一種乳化液泵用潤滑油泵的改進(jìn)研制

北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司 北京 100013

隨 著煤炭開采技術(shù)的不斷發(fā)展，中厚煤層綜采工作面乳化液泵站不斷向高壓、大流量方向發(fā)展[1-2]。目前，國內(nèi)許多年產(chǎn)千萬噸級以上的大型礦井所配套的高壓大流量乳化液泵站大多以進(jìn)口KAMAT 和 RMI 泵站為主[3]。設(shè)備引進(jìn)面臨進(jìn)口泵站服務(wù)費高，備件供貨周期長，技術(shù)封鎖等諸多問題。因此，對進(jìn)口泵站及其關(guān)鍵核心備件的國產(chǎn)化顯得尤為迫切需要[4-6]。

國內(nèi)某大型煤炭公司于 2016 年開始對乳化液泵站及其關(guān)鍵備件進(jìn)行國產(chǎn)化攻關(guān)，并取得了階段性成果。潤滑油泵作為乳化液泵關(guān)鍵備件之一，對減速器的潤滑冷卻起著至關(guān)重要的作用，一旦損壞，若無監(jiān)控保護(hù)則會造成油溫升高和無油壓狀態(tài)，使減速器內(nèi)部齒輪燒傷磨損，甚至損壞。對潤滑油泵的更換，國外泵站廠家基本采取專用定制的配套方式。其供貨周期長、成本高，而國產(chǎn)的潤滑油泵，使用匹配性差，暴露出諸如油壓過高或過低、油溫?zé)o法熱平衡等問題，難以保證泵站的長周期穩(wěn)定運行。筆者以進(jìn)口乳化液泵站國產(chǎn)化為契機(jī)，對國產(chǎn)齒輪油泵采取外置添加調(diào)壓閥的結(jié)構(gòu)方式，使得其能靈活滿足進(jìn)口KAMAT 泵站 500 L/min、16.0 MPa 以及 430 L/min、37.5 MPa 流量壓力等級下的泵站減速器使用。

1 潤滑系統(tǒng)

乳化液泵的減速器冷卻潤滑主要分 2 類[7-8]：①以飛濺潤滑為主，強(qiáng)制潤滑為輔，如進(jìn)口 KAMAT 系列泵站；② 以強(qiáng)制潤滑為主，飛濺潤滑為輔，如進(jìn)口RMI 系列泵站。潤滑油泵連接示意如圖 1 所示。

圖1 潤滑油泵連接示意Fig.1 Connection sketch of lubricating oil pump

(1)飛濺潤滑過程 KAMAT 泵站充分利用自身減速器雙側(cè)對稱布置在曲軸上的斜齒輪，僅需保證曲軸箱內(nèi)的潤滑油淹沒斜齒齒根，利用曲軸高速旋轉(zhuǎn)帶動齒輪使?jié)櫥惋w濺到滑塊與曲軸箱體滑道的運動副，同時對連桿小頭、連桿銷、軸承等進(jìn)行飛濺潤滑，此過程潤滑油與曲軸箱壁充分接觸而散熱，達(dá)到一定的冷卻效果。

(2)強(qiáng)制潤滑過程 潤滑油泵通過聯(lián)軸器與減速器中的齒輪軸直聯(lián)，其驅(qū)動轉(zhuǎn)速即為泵站電動機(jī)轉(zhuǎn)速，潤滑油泵進(jìn)口通過油管、接頭與減速器中曲軸箱底部的吸油口相聯(lián)。出油口帶負(fù)載壓力的潤滑油經(jīng)油濾器、管路進(jìn)入內(nèi)置在吸水盒中的油冷卻器進(jìn)行冷卻，后經(jīng)出油管、過渡接頭進(jìn)入曲軸油道而供給裝載在曲軸上的連桿大頭和軸瓦，此過程主要形成對連桿、軸瓦和曲軸的強(qiáng)制壓力潤滑，壓力值和壓力反饋分別通過裝配在多路接頭上的壓力表、壓力傳感器讀取或傳輸。

2 潤滑油泵結(jié)構(gòu)及試驗

2.1 結(jié)構(gòu)改造

進(jìn)口 KAMAT 泵站潤滑系統(tǒng)要求啟泵油壓不能高于 2 MPa，泵站運行穩(wěn)定后油壓為 0.5～1.2 MPa，熱平衡溫度 ≤70 ℃，否則油壓過高會損壞壓力表和油壓傳感器，油壓過低則強(qiáng)制潤滑效果不起作用，且長周期運行油溫升高會使減速器出現(xiàn)燒損等嚴(yán)重問題。因此，泵站配套潤滑油泵均采用定制的齒輪泵。筆者對國產(chǎn)常見的齒輪泵進(jìn)行了改造，齒輪泵結(jié)構(gòu)如圖 2所示。

圖2 齒輪泵結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of gear pump

對齒輪泵外置增加一種調(diào)壓閥，要求對所選用齒輪泵的進(jìn)出口各預(yù)留一定大小的節(jié)流通道。

齒輪泵改造原理：通過調(diào)壓螺桿調(diào)節(jié)彈簧的變形壓力，從而改變密封球與閥體間的密封開度，當(dāng)出口油壓大于彈簧調(diào)定的變形壓力時，密封球被打開，油壓會從增壓腔內(nèi)泄至進(jìn)油口直至油壓穩(wěn)定到與彈簧調(diào)定壓力相等，密封球關(guān)閉；當(dāng)出口油壓小于彈簧調(diào)定的變形壓力時，油壓大小會增壓到與彈簧變形相等的壓力；使用過程中只需根據(jù)實際需求靈活調(diào)節(jié)調(diào)壓螺桿而改變彈簧的變形壓力來控制出口油壓的大小，且調(diào)壓螺桿上配有鎖緊螺母，在調(diào)到合適的使用油壓后，擰緊鎖緊螺母以防止振動而使螺桿松懈而影響油壓，出口油壓可通過油壓表讀取。

2.2 試驗測試

將潤滑油泵安裝在進(jìn)口 KAMAT 泵站中，選用測試泵站額定流量為 400 L/min，壓力為 37.5 MPa，按照 MT 188.2—2010 規(guī)定的試驗方法和儀器進(jìn)行測試。潤滑油泵油壓隨時間的變化曲線如圖 3 所示。

由圖 3 可以看出，啟泵油壓在 1.50 MPa，運行 1 h 內(nèi)油壓下降較快，之后穩(wěn)定在 1.25 MPa。在運行 3 h 后擰松調(diào)壓螺桿 2 圈，油壓呈直線下降穩(wěn)定至 1.00 MPa，表明該潤滑油泵可根據(jù)使用需要適時靈活連續(xù)調(diào)節(jié)油壓。潤滑油泵油溫隨時間的變化曲線如圖 4所示。由圖 4 可知，在前 1.5 h 內(nèi)油溫上升較快，之后達(dá)到熱平衡，油溫穩(wěn)定在 51 ℃，滿足 MT 188.2—2010 對油壓油溫的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，測試過程中潤滑油泵運行平穩(wěn)，無異常響動。

圖3 潤滑油泵油壓隨時間變化曲線Fig.3 Variation curve of oil pressure of lubricating oil pump with time

圖4 潤滑油泵油溫隨時間變化曲線Fig.4 Variation curve of oil temperature of lubricating oil pump with time

3 實例應(yīng)用

為充分驗證潤滑油泵的可靠性和耐久性，筆者借助進(jìn)口大流量泵站國產(chǎn)化的機(jī)遇，在內(nèi)蒙某大型煤炭公司某礦綜采工作面，將該潤滑油泵應(yīng)用于進(jìn)口KAMAT 泵站的噴霧泵和乳化液泵。經(jīng)現(xiàn)場試驗，其在流量為 430 L/min、壓力為 37.5 MPa 的乳化液泵上，顯示開機(jī)油壓為 1.5 MPa，運行 2 h 后達(dá)到熱平衡油壓穩(wěn)定在 0.6 MPa，經(jīng)過調(diào)壓閥調(diào)壓穩(wěn)定至 0.8 MPa，熱平衡油溫穩(wěn)定在 62 ℃。在流量為 500 L/min、壓力為16 MPa 的噴霧泵上，顯示開機(jī)油壓為 2.1 MPa，經(jīng)過調(diào)壓閥調(diào)壓穩(wěn)定至 0.6 MPa，熱平衡油溫穩(wěn)定在 54℃。在后期現(xiàn)場跟蹤中，該潤滑油泵工作近 1 440 h，期間運行穩(wěn)定，使用正常。

4 結(jié)語

通過對潤滑油泵的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，解決了潤滑油泵國產(chǎn)化過程中出現(xiàn)的油壓過高或過低、油溫?zé)崞胶鈫栴}。改進(jìn)后的潤滑油泵運行穩(wěn)定，可靠性高，操作簡單方便，具有較大的推廣價值，為進(jìn)口大流量泵站關(guān)鍵備件的國產(chǎn)化研究提供了一定參考。