技术领域
[0001] 本
发明涉及一种矿井井下气体
采样及输送设备，特别涉及一种正压束管输气泵。
背景技术
[0002] 据统计，在我国开采的
煤矿中，存在自燃发火危险的矿井占总矿井数的70%左右，自燃发火
煤层占累计可采煤层数的80%，且自燃火灾发生的次数占矿井火灾总数的94%以上。因此，自燃发火事故的
预防必然成为煤矿安全研究的重点。及时准确地发出火灾早期预报，不仅可以及时采取防灭火措施，将火灾事故消除于萌芽状态，而且还可以减少防灭火造成的经济损失，防止火灾事故的发生。
[0003] 研究表明，煤的自燃发展，一般要经过三个时期，即潜伏期（也称准备期）、自热期、燃烧期。在潜伏期，煤体
温度与周围
环境温度基本没有什么变化，但煤的着火温度降低，化学活性增强。进入自燃期，煤的
氧化速度增加，并分解出
水、二氧化
碳和
一氧化碳。氧化生成热开始使煤体温度升高，当煤温超过自热的临界值（60-80℃）时，煤温将急剧上升，氧化速度加快，并出现煤的干馏，生成碳氢化合物（CmHn）、氢气（H2）及一氧化碳（CO）等可燃气体。这时也是防火灭火最关键的时期。如果此时不及时采取一些防灭火措施，煤温将继续上升至着火温度而进入燃烧期。
[0004] 煤在氧化自燃过程中，不仅放出一定的热量，而且还会发生热反应释放出CO、C2H4和C2H6等碳氢化合物，且分解的气体成分及其浓度与煤温之间有一定的对应关系。因此直接检测煤的
热解气体产物在空气中成分浓度变化即可判断煤的自燃发展程度，以便进行火灾的早期预报。
[0005] 目前，煤矿矿井安全束管监测系统已经开始在煤矿中得到越来越多的普及和应用。
[0006] 矿井安全束管监测系统是借助束管将井下各处的空气
抽取、汇总到
指定地点，再借助色谱监测装置对
管束所采集的空气样本进行分析，实现对CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、O2、N2等气体含量的在线监测，其分析结果在以实时监测报告、分析日报两种方式提供数据的同时，亦可自动存入
数据库中，以便今后对某种气体含量的变化趋势进行分析，从而实现了对矿井自燃火灾的早期预报。
[0007] 在实际监测采样工作过程中，为了将井下的气体样本输送至指定地点，需要借助各种抽气装置来实现气体样本的连续抽取工作。
[0008] 现有的各种束管监测系统都是采用
负压抽气采样的方式，即使用抽气泵或者
真空泵来完成井下气体连续抽取采样的工作，这也是目前国内外束管监测系统采用的主要气体采样方案。但无论是在理论上还是实际应用中，负压抽气采样都存在几个难以克服的困难：1、气体输送速度缓慢：当采用负压抽取井下气体样本时，因为气体输送压
力不会超过一个
大气压，所以当输送距离变长时，增加的管道阻力会极大的减缓气体输送速度。2、气体输送距离受限：负压抽气压力的极限是一个大气压，这就导致了气体管束输送距离的极限。这对于深层煤井中的气体采样工作造成了很大困难。3、采样气体易被沿途气体污染：如果管束的某些部位发生破损或者
泄漏时，于束管内部是负压状态，导致外界环境气体很容易被吸入束管内，从而造成了检测地点样本气体与泄漏处气体的混合，污染了样本气体，进而影响气体的分析结果。4、束管的损坏与泄露难以被发现：因为是地上负压抽气，即使束管上某处破损或者泄露，负压泵依然能正常工作，地面工作人员难以觉察到束管的损坏进而导致检测人员对井下情况产生误判。
[0009]
专利号为CN202348627U的专利
申请提出了一种束管输气泵，包括底座，底座上配装防爆
电机和机箱，机箱的两端接有泵头，其中，机箱内设置有
曲轴和
连杆，泵头内有进气
门、排气门和隔膜，隔膜与连杆相连接。该专利虽然解决了气体输送速度过慢的问题，有效避免输送过程中环境气体的混入，能容易的判断出束管的损坏漏气部分，提高了维护效率，同时保证了检测结果的及时有效，但是泵头的运转
稳定性得不到保证，且
电流过大，
工作温度过高，导致连杆
轴承的正常工作温度过高，严重影响设备的使用寿命。在研发过程中，也通过在曲轴末端增加
飞轮用以降低电流和负荷，但是由于温度过高导致轴承烧坏。因此，功率负载不稳和
散热不良一直是发展这种泵机的两大难题。
发明内容
[0010] 根据以上
现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种能够采用正压输送气体方式的设备，以解决气体输送速度过慢、气体输送距离有限的问题，保证检测端采样气体的纯净，能够有效的帮助工作人员发现判断管束损坏与漏气情况，提高系统能力，增加工作效率和维修效率，有效降低工作温度，延长使用寿命的正压束管输气泵。
[0011] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0012] 所述的正压束管输气泵，包括底座，底座上配装有防爆电机和机箱，机箱的两端安装有泵头，泵头内设置有隔膜和
阀板，阀板上设置有进气门和排气门，机箱内设置曲轴，曲轴连接连杆托盘，连杆托盘与泵头内的隔膜相连接，连杆托盘与阀板之间形成可变容积的隔膜工作泵腔，曲轴的末端安装飞轮扇，机箱的端盖上设置散点式飞轮扇气流进
风口，机箱底部设置飞轮扇气流出风口。
[0013] 所述的正压束管输气泵采用地下正压输送气体，克服了负压抽气最大一个大气压力的限制，从根本上解决了采样气体输送速度过慢，气体输送距离受限的问题，实现了气体的快速输送和长距离输送，保证了气体样本到达地面工作站时的可靠性，确保工作人员及时的发现束管管路的泄露问题，保证了对束管破损的快速检查以及及时维护。曲轴的末端装有一个飞轮扇，飞轮扇旋转时一方面可以稳定由于连杆托盘作往复运动时阻力不同而导致的功率不稳；另一方面可以将机箱飞轮扇气流进风口处的空气吸入，然后通过自身旋转产生的
离心力把空气通过出风口排出机箱，过程中所形成的空气
对流对曲轴轴承和电机起到良好的散热和降温效果。另外在机箱底部的飞轮扇气流出风口到泵头有通道连接，这个设计可以将有飞轮扇排出的机箱散热空气再次吹向两个泵头，通过散热风和
散热片的配合，可以对由空气压缩而升高温度的泵头起到非常好的散热效果。飞轮扇与
通风道的设计，实质上是把电机不稳定的
动能储存起来，并将一部分转化为
风能对泵机的两处发热源进行两次降温。
[0014] 其中，优选方案为：
[0015] 泵头的外部设置有泵头盖，泵头盖外设置散热片。泵头盖可以对泵头起到保护作用，防止井下恶劣环境对设备造成损害，并且散热片对压缩空气所聚集的热量起到散热作用。
[0016] 所述的飞轮扇包括飞轮扇主体，飞轮扇主体上设置有飞轮扇
叶片，飞轮扇叶片上安装飞轮扇端片。飞轮扇主体上有扇轮叶片，飞轮主体设计为较大的
质量属性，并且与轴承端紧靠在一起，以提高运转稳定性。为提高工作效率又加上了飞轮扇端片，克服
短路气流的影响。
[0017] 所述的飞轮扇叶片呈放射状等距离分布设置在飞轮扇主体上。束管输气泵工作时对旋转方向不做要求，因此，将飞轮扇叶片做成直的放射状等距分布，以适应任意旋转方向的现场使用要求。既保证了飞轮扇的较大质量要求，满足了泵头稳定运转的要求，同时又增加了一个经过轴承的强迫气流。
[0018] 所述的飞轮扇主体上设置后进风口，飞轮扇端片上设置进风口。增加了散热功能，降低了轴承工作温度，延长了正压束管输气泵的使用寿命。
[0019] 所述的飞轮扇气流进风口与飞轮扇主体上设置的后进风口相对应。
[0020] 所述的机箱内设置排气通道，排气通道与泵体的内腔相通。
[0021] 所述的飞轮扇气流出风口设置在排气通道的末端，飞轮扇气流出风口的开口方向与泵头盖外的散热片相对应。束管输气泵运转时，周围空间的空气在飞轮扇的离心作用下，中心部位形成低压区，外界的空气在大气压力作用下进入泵体内，然后在泵体内经过轴承、连杆等机件，将热量带走，在飞轮扇形成的气压下，气流经过导气通道经过飞轮扇气流出风口吹向泵头散热片，又一次将泵头散热片的压缩气体产生的热量带走。
[0022] 所述的机箱两侧并列设置2-8组连杆托盘，每个连杆托盘均与相对应泵头内的隔膜相连接。实现了机箱通过一个曲轴的运动控制控制多组泵头，大大增加了工作效率。
[0023] 本发明所具有的有益效果是：
[0024] 所述的正压束管输气泵由原来的地上负压抽取气体改为地下正压输送气体，没有了负压抽气最大一个大气压力的限制，从根本上解决了采样气体输送速度过慢，气体输送距离受限的问题，实现了气体的快速输送和长距离输送。在输送气体过程中，如果管道破损漏气，负压抽气会将沿途环境气体一起抽入管束中，而正压输气则完全避免了这个问题，保证了气体样本到达地面工作站时的可靠性。另外如果管道破裂，正压输气的地面工作末端会出现明显的出气压强变低的现象，而负压抽气则不会出现，这样可以确保工作人员及时的发现束管管路的泄露问题，保证了对束管破损的快速检查以及及时维护。另外泵机中关于飞轮扇与通风道的设计，解决了泵机实际运行中的功率不稳，散热不良的问题，提高了工作效率，增加了正压泵的安全性和可靠性，延长了泵机寿命。总体上来说，本发明的发明解决了矿井井下正压输气的最大难题，与以前的负压抽气采样方案相比，矿井气体输送的效率大大提高，气体样品的可靠性也明显提升，另外也极大地方便了地面工作人员对束管的维护与检修。
附图说明
[0025] 图1为本发明的结构示意图；
[0026] 图2为本发明飞轮扇结构示意图之一；
[0027] 图3为本发明飞轮扇结构示意图之二；
[0028] 图4为本发明的风道布局示意图；
[0029] 其中：1、底座；2、飞轮扇气流进风口；3、泵头盖；4、机箱；5、防爆电机；6、曲轴；7、泵头；8、连杆托盘；9、排气门；10、进气门；11、隔膜；12、阀板；13、飞轮扇气流出风口；14、飞轮扇；15、飞轮扇主体；16、飞轮扇叶片；17、飞轮扇端片；18、后进风口；19、进风口；20、排气通道；21、隔膜工作泵腔；22、端盖；23、泵体；24、散热片。
具体实施方式
[0030] 下面结合附图对本发明的
实施例做进一步描述：
[0031] 如图1-图4所示，本发明所述的正压束管输气泵，包括底座1，底座1上配装有防爆电机5和机箱4，机箱4的两端安装有泵头7，泵头7内设置有隔膜11和阀板12，阀板12上设置有进气门10和排气门9，机箱4内设置曲轴6，曲轴6连接连杆托盘8，连杆托盘8与泵头内的隔膜11相连接，连杆托盘8与阀板12之间形成可变容积的隔膜工作泵腔21，曲轴6的末端安装飞轮扇14，机箱4的端盖22上设置散点式飞轮扇气流进风口2，机箱4底部设置飞轮扇气流出风口13。
[0032] 其中优选，泵头7的外部设置有泵头盖3，泵头盖3外设置散热片。飞轮扇14包括飞轮扇主体15，飞轮扇主体15上设置有飞轮扇叶片16，飞轮扇叶片16上安装飞轮扇端片17，飞轮扇叶片16呈放射状等距离分布设置在飞轮扇主体15上，飞轮扇主体15上设置后进风口18，飞轮扇端片17上设置进风口19，飞轮扇气流进风口2与飞轮扇主体15上设置的后进风口18相对应。所述的机箱4内设置排气通道20，排气通道20与泵体23的内腔相通。飞轮扇气流出风口13设置在排气通道20的末端，飞轮扇气流出风口13的开口方向与泵头盖3外的散热片24相对应。机箱4两侧并列设置2-8组连杆托盘8，每个连杆托盘8均与相对应泵头内的隔膜11相连接。
[0033] 工作原理：
[0034] 所述的正压束管输气泵在防爆电机5的驱动下，机箱4内的曲轴6带动连杆托盘8作往复运动。在连杆托盘8的带动下，当隔膜11逼近曲轴6方向运动时，泵头隔膜腔内气压变低，通过进气门10吸入气体；隔膜远离曲轴6方向运动时，隔膜11压缩腔内空气，经压缩过后的高压气体有排气门9排出。图4的箭头方向为飞轮扇气流的流动方向，在曲轴
6旋转时，同时带动飞轮扇14转动，飞轮扇14的高速转动一方面可以吸收动能稳定功率负载，另一方面利用离心力从进风口2吸入空气，然后从出风口13吹出空气实现对曲轴6和泵头盖3两次散热的功能。泵头7外面设置有泵头盖3。泵头盖3可以对泵头7起到保护作用，防止井下恶劣环境对设备造成损害。泵头盖3上有散热片设计，配合出风口13可以起到对泵头良好的散热效果。
[0035] 本发明的运动部件及密封部件均采用耐磨材料制作，能保证束管输气泵长期连续正常工作，另外采取防爆措施，配用防爆电机5，保证在易燃易爆的工作环境中能够正常工作。
[0036] 本发明运行时，进气管道的空气被隔膜11运动产生的负压通过进气门10吸入隔膜腔内，然后隔膜11的反向运动压缩腔内气体，使之气压变高然后通过排气门9推出到出气管道，实现了负压抽气同时正压输气的功能。这样从根本上解决了气体输送速度过慢，气体输送距离受限的问题，实现了气体的快速传输和长距离传输。另外也防止了气体样本传输过程中由于管道破损而混入沿途气体的问题，并且能帮助地面工作人员发现束管泄露的问题，提高了工作效率和维护效率，让气体样本的检测能更加快速可靠。飞轮扇与通风道解决了泵机实际运行中的功率不稳，散热不良的问题，提高了工作效率，增加了正压泵的安全性和可靠性，延长了泵机寿命。
