基于KAMAT五柱塞大流量變頻泵站分析

徐 濤

（國家能源集團神東煤炭集團有限責任公司設備維修中心，神木 719315）

德國KAMAT泵站作為國能神東煤炭集團有限責任公司井下綜采作業過程中使用的高壓供液系統，主要負責井下綜采工作面液壓支架高壓供給與采煤機和支架的噴霧降溫、除塵等工作。現階段，為切實滿足6.3 m以上大采高工作面的作業需要，流量達到 1 920 L·min-1的KAMAT五柱塞大流量變頻泵站得到了廣泛的應用。

1 KAMAT五柱塞大流量變頻泵站構成

1.1 KAMAT五柱塞泵

K500系列的KAMAT五柱塞泵設計功率為530 kW， 在其設計過程中，切實降低了泵滲漏液體混入的可能性，不僅為泵的液壓部分選擇了能夠和液體相匹配的材料，還使得液壓部分能夠與齒輪箱相互分離。

1.1.1 泵頭

在設計制造的過程中，KAMAT五柱塞泵的泵頭由一整塊不銹鋼加工而成，并且泵頭表面未使用表面涂層；同時，其陶瓷柱塞抵御液體中小顆粒磨損的能力極強，且盤根制作材料主要為聚四氟乙烯（Poly Tetra Fluoro Ethylene，PTFE）與芳綸，這種情況可以令顆粒在進入密封的同時避免對密封造成損壞。另外，密封在實際工作過程中可以自行依據工作壓力調整自身狀態，即在泵吸液時，密封張力放松，從而降低磨損與摩擦。第二道密封位于盤根后，其設計的目的在于阻止泵頭內的液體外泄。同時，為保證KAMAT五柱塞泵在井下作業時溫度能夠始終保持穩定，泵在監控油溫溫度和持續過濾潤滑油的同時，齒輪箱內存在一定量的乳化液，能夠對齒輪箱內的油進行持續冷卻，因此即便外界環境與潤滑油溫度都比較高，泵的工作溫度也始終能夠處于合適的波動范圍內[1]。

1.1.2 安全閥

每臺KAMAT五柱塞泵中都安裝有一個獨立且可以全部打開的安全閥，并且安全閥在安裝之前均設置了釋放壓力，安全閥在工作過程中可以按照安全合格標準為泵卸載115%的工作壓力，從而使高壓管、高壓泵在工作過程中都可以受到安全閥的保護。

1.2 變頻控制系統

在泵站啟動后，要先啟動變頻泵，然后通過調節變頻泵速度的方式對泵的輸出流量加以調節。同時，為明確泵站在工作過程中所需的流量，可以通過比較工作面壓強與設定壓強大小的方式來判斷。例如，若預設的壓強為30 MPa，當控制器檢測到的工作面壓強為30 MPa左右時，可以判定此時泵預設流量恰好滿足工作面流量的需要。現階段，變頻泵的轉速主要由變頻器進行控制，而變頻器則由主PC控制，若工作面所需的流量較多，此時變頻泵可以通過增加轉速的方式輸出更多的流量，從而保證系統的壓力能夠滿足工作面的需要。

在泵站的實際工作過程中，若工作面所需的流量比單臺泵更大，則變頻泵在泵1啟動加載的基礎上會繼續加速，直到將流量調整到工作面所需流量。若工作面所需的流量比兩臺泵更大，則變頻泵在泵2啟動并與泵1同時加載的基礎上會通過加速的方式使流量增加到工作面所需的流量。同時，當工作面所需的流量下降時，變頻泵會先作降速運動，當變頻泵的速度達到最低值時，若流量還大于工作面的需求流量，則一臺普通泵將會卸載，然后由變頻泵升速調節到所需的流量。若一臺普通泵卸載超過預設時間，系統會使普通泵自動停止。當工作過程中所有普通泵都停止了工作，且變頻泵的流量已降至25%，但流量仍高于工作面的需求流量時，變頻泵可以通過卸載閥完成流量調節工作。

1.3 乳化液濃度在線監測與校準系統

在實際工作過程中，安裝在回液過濾器后的傳感器可以測量回液的濃度。具體來說，回液在流過電子折射儀后，電子折射儀會測量回液管中的乳化液折射率，然后通過總線（Bus）將其傳遞至主系統，主系統將會依據乳化油的標準曲線，將其折射率轉化為乳化液的濃度，并借助泵站控制系統將其顯示出來。現階段，若電子折射儀測得的乳化液濃度高于設定值，并且液箱內的液體位置低于設定值，則系統會自動向液箱注入清水，以降低乳化液的濃度；若此時液箱內的液位在設定位置，系統不會向液箱內注入清水，而是等系統消耗使得液箱內液位低于設定位置后再向其中注入清水。同時，若測得的乳化液濃度值低于設定值，并且此時液箱內的液位也低于設定位置，則系統會自動向液箱內注入乳化油，以提升乳化液的濃度；若此時液箱內的液位達到了設定位置，系統不會立即注入乳化油，而是等系統消耗使得液箱內乳化液液位下降后再注入乳化油，從而保證乳化油濃度能夠滿足設定需要。需要注意的是，為切實保證電子折射儀數值的準確性，需要采用手工清潔的方式定期清理傳感器表面[2]。

2 KAMAT五柱塞大流量變頻泵站的操作方法

KAMAT五柱塞大流量變頻泵站在井下一線生產線發揮著極為重要的作用，為保證泵站能夠在綜采工作面穩定運行，需要對泵站進行規范性的操作，并且杜絕一些隱蔽性較強的不規范操作習慣，從而避免人為因素對泵站的損壞，延長泵站的使用壽命。

2.1 主泵開閉前后的不規范操作

在當前的主泵開閉前后，不規范操作不僅會縮短泵站的使用壽命，還會造成泵站零部件的損壞，從而增加泵站的檢修成本。首先，部分工作人員在主泵開閉前后長時間運行增壓泵，這種情況會使主泵不能對增壓泵產生的水壓進行輸出或消減，從而使增壓泵電機負壓大幅度增加，進而產生大量熱能，燒穿電機線圈，導致電機接地并損壞。為切實避免上述問題，在開啟主泵前，需要開啟相應的增壓泵，并在關閉主泵后關閉相應的增壓泵。

其次，由于井道存在一定的斜度，在外界水平設置水箱的水位參數在井道中可能會使水箱中的水從箱體頂部、空氣過濾器處流出，且流出的水會灑到增壓泵電機上，若工作人員未曾對增壓泵電機進行防水處理，增壓泵電機長時間處于淋水狀態下，則水可能會滲到電機內部，從而導致電機線圈短路。為切實避免上述問題，工作人員需要在增壓泵電機上設置防水布，并盡可能保證電機能夠順利通風，從而降低增壓泵損壞的可能性。

再次，部分工作人員為縮短泵站關閉時間，會通過使用急停開關的方式關閉泵站，這種關閉方法存在以下缺點。第一，在泵站工作過程中，電機轉速與曲軸轉速之間存在一定的差異，當工作人員按下急停開關后，電機會立即停止，但由于曲軸會到受慣性與泵頭內壓力的反作用力，還會繼續轉動一段距離，從而使轉動的曲軸齒輪沖擊停止轉動的曲軸齒輪，進而導致曲軸和輸入軸出現打齒或者輸入軸斷軸等問題。第二，工作人員在使用急停開關關閉單臺泵時，泵站的顯示屏會默認泵站應全部處于急停狀態，這種情況會使整套泵站全部停止運行，且其他正在運行的泵站也會受急停泵站的影響而停止工作，從而對其他泵站的正常工作狀態產生不利影響。第三，若工作人員長期使用急停開關關閉泵站，可能會使急停開關的靈敏度下降，若泵站在后續使用過程中出現某些緊急情況而需要緊急停止運行時，可能由于急停開關靈敏度不夠產生不必要的損失。為切實避免上述問題，工作人員在關閉泵站時需要盡量應用停止開關。

最后，若泵站在剛按下停止開關后立即按下開啟開關，同樣可能會造成泵站的損壞。實際應用過程中，在剛按下關閉開關后，受慣性的影響，電機的轉速會從高速逐漸向低速轉變，這一過程往往需要幾分鐘的時間。若此時立即按下開啟開關，開啟狀態下的電機轉速與逐漸慢下來的曲軸轉速存在一定的差別，這種情況會使得輸入軸齒輪對曲軸齒輪造成沖擊，從而導致曲軸、輸入軸出現打齒或者輸入軸斷軸等問題。為切實降低上述問題出現的概率，若相關工作人員需要在泵站關閉后再次使用泵站，應該在電機完全停止后重新啟動。同時，為更好地保障電機的絕緣性，工作人員需要控制泵站的開啟頻率在每小時5次以下[3]。

2.2 高壓過濾器的不規范操作

在泵站中，高壓過濾器是一種使用頻率較高的部件，液箱、水箱、泵頭、乳化泵蓄能站等部分都有高壓過濾器。若工作人員在泵站使用檢修過程中未能定期清洗、更換高壓過濾器，可能會出現一些問題，從而對泵站的正常使用造成不利影響[4-5]。具體來說，若工作人員未能定期清洗更換高壓過濾器，在濾芯出現堵塞現象后：一方面，液體往往會通過過濾器旁邊的閥流出，從而在未經過濾的情況下直接流到設備中，這樣可能會導致設備部件堵塞，對設備的正常工作造成影響；另一方面，堵塞現象可能會導致液體的正常輸出壓力下降，使得液體無法滿足其他設備壓力的需要，從而對其他設備的工作情況產生不利影響。

2.3 泵站齒輪箱換油工作的不規范操作

若工作人員未能定期更換潤滑油，則齒輪嚙合、其他機械磨損產生的鐵屑將會滯留在油箱中，從而導致齒輪面電蝕、十字頭拉缸等問題。為保證潤滑油能夠穩定發揮自身的潤滑作用，工作人員需要依據曲軸箱齒輪油的實際情況，在保證油溫的基礎上及時更換曲軸箱齒輪油，并保證更換的齒輪油有著良好的流動性，使鐵屑可以隨油流出。

3 KAMAT五柱塞大流量變頻泵站的維護保養

3.1 日常維護保養

在日常維護保養過程中，工作人員應做到以下幾點：第一，在每個工作班次都要沖洗水箱、液箱的進水過濾器，以保證水體的質量能夠滿足水箱、液箱的工作需要；第二，檢查水箱和液箱的進水電磁閥，以保證其動作的靈敏度；第三，檢查齒輪油箱內部潤滑油的位置，若油位低于規定范圍，則需要及時注入適量220#齒輪油；第四，用折射儀檢查乳化液的濃度，保證乳化液的濃度在3%～5%；第五，檢查柱塞密封性以及十字滑塊是否存在漏油情況，若存在密封性不良的情況，則需要及時更換部件；第六，在靜止狀態下檢查壓力表指針的指示情況，保證指針在靜態時均歸零；第七，檢查液壓膠管的磨損情況、聯軸器彈性情況、泵站運行的噪聲情況以及各緊固件的牢固情況等，確保各部分能夠正常工作。

3.2 每周維護保養

在每周維護保養的過程中，相關工作人員應做到：第一，對水箱、液箱的空氣過濾器、回液過濾器、卸載閥先導過濾器及各過濾器的濾芯進行檢查清洗，并依據濾芯的堵塞情況，決定是否更換這一部件；第二，對乳化液泵續展與噴霧泵蓄能站的蓄能罐壓力情況進行檢查，若壓力低于規定數值，則需要向罐內補充氮氣，并在氮氣充入一周后對罐內壓力進行復查，避免因氮氣充入過程中產生皮囊損壞而影響罐內的壓力。

3.3 每月維護保養

在每月的維護保養過程中，工作人員應做到以下幾點。第一，檢查泵頭閥門、閥座、導向管等部分的磨損情況，并及時更換存在過度磨損或者破損裂縫的部件。第二，對水箱、液箱內部的污泥、雜物進行清洗。第三，檢查電機彈性聯軸器的同心度，確保控制器徑向間隙在0.2 mm以內。第四，檢查曲軸箱內潤滑油的具體情況。對于新組裝或者經過大修的曲軸箱，應該在其運行50 h后更換潤滑油脂；在其工作500 h后，第二次為其更換潤滑油脂；在其工作1 500 h后，第三次為其更換潤滑油脂；并在第三次更換潤滑油脂后，每當曲軸箱工作時間再次達到1 500 h便為其更換一次潤滑油脂。

4 結語

在當前的井下作業過程中，KAMAT五柱塞大流量變頻泵站的應用不僅可以在降低能源浪費的同時有效匹配不同工作面的需要，而且能在保證正常生產的基礎上減少各種閥的動作次數、降低閥動作噪聲、延長閥零件的使用壽命，從而為井下作業的順利開展提供支持。