乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置的研發(fā)與應(yīng)用

本文設(shè)計(jì)了一種乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置，上海自儀公司采用氣控方式對(duì)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在液位超過和低于預(yù)先設(shè)定的范圍時(shí)，通過氣控閥自動(dòng)將隔膜泵開啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)高液位停止補(bǔ)液、低液位自動(dòng)補(bǔ)液功能。乳化液泵站是支架液壓系統(tǒng)的動(dòng)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(hù)液壓系統(tǒng)各元件和延長(zhǎng)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，若出現(xiàn)特殊狀況，如泵站維修或更換高壓膠管時(shí)，往往會(huì)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(bǔ)液箱補(bǔ)水、補(bǔ)油，乳化液濃度不能保證，嚴(yán)重地影響采面生產(chǎn)安全。

本文設(shè)計(jì)了一種乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置，可直接對(duì)液箱內(nèi)乳化液的液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，做到低液位及時(shí)補(bǔ)充乳化液，高液位及時(shí)停止補(bǔ)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(dòng)補(bǔ)水和配液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 裝置的設(shè)計(jì)原理

該裝置從功能上主要由液位氣動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和乳化液自動(dòng)配比補(bǔ)液系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。液位氣動(dòng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用氣控方式對(duì)液位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過控制氣控閥門的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)隔膜泵的啟停。裝置的氣動(dòng)液位控制回路通過感應(yīng)探頭處微小的液壓信號(hào)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(gè)檢測(cè)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(shí)，通過氣控閥自動(dòng)將隔膜泵開啟和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)高液位停止補(bǔ)液、低液位自動(dòng)補(bǔ)液功能 。

乳化液自動(dòng)配比補(bǔ)液系統(tǒng)，依托液位氣動(dòng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)結(jié)果并通過水路和油路上的流量計(jì)，對(duì)其流量進(jìn)行配比，實(shí)時(shí)顯示回路液體流量狀況，保證配液的可靠性。

本裝置的詳細(xì)工作流程如下：當(dāng)液位低于低液位（L）時(shí)，探頭漏氣，氣源將 1 號(hào)閥打開，有高壓氣壓經(jīng)過1號(hào)閥將2號(hào)、3號(hào)兩個(gè)常閉閥閥芯打開，氣源將直接經(jīng)過 2 號(hào)閥將水路上 4 號(hào)和氣路上 5 號(hào)的兩個(gè)氣閥同時(shí)打開，使氣泵開始工作進(jìn)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(shí)，水經(jīng)過調(diào)壓閥、流量計(jì)與泵排出的油液經(jīng)油液可調(diào)流量計(jì)（在裝置內(nèi)）成三通型連通，使恒定的水與恒定的油混合進(jìn)入液箱，完成配比。

運(yùn)行中配比的乳化液液位在超過低位探頭時(shí)，微壓氣經(jīng)過3號(hào)閥進(jìn)行漏氣，1號(hào)還是處在開啟狀態(tài)，補(bǔ)液裝置仍在進(jìn)行補(bǔ)充，直到液位超過高位探頭時(shí)，補(bǔ)液裝置自動(dòng)將氣源和水源同時(shí)關(guān)閉。液箱的液位超過液箱中設(shè)置的高位檢測(cè)探頭（H）后，此時(shí) 1號(hào)閥開始關(guān)閉，2、3 號(hào)閥關(guān)閉，水路和氣路上的 4、 5 號(hào)兩個(gè)氣控閥同時(shí)關(guān)閉，補(bǔ)液裝置停止工作。直等到液位降到低位時(shí)探頭漏氣，補(bǔ)液裝置才能如上所述正常啟動(dòng)進(jìn)行工作，實(shí)現(xiàn)循環(huán)運(yùn)行。

1.2 裝置的主要組成部件

氣動(dòng)隔膜泵是氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置配液系統(tǒng)的重要組成部件，是乳化油配液時(shí)的主要?jiǎng)幼鱽碓?，利用裝置的進(jìn)氣壓力，抽取乳化油進(jìn)行配比，在保證進(jìn)氣壓力匹配的前提下選取體積非常小的 BQG-70/0.2型氣動(dòng)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。

2 設(shè)備樣機(jī)制作與裝配

經(jīng)過對(duì)設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用，完成了首臺(tái)乳化液氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置的制作與組裝。首臺(tái)氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置實(shí)現(xiàn)了裝置對(duì)乳化液液面的監(jiān)控及自動(dòng)補(bǔ)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(shí)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(tái)樣機(jī)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(dòng)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(yùn)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(duì)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(jì)，用以測(cè)量水和乳化液的使用情況。

3 設(shè)備使用中需注意事項(xiàng)

氣動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置采用氣控的方式進(jìn)行信號(hào)的傳遞和機(jī)械控制。氣動(dòng)液位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過氣動(dòng)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(gè)規(guī)格型號(hào)相同非常大承壓 8bar 的兩位三通閥，利用氣動(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(jī)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(jì)算，粗略計(jì)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(dòng)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(dòng)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(shí)，微壓從探頭排出，閥體不工作；當(dāng)液位高時(shí)，微壓無法從探頭處排出，微壓推動(dòng)氣動(dòng)隔膜閥芯動(dòng)作，改變裝置工作狀態(tài)。以此來做到高液位裝置停止補(bǔ)液，低液位裝置開始補(bǔ)液。

由于氣動(dòng)隔膜泵的工作不受輸出端的影響，因此我們?cè)跉鈩?dòng)隔膜泵的輸出端安裝了可調(diào)式流量計(jì)，顯示和檢測(cè)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(shí)，可通過手動(dòng)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(cè)乳化液配液所需水的使用量。

4 裝置的工業(yè)性試驗(yàn)

該裝置研制完成后隨隊(duì)組進(jìn)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(duì)和綜采三隊(duì)的補(bǔ)液裝置在自動(dòng)控制運(yùn)行時(shí)，無法開啟水路閥門。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于綜采二隊(duì)和綜采三隊(duì)所在的成莊礦五盤區(qū)井深較深，靜壓水壓力較大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(jìn)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(duì) 5314 工作面補(bǔ)液裝置進(jìn)水口處。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)壓檢驗(yàn)，高壓閥減壓效果良好，氣控球閥開啟可靠，設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定。隊(duì)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(dòng)自動(dòng)補(bǔ)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(dòng)自動(dòng)補(bǔ)液裝置將原來在設(shè)備列車的配液設(shè)備移至運(yùn)輸巷口，縮短了近 300m 的乳化油運(yùn)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，上海自儀公司降低了用油成本。隨著各礦井對(duì)高產(chǎn)高效和自動(dòng)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(jì)效益。