一種煤礦抽風燃氣輪機動力裝置的製作方法
2023-05-19 07:38:16
專利名稱：一種煤礦抽風燃氣輪機動力裝置的製作方法
技術領域：
一種煤礦抽風燃氣輪機動力裝置，它屬於煤礦礦井通風與動力輸出裝置，它適用於高瓦斯煤礦礦井的開採。
在採用礦井方法開採深煤層時，由於煤層中伴生的瓦斯氣體(其主要成份為CH4)會溢出到開採礦井中。當瓦斯氣體的濃度達到3－19％時就有爆炸的危險。因此，煤礦礦井的防爆是煤碳開採中的一個重要課題。現在的解決辦法都是使用強制通風的方法，使用通風管道對礦井深部的空氣進行強制循環。通風方法有送風通風，抽風通風以及兩者的結合三種形式。其中，抽風通風的效果最好。採用現在的通風方法雖然可以達到降低井下瓦斯濃度，防止瓦斯爆炸的目的。但是，由於瓦斯氣體的主要成份是CH4、CO等可燃氣體，排入大氣後，會對大氣環境造成汙染，而且瓦斯做為燃料，也包含了不少能量，排入大氣是一種浪廢。
本實用新型的目的是發明一種煤礦抽風燃氣輪機動力裝置，它能降低煤礦礦井的瓦斯氣濃度，並可以充分利用瓦斯氣的能量，輸出一定的採煤所需的機械能。
本實用新型的結構如附
圖1所示，它有礦井抽風管道1、與礦井抽風管道1相連接的低壓風扇2，其特徵在於在低壓風扇2後有高壓壓氣機3、燃燒室4，在燃燒室4中有燃料噴口5，有燃料輸送泵6與燃料噴口5相連並為其輸送燃料，在燃燒室4後接有渦輪7，渦輪7通過傳動軸與低壓風扇2和高壓壓氣機3相連，由低壓風扇2、高壓壓氣機3、燃燒室、燃料噴口5、燃料輸送泵6和渦輪7組成了一臺燃氣輪機13，在渦輪7後接有由殼體8、動力渦輪9和輸出軸10組成的動力渦輪組件，在礦井抽風管道1與低壓風扇2連接處接有數控流量閥10，在礦井抽風管道1出口處裝有壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12，有標準工業控制介面14，在標準工業控制介面14中插有分別與壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12相聯的測量適配模塊16和17，還插有分別與燃料輸送泵6和數控流量閥10相連並對其進行控制的控制適配模塊18和19，標準工業控制介面14通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機15相連。
附
圖1為本實用新型的結構示意圖。
本實用新型的工作原理如下所述本實用新型有礦井抽風管道1、與礦井抽風管道1相連接的低壓風扇2，在低壓風扇2後有高壓壓氣機3、燃燒室4，在燃燒室4中有燃料噴口5，有燃料輸送泵6與燃料噴口5相連並為其輸送燃料，在燃燒室4後接有渦輪7，渦輪7通過傳動軸與低壓風扇2和高壓壓氣機3相連，由低壓風扇2、高壓壓氣機3、燃燒室、燃料噴口5、燃料輸送泵6和渦輪7組成了一臺燃氣輪機13，在渦輪7後接有由殼體8、動力渦輪9和輸出軸10組成的動力渦輪組件，在礦井抽風管道1與低壓風扇2連接處接有數控流量閥10，在礦井抽風管道1出口處裝有壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12，有標準工業控制介面14，在標準工業控制介面14中插有分別與壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12相聯的測量適配模塊16和17，還插有分別與燃料輸送泵6和數控流量閥10相連並對其進行控制的控制適配模塊18和19，標準工業控制介面14通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機15相連。低壓風扇2在渦輪7的帶動下轉動，在低壓風扇2前端產生負壓。在負壓的作用下，通過礦井抽風管道1抽吸礦井下含有一定量瓦斯的井下空氣。通過抽吸作用，含有瓦斯的井下空氣被抽走，從井口或送風管道中補充不含瓦斯的新鮮空氣，減少了井下的瓦斯氣含量，可以防止井下發生瓦斯爆炸。被低壓風扇2吸入的含瓦斯氣體再經高壓壓氣機3壓縮後，進入燃燒室4中。在燃燒室4中，由燃料輸送泵6輸送、經燃燒噴口5噴出的燃料與被壓縮的含瓦斯的井下空氣混合併被點燃。混合氣在燃燒室4中被點燃燒後，溫度激劇升高，進入渦輪7處膨脹做功。由於高溫高壓燃氣的膨脹，推動渦輪7旋轉。渦輪7旋轉帶動低壓風扇2和高壓壓氣機3，維持本實用新型的持續工作。由低壓風扇2、高壓壓氣機3、燃燒室4、燃料噴口5、燃料輸送泵6組成了一個可獨立運行的燃氣輪機13。在渦輪7處膨脹做功後的燃氣，還具有較高的溫度和一定的壓力，被引入到動力渦輪組件中繼續膨脹做功，推動動力渦輪9旋轉，由輸出軸10輸出。其輸出的機械能為一種驅動動力，可以帶動發電機發電，以供其它設備使用。也可用來驅動如抽水機、高壓水泵等礦井開採用設備。
本實用新型使用了由中央控制計算機15、標準工業控制介面14以及插於其中的各個測量與控制適配模塊組成的機電一體化測控系統。由中央控制計算機15集中控制，控制過程如下中央控制計算機15在程序控制下，採用定時掃描的方法，定時測量抽風管道1出口處的壓力和CH4濃度值。如測量抽風管道1出口處的壓力值時，中央控制計算機15先通過標準串行通訊接口發出選通測量適配模塊16的地址值，由標準工業控制介面14接收後選通相應的測量適配模塊16。測量適配模塊16被選通後，把與之相連的裝於抽風管道1出口處的壓力傳感器11測得的壓力值經A／D變換後反送回中央控制計算機15。同理，在採集CH4吸動值時，中央控制計算機15先通過標準串行通訊接口發出選通測量適配模塊17的地址值，由標準工業控制介面14接收後選通相應的測量適配模塊17。測量適配模塊17被選通後，把與之相連的裝於抽風管道1出口處的CH4濃度氣敏傳感器12測得的CH4濃度值經A／D變換後反送回中央控制計算機15。中央控制計算機15在採集到上述壓力和CH4濃度值後，與其存貯的控制模型進行比較。當CH4濃工過低，可以減少其抽風工況時，通過控制減小燃料輸送泵6的輸送流量，從而減小了由低壓風扇2、高壓壓氣機3等組成的燃氣輪機13的工況，使低壓風扇2的壓縮比減小，從而達到減少其抽風工況的目的。當CH4濃工過低，需要減少其抽風工況，而同時需保持動力渦輪9輸出工況時，中央控制計算機15通過控制增大數控流量閥10的開度，增加普通空氣吸入比例。同時，中央控制計算機15還控制燃料輸送泵5增加工況，以補充進氣中瓦斯氣體組分的減少。反之，當抽風管道1中的CH4濃度較高時，中央控制計算機15控制減小數控流量閥10的開度，增大抽風壓差，從而增大抽風量。同時，中央控制計算機15也適當控制減小燃料輸送泵5的工況，以平衡由於通過抽風管道1抽風量增大後瓦斯含量的增加，保持燃氣機工況。在本實用新型中，中央控制計算機15控制改變燃料輸送泵5或數控流量閥10的工況的方法是，首先通過標準串行通訊接口發出選通控制適配模塊18或19的地址信號，該地址選通信號由標準工業控制介面14接收後，選通相應的控制適配模塊18或19。選通後，中央控制計算機15再發出相應的新工況值數字量，由控制適配模塊18或19接收並鎖存後，轉變為相應的控制模擬量，驅動相應的燃料輸送泵5或數控流量閥10動作，實現其控制過程。
本實用新型採用了由低壓風扇、高壓壓氣機、燃燒室、燃料噴口、燃料輸送泵以及渦輪組成提供動力的燃氣輪機組。使用燃氣輪機的低壓風扇通過礦井抽風管道抽吸礦井下開採煤層中滲出的含瓦斯氣體，以減小並保持礦井下的低瓦斯濃度。同時在燃氣輪機組後面接有由動力渦輪機匣，動力渦輪和輸出軸組成的動力渦輪組件吸收和轉換燃氣輪機的輸出動力。在本實用新型工作時，由於燃氣輪機通過礦井抽風管道吸入了含有一定量的瓦斯氣體，而瓦斯主要由CH4和一氧化碳等可燃氣體組成，在進入發動機後，可以減少所加入的燃料，充分利用瓦斯氣體的能量，減少正規燃料的消耗。
在本實用新型中，由低壓風扇2、高壓壓氣機3、燃燒室4、燃料噴口5、燃料輸送泵6以及渦輪7組成的燃氣輪機13可以按照現有燃氣輪機設計，或是直接使用現有燃氣輪機，如原蘇制PAES－2500型燃氣輪機，或是國產YD－3型燃氣輪機電站燃機，還可以使用現有或退役航空燃渦輪發動機改裝，如民用英國羅·羅(ROLLS－ROYCE)公司的斯貝512(SOPY512)型渦扇發動機。
本實用新型中，由匣體8、動力渦輪9和輸出軸10組成的動力渦輪組件是一種標準化設計，市場上已有專門的配套商提供，供各種燃氣輪機改裝用。在本實用新型中只需選用即可，不必自行設計。如可選用國產YD－3燃機電站的動力渦輪。
在本實用新型中數控流量閥10可以選用由數控執行元件操作的普通轉門式閘閥，也可以選用如專利號為CNZL91218716.6的數控閥門，該閥門應有較大的通過流量。
在本實用新型中，壓力傳感器11可以使用普通半導體壓力傳感元件，也可已用氣盆和貼於氣盒上的應變片。CH4濃度氣敏傳感器12可以採用紅外線型氣敏元件或是矽氣敏元件。
在本新型中，標準工業控制介面14可以選用美國ME公司(MECHAICTONEQUIPMENT INC.)的I／O 32，或是美國OPTO22公司的PB16AH。中央控制計算機15可以選用美國OPTO22公司的LC4控制器，也可以選用美國ME公司的PCS－1工業過程控制工作站，還可以選用普通PC計算機。測量適配模塊16和17可以採用OPTO22公司的AD3或類似的A／D轉換模塊。控制適配模塊18可選用OPTO22公司的DF3或類似的D／F轉換模塊。控制適配模19可選用OPTO22公司的DK3或類似的開關量轉換模塊。
以一套俄制的PAES－2500或國產的YD－3燃氣輪電站為例，這種電站的空氣流量為16Kg／s，額定發電負荷為2500KW，最大負荷時的燃料消耗量為11500Mcal／hr，在進氣中最高可攜入稀瓦斯8470Mcal／hr，這樣只要在燃料系統中輸入3030Mcal燃料，就可以維持燃氣輪電站在2500KW負荷下運行。混有稀瓦斯的空氣，在吸入發動機之後經壓氣機壓縮，由於CH4含量在2.5％以內，在進入燃燒室之前都是安全的。在進入燃燒室之後，由於燃燒室內的溫度達到1400K以上，在這個條件下，無論CH4的含量多低，也是可以充分燃燒的。
權利要求1.一種煤礦抽風燃氣輪機動力裝置，它有礦井抽風管道1、與礦井抽風管道1相連接的低壓風扇2，其特徵在於在低壓風扇2後有高壓壓氣機3、燃燒室4，在燃燒室4中有燃料噴口5，有燃料輸送泵6與燃料噴口5相連並為其輸送燃料，在燃燒室4後接有渦輪7，渦輪7通過傳動軸與低壓風扇2和高壓壓氣機3相連，由低壓風扇2、高壓壓氣機3、燃燒室、燃料噴口5、燃料輸送泵6和渦輪7組成了一臺燃氣輪機13，在渦輪7後接有由殼體8、動力渦輪9和輸出軸10組成的動力渦輪組件，在礦井抽風管道1與低壓風扇2連接處接有數控流量閥20，在礦井抽風管道1出口處裝有壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12，有標準工業控制介面14，在標準工業控制介面14中插有分別與壓力傳感器11和CH4濃度氣敏傳感器12相聯的測量適配模塊16和17，還插有分別與燃料輸送泵6和數控流量閥20相連並對其進行控制的控制適配模塊18和19，標準工業控制介面14通過標準串行通訊接口與可和其它設備共用的中央控制計算機15相連。
專利摘要一種煤礦抽風燃氣輪機動力裝置。它有礦井抽風管道、與礦井抽風管道相連接的低壓風扇。其特徵在於採用了由低壓風扇、高壓壓氣機、燃燒室、燃料噴口、燃料輸送泵以及渦輪組成提供動力的燃氣輪機組。使用燃氣輪機的低壓風扇通過礦井抽風管道抽吸礦井下開採煤層中滲出的含瓦斯氣體，以減小並保持礦井下的低瓦斯濃度。同時在燃氣輪機組後面接有由動力渦輪機匣，動力渦輪和輸出軸組成的動力渦輪組件吸收和轉換燃氣輪機的輸出動力。
文檔編號F24F12/00GK2185863SQ9420563
公開日1994年12月21日 申請日期1994年3月29日 優先權日1994年3月29日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠