自闭式煤气排水器工作管关键结构参数设计方法.pdf

第 2期 ( 总第 1 7 7期) 2 01 3年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 ME CHANI CAL ENGI NEERI NG & AUT( ) MATI ( ) N No 2 Apr 文章编号 ： 1 6 7 2 6 4 1 3 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 9 2 0 2 自闭式煤气排水器工作管关键结构参数设计方法 于德 宏 ，苏宝珍。 ，刘德 强 ，谢长永。 ，王庆祺 ，蔡景春。 ，王 东宝。 ( 1 北 京首建设备 维修 有限公司，北京 1 0 0 0 4 3 ；2 北京首钢建设集 团有 限公 司，北京 1 0 0 0 4 3 ；3 北京 首钢迁 钢公 司 炼铁部，河北 唐 山0 6 4 4 0 4 ) 摘要 ：在 大量现场试验和理论研 究的基础上 ，结合煤 气排水器 的结构特 点和工作原理，提 出了一种煤气排水 器 工作管关键结构参数设计方法 ，可实现对低压 室内封 闭用结构部分可承 受压力的计算 ；同时根据约束条件 自动计算其余各腔 室的应设计数量和相应工作管长度 。通过 以上方 法有 效地 保证 了排水器 的实际可承受压力 与设 计相同 防止泄漏或 密封频繁开 阔。 关键词 ：自闭式煤气排水器 ；结构参数 ；工作管 ；设计 中图分 类号 ：TQ5 4 7 8 1 文献标识码 ：A 0 引言 冶金行业 中， 常常需要对煤气进行一定距离的管 道输送。在输送过程 中， 煤气 中的部分饱 和气和机械 水会分离 出来 ， 给煤气输送 、 管道维护和用户的使用带 来了不利的影响 ， 因此必须及时将冷凝水排出， 该功能 是由与输送管道连通的煤气排水器实现的。煤气排水 器主要由煤气排水器本体和煤气防泄漏装置组成。当 煤气管网压力波动或 由于其他原因引起的排水器有效 水位异常降低造成煤气泄漏时 ， 通过煤气排水器防泄 漏装置可有效 地遏止煤气 的外泄 ， 防止煤气着火 、 爆 炸 、 中毒等恶性事故的发生。 煤气排水器的水封高 度决定于该 管网压力的大 小 ， 既不能高也不能低 。低压管网配高压排水器 ， 则冷 凝水不能有效地排出， 影响生产； 高压管网配低压排水 器 ， 管网压力将击穿水封 ， 使煤气泄漏 ， 不但造成污染， 还严重危及人身安全。另外 ， 煤气管 网通常压力波动 较大， 最高压力有时超出排水器 自身极限值 ， 使煤气过 压现象时有发生 。因此 ， 在煤气排水器的设计过程 中 应对其承压能力进行准确设计 ， 保证在超压情况下密 封球能及时对低压室工作管进行密封。 1 煤气 排 水器 结构 形式 煤气排水器一般有立式和卧式两种， 由于介质压 力的不同 ， 为了保持排水器的有效 高度 以及便于操作 维护又分为单室水封和双室水封两种型式， 一般煤气排 水器的水封高度在 1 0 0 0 H I L T 1 以内采用单室水封， 超过 1 0 0 0 n 3 1 -n采用双室水封或多室水封。本文将着重对多室 水封的 自闭式煤气排水器的结构设计过程进行研究。 2 自闭式煤 气 排水 器工 作管 关键 结构 参数设计 图 1 为多室水封 的 自闭式煤气排水器结构示 意 图。原设计中 ， 由于各室工作管长度、 长度分配等关键 参数通常借助于设计人员 经验 ， 容易导致设计可承受 压力偏差 ， 出现频繁泄漏或关闭等问题。因此 ， 本文在 大量现场试验和理论研究 的基础上， 结合煤气排水器 的结构特点和工作原理 ， 提 出一种煤气排水器工作管 关键结构参数设计方法 ， 可实现对低压室内封闭用结 构部分可承受压力的计算 ， 同时根据约束条件 自动计 算其余各腔室应设计数量和相应工作管长度。其具体 优 化方 案 如下 ： ( 1 )收集所设计煤气排水器可承受的最大管道压 力 P 和低压室内封闭用结构参数( 如 图 2所示) ， 包 括 封 闭球下 端 距封 闭 口距 离 h ； 浮力 圆柱 长 度 h 。 、 直 径 ； 管道 无压 力时 液面 距浮 力 圆柱 顶端 的距离 h ； 封 闭球 、 连杆 及浮 力 圆柱 的总重 力 G。 ( 2 )计算浮力高度 h ： h =c ( g 7 c ( ) 。 )。 厶 其 中： J0 水为水的密度。 计算低压室可降水位 h 。 ： h s h + ( 2 一 h 4 ) +h l 。 计 算低 压 室封 闭所 需压 力 P ： 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 0 2 0 ；修 回 日期 ：2 0 1 2 1 0 3 0 作者简介 ：于德宏( 1 9 6 8 一 ) ，男 ，河北迁 西人，高级工程师 ，硕士 ，现从事冶金设备 管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年 第 2期 于德宏 等 ： 自闭式煤 气排 水器工作 管关键 结构参 数设 计方法 9 3 户1 ID 水 g h5 。 计算其余水封结构需承受的最大压力 ： 一 户 一 户1。 计算其余水封结构所需工作管总长度 1 ： Z 一户 ( p 水 g)。 令其余承压室总数 =1 ， 计算其余各室工作管长 度 6 ： h 6 一l n。 给定其余各室工作管最大长度 ， 判断不等式 是否成立。若成立， 则确定其余各室数量为 ， 且各室 工作管长度为 h 。 ， 结束计算； 否则， 令 +1 ， 直至不等 式成立， 再结束计算。方案计算流程图如图 3 所示。 ( a )剖面图 ( b )展开图 图 1 多室水封的 自闭式煤气排 水器结构 示意图 ，密封球 t I J n J 毒 J 酬 浮力圆柱 1 J I - 1 、 T 稚 普 I i _ 。 一 图 2低 压 室 内封 闭用 结 构 爹 数 图 3模 型 的应 用 北京首建设备维修有限公司经过多年的实践与研 究并结合此设计方法， 研制开发了自闭式煤气排水器 ， 成功实现了对煤气管道冷凝水 的及时排 出， 并防止 了 压力突变造成的煤气泄漏等事故。 本例中 p 。 =0 0 3 5 MP a 、 l =0 1 I T I 、 h 2 0 3 m、 =0 0 8 m、 h 3 0 6 1 T I 、 G一1 0 N。令其余承压室 总数 一l 、 。 一1 m。 将各已知数据输入计算程序 ， 计算得 到 =0 2 m 、 h 5 0 6 + 0 1 +0 1 0 8 m、 l 一 0 0 0 8 MPa 、 一 0 0 27 M Pa、 Z 一 2 7 r n、 6 2 7 r r l 。 最后 ， 判断不等式 。 。 是否成立。显然， 不等 式 2 7 1 不成立， 则令 一， z +1 ， 再重新计算其余各 室工作管长度 h e ， 直 至以上不等式成立。计算可知 ， 此时 一3 ， 则其余各室数量为 3 ， 且各室工作管长度为 0 9 1 T I ， 结束计算。 4结 论 本文提 出的煤气排水器工作管关键结构参数设计 方法 ， 可实现对低压室 内封 闭用结构部分可承受压力 水孔 的计算 ， 同时根据约束条件 自动计算其余各腔室应设 计数量和相应工作管长度 。通过以上方法有效地保证 了排水器的实际可承受压力与设计相同， 防止煤气泄 漏或密封装置的频繁开闭。 收集所设计煤气排水器可承受的最大管道压力 I 收 集 低 压 室 内 封 闭 用 结 构 参 数l 计算浮 力高度 计算低 压室 可降水位 计算低压室封闭所需压力p - 计算其余水封结构需承受的最大压力p 计算其余水封结构所需工作管总长度l I 令 其 余 承 压 室 总 数 n = 1 I 计算其余各室工作管长度由 e 给定其 余各室工作 管最大长度 N l、 图 3 方 案计算流程图 ( 参考文献和英文摘要转第 9 6页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 6 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 3年 第 2期 ( 1 )可靠性好 、 故障率低 、 作业效率高、 性价比高。 围 4减 振 球 组 件 结 构 示 惹 图 ( 2 )在动力源选配方面 ， 可根据用户 的具体需求 来选配四冲程或二冲程汽油机 以进一步降低噪声、 污 染及油耗。 ( 3 )通过符合人体工程学原理的扶手设计并配合 特殊的 4级减振结构 ， 使操作者工作时不易疲劳 ， 同时 所用的防松技术也解决了同类产品螺纹易松动问题 。 ( 4 )拓展性好， 对捣固镐本 体做适 当改造后还可 开发 出破碎机等其他特种产品。 参考文献 ： 1 1 李锡章 ， 王庆礼 小型养路机械 在一般线路 维修 中的应用 F J 铁 道建 筑 1 9 9 8 ( 1 1 ) ： 2 9 3 1 2 1 徐建明， 刘绍先 养路机械化 J 铁道知识 ， 2 0 0 0 ( 2 ) ： 2 8 - 2 9 3 1 孙付 春 ， 张树忠 李 宏穆 浅谈 小型养 路机 械的 开发 J 建筑机械化 ， 2 0 0 5 ( 9 ) ： 2 8 2 9 E C周 忠毅 高耐磨捣镐的研制E J 3 机车车辆工艺 。2 0 0 9 ( 5 ) ： 1 1 1 3 5 张 良刚， 张汉斌 ， 左 清军 新 型高强 度铁路 路基 捣 固镐 头 的研发 J 矿业研究与开发 。 2 0 1 1 ( 2 ) ： 4 8 5 1 E 6 杨 成美 王贵成 新型内燃捣 固机 的振动 分析 J 1 机 车车 辆工艺 ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 2 9 - 3 0 I n no v a t i o n De s i g n o f I nt e r n a l Co mb u s t i o n Ta mp i n g Pi c k NI U Zha o - we n ，SUN Fu - c hu n ，ZHANG Zhi - b i n。 ( 1 I n d u s t r i a 1 M a n u f a c t u r i n g Co l l e g e ， Che n g du U n i v e r s i t y， Ch e n g d u 6 1 0 1 06 ， Ch i n a ； 2 Ch e n g d u Xi n y u W o r k s I mp l e me n t Co ，Lt d ， Ch e n g d u 61 0 05 2。Ch i na ) Ab s t r a c t ：Th e d e v e l o p me n t o f a h a n d - h e l d i n t e r n a l c o mb u s t i o n v i b r a t i o n t a mp i n g p i c k u s e d f o r r a i l wa y ma i n t e n a n c e wa s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r Fi r s t l y ， t h e t e c h n o l o g y p r i n c i p l e ，ma i n r e s e a r c h c o n t e n t s a n d t e c h n i c a l i n d e x we r e d e s c r i b e d i n d i v i d u a l l y Th e n ， t h e s t r u c t u r e d e s i g n a n d v i b r a t i o n i s o l a t i o n d e s i g n o f s o me i mp o r t a n t c o mp o n e n t s s u c h a s t h e p i c k a n d p i c k b o d y we r e i n t r o d u c e d i n d e t a i l Th e u s e a n d ma i n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h i s t a mp i n g p i c k we r e s u mma r i z e d i n t h e e n d Ke y w o r d s ：ma i n t e n a n c e ma c h i n e r y ；t a mp i n g p i c k；p i c k；p i c k b o d y ；v i b r a t i o n i s o l a t i o n ；d e s i g n ( 上 接第 9 3页 ) 参考文献 ： 1 1 余宏彦 ， 曾宪民 ， 周 良墉 ， 等 煤气管 道排水安 全技术 的研 究 J 工业 安全与环保 。 2 0 0 9 ， 3 5 ( 9 ) ： 4 4 4 7 2 徐荣波 煤气管道 堵漏 型排 水技 术 及安全型 排水 技术对 比分析 J 科 技与生活 。 2 0 1 2 ( 5 ) ： 1 7 6 ， 1 7 5 E 3 谭 昕， 岳岗 李传坤 ， 等 一种 新型防泄漏煤 气排水器 的设 计与应用 J 世界钢铁 ， 2 0 0 9 ， 9 ( 3 ) ： 6 0 6 1 4 1 王志峰 。 张志忠 ， 李卫 东 ， 等 转炉煤气排 水器运行分析 及 改进 J 河南冶金 ， 2 0 1 0 ， 1 8 ( 4 ) ： 3 3 3 4 5 3 5 翟俊娥 ， 程秀梅 煤气排 水器状态 监测系统改造 J 河北 冶金 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 4 8 - 4 9 De s i g n o f Ke y S t r u c t u r a l Pa r a me t e r s a b o u t S e l f - c l o s i n g Ga s Dr a i na g e Pi p e YU De - h o n g S U Ba o - z h e n LI U De - q i a n g ，X I E Ch a n g - y o n g s ，WANG Qi n g - q i ，CAI J i n g - c h u n 。 ，WANG Do n g - b a o s ( 1 B e ij i n g S h o u g a n g B u i l t E q u i p me n t Ma i n t e n a n c e C o ， Lt d ，B e ij i n g 1 0 0 0 4 3 ，C h i n a ； 2 B e i j i n g S h o u g a n g C o n s t r u c t i o n Gr o u p C o ，L t d ， B e i j i n g 1 0 0 0 4 3 ， Ch i n a ； 3 B e i j i n g S h o u g a n g Q i a n g a n g I r o n ma k i n g De p a r t me n t ， Ta n g s h a n 0 6 4 4 0 4 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：On t h e b a s i s o f l a r g e n u mb e r o f f i e l d t e s t a n d t h e o r e t i c a l a n a l y s i s ，c o mb i n i n g wi t h t h e g a s d r a i n a g e p i p e S s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s a n d wo r k i n g p r i n c i p l e ，t h i s p a p e r p u t s f o r wa r d a d e s i g n me t h o d o f k e y s t r u c t u r e p a r a me t e r s a b o u t t h e wo r k t u b e o f g a s d r a i n a g e ，t O c a l c u l a t e t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e l o w p r e s s u r e c h a mb e r ，a S we l l a s t h e n u mb e r o f o t h e r c h a mb e r s a n d t h e c o r r e s p o n d i n g wo r k t u b e l e n g t h a c c o r d i n g t O t h e c o n s t r a i n t c o n d i t i o n Us i n g t h e a b o v e me t h o d c o u l d e f f e c t i v e l y g u a r a n t e e t h e a c t u a l p r e s s u r e o f t h e d r a i n e r i s a c c o r d a n c e wi t h t h e d e s i g n v a l u e 。t O p r e v e n t f r o m l e a k a g e o r s e a l o p e n a n d c l o s e f r e q u e n t l y Ke y wo r d s ：s e l f - c l o s i n g g a s d r a i n e r ；s t r u c t u r e p a r a me t e r s ；wo r k t u b e ；d e s i g n 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m