乳化液氣動自動補液裝置的研發(fā)與應(yīng)用

董延峰

（晉煤集團招標辦公室，山西 晉城 048006）

乳化液泵站是支架液壓系統(tǒng)的動力源，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。

為了保護液壓系統(tǒng)各元件和延長其使用壽命，必須嚴格控制工作介質(zhì)（乳化液）的濃度， 乳化液的配制方式顯得越來越重要。乳化液箱的水量靠人工添加，占用人工費時費力，若出現(xiàn)特殊狀況，如泵站維修或更換高壓膠管時，往往會出現(xiàn)泵站供液吸空，在供液管內(nèi)產(chǎn)生氣體，液壓系統(tǒng)無法正常工作。且在液箱吸空后，人工補液箱補水、補油，乳化液濃度不能保證，嚴重地影響采面生產(chǎn)安全[1]。

本文設(shè)計了一種乳化液氣動自動補液裝置，可直接對液箱內(nèi)乳化液的液位進行實時監(jiān)測，做到低液位及時補充乳化液，高液位及時停止補液，使泵箱內(nèi)乳化液總量始終保持在允許范圍以內(nèi)。

1 自動補水和配液系統(tǒng)設(shè)計

1.1 裝置的設(shè)計原理

該裝置從功能上主要由液位氣動自動監(jiān)測系統(tǒng)和乳化液自動配比補液系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。

液位氣動自動監(jiān)測系統(tǒng)采用氣控方式對液位進行實時監(jiān)測，通過控制氣控閥門的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)隔膜泵的啟停。裝置的氣動液位控制回路通過感應(yīng)探頭處微小的液壓信號或者浮球來判斷當前液位狀態(tài)，液位控制范圍通過改變“高”、“低”兩個檢測管探頭的位置來設(shè)定。在液位超過和低于預(yù)先設(shè)定的范圍時，通過氣控閥自動將隔膜泵開啟和關(guān)閉，從而實現(xiàn)高液位停止補液、低液位自動補液功能[2]。

乳化液自動配比補液系統(tǒng)，依托液位氣動自動檢測系統(tǒng)的檢測結(jié)果并通過水路和油路上的流量計，對其流量進行配比，實時顯示回路液體流量狀況，保證配液的可靠性。本氣動自動補液裝置原理圖如圖1所示。

本裝置的詳細工作流程如下：當液位低于低液位（L）時，探頭漏氣，氣源將1號閥打開，有高壓氣壓經(jīng)過1號閥將2號、3號兩個常閉閥閥芯打開，氣源將直接經(jīng)過2號閥將水路上4號和氣路上5號的兩個氣閥同時打開，使氣泵開始工作進行抽油排油、水路開始過水，防止乳化液泵箱吸空現(xiàn)象的發(fā)生。同時，水經(jīng)過調(diào)壓閥、流量計與泵排出的油液經(jīng)油液可調(diào)流量計（在裝置內(nèi)）成三通型連通，使恒定的水與恒定的油混合進入液箱，完成配比[3]。

圖1 氣動自動補液裝置原理圖

運行中配比的乳化液液位在超過低位探頭時，微壓氣經(jīng)過3號閥進行漏氣，1號還是處在開啟狀態(tài)，補液裝置仍在進行補充，直到液位超過高位探頭時，補液裝置自動將氣源和水源同時關(guān)閉。液箱的液位超過液箱中設(shè)置的高位檢測探頭（H）后，此時1號閥開始關(guān)閉，2、3號閥關(guān)閉，水路和氣路上的4、5號兩個氣控閥同時關(guān)閉，補液裝置停止工作。直等到液位降到低位時探頭漏氣，補液裝置才能如上所述正常啟動進行工作，實現(xiàn)循環(huán)運行。

1.2 裝置的主要組成部件

氣動隔膜泵是氣動自動補液裝置配液系統(tǒng)的重要組成部件，是乳化油配液時的主要動作來源，利用裝置的進氣壓力，抽取乳化油進行配比，在保證進氣壓力匹配的前提下選取體積最小的BQG-70/0.2型氣動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)指標如表1所示，其實物圖如圖2所示。

表1 氣動隔膜泵參數(shù)表

圖2 BQG-70/0.2氣動隔膜泵實物圖

2 設(shè)備樣機制作與裝配

經(jīng)過對設(shè)計原理的應(yīng)用，完成了首臺乳化液氣動自動補液裝置的制作與組裝。首臺氣動自動補液裝置實現(xiàn)了裝置對乳化液液面的監(jiān)控及自動補液，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。

但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)，首臺樣機由于氣控回路的調(diào)壓閥安裝在殼體正面板上，屢次出現(xiàn)人為隨意轉(zhuǎn)動調(diào)壓閥，致使氣控系統(tǒng)紊亂、裝置故障的現(xiàn)象，無法保證裝置穩(wěn)定運行。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，用以測量水和乳化液的使用情況。

3 設(shè)備使用中需注意事項

氣動自動補液裝置采用氣控的方式進行信號的傳遞和機械控制。氣動液位監(jiān)測系統(tǒng)通過氣動隔膜閥利用0.012bar左右的微小壓力控制0.2bar的氣體的通斷，配合兩個規(guī)格型號相同最大承壓8bar的兩位三通閥，利用氣動隔膜閥主氣路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啟與關(guān)閉。由于裝置采用單一氣源，利用啟動三聯(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，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：煤礦井下空壓機出口最大壓力要求7.5bar，考慮管路壓力損失，工作面處壓風最小可保證6bar壓力，裝置內(nèi)的氣控閥最大承壓達到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計算，粗略計算靜壓水的壓力應(yīng)在3MPa左右，而裝置內(nèi)的氣控球閥最大工作壓力為16bar，無法滿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，以此來滿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)的氣動監(jiān)控系統(tǒng)，采用的是微壓控制原理，通過探頭處液體壓力與氣動隔膜閥控制端壓力的比較，來確定壓力的走向。當液位低時，微壓從探頭排出，閥體不工作；當液位高時，微壓無法從探頭處排出，微壓推動氣動隔膜閥芯動作，改變裝置工作狀態(tài)。以此來做到高液位裝置停止補液，低液位裝置開始補液。

由于氣動隔膜泵的工作不受輸出端的影響，因此我們在氣動隔膜泵的輸出端安裝了可調(diào)式流量計，顯示和檢測乳化油使用情況。當乳化液配比濃度出現(xiàn)變化或沒有達到要求時，可通過手動的方式調(diào)節(jié)乳化油的出油量，保證乳化液的配比達標。水路中安裝有專用高壓水表，用以檢測乳化液配液所需水的使用量。

4 裝置的工業(yè)性試驗

該裝置研制完成后隨隊組進行井下安裝調(diào)試，調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)安裝在綜采二隊和綜采三隊的補液裝置在自動控制運行時，無法開啟水路閥門。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于綜采二隊和綜采三隊所在的成莊礦五盤區(qū)井深較深，靜壓水壓力較大，現(xiàn)場測量達到2.8MPa，致使閥門關(guān)閉后，殘留在管內(nèi)的高壓無法釋放，造成氣控角座閥無法再次打開，進而造成裝置無法完成乳化液的配比。隨后制定解決方案，選型、采購高壓減壓閥和氣控球閥，先行安裝到綜采三隊5314工作面補液裝置進水口處。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)壓檢驗，高壓閥減壓效果良好，氣控球閥開啟可靠，設(shè)備整體運行穩(wěn)定。隊組使用本裝置情況登記表見表2。

5 常見故障類型及處理方法

本氣動自動補液裝置的常見故障原因及處理方法如表3所示，在使用過程中遇到的常見問題可通過參考下表解決。

6 結(jié)語

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

表2 氣動自動補液裝置運行情況登記表

表3 氣動自動補液裝置常見故障及處理方法表