一种磁吸式气水渣三相分离装置的制作方法

本实用新型属于瓦斯抽采技术领域，具体涉及一种磁吸式气水渣三相分离装置。

背景技术：

瓦斯抽采是每个煤与瓦斯矿井都要进行的一项工作。在瓦斯抽采过程中，煤层中的水和煤渣会通过瓦斯抽采钻孔进入到瓦斯抽采管路。当瓦斯抽采管道内积攒有大量的水和煤渣时，就会堵塞瓦斯管道，影响瓦斯抽采工作。因此，在进行瓦斯抽采时需要安装排渣放水装置，排出管道中的积水和煤渣，从而确保瓦斯的正常抽采。

现有的排渣放水器主要有两种，一是人工排渣放水的水箱，人工定期开阀放水，这种储水箱一般体积较大，在安装以及使用时均不方便，另外瓦斯管道沿途安装多处排渣放水器，逐个采用人工放水，费时费力；二是自动放水器，自动放水器大多采用压强平衡装置，通过电来控制阀门，考虑到瓦斯易燃易爆，还得安装电流隔离装置，使成本大大增加，并且也存在着安全隐患，实用性不强，煤矿采用率较低。同时，现有的大多数排渣放水器采用平底结构，煤渣容易积结，实用性大大缩减。因此，排渣放水器在实现基本功能的同时，还需要提高其安全性能并降低成本。

技术实现要素：

本实用新型提供一种磁吸式气水渣三相分离装置，借助纯机械结构，利用第一上永磁铁与第一下永磁铁间的磁吸力、第二上永磁铁与第二下永磁铁间的磁吸力、水和煤渣的重力及水对浮子的浮力来实现上、下封堵塞的上下移动，实现全自动排渣放水功能。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种磁吸式气水渣三相分离装置，包括竖直且顶端固定有顶盖的水箱，水箱内侧壁中下部处固定有竖直且中部设置上开口的中壁，水箱底端固定有竖直且中部设置下开口的底盖，中壁将水箱隔为上、下储水仓，上储水仓侧壁设有与钻孔瓦斯抽采管路相连的气水渣入口，顶盖上设有与瓦斯抽采支管路相连的排气口；中壁下底面一周固定有竖直中线与水箱竖直中线重合的第一上永磁铁，下储水仓内中部设有竖直导杆，导杆正顶端固定有竖直且用于盖合上开口的上封堵塞，导杆正底端固定有竖直且用于盖合下开口的下封堵塞，上封堵塞侧壁中下部处通过多根相同的第一连杆固定有水平且中部开口的浮板，浮板的竖直中心线与水箱的竖直中心线相重合，浮板顶面一周固定有顶面与第一上永磁铁底面对中且相吸合的第一下永磁铁，导杆下部通过多根相同的第二连杆固定有中部开口且竖直中线与水箱竖直中线重合的第二上永磁铁，底盖内底面一周通过多根相同的第三连杆固定有顶面与第二上永磁铁底面对中且相吸合的第二下永磁铁，导杆、上封堵塞、下封堵塞、第一连杆、浮板、第一下永磁铁、第二连杆与第二上永磁铁组成浮子，第一上永磁铁底面与第一下永磁铁顶面完全吸合时上开口盖合且下开口打开，第二上永磁铁底面与第二下永磁铁顶面完全吸合时下开口盖合且上开口打开；下储水仓内还固定有使导杆在一定范围内上下移动的限位部件。

进一步地，限位部件包括竖直且中部开有竖直贯通孔的套筒，套筒、水箱的竖直中线重合，套筒外侧壁左、右两端对称固定有水平的左、右限位杆，左、右限位杆的末端分别固定于下储水仓内侧壁中部相应位置处，导杆穿过套筒的贯通孔，且套筒处于浮板与第二上永磁铁之间，进而导杆沿套筒上下移动，且左、右限位杆使导杆在一定范围内上下移动。

进一步地，

上储水仓内的最大储水量大于下储水仓内的最大储水量；

第一上永磁铁与第一下永磁铁间的最大磁吸力定义为第一最大磁吸力，第一上永磁铁与第一下永磁铁间的最小磁吸力定义为第一最小磁吸力，第二上永磁铁与第二下永磁铁间的最大磁吸力定义为第二最大磁吸力，第二上永磁铁与第二下永磁铁间的最小磁吸力定义为第二最小磁吸力，浮子最大浮力与浮子重力之差定义为浮子净最大浮力，

则第一最大磁吸力远大于浮子重力与第二最小磁吸力之和；第一最大磁吸力远小于上储水仓内水渣的重力、第二最小磁吸力以及浮子重力三者之和；第二最大磁吸力远小于浮子净最大浮力与第一最小磁吸力之和。

进一步地，浮板顶面一周设有一圈开口向上且深度均一的凹槽，凹槽、水箱的竖直中线重合，凹槽内固定有与凹槽形状、尺寸均相适配的第一下永磁铁。

进一步地，水箱呈圆柱形状，中壁与底盖均呈倒圆锥形状，上、下开口均呈圆形，上、下封堵塞顶面均呈圆锥形且锥尖均朝上，上、下封堵塞顶面下部均呈圆柱形状，第一上永磁铁、浮板、第一下永磁铁、第二上永磁铁与第二下永磁铁均呈圆环形状，且第一上永磁铁底面与第一下永磁铁顶面的面积相等，第二上永磁铁底面与第二下永磁铁顶面的面积相等。

进一步地，调整第一上永磁铁的内径和外径，并相应调整第一下永磁铁的内径和外径，进而调整第一上永磁铁与第一下永磁铁间的最大磁吸力；调整第二上永磁铁的内径和外径，并相应调整第二下永磁铁的内径和外径，进而调整第二上永磁铁与第二下永磁铁间的最大磁吸力。

进一步地，第一上永磁铁底面与中壁底端的水平高度相等，第一下永磁铁顶面与浮板顶面的水平高度相等，上开口盖合后上封堵塞顶面下部的圆柱上部处于上储水仓内，且下开口盖合后下封堵塞顶面下部的圆柱下部处于下储水仓外。

进一步地，调整上封堵塞顶面下部的圆柱的竖直高度，进而调整上开口盖合后上储水仓内的最大储水量，调整下封堵塞顶面下部的圆柱的竖直高度，进而调整下开口盖合后下储水仓内的最大储水量。

进一步地，第一连杆与第二连杆均水平设置，第三连杆竖直设置。

进一步地，水箱的材质为透明的钢化硬塑料，顶盖与水箱侧壁上端一体相连，水箱侧壁下端一体向外延伸有水平的底座，底盖边缘与底座通过螺栓固定。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

本实用新型的磁吸式气水渣三相分离装置适用于煤矿瓦斯抽采管路的排渣放水，借助纯机械结构，利用第一上永磁铁与第一下永磁铁间的磁吸力、第二上永磁铁与第二下永磁铁间的磁吸力、水和煤渣的重力以及水对浮子的浮力来实现上、下封堵塞的上下移动，进而实现全自动排渣放水功能；

本实用新型中，第一上永磁铁与第一下永磁铁称为上永磁铁组，第二上永磁铁与第二下永磁铁称为下永磁铁组，在工作状态时，上永磁铁组与下永磁铁组中始终有一组永磁铁处于吸合状态，进而上、下开口中总有一个开口处于盖合状态，从而保证钻孔瓦斯抽采管路、瓦斯抽采支管路与外界的隔绝，能够实现瓦斯正常抽采条件下的水与煤渣排放功能，放水排渣不受管路负压和水质的影响，钻孔瓦斯抽采管路、瓦斯抽采支管路不受排渣和放水过程的影响，实用性强；

本实用新型的结构简单，安装维护方便，且不需要过多维护，使用与维护成本均较低；

本实用新型中，瓦斯气体、水与煤渣分离的过程没有电的参与，进而节约了电流隔绝装置的费用，降低了成本，本实用新型借助重力和磁力的作用，运行可靠性和安全系数均较高；

本实用新型的磁吸式气水渣三相分离装置与传统的手动排渣放水器相比，瓦斯气体、水与煤渣三相分离的过程不需要借助外力的作用，无需人工操作，降低了工人的劳动强度，提高了劳动效率；

本实用新型中，水箱是透明的，工人们能够直观地观察内部瓦斯气体、水与煤渣三相分离的过程，直观地获取可视化瓦斯气体、水与煤渣三相自动分离装置内部的工作状态，并及时处理故障；

本实用新型中，中壁与底盖均呈倒圆锥形状，上、下封堵塞顶面均呈圆锥形且锥尖均朝上，这样煤渣不易堆结。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为图1中除去底盖与浮子后水箱的立体结构示意图；

图3为图1中水箱内浮子的立体结构示意图；

图4为图3的另一方向的结构示意图；

图5为图1中底盖的立体结构示意图；

图6为图1的正剖面立体结构示意图；

图7为图6的另一方向的结构示意图。

附图说明：1、顶盖，2、水箱，3、上开口，4、中壁，5、下开口，6、底盖，7、上储水仓，8、下储水仓，9、气水渣入口，10、排气口，11、第一上永磁铁，12、导杆，13、上封堵塞，14、下封堵塞，15、第一连杆，16、浮板，17、第一下永磁铁，18、第二连杆，19、第二上永磁铁，20、第三连杆，21、第二下永磁铁，22、套筒，23、左限位杆，24、右限位杆，25、凹槽，26、底座。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6和7所示，一种磁吸式气水渣三相分离装置，包括竖直且顶端固定有顶盖1的水箱2，水箱2内侧壁中下部处固定有竖直且中部设置上开口3的中壁4，水箱2底端固定有竖直且中部设置下开口5的底盖6，中壁4将水箱2隔为上储水仓7、下储水仓8，上储水仓7侧壁设有与钻孔瓦斯抽采管路相连的气水渣入口9，顶盖1上设有与瓦斯抽采支管路相连的排气口10；中壁4下底面一周固定有竖直中线与水箱2竖直中线重合的第一上永磁铁11，下储水仓8内中部设有竖直导杆12，导杆12正顶端固定有竖直且用于盖合上开口3的上封堵塞13，导杆12正底端固定有竖直且用于盖合下开口5的下封堵塞14，上封堵塞13侧壁中下部处通过多根相同且水平的第一连杆15固定有水平且中部开口的浮板16，浮板16的竖直中心线与水箱2的竖直中心线相重合，浮板16顶面一周固定有顶面与第一上永磁铁11底面对中且相吸合的第一下永磁铁17，导杆12下部通过多根相同且水平的第二连杆18固定有中部开口且竖直中线与水箱2竖直中线重合的第二上永磁铁19，底盖6内底面一周通过多根相同且竖直的第三连杆20固定有顶面与第二上永磁铁19底面对中且相吸合的第二下永磁铁21，导杆12、上封堵塞13、下封堵塞14、第一连杆15、浮板16、第一下永磁铁17、第二连杆18与第二上永磁铁19组成浮子，第一上永磁铁11底面与第一下永磁铁17顶面完全吸合时上开口3盖合且下开口5打开，第二上永磁铁19底面与第二下永磁铁21顶面完全吸合时下开口5盖合且上开口3打开；下储水仓8内还固定有使导杆12在一定范围内上下移动的限位部件。

其中，限位部件包括竖直且中部开有竖直贯通孔的套筒22，套筒22、水箱2的竖直中线重合，套筒22外侧壁左、右两端对称固定有水平的左限位杆23、右限位杆24，左限位杆23、右限位杆24的末端分别固定于下储水仓8内侧壁中部相应位置处，导杆12穿过套筒22的贯通孔，且套筒22处于浮板16与第二上永磁铁19之间，进而导杆12沿套筒22上下移动，且左限位杆23、右限位杆24使导杆12在一定范围内上下移动。

其中，

上储水仓7内的最大储水量大于下储水仓8内的最大储水量；

第一上永磁铁11与第一下永磁铁17间的最大磁吸力定义为第一最大磁吸力，第一上永磁铁11与第一下永磁铁17间的最小磁吸力定义为第一最小磁吸力，第二上永磁铁19与第二下永磁铁21间的最大磁吸力定义为第二最大磁吸力，第二上永磁铁19与第二下永磁铁21间的最小磁吸力定义为第二最小磁吸力，浮子最大浮力与浮子重力之差定义为浮子净最大浮力，

则第一最大磁吸力远大于浮子重力与第二最小磁吸力之和；第一最大磁吸力远小于上储水仓内水渣的重力、第二最小磁吸力以及浮子重力三者之和；第二最大磁吸力远小于浮子净最大浮力与第一最小磁吸力之和。

其中，浮板16顶面一周设有一圈开口向上且深度均一的凹槽25，凹槽25、水箱2的竖直中线重合，凹槽25内通过胶水固定粘接有与凹槽25形状、尺寸均相适配的第一下永磁铁17；水箱2呈圆柱形状，中壁4与底盖6均呈倒圆锥形状，上、下开口5均呈圆形，上、下封堵塞14顶面均呈圆锥形且锥尖均朝上，上、下封堵塞14顶面下部均呈圆柱形状，第一上永磁铁11、浮板16、第一下永磁铁17、第二上永磁铁19与第二下永磁铁21均呈圆环形状，且第一上永磁铁11底面与第一下永磁铁17顶面的面积相等，第二上永磁铁19底面与第二下永磁铁21顶面的面积相等。

其中，调整第一上永磁铁11的内径和外径，并相应调整第一下永磁铁17的内径和外径，进而调整第一上永磁铁11与第一下永磁铁17间的最大磁吸力；调整第二上永磁铁19的内径和外径，并相应调整第二下永磁铁21的内径和外径，进而调整第二上永磁铁19与第二下永磁铁21间的最大磁吸力。

其中，第一上永磁铁11底面与中壁4底端的水平高度相等，第一下永磁铁17顶面与浮板16顶面的水平高度相等，上开口3盖合后上封堵塞13顶面下部的圆柱上部处于上储水仓7内，且下开口5盖合后下封堵塞14顶面下部的圆柱下部处于下储水仓8外；调整上封堵塞13顶面下部的圆柱的竖直高度，进而调整上开口3盖合后上储水仓7内的最大储水量，调整下封堵塞14顶面下部的圆柱的竖直高度，进而调整下开口5盖合后下储水仓8内的最大储水量。

其中，水箱2的材质为透明的钢化硬塑料，顶盖1与水箱2侧壁上端一体相连，水箱2侧壁下端一体向外延伸有水平的底座26，底盖6边缘与底座26通过螺栓固定。

工作流程：

（1）将钻孔瓦斯抽采管路与气水渣入口9连接，同时将瓦斯抽采支管路与排气口10连接；

（2）钻孔内的瓦斯气体、水与煤渣通过钻孔瓦斯抽采管路进入水箱2的上储水仓7内，瓦斯气体在抽采负压的作用下从排气口10进入瓦斯抽采支管路，水和煤渣在重力的作用下掉落至上储水仓7内；

（3）随着瓦斯气体、水与煤渣的分离过程不断进行，水和煤渣会在上储水仓7底部不断地积累，水和煤渣的重量越来越大，当上封堵塞13受到水和煤渣的向下压力之和大于等于第一上永磁铁11、第一下永磁铁17间的最大磁吸力时，浮子的导杆12沿套筒22向下滑动，这样第一下永磁铁17远离第一上永磁铁11，从而使第一下永磁铁17与第一上永磁铁11间的磁吸力变小，而第二上永磁铁19靠近第二下永磁铁21，很快会达到第二上永磁铁19与第二下永磁铁21间的快速吸合临界点，然后第二上永磁铁19与第二下永磁铁21快速吸合，此时上开口3打开且下开口5盖合，上储水仓7内的水和煤渣沿着中壁4上底面滑落到上开口3处并通过上开口3落入下储水仓8内；

（4）由于上储水仓7内的最大储水量大于下储水仓8内的最大储水量，因而当上储水仓7内的水和煤渣放完或快放完时，下储水仓8内的水会给予浮子浮力，浮子的导杆12沿套筒22向上滑动，这样第二上永磁铁19远离第二下永磁铁21，从而使第二上永磁铁19与第二下永磁铁21间的磁吸力变小，而第一下永磁铁17靠近第一上永磁铁11，很快会达到第一下永磁铁17与第一上永磁铁11间的快速吸合临界点，然后第一下永磁铁17与第一上永磁铁11快速吸合，此时下开口5打开且上开口3盖合，下储水仓8内的水和煤渣沿着底盖6上底面滑落到下开口5处并通过下开口5迅速排出。

本实用新型中，第一上永磁铁11、第一下永磁铁17几乎不与水、煤渣接触，因此煤渣不会影响第一上永磁铁11与第一下永磁铁17间的磁吸力；本实用新型中，下储水仓8内储存的水与煤渣几乎不会保持在静止状态，在水流冲刷作用下，煤渣只有极少量会吸附于第二上永磁铁19与第二下永磁铁21上，这对第二上永磁铁19与第二下永磁铁21间的磁吸力的影响微乎其微，可以根据水中煤渣含量定期清理装置即可；本实用新型中，也可以通过增大第一上永磁铁11距离导杆12中心的水平距离来更好地减小煤渣对第一上永磁铁11与第一下永磁铁17间的磁吸力的影响。