Устройство для автоматического отвода воды из дегазационного газопровода Советский патент 1992 года по МПК E21F7/00 

f/, /m/w/f //, M//w/, ww/,wff/m/////////// 317 К

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для отвода воды из дегазационного газопровода, проложенного по почве горной выработки, находящегося под разрежением или под избыточным давлением.

Для отвода воды, поступающей из скважин, воды, конденсирующейся в газопроводах, известны водоотделительные бачки, которые устанавливаются под газопроводом и соединяются с ним трубкой.

Во время слива воды из бачков обслуживающим персоналом на 1-2 ч прекращается работа дегазационной системы, что снижает эффективность ее работы и нежелательно с точки зрения техники безопасности.

Известно устройство для автоматического отвода воды из дегазационного газопровода, находящегося под разрежением. Устройство состоит из корпуса, снабженного обратным клапаном доя слива воды, воз- духовпускным клапаном, водовпускной трубкой с обратным клапаном и воздухоот; водящей трубкой, соединенными с газопроводом, поплавком, на котором закреплены толкатель для открытия воздуховпускного клапана и клапаны для перекрытия воздухо- отводящей трубки. При поступлении воды в устройство закрытие воздуховпускного клапана и клапана для слива воды осуществляется за счет разрежения в газопроводе. При сливе воды из устройства открытие воздуховпускного клапана и закрытие обратным клапаном воздухоотводящей трубки осуществляются поднятым поплавком, закрытие обратного клапана на водовпускной трубке - за счет разрежения в газопроводе, а открытие обратного клапана для слива воды - за счет ее статического давления.

Устройство устанавливается под газопроводом на почве выработки и позволяет отводить воду из газопровода, который подвешен к крепи выработки на высоте большей, чем высота устройства.

Недостатками этого устройства являются его низкая надежность в работе и отказ в работе Ьри избыточном давлении в газопроводе.

Низкая надежность в работе обусловлена тем, что при небольшом разрежении в газопроводе усилия для закрытия воздуховпускного и обратного клапанов при наборе воды и обратного клапана на воздуховпуск- ной трубке оказываются недостаточными. Обратные клапаны не полностью закрываются, если даже усилия и достаточны для их закрытия, но на их рабочие поверхности попадают кусочки угля, породы или шлама,

поступающие вместе с водой из газопровода.

Устройство не работоспособно при избыточном давлении в газопроводе,которое

имеет место при аварийной или плановой остановках вакуум-насосов на поверхности шахт. В этом случае под действием горного давления метан выходит из скважин, заполняет за несколько минут газопровод и дви0 жется по нему на свечу. Давление в нем повышается и становится избыточным, больше атмосферного. При избыточном давлении в газопроводе все клапаны в устройстве открыты и метановоздушная смесь из

5 газопровода через устройство будет выходить в горную выработку, что недопустимо по правилам техники безопасности.

Недостатки устранимы, если в устройстве отсутствуют клапаны, а набор и слив воды

0 осуществляются по гибким трубкам, пережимаемым и освобождаемым от пережатия в определенной последовательности of перемещения емкости при наборе и сливе воды из нее соответственно подключением

5 емкости к газопроводу и отключением от него.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для автома0 тического отвода воды из дегазационного газопровода, содержащее емкость с водовпускной и воздухоотводящей трубками, соединенными с дегазационным газопроводом, сливной и воздухоподающей трубками,

5 соединенными с атмосферой, верхнюю опорную площадку со средством для пережатия трубок, между которыми расположены водовпускная и воздухоотводящая трубки, и нижнюю опорную площадку со

0 средством для пережатия трубок, между которыми расположены сливная и воздухопо- дающая трубки, верхнюю и нижнюю направляющие втулки, вертикальную ось на емкости, установленную в направляющих

5 втулках, пружину сжатия, насаженную на вертикальную ось между нижним основанием емкости и нижней направляющей втулкой, два толкателя, закрепленные на верхнем и нижнем основаниях емкости с

0 возможностью взаимодействия со средствами для пережатия трубок на верхней и нижней опорных, площадках, два углубле- . ния на боковой поверхности емкости, фиксатор, выполненный в виде пластинчатой

5 пружины с роликом на конце и взаимодействующий с углублениями на емкости.

В известном устройстве при наборе воды под действием пружины сжатия емкость поднята. Средствами пережатия на верхней опорной площадке освобождены от пережатия водовпускная и воздухоотводящая трубки, а на нижней опорной площадке пережаты сливная и воздухоподающая трубки. Емкость сообщается с газопроводом, давление в ней становится равным давлению в газопроводе, и вода сливается в емкость под действием силы тяжести. После заполнения водой емкости происходит ее опускание. Средствами пережатия осуществляется пережатие водовпускной и возду- хоотводящей трубок и освобождение от пережатия сливной и воздухоподающей трубок. Емкость изолируется от газопровода, сообщается с атмосферой и происходит слив воды также под действием ее силы тяжести на почву горной выработки.

Устройство работает независимо от разрежения или избыточного давления в дегазационном газопроводе.

Недостатком известного устройства является невозможность отвода воды из дегазационного газопровода, проложенного по почве выработки. Если устройство установить под газопроводом в углублении почвы выработки, то после нескольких циклов слива воды в углебление уровень воды в нем поднимается до нижнего основания емкости и затем на очередном цикле вода из емкости не сливается в углубление. Ее необходимо поднять из емкости, а потом слить на почву выработки.

Цель изобретения - обеспечение возможности отвода воды из дегазационного газопровода, проложенного по почве горной выработки, при давлении в нем, отличающемся от атмосферного.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического отвода воды из дегазационного газопровода, состоящее из двух блоков, содержащих внутри каждого емкость с водовпускной, воздухо- отводящей, сливной и воздухоподающей трубками и углублениями на боковой поверхности, верхнюю опорную площадку со средством для пережатия трубок, между которыми расположены водовпускная и воздухоотводящая трубки, и нижнюю опорную площадку со средством для пережатия тру- брк, между которыми расположены сливная и воздухоподающая трубки, верхнюю и нижнюю направляющие втулки, вертикальную ось, установленную в направляющих втулках, пружину сжатия, насаженную на вертикальную ось между нижним основанием емкости и нижней направляющей втулкой, два толкателя, закрепленные на верхнем и нижнем основаниях емкости с возможностью взаимодействия со средствами для пережатия трубок на верхней и нижней опорных площадках, фиксатор, выполненный в виде пластинчатой пружины с роликом на конце, на воздухоподающей трубке первого блока и воздухоотводящей трубке второго блока выполнено по два от- 5 ветвления, снабжено дополнительной верхней опорной площадкой со средством для пережатия трубок, между которыми расположены первые ответвления воздухоподающей трубки первого блока и возду0 хоотводящей трубки второго блока, и дополнительной нижней опорной площадкой со средством для пережатия трубок, между которыми расположены вторые ответвления этих трубок, сильфонным приво5 дом, состоящим из сильфона, импульсной трубки, присоединенной к его внутренней полости, тяги, прикрепленной к дну сильфона и взаимодействующей со средством для пережатия трубок на дополнительных опор0 ных площадках, причем первое ответвление воздухоподающей трубки первого блока, второе ответвление воздухоотводящей трубки второго блока и импульсная трубка соединены с газопроводом, второе ответв5 ление воздухоподающей трубки первого блока и первое ответвление ВОЗДУХООТЕЮДЯ- щей трубки второго блока - с атмосферой, а сливная трубка первого блока - с водовпускной трубкой второго блока, при этом пер0 вый блок расположен под газопроводом в углублении почвы выработки, а второй блок - на почве.

При таком выполнении устройства автоматически обеспечивается слив во5 ды из газопровода, проложенного по почве выработки, в емкость первого блока, расположенного под газопроводом в углублении почвы выработки, затем за счет перепада давления между атмосферным давлением

0 и давлением в газопроводе, большим или меньшим, чем атмосферное, перелив ее в емкость второго блока, расположенного на почве выработки, и слив воды из этой емкости на почву выработки.

5 На чертеже представлено устройство, общий вид.

Устройство содержит два идентичных блока 1 и 2. Блок 1 установлен под газопроводом в углублении почвы выработки

0 и выполнен в виде корпуса 3 с двумя направляющими втулками 4 и 5. Внутри корпуса расположена емкость б, которая снабжена вертикальной осью 7, вставленной в направляющие втулки 4 и 5. К емкости

5 подсоединены четыре гибкие трубки - водовпускная 8, воздухоотводящая 9, сливная 10 и воздухоподающая 11. Трубки 8 и 9 расположены между верхней площадкой 12 и пластинчатой пружиной 13, а трубки 10 и 11 - между нижней площадкой 14 и пластинчзтой пружиной 15. Пружины 13 и 15 закреплены в корпусе 3 так, что они постоянно прижимают трубки к площадкам с усилием, достаточным для их полного пережатия на площадках. К емкости 6 прикреплены сверху и снизу толкатели 16 и 17. Толкатель 16 расположен под пластинчатой пружиной 13, а толкатель 17 - над пластинчатой пружиной 15. В корпусе 3 закреплена пластинчатая пружина 18 с роликом 19, образующая с углублениями 20 и 21 на боковой поверхности емкости 6 пружинный фиксатор. На оси 7 между нижним основанием емкости 6 и втулкой 5 расположена пружина 22 сжатия. Воздухоподающая трубка 11 имеет первое 23 и второе 24 ответвления.

Блок 2. идентичный блоку 1, установлен на почве выработки и состоит из корпуса 25, втулок 26 и 27, емкости 28, оси 29, водовпу- скной 30, воздухоотводящей 31, сливной 32 и воздухоподающей 33 трубок, верхней опорной площадки 34 с пластинчатой пружиной 35, нижней опорной площадки 36 с пластинчатой пружиной 37, толкателей 38 и 39, пластинчатой пружины 40 с роликом 41, углублений 42 и 43 на емкости и пружины 44 сжатия. Воздухоотводящая трубка 31 имеет первое 45 и творое 46 ответвления.

Сильфонныйпри вод в устройстве состоит из сильфона 47, импульсной трубки 48, присоединенный к его внутренней полости, и тяги 49, прикрепленной одним концом к дну сильфона, а другим - к штоку 50.

Между дополнительной верхней опорной площадкой 51 и штоком 50 расположены первые ответвления 23 и 45 соответственно воздухоподающей 11 и воздухоотводящей 31 трубок, а между нижней опорной площадкой 52 и штоком 50 - их вторые ответвления 24 и 46.

В блоке 1 водовпускная трубка 8 соединена с нижней частью дегазационного газопровода, где собирается вода, возду- хоотводящая трубка 9 - с верхней частью газопровода, сливная трубка 10 - с водо- впукной трубкой 30 блока 2, первое ответвление 23 воздухоподающей трубки 11 - с газопроводом, а ее второе ответвление 24 - с атмосферой.

В блоке 2 первое ответвление 45 воздухоотводящей трубки 31 соединено с атмосферой, второе ответвление 46 - с газопроводом, а сливная трубка 32 и воз- духоподающая трубка 33 - с атмосферой.

Внутренняя полость сильфона 47 соединена импульсной трубкой 48 с газопроводом.

До подключения устройства к газопроводу его емкости 6 и 28 подняты (в соответствии с чертежом), так как усилия в предварительно

сжатых пружинах 22 и 44 больше сил тяжести пустых емкостей 6 и 28 и изогнутых толкателями 16 и 38 пружин 13 и 35. При этом пружины 13 и 35 не пережимают трубки 8 и

9, 30 и 31 на площадках 12 и 34. Трубки под действием упругих сил в них разжаты. Толкатели 17 и 39 отходят от своих пружин 15 и 37, которые пережимают трубки 10 и 11, 32 и 33 на площадках 14 и 36. Ролики 19 и 41

0 под действием пружин 18 и 40 входят соответственно в углубления 20 и 42 на емкостях 6 и 28 и стопорят их в верхнем положении. Во внутренней полости сильфона 47 давление равно атмосферному давлению, и

5 связанный с ним через тягу 49 шток 50 расположен между дополнительными опорными площадками 51 и 52 так, что он не пережимает на этих площадках первые ответвления 23 и 45 и, соответственно, вторые

0 ответвления 24 и 46 трубок 11 и 31. Ответвления трубок разжаты под действием упругих сил в них.

Устройство работает следующим образом.

5 Трубки 8, 9 и 48, первое ответвление 23 воздухоподающей трубки 11 и второе ответвление 46 воздухоотводящей трубки 31 подсоединяются к газопроводу, где имеет место скопление воды.

0 Если давление в газопроводе меньше атмосферного, то происходит сжатие сильфона 47 из-за наличия в его полости разрежения, перемещение вверх тяги 49 и штока 50, который пережимает первые ответвле5 ния 23 и 45 соответственно воздухоподающей трубки 11 и воздухоотводящей трубки 31. При этом воздухоподающая трубка 11 через свое второе ответвление 24 соединяется с атмосферой, а воздухоотводящая

0 трубка 31 через свое второе ответвление 46 - с газопроводом, В емкостях 6 и 28 создается разрежение, равное разрежению в газопроводе, так как трубки 8 и 9 на площадке 12 и трубки 30 и 31 на площадке 34

5 разжаты, а трубки 10 и 11 на площадке 14 и трубки 32 и 33 на площадке 36 пережаты. Вода из газопровода по водовпускной трубке 8 сливается в емкость 6 блока 1, вытесняя из нее воздух через воздухоотводящую

0 трубку 9 в газопровод. Постепенно уровень воды в емкости повышается.

При заполнении емкости 6 водой наступает состояние, при котором силы тяжести емкости, воды и сила изогнутой пружины 13

5 становятся больше усилий в сжатой пружине 22 и усилия для выхода ролика 19 из углубления 20, т.е. срабатывания фиксатора. Емкость 6 резко перемещается вниз, чему способствует перекатывание ролика 19 в углубление 21 .При этом толкатель 16 отходит

от пружины 13, которая пережимает трубки 8 и 9 на площадке 12, емкость 6 не сообщается с газопроводом. Толкатель 17 вхддит в контакт с пружиной 15, отгибая ее вниз, что способствует разжатию трубок 10 и 11 под действием упругих сил в них под площадкой 14. Через ответвление 24 воздухоподающей трубки 11 и саму трубку в емкость 6 поступает воздух из атмосферы, и давление выравнивается до атмосферного. Так как сливная трубка 10 блока 1 соединена с во- довпускной трубкой 30 блока 2, а в его емкости 28 давление равно давлению в газопроводе, то вода под действием разности между атмосферным давлением и давле- нием в газопроводе поднимается по трубкам 10 и 30 и переливается в емкость 28, вытесняя из нее воздух по трубке 31 и ее второму ответвлению 46 в газопровод. Так, например, при разрежении в газопроводе, равном 3 кПа (27 мм рт.ст.) высота подъема воды составляет 0.3 м. Уровень воды в емкости 6 понижается, а в емкости 28 повышается.

При переливе воды из емкости 6 насту- пает момент, когда силы тяжести емкости и остатка воды в ней и усилие, необходимое для выхода ролика 19 из углубления 21, т.е. срабатывания фиксатора, становятся меньше усилий в сжатой пружине 22 и изогнутой пружине 15. Емкость 6 резко поднимается, чему способствует перекатывание ролика 19 в углубление 20. Толкатель 16 изгибает пружину 13 вверх, тр /бки 8 и 9 площадке 12 разжимаются, а толкатель 17 отходит от пру- жины 15, которая пережимает трубки 10 и 1.1 на площадке 14. Поступление воды в емкость 28 прекращается, и далее начинается набор очередной порции воды в емкость б в описанной последовательности.

Если при этом перелитой порции воды в емкость 28 блока 2 достаточно, чтобы наступило состояние, при котором силы тяжести емкости и воды и усилие в изогнутой пружине 35 становятся больше усилия в сжатой пружине 44 и усилия для срабатывания фиксатора, то ем сость опускается. Происходит пережатие трубок 30 и 31 на площадке 34 и освобождение от пережатия трубок 32 и 33 на плс щадке 36. Емкость 28 не сообщается с газе проводом. Через воз- духоподающуютрубк . ЗЗ в емкость поступает воздух из атмосфзры, а через сливную трубку 32 начинаете: слив эоды на почву выработки. По окон ании.слива воды ем- кость перемещается вверх для перелива в нее очередной порции воды.

Если перелитой порции воды в емкость 28 не достаточно для ее опускания, то оно происходит при следующем переливе воды

в нее из емкости 6. Во время слива воды из емкости 28 емкость 6 опущена, так как в ней имеется вода, но она не поступает в емкость 28 из-за пережатой трубки 30.

Далее начинается набор и слив воды из устройства в описанной последовательности.

При остановке i вакуум-насосов на поверхности шахты метан под действием горного давления выходит из скважин и заполняет за несколько минут газопровод. Давление в нем повышается и становится избыточным, большим, чем атмосферное. При этом происходит растяжение сильфона 47, из-за наличия в его полости избыточного давления, перемещение вниз тяги 49 и штока 50, который пережимает вторые ответвления 24 и 46 воздухоподающей трубки 11 и воздухоотврдящей трубки 31 и освобождает от пережатия первые ответвления 23 и 45 этих трубок.

Воздухоподающая трубка 11 через ответвления 23 соединяется с газопроводом, а воздухоотводящая трубка 31 через ответвление 45 - с атмосферой. В емкости 6 создается избыточное давление, а в емкости 28 - атмосферное давление. Происходит слив воды в емкость 6 в описанной последовательности, а затем при ее опускании давление в емкости остается избыточным, так как она сообщается с газопроводом через воздухоподающую трубку 11 и ее первое ответвление 23. Так как в емкости 28 давление равно атмосферному давлению, то вода под действием избыточного давления в емкости 6 поднимается по трубкам 10 и 30 и переливается в емкость 28, вытесняя из нее воздух по трубке 31 и ее ответвлению в атмосферу. Слив воды из емкости 28 осуществляется в описанной последовательности.

Лабораторные испытания устройства позволили установить его основные технические параметры:

Обьем каждой емкости, л6

Объем сливаемой воды за один цикл, л5-5,5

Минимальное время набора воды, мин2 Максимальное время перелива- воды из первой емкости во вторую, мин 5 Время слива воды, мин1 Предлагаемое устройство позволяет автоматически отводить воду из дегазационного газопровода, проложенного по почве горной выработки, находящегося как под разрежением, так и под избыточным давлением, что способствует повышению эффективности эксплуатации газопровода, а

следовательно, и дегазационной системы в целом.

Формула изобретения Устройство для автоматического отвода воды из дегазационного газопровода, состоящее из двух блоков, содержащих внутри каждого емкость с водовпускной, воздухо- от вод я щей, сливной и воздухоподающей трубками и углублениями на боковой повер- хности, верхнюю опорную площадку со средством для пережатия трубок, между которыми расположены водовпускная и воз- духоотводящая трубки, и нижнюю опорную площадку со средством для пережатия тру- бок, между которыми расположены сливная и воздухоподающая трубки, верхнюю и нижнюю направляющие втулки, вертикальную ось, установленную в направляющих втулках, пружину сжатия, насаженную на верти- кальную ось между нижним основанием емкости и нижней направляющей втулкой, дэа толкателя, закрепленные на верхнем и нижнем основаниях емкости с возможностью взаимодействия со средствами для пе- режатия трубок на верхней и нижней опорных площадках, фиксатор, выполненный в виде пластинчатой пружины с роликом на конце, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности отвода воды из дегазационного газопровода, проложенного по почве горной выработки, при

давлении в нем, отличающемся от атмосферного, на воздухоподающей трубке первого блока и воздухоотводящей трубке второго блока выполнено по два отверстия, при этом устройство снабжено дополнительной верхней опорной площадкой со средством для пережатия трубок, между которыми расположены первые ответвления воздухоподающей трубки первого, блока и воздухоотводящей трубки второго блока, и дополнительной нижней опорной площадкой со средством для пережатия трубок, между которыми расположены вторые ответвления этих трубок, сильфонным приводом, состоящим из сильфона, импульсной трубки, присоединенной к его внутренней полости, тяги, прикрепленной к дну сильфона и взаимодействующей со средством для пережатия трубок на дополнительных опорных площадках, причем первое ответвление воздухоподающей трубки первого блока, второе ответвление воздухоотводящей трубки второго блока и импульсная трубка соединены с газопроводом, второе ответвление воздухоподающей трубки первого блока и первое ответвление воздухоотводящей трубки второго блока - с атмосферой, а сливная трубка первого блока - с водовпускной трубкой второго блока, при этом первый блок расположен над газопроводом в углублении почвы выработки, а второй блок - на почве.

Использование: горное дело, для отвода воды из дегазационного газопровода, проложенного по почве горной выработки, при давлении в нем, отличающемся от атмосферного. Сущность изобретения: устройство содержит два идентичных блока 1 и 2. Каждый блок состоит из корпуса с двумя направляющими втулками и емкости внутри корпуса с вертикальной осью, водо- впускной, воздухоотводящей, сливной и воздухоподающей трубок, верхней опорной площадки с пластинчатой пружиной, между которыми расположены водовпускная и воз- духоотводящая трубки, и нижней подпорной площадки с пластинчатой пружиной. Воздухоподающая трубка имеет два ответвления. Отвод воды обеспечивается благодаря наличию двух идентичных блоков, причем первый размещен под газопроводом в углублении почвы выработки, а второй блок - на почве, сильфонного привода, управляющего переливом набранной воды из первого блока во второй за счет перепада давления между атмосферным давлением и давлением в газопроводе, большим или меньшим, чем атмосферное. 1 ил. Ё