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        乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置的研發(fā)與應(yīng)用

        2019-09-28 07:57:28董延峰
        山東煤炭科技 2019年9期
        關(guān)鍵詞:配液隔膜泵乳化液

        董延峰

        (晉煤集團(tuán)招標(biāo)辦公室,山西 晉城 048006)

        乳化液泵站是支架液壓系統(tǒng)的動(dòng)力源,向系統(tǒng)提供一定的壓力、流量和清潔度的工作介質(zhì),是系統(tǒng)的重要組成部分。

        為了保護(hù)液壓系統(tǒng)各元件和延長(zhǎng)其使用壽命,必須嚴(yán)格控制工作介質(zhì)(乳化液)的濃度, 乳化液的配制方式顯得越來(lái)越重要。乳化液箱的水量靠人工添加,占用人工費(fèi)時(shí)費(fèi)力,若出現(xiàn)特殊狀況,如泵站維修或更換高壓膠管時(shí),往往會(huì)出現(xiàn)泵站供液吸空,在供液管內(nèi)產(chǎn)生氣體,液壓系統(tǒng)無(wú)法正常工作。且在液箱吸空后,人工補(bǔ)液箱補(bǔ)水、補(bǔ)油,乳化液濃度不能保證,嚴(yán)重地影響采面生產(chǎn)安全[1]。

        本文設(shè)計(jì)了一種乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置,可直接對(duì)液箱內(nèi)乳化液的液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),做到低液位及時(shí)補(bǔ)充乳化液,高液位及時(shí)停止補(bǔ)液,使泵箱內(nèi)乳化液總量始終保持在允許范圍以?xún)?nèi)。

        1 自動(dòng)補(bǔ)水和配液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.1 裝置的設(shè)計(jì)原理

        該裝置從功能上主要由液位氣動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和乳化液自動(dòng)配比補(bǔ)液系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。

        液位氣動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用氣控方式對(duì)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過(guò)控制氣控閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)隔膜泵的啟停。裝置的氣動(dòng)液位控制回路通過(guò)感應(yīng)探頭處微小的液壓信號(hào)或者浮球來(lái)判斷當(dāng)前液位狀態(tài),液位控制范圍通過(guò)改變“高”、“低”兩個(gè)檢測(cè)管探頭的位置來(lái)設(shè)定。在液位超過(guò)和低于預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí),通過(guò)氣控閥自動(dòng)將隔膜泵開(kāi)啟和關(guān)閉,從而實(shí)現(xiàn)高液位停止補(bǔ)液、低液位自動(dòng)補(bǔ)液功能[2]。

        乳化液自動(dòng)配比補(bǔ)液系統(tǒng),依托液位氣動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果并通過(guò)水路和油路上的流量計(jì),對(duì)其流量進(jìn)行配比,實(shí)時(shí)顯示回路液體流量狀況,保證配液的可靠性。本氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置原理圖如圖1所示。

        本裝置的詳細(xì)工作流程如下:當(dāng)液位低于低液位(L)時(shí),探頭漏氣,氣源將1號(hào)閥打開(kāi),有高壓氣壓經(jīng)過(guò)1號(hào)閥將2號(hào)、3號(hào)兩個(gè)常閉閥閥芯打開(kāi),氣源將直接經(jīng)過(guò)2號(hào)閥將水路上4號(hào)和氣路上5號(hào)的兩個(gè)氣閥同時(shí)打開(kāi),使氣泵開(kāi)始工作進(jìn)行抽油排油、水路開(kāi)始過(guò)水,防止乳化液泵箱吸空現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí),水經(jīng)過(guò)調(diào)壓閥、流量計(jì)與泵排出的油液經(jīng)油液可調(diào)流量計(jì)(在裝置內(nèi))成三通型連通,使恒定的水與恒定的油混合進(jìn)入液箱,完成配比[3]。

        圖1 氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置原理圖

        運(yùn)行中配比的乳化液液位在超過(guò)低位探頭時(shí),微壓氣經(jīng)過(guò)3號(hào)閥進(jìn)行漏氣,1號(hào)還是處在開(kāi)啟狀態(tài),補(bǔ)液裝置仍在進(jìn)行補(bǔ)充,直到液位超過(guò)高位探頭時(shí),補(bǔ)液裝置自動(dòng)將氣源和水源同時(shí)關(guān)閉。液箱的液位超過(guò)液箱中設(shè)置的高位檢測(cè)探頭(H)后,此時(shí)1號(hào)閥開(kāi)始關(guān)閉,2、3號(hào)閥關(guān)閉,水路和氣路上的4、5號(hào)兩個(gè)氣控閥同時(shí)關(guān)閉,補(bǔ)液裝置停止工作。直等到液位降到低位時(shí)探頭漏氣,補(bǔ)液裝置才能如上所述正常啟動(dòng)進(jìn)行工作,實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)行。

        1.2 裝置的主要組成部件

        氣動(dòng)隔膜泵是氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置配液系統(tǒng)的重要組成部件,是乳化油配液時(shí)的主要?jiǎng)幼鱽?lái)源,利用裝置的進(jìn)氣壓力,抽取乳化油進(jìn)行配比,在保證進(jìn)氣壓力匹配的前提下選取體積最小的BQG-70/0.2型氣動(dòng)隔膜泵作為裝置的主要部件。此外隔膜泵還具有可承受背壓的優(yōu)良性能。其技術(shù)指標(biāo)如表1所示,其實(shí)物圖如圖2所示。

        表1 氣動(dòng)隔膜泵參數(shù)表

        圖2 BQG-70/0.2氣動(dòng)隔膜泵實(shí)物圖

        2 設(shè)備樣機(jī)制作與裝配

        經(jīng)過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用,完成了首臺(tái)乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置的制作與組裝。首臺(tái)氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置實(shí)現(xiàn)了裝置對(duì)乳化液液面的監(jiān)控及自動(dòng)補(bǔ)液,裝置內(nèi)部器件的硬連接采取螺紋連接,用以保證系統(tǒng)的密閉性,裝置外部連接采用井下常用的快插方式,方便裝置在安裝時(shí)管路的連接。氣控系統(tǒng)采取軟管快插式連接,方便檢修更換。

        但是在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),首臺(tái)樣機(jī)由于氣控回路的調(diào)壓閥安裝在殼體正面板上,屢次出現(xiàn)人為隨意轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)壓閥,致使氣控系統(tǒng)紊亂、裝置故障的現(xiàn)象,無(wú)法保證裝置穩(wěn)定運(yùn)行。所以將氣控回路的調(diào)壓閥改為內(nèi)置,減少人為因素對(duì)裝置氣控系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,裝置殼體正面板和側(cè)面板上分別增加高壓水表和浮子流量計(jì),用以測(cè)量水和乳化液的使用情況。

        3 設(shè)備使用中需注意事項(xiàng)

        氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置采用氣控的方式進(jìn)行信號(hào)的傳遞和機(jī)械控制。氣動(dòng)液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)氣動(dòng)隔膜閥利用0.012bar左右的微小壓力控制0.2bar的氣體的通斷,配合兩個(gè)規(guī)格型號(hào)相同最大承壓8bar的兩位三通閥,利用氣動(dòng)隔膜閥主氣路0.2bar的氣體作為其共同的控制壓力,控制主氣路壓力為6bar的兩位三通閥通斷,6bar的壓力氣體直接控制裝置氣路和水路上氣控閥的開(kāi)啟與關(guān)閉。由于裝置采用單一氣源,利用啟動(dòng)三聯(lián)件上的調(diào)壓閥,首先將壓力調(diào)至所需要的0.2bar,再利用截流調(diào)壓閥將0.2bar的壓力調(diào)至0.012bar。

        本裝置需安裝在綜采工作面乳化液泵站處,隨著綜采工作面的延伸及搬遷移動(dòng),而在不同的采面,其所使用的環(huán)境不同即氣壓、水壓不同。供氣方面:煤礦井下空壓機(jī)出口最大壓力要求7.5bar,考慮管路壓力損失,工作面處壓風(fēng)最小可保證6bar壓力,裝置內(nèi)的氣控閥最大承壓達(dá)到10bar,控制氣體壓力2~7bar,完全可以保證裝置的使用要求;供水方面:根據(jù)煤礦井深每下降100m,水壓增加1MPa,按照平均井深300m計(jì)算,粗略計(jì)算靜壓水的壓力應(yīng)在3MPa左右,而裝置內(nèi)的氣控球閥最大工作壓力為16bar,無(wú)法滿(mǎn)足裝置供水壓力的要求。為此在水路中安裝承壓40bar的高壓減壓閥和低壓減壓閥,減壓閥將40bar的水壓減壓至16bar以下,以此來(lái)滿(mǎn)足氣控球閥的使用要求,保證裝置系統(tǒng)內(nèi)壓力的匹配。

        裝置內(nèi)的氣動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng),采用的是微壓控制原理,通過(guò)探頭處液體壓力與氣動(dòng)隔膜閥控制端壓力的比較,來(lái)確定壓力的走向。當(dāng)液位低時(shí),微壓從探頭排出,閥體不工作;當(dāng)液位高時(shí),微壓無(wú)法從探頭處排出,微壓推動(dòng)氣動(dòng)隔膜閥芯動(dòng)作,改變裝置工作狀態(tài)。以此來(lái)做到高液位裝置停止補(bǔ)液,低液位裝置開(kāi)始補(bǔ)液。

        由于氣動(dòng)隔膜泵的工作不受輸出端的影響,因此我們?cè)跉鈩?dòng)隔膜泵的輸出端安裝了可調(diào)式流量計(jì),顯示和檢測(cè)乳化油使用情況。當(dāng)乳化液配比濃度出現(xiàn)變化或沒(méi)有達(dá)到要求時(shí),可通過(guò)手動(dòng)的方式調(diào)節(jié)乳化油的出油量,保證乳化液的配比達(dá)標(biāo)。水路中安裝有專(zhuān)用高壓水表,用以檢測(cè)乳化液配液所需水的使用量。

        4 裝置的工業(yè)性試驗(yàn)

        該裝置研制完成后隨隊(duì)組進(jìn)行井下安裝調(diào)試,調(diào)試過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)安裝在綜采二隊(duì)和綜采三隊(duì)的補(bǔ)液裝置在自動(dòng)控制運(yùn)行時(shí),無(wú)法開(kāi)啟水路閥門(mén)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),由于綜采二隊(duì)和綜采三隊(duì)所在的成莊礦五盤(pán)區(qū)井深較深,靜壓水壓力較大,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量達(dá)到2.8MPa,致使閥門(mén)關(guān)閉后,殘留在管內(nèi)的高壓無(wú)法釋放,造成氣控角座閥無(wú)法再次打開(kāi),進(jìn)而造成裝置無(wú)法完成乳化液的配比。隨后制定解決方案,選型、采購(gòu)高壓減壓閥和氣控球閥,先行安裝到綜采三隊(duì)5314工作面補(bǔ)液裝置進(jìn)水口處。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)壓檢驗(yàn),高壓閥減壓效果良好,氣控球閥開(kāi)啟可靠,設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定。隊(duì)組使用本裝置情況登記表見(jiàn)表2。

        5 常見(jiàn)故障類(lèi)型及處理方法

        本氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置的常見(jiàn)故障原因及處理方法如表3所示,在使用過(guò)程中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題可通過(guò)參考下表解決。

        6 結(jié)語(yǔ)

        氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置將原來(lái)在設(shè)備列車(chē)的配液設(shè)備移至運(yùn)輸巷口,縮短了近300m的乳化油運(yùn)輸距離,減少用工人員1名。乳化液濃度配比準(zhǔn)確,減少了乳化油的消耗,降低了用油成本。隨著各礦井對(duì)高產(chǎn)高效和自動(dòng)化程度的高度重視,該裝置的成功研制及推廣將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

        表2 氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置運(yùn)行情況登記表

        表3 氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置常見(jiàn)故障及處理方法表

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