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乳化液氣動自動補液裝置的研發(fā)與應(yīng)用

發(fā)布日期:2019-10-18  來源:  作者:  瀏覽次數(shù):
【導(dǎo)讀】:摘 要 本文設(shè)計了一種乳化液氣動自動補液裝置,采用氣控方式對液位進行實時監(jiān)測,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。
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    摘 要 本文設(shè)計了一種乳化液氣動自動補液裝置,采用氣控方式對液位進行實時監(jiān)測,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。
 
    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(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(yán)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(dāng)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(xì)工作流程如下:當(dāng)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
 
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    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非常小的 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(biāo)如表 1 所示,其實物圖如圖 2 所示。
 
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    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)格型號相同非常大承壓 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非常大壓力要求 7.5bar,考慮管路壓力損失,工作面處壓風(fēng)非常小可保證 6bar 壓力,裝置內(nèi)的氣控閥非常大承壓達(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)的氣控球閥非常大工作壓力為 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(dāng)液位低時,微壓從探頭排出,閥體不工作;當(dāng)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(dāng)乳化液配比濃度出現(xiàn)變化或沒有達(dá)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(dá)標(biāo)。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(dá)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(zhǔn)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。
 
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