斯的措施，改變上隅角風流流動以降低上隅角瓦斯濃度。

為此需在井下增設一套移動瓦斯抽采泵站，對回采工作面上隅角瓦斯進行單獨抽采，將抽出的瓦斯直接排放至總回風巷中，而低濃度瓦斯抽采的安全性較高濃度瓦斯抽采差，對于抽采設備的要求較高。因此，本文提出煤礦用濕式羅茨真空泵來處理井下上隅角瓦斯問題，該設備具有安全可靠、結構緊湊、大流量、低功率、功能全、分體安裝方便、效率高等特點，現對該設備的結構、性能參數和特點進行分析。

1 濕式羅茨真空泵主要結構、工作原理及設備特點

1.1 總體結構

煤礦用濕式羅茨真空泵主要包括：礦用隔爆型三相異步電動機、減速機、聯軸器、主機、鋼結構底盤等。結構如圖1所示。

圖1 煤礦用濕式羅茨真空泵結構簡

1.2 濕式羅茨真空泵工作原理

本真空泵是一種容積式氣體真空泵，主機機殼內兩個葉輪彼此保持一定的“嚙合”間隙，間隙被水膜填充，兩葉輪表面以及與之相對的機殼、墻板表面之間均被水膜填充包覆，起到密封、降溫的作用。在運轉過程中兩個葉輪不相互接觸。

兩葉輪通過同步齒輪帶動，作等速反向旋轉，葉輪型面的“嚙合”運動使進氣口和排氣口隔開。將吸入的氣體無內壓縮地從吸氣口推移到排氣口。被輸送的吸入氣體，在達到排氣口的瞬間，因排出側高壓氣體的回流而被加壓向系統輸送而做功，達到強制排氣的目的。其工作原理如圖2 所示。

圖2 濕式羅茨真空泵工作原理

圖2(a)中，機體內的容積，被葉輪分隔成三個區域，其中(Ⅰ)與進氣口相通，其氣體處于進氣口壓力，(Ⅰ′)在尚未形成此位置以前與進氣口相通，現尚未與排氣口相通，故其氣體仍處于進氣口壓力；(Ⅱ)與排氣口相通，故其氣體處于排氣口壓力。

圖2(b)中，機體內的容積，被葉輪分隔成二個區域，其中(I)與進氣口相通，其氣體處于進氣口壓力；(Ⅱ)與排氣口相通，故其氣體處于排氣口壓力。

圖2(c)中，機體內的容積，被葉輪分隔成三個區域，(Ⅰ)、(Ⅰ′)、(Ⅱ)與圖2(a)情況相同，只是葉輪旋轉90°后，左右位置進行互換。上述情況是葉輪旋轉90°的工作過程，如此循環工作，便形成雙轉子真空泵的工作全過程。

1.3 主機結構簡圖

主機由機殼、從動葉輪部、填料密封部、墻板、驅端軸承座、調心滾子軸承、甩油盤、密封襯套、副油箱部、主油箱部等組成，主機結構簡圖見圖3。

圖3 主機結構簡圖

1.4 同等設備能力參數分析對比

同流量濕式羅茨真空泵和水環式真空泵的主要參數對比，見表1。

1.5 羅茨真空泵的特點

1) 同等設備能力下具有安全可靠、結構緊湊、分體安裝方便、便于維護的特點。

2) 設備具有大流量、低功率、高效率的特點，降低了設備能耗，達到了節能節電的目的。

3) 設備自帶旋風式水洗除塵器等設備，在抽采氣體進入真空泵前對瓦斯抽采管路中的煤塵進行過濾，同時旋風式水洗除塵器兼有阻火的功能，從而保證了瓦斯抽采泵運行的穩定與安全，設備供水量小，減少冷卻水池容積，減少水池投資。

4) 設置凈化除塵系統采用雙罐體結構，具有水位恒定特性；對呼吸性粉塵進行超前濕潤預處理，再進行二相分離，實現二級處理，有效捕集全部粉塵；在不停泵狀態下，具有自動負壓排污和自動補水功能；具有細化分流作用，確保混合氣體與水充分混合，有效除塵；能有效保持水封高度恒定。

表1 濕式羅茨真空泵和水環式真空泵主要參數對比

從表1可以看出，濕式羅茨真空泵和水環式真空泵相比，具有明顯優勢。

5) 設置智能調節引排裝置，實際引排量能根據管道瓦斯濃度、一氧化碳濃度變化聯動調解，保持濃度在合理范圍內，實現安全、節能；有自動和手動雙功能，且相互閉鎖；實時監測環境瓦斯濃度、管道瓦斯濃度、一氧化碳濃度、溫度、壓力和流速等參數；實時監測設備的軸溫、開停、電流、電壓等相關參數獨立監測、切換、遠控功能。

2 結 語

濕式羅茨真空泵在抽采期間能克服管路最大管網阻力，使抽采管口達到足夠的負壓，并滿足抽采泵出口正壓需求；滿足抽采期間預計最大瓦斯抽出量的需求；具備良好的氣密性；配備防爆電動機；在抽采氣體進入真空泵前對瓦斯抽采管路中的煤塵進行過濾，同時旋風式水洗除塵器兼有阻火的功能，確保了瓦斯抽采泵運行的穩定與安全；并且具有大流量、低功率、高效率的特點，達到了節能節電的目的。因此本文推薦井下移動瓦斯抽采泵站采用濕式羅茨真空泵。