乳化液氣動自動補液裝置的研發(fā)與應用

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