一种瓦斯气预处理增压装置及其控制方法与流程

本发明涉及瓦斯气预处理相关技术领域，特别涉及一种瓦斯气预处理增压装置及其控制方法。

背景技术：

瓦斯气是储藏在煤层中的一种非常规天然气，是在煤矿开采过程中自动散发出来的一种有害气体，主要成份是甲烷，其无色、无味、易燃、易爆。当在空气中浓度达到5％～16％时，遇明火会发生爆炸，是煤矿的“安全杀手”。但同时瓦斯气也是一种清洁能源，有较高的利用价值，利用瓦斯气发电就是一条经济、有益的途径。

受国内煤矿瓦斯气抽采条件限制，煤矿抽采瓦斯浓度普遍较低，瓦斯气综合利用中，甲烷浓度在25％以上即可认为是高浓度瓦斯气。我国目前有约40％的瓦斯气为甲烷含量在25％以上的高浓度瓦斯，输送和使用中相对较安全，普遍用于工业/民用燃料、提纯液化和瓦斯发电。瓦斯气预处理技术的品质，严重影响瓦斯发电机组运行的稳定性、可靠性、经济型。瓦斯气预处理系统中，一般采用罗茨风机作为增压装置，罗茨风机机组出口压力的稳定性，将直接影响发电机组的正常运行。因此，提出一种瓦斯气预处理增压装置及其控制方法来解决上述问题很有必要。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种瓦斯气预处理增压装置及其控制方法，解决了现有的瓦斯气预处理增压装置增压不稳定的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种瓦斯气预处理增压装置，包括装置主体，所述装置主体的内腔两侧分别开设有进气腔和出气腔，所述装置主体的中部下端开设有第一安装槽，且装置主体的中部上端开设有第二安装槽；

所述装置主体的一侧中部固定连接有进气管道，进气管道的一端与进气腔相连通，所述装置主体的另一侧中部固定连接有出气管道，出气管道的一端与出气腔相连通；

所述第一安装槽内设置有变频电机，所述变频电机的底部固定连接有第一安装板，所述第一安装板通过锁紧螺栓与装置主体的底端中部固定连接；

所述第二安装槽的底部侧壁上固定连接有底部连接板，所述第二安装槽内设置有罗茨风机，罗茨风机的底端与底部连接板贴合连接，所述罗茨风机的上方设置有第二安装板，所述第二安装板通过紧固螺栓与装置主体的顶端中部固定连接，所述第二安装板的底面通过缓冲连接件与罗茨风机的顶端贴合连接；

所述第二安装槽的中部两侧均设置有气体通道，所述气体通道开设于装置主体内；

所述出气腔的内壁底面中部固定连接有压力传感器，所述出气腔的下方设置有控制器，所述控制器固定安装在装置主体的内部；

所述控制器内设置有a/d转换模块、数据接收模块、中央处理器、数据处理模块、第一电机控制模块、第二电机控制模块以及第n电机控制模块。

可选的，所述进气管道上固定连接有进气阀；

所述出气管道上固定连接有出气阀。

可选的，所述变频电机包括第一变频电机、第二变频电机和第n变频电机；

所述变频电机的顶端中部设置有电机转轴，所述电机转轴的底端固定连接有限位插块；

所述罗茨风机的底端中部设置有风机连接轴，所述风机连接轴的顶端固定连接有凸块；

所述凸块的底端中部开设有限位插槽，所述限位插槽与限位插块相适配。

可选的，所述罗茨风机的数量与变频电机的数量相等；

所述罗茨风机的两侧中部均固定连接有连接管道，所述连接管道远离罗茨风机的一端与气体通道相适配；

所述连接管道远离罗茨风机的一端固定连接有密封圈，且连接管道远离罗茨风机的一端设置为倾斜面。

可选的，所述底部连接板由贴合板和多个缓冲弹簧组成，多个缓冲弹簧呈矩形阵列分布；

所述缓冲弹簧的一端与第二安装槽的底端侧壁固定连接，所述缓冲弹簧的另一端与贴合板的一侧固定连接，所述贴合板的另一侧通过缓冲垫层与罗茨风机的底面贴合连接。

可选的，所述缓冲连接件设置有多个，多个缓冲连接件呈等间距水平分布在第二安装板的底面中部；

所述缓冲连接件由伸缩杆、压缩弹簧和压板组成，所述伸缩杆的一端与第二安装板的底面固定连接，所述伸缩杆的另一端与压板的一侧固定连接，所述压缩弹簧套接在伸缩杆的外侧，且压缩弹簧的两端分别贴合连接第二安装板和压板，所述压板的另一侧通过海绵垫层与罗茨风机的顶端贴合连接。

所述压力传感器的输出端电连接a/d转换模块的输入端，所述a/d转换模块的输出端电连接数据接收模块的输入端，所述数据接收模块的输出端电连接中央处理器的输入端，所述中央处理器的输出端分别电连接第一电机控制模块、第二电机控制模块和第n电机控制模块的输入端；

可选的，所述第一电机控制模块、第二电机控制模块和第n电机控制模块的输出端分别电连接第一变频电机、第二变频电机和第n变频电机的输入端。

一种瓦斯气预处理增压装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：首先将瓦斯气通过供气母管进入预处理系统入口阀门，经入口阻火器进入初级过滤器，然后流经冷凝器-汽水分离器进行冷却除水；

步骤二：再将经过过滤、分离等处理后的瓦斯气通入增压装置；

步骤三：然后启动控制器和罗茨风机，设定压力值，控制器通过变频电机控制罗茨风机转动，对瓦斯气进行增压；

步骤四：当压力传感器检测到出气腔的压力无法满足需求时，第一个罗茨风机的pid控制回路投入自动运行模式，调节出口压力；

步骤五：若第一个罗茨风机频率达到峰值时，瓦斯气仍无法达到预设的压力值时，第一个罗茨风机工作模式切换为以峰值定频运行；

步骤六：然后控制器控制第二个罗茨风机启动，第二个罗茨风机以定频方式给定转速投入运行；

步骤七：当压力传感器检测到出气腔的压力无法满足需求时，第二个罗茨风机的pid控制回路投入自动运行模式，调节出口压力；

步骤八：以此类推，控制器开启更多的罗茨风机，直至瓦斯气达到稳定出口压力的目的。

可选的，所述步骤三中的罗茨风机由n台组成，工作方式为并联运行。

可选的，所述上述步骤中罗茨风机的输出频率为20hz-45hz，其中罗茨风机的运行峰值为45hz。

(三)有益效果

本发明提供了一种瓦斯气预处理增压装置及其控制方法，具备以下有益效果：

(1)、本发明通过在装置主体开设有第一安装槽和第二安装槽，第一安装槽内固定安装有变频电机，第二安装槽内固定安装有罗茨风机，使得变频电机和罗茨风机均便于安装和更换，提高了增压装置的工作效率。

(2)、本发明通过设置有多台变频电机和罗茨风机，多台变频电机和罗茨风机均为并联设置，还设置有设置plc控制系统以及压力传感器，采用plc系统来控制变频电机的转速，通过压力传感器检测装置出口的压力，利用plc控制系统中的闭环pid控制，实时控制罗茨风机的转速，达到连续调压的目的。

(3)、本装置充分利用了控制系统资源，实现预处理系统的自动运行，尤其是增压装置的稳定运行，保证了机组安全、稳定运行的同时，达到了经济运行的目的.

附图说明

图1为本发明结构连接示意图。

图2为本发明装置主体结构剖面示意图。

图3为本发明凸块结构剖面示意图。

图4为本发明限位插块和限位插槽结构俯视示意图。

图5为本发明图1中a处结构放大示意图。

图6为本发明底部连接板结构剖面示意图。

图7为本发明缓冲连接件结构剖面示意图。

图8为本发明结构模块连接示意图。

图9为本发明进气管口结构剖面示意图。

图中：装置主体1、进气腔101、出气腔102、进气管道2、出气管道3、第一安装槽4、变频电机5、电机转轴51、限位插块52、第一安装板6、第二安装槽7、底部连接板8、贴合板81、缓冲弹簧82、罗茨风机9、风机连接轴91、凸块911、限位插槽912、连接管道92、密封圈921、第二安装板10、缓冲连接件11、伸缩杆111、压缩弹簧112、压板113、气体通道12、进气管口13、膜瓣131、活动密封板132、活动连接杆133、滑槽134、滑块135、复位弹簧136、压力传感器14、控制器15、a/d转换模块16、数据接收模块17、中央处理器18、数据处理模块19、第一电机控制模块20、第二电机控制模块21、第n电机控制模块22。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

本发明提供了如图1-9所示的一种瓦斯气预处理增压装置，包括装置主体1，装置主体1的内腔两侧分别开设有进气腔101和出气腔102，装置主体1的中部下端开设有第一安装槽4，且装置主体1的中部上端开设有第二安装槽7；

装置主体1的一侧中部固定连接有进气管道2，进气管道2的一端与进气腔101相连通，装置主体1的另一侧中部固定连接有出气管道3，出气管道3的一端与出气腔102相连通；

第一安装槽4内设置有变频电机5，变频电机5的底部固定连接有第一安装板6，第一安装板6通过锁紧螺栓与装置主体1的底端中部固定连接；使得变频电机5便于拆卸更换安装，提高了增压装置的工作效率；

第二安装槽7的底部侧壁上固定连接有底部连接板8，第二安装槽7内设置有罗茨风机9，罗茨风机9的底端与底部连接板8贴合连接，罗茨风机9的上方设置有第二安装板10，第二安装板10通过紧固螺栓与装置主体1的顶端中部固定连接，第二安装板10的底面通过缓冲连接件11与罗茨风机9的顶端贴合连接；使得罗茨风机9便于拆卸更换安装，提高了增压装置的工作效率；

第二安装槽7的中部两侧均设置有气体通道12，气体通道12开设于装置主体1内；

进气腔101的内壁一侧固定连接有进气管口13，所述进气管口13与气体通道12相连通；

进气管口13的内腔一端设置有膜瓣131，膜瓣131固定安装在进气管口13的内侧壁上，进气管口13的内腔中部设置有活动密封板132，活动密封板132的一侧对称设置有两个活动连接杆133，活动连接杆133的一端通过销轴与活动密封板132活动连接，进气管口13的内腔另一端上下两侧均开设有滑槽134，滑槽134内活动连接有滑块135，活动连接杆133的另一端通过铰接轴与滑块135活动连接，滑槽134内设置有复位弹簧136，复位弹簧136的一端与滑块135固定连接，复位弹簧136的另一端与进气腔101的内壁固定连接；膜瓣131和活动密封板132的设置，在罗茨风机9不工作的时候，防止瓦斯气进入罗茨风机9内，起到了很强的密封作用；

活动密封板132由两个半圆活动板组成，两个半圆活动板相互远离的一端通过销轴与进气管口13的内壁活动连接，两个半圆活动板相互靠近的一端通过弹性密封层连接，且两个半圆活动板相互靠近的一端一侧均与活动连接杆133活动连接；两个半圆活动板的设置，使得罗茨风机9在产生负压的时候能够将活动密封板132打开，活动连接杆133和复位弹簧136的设置，一方面提高了活动密封板132的抗压强度，另一方面使得活动密封板132在打开后能够自动复位；

出气腔102的内壁底面中部固定连接有压力传感器14，出气腔102的下方设置有控制器15，控制器15固定安装在装置主体1的内部；

控制器15内设置有a/d转换模块16、数据接收模块17、中央处理器18、数据处理模块19、第一电机控制模块20、第二电机控制模块21以及第n电机控制模块22；通过控制器15控制变频电机，进而控制罗茨风机9的运行，在降低人耗的基础上，提高了增压装置的工作效率。

作为本发明的一种可选技术方案：

进气管道2上固定连接有进气阀；

出气管道3上固定连接有出气阀。

作为本发明的一种可选技术方案：

变频电机5包括第一变频电机501、第二变频电机502和第n变频电机503；

变频电机5的顶端中部设置有电机转轴51，电机转轴51的底端固定连接有限位插块52；

罗茨风机9的底端中部设置有风机连接轴91，风机连接轴91的顶端固定连接有凸块911；

凸块911的底端中部开设有限位插槽912，限位插槽912与限位插块52相适配。

作为本发明的一种可选技术方案：

罗茨风机9的数量与变频电机5的数量相等；

罗茨风机9的两侧中部均固定连接有连接管道92，连接管道92远离罗茨风机9的一端与气体通道12相适配；

连接管道92远离罗茨风机9的一端固定连接有密封圈921，且连接管道92远离罗茨风机9的一端设置为倾斜面；密封圈921起到了密封的作用，倾斜面起到了便于安装拆卸的作用。

作为本发明的一种可选技术方案：

底部连接板8由贴合板81和多个缓冲弹簧82组成，多个缓冲弹簧82呈矩形阵列分布；

缓冲弹簧82的一端与第二安装槽7的底端侧壁固定连接，缓冲弹簧82的另一端与贴合板81的一侧固定连接，贴合板81的另一侧通过缓冲垫层与罗茨风机9的底面贴合连接；贴合板81和缓冲弹簧82为罗茨风机9提供了稳定的输出环境；

作为本发明的一种可选技术方案：

缓冲连接件11设置有多个，多个缓冲连接件11呈等间距水平分布在第二安装板10的底面中部；

缓冲连接件11由伸缩杆111、压缩弹簧112和压板113组成，伸缩杆111的一端与第二安装板10的底面固定连接，伸缩杆111的另一端与压板113的一侧固定连接，压缩弹簧112套接在伸缩杆111的外侧，且压缩弹簧112的两端分别贴合连接第二安装板10和压板113，压板113的另一侧通过海绵垫层与罗茨风机9的顶端贴合连接；伸缩杆111、压缩弹簧112和压板113的设置，为罗茨风机9提供了一个持续的反作用力，提高了罗茨风机9的稳定性。

作为本发明的一种可选技术方案：

压力传感器14的输出端电连接a/d转换模块16的输入端，a/d转换模块16的输出端电连接数据接收模块17的输入端，数据接收模块17的输出端电连接中央处理器18的输入端，中央处理器18的输出端分别电连接第一电机控制模块20、第二电机控制模块21和第n电机控制模块22的输入端；

第一电机控制模块20、第二电机控制模块21和第n电机控制模块22的输出端分别电连接第一变频电机501、第二变频电机502和第n变频电机503的输入端。

一种瓦斯气预处理增压装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：首先将瓦斯气通过供气母管进入预处理系统入口阀门，经入口阻火器进入初级过滤器，然后流经冷凝器-汽水分离器进行冷却除水；

步骤二：再将经过过滤、分离等处理后的瓦斯气通入增压装置；

步骤三：然后启动控制器15和罗茨风机9，设定压力值，控制器15通过变频电机5控制罗茨风机9转动，对瓦斯气进行增压；

步骤四：当压力传感器14检测到出气腔102的压力无法满足需求时，第一个罗茨风机9的pid控制回路投入自动运行模式，调节出口压力；

步骤五：若第一个罗茨风机9频率达到峰值时，瓦斯气仍无法达到预设的压力值时，第一个罗茨风机9工作模式切换为以峰值定频运行；

步骤六：然后控制器15控制第二个罗茨风机9启动，第二个罗茨风机9以定频方式给定转速投入运行；

步骤七：当压力传感器14检测到出气腔102的压力无法满足需求时，第二个罗茨风机9的pid控制回路投入自动运行模式，调节出口压力；

步骤八：以此类推，控制器开启更多的罗茨风机9，直至瓦斯气达到稳定出口压力的目的。

作为本发明的一种可选技术方案：

步骤三中的罗茨风机9由n台组成，工作方式为并联运行。

作为本发明的一种可选技术方案：

上述步骤中罗茨风机9的输出频率为20hz-45hz，其中罗茨风机9的运行峰值为45hz。

本发明工作原理：

本装置在安装时，首先将变频电机5插入第一安装槽4内，然后通过锁紧螺栓将第一安装板6固定安装在装置主体1上，再将罗茨风机9放入第二安装槽7内，使得罗茨风机9两侧的连接管道92通过密封圈921与气体通道12密封连通，然后将第二安装板10盖在第二安装槽7上，通过紧固螺栓将第二安装板10固定安装在装置主体1上，此时缓冲连接件11与罗茨风机9紧密连接，缓冲连接件11中的压板113与罗茨风机9贴合连接，缓冲连接件11中的压缩弹簧112受力，为罗茨风机9提供一个持续的反作用力，使得罗茨风机9安装更稳固，当罗茨风机9安装完成后，罗茨风机9上的风机连接轴91与变频电机5上的电机转轴51连接，电机转轴51上的限位插块52插入风机连接轴91上凸块911中的限位插槽912内。

本装置在工作时，首先开启进气管道2上的进气阀，此时瓦斯气通过进气管道2进入进气腔101内，然后启动变频电机5和控制器15，变频电机5通过电机转轴51和风机连接轴91带动罗茨风机9转动，罗茨风机9的运行产生负压吸力，将进气管口13内的膜瓣131和活动密封板132打开，此时瓦斯气通过进气管口13和气体通道12进入罗茨风机9内，经过罗茨风机9的增压后，通过气体通道12进入出气腔102内，此时出气腔102内的压力传感器14检测到瓦斯气的压力变化，若瓦斯气的出口压力无法满足需求时，压力传感器14将检测到的数据传输给a/d转换模块16，a/d转换模块16将数据转化为数字信号后，通过数据接收模块17传输给中央处理器18，经过数据处理模块19处理后，中央处理器18通过第一电机控制模块20来控制第一变频电机，第一变频电机控制第一罗茨风机以峰值运行，若瓦斯气的出口压力还不满足需求时，中央处理器18通过第二电机控制模块21来控制第二变频电机，第二变频电机控制第二罗茨风机启动，对瓦斯气进行进一步增压，以此类推，直至瓦斯气的压力满足需求。

需要说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。