綜采工作面乳化液泵恒壓供液系統

王麗琴

(汾西礦業(yè)集團公司 機電處，山西 介休 032000)

0 引言

礦用乳化液泵站是煤礦井下現代化高產高效綜采工作面的關鍵設備之一，是保證綜采工作面安全可靠運行的重要動力單元。近30年來，國內的乳化液泵站的設計和制造技術取得了巨大的進步，主要技術指標得到了很大的提高。

目前，我國煤礦井下綜采工作面大量使用不同廠家生產的BRW-400/31.5乳化液泵。乳化液泵拖動電機250 kW，乳化液泵額定工作壓力31.5 MPa，額定流量400 L/min。液壓系統全部采用卸載閥卸載方式來穩(wěn)定工作壓力。

隨著我國煤礦裝備制造業(yè)的發(fā)展，適用于煤礦井下的防爆型大功率變頻器投入市場，這為乳化液泵恒壓供液系統的研制開發(fā)提供了物質條件。隨著自動控制理論在變頻器中的應用，為乳化液泵恒壓供液系統的研制開發(fā)提供了技術條件。

1 乳化液泵站工作原理

1．1 常規(guī)乳化液泵站工作原理[1]

1-吸液過濾器；2-供液閥；3-BRW400/31.5泵；4-泵電機；5-泵電機負荷電纜；6-變頻器；7-電源電纜；8-安全閥；9-單向閥；11-蓄能器；12-過濾器；13-支架操作換向閥；14-支架油缸；15-液箱；16-壓力表；17-卸載閥圖1 常規(guī)乳化液泵站液壓系統示意圖

乳化液泵站工作原理為：磁力啟動器⑥閉合，給乳化液泵電機④供電，驅動乳化液泵③工作，將乳化液由液箱經輸液管道送到綜采工作面液壓支架，為液壓支架提供動力。乳化液泵的輸出能力，為單體液壓支柱供液的應不小于18 MPa，為綜采液壓支架供液的應不小于30 MPa，并且不得超過31.5 MPa。

乳化液泵在工作過程中存在一個卸載問題。所謂卸載是指乳化液泵所在的液壓系統的油缸等執(zhí)行機構不使用液體、或者是執(zhí)行機構的負載壓力達到了液壓系統的額定壓力時，乳化液泵對液壓系統的執(zhí)行機構不輸出液體，這時乳化液泵泵出的液體經卸載閥返回液箱。卸載閥的功能是：當供液系統壓力超過卸載閥的調定壓力時(如支架停止用液時)卸載閥動作，把泵排出的乳化液直接送入乳化液箱，使泵站處于空載運行。節(jié)省電力，延長泵站使用壽命。一般卸載閥調定壓力35 MPa，卸載閥恢復壓力26.25～29.75 MPa。

在乳化液泵站的出液口還安裝安全閥⑧，作為泵站的的高壓保護零件，安全閥的調定壓力為泵工作壓力的110%～115%左右，超壓時，乳化液通過安全閥回流入液箱。

1.2 乳化液泵恒壓供液系統組成及工作原理[1-3]

乳化液泵恒壓供液系統采用變頻器控制乳化液泵電機，泵出口壓力隨電機轉速變化而改變。在乳化液泵輸液口安裝壓力傳感器，把泵輸液口的壓力轉換為標準的模擬量電壓信號送入變頻器，與變頻器的給定信號進行比較，變頻器工作在負反饋工作模式，使輸出的乳化液壓力保持在一定范圍；隨著壓力偏移變頻器自動改變輸出頻率，控制乳化液泵轉速，保持液壓系統壓力，使乳化液泵時刻工作在高效區(qū)。乳化液系統達到給定壓力范圍時，乳化液泵停止運行。乳化液恒壓供液系統壓力的控制采用壓力傳感器配合變頻調速來實現，不需要專用的卸載閥。

本例中，乳化液泵站液壓系統的主要元件選用南京六合煤機廠生產的BRW400/31.5乳化液泵、PZT705壓力傳感器、北京昆侖海岸JYB-KGH系列煤礦隔爆型壓力變送器、唐山開誠礦用隔爆兼本質安全型變頻調速裝置、變頻器ZJT-500/1140。

2 系統與調試

2.1 恒壓乳化液泵站系統

乳化液泵站恒壓供液系統與常規(guī)泵站供液系統的改進之處有以下幾點：①使用大功率變頻器⑥代替原系統的400A磁力啟動器；②取消乳化液泵③出口側的卸載閥；③在壓力表位置并接一個壓力傳感器⑩，壓力傳感器的型號為PZT705，量程50 MPa，輸出信號0～10 V(三線制)，供電電壓直流24 V，壓力傳感器把液壓系統的壓力轉換成成比例的標準的模擬量電壓信號，并且把該個信號送入變頻器的電壓反饋輸入信號端子，如圖2所示。

1-吸液過濾器；2-供液閥；3-BRW400/31.5泵；4-泵電機；5-泵電機負荷電纜；6-變頻器；7-電源電纜；8-安全閥；9-單向閥；10-壓力傳感器；11-蓄能器；12-過濾器；13-支架操作換向閥；14-支架油缸；15-液箱；16-壓力表圖2 乳化液泵恒壓供液系統

2.2 乳化液泵恒壓供液系統的調試

連接元器件：按圖2連接各元件，在壓力表位置并接一個壓力傳感器，把系統的壓力轉換成成比例的標準的模擬量電壓信號，并且把這個信號送入變頻器的電壓反饋輸入信號端子。

調整安全閥：先把安全閥⑧的調壓螺母大松開，支架操作換向閥打到中間位置，再把變頻器⑥打到工頻位置，啟動變頻器⑥，乳化液泵③在電機④拖動下加速到額定轉速位置運行；慢慢調節(jié)安全閥的調壓螺母，這時系統壓力慢慢增加，壓力表的數值也隨著系統壓力的增加而增加，當壓力表數值增加到31.5 MPa時，說明這時安全閥⑧的壓力整定為31.5 MPa，此時把安全閥⑧的調壓螺母鎖緊，關閉變頻器⑥的運行。

設置變頻器參數：①給變頻器⑥供電；把變頻器的運行命令給定通道選擇為端子臺；通過控制電纜把遠方啟動信號按鈕接到變頻器；②把變頻器的頻率設定模式設為PID調節(jié)運行模式；變頻器的PID調節(jié)方式設為負反饋模式；變頻器的PID給定信號選擇為鍵盤輸入；變頻器的PID反饋信號選擇為外接端子VF：0～10 V；③把鍵盤數字給定壓力值設置為60%，即0.6×50=30 MPa；把傳感器最大量程按照實際使用的傳感器的最大量程50 MPa設置為50；④根據實際的系統特性分別設定比例增益P，積分時間常數I，微分增益D；⑤把啟動壓力值設置為95%，也就是當變頻器在自動停止后，反饋壓力必須低于28.5 MPa，變頻器才能重新啟動，此參數是為了防止變頻器頻繁的起動停止。把停機偵測范圍設置為3%，即變頻器隨時作停機偵測，若反饋壓力大于停機偵測范圍30-30×3%=29.1 MPa時，則乳化液恒壓供液系統認為工作面液壓支架沒有用乳化液，變頻器自動停機。

試運行：給變頻器上電，按壓遠方啟動按鈕，變頻器啟動運行，看電機的運轉方向是否符合要求，如不符合停電重新壓線。剛開始反饋壓力遠小于給定壓力，變頻器拖動電機勻加速到上限頻率運行，隨著乳化液泵向系統不斷的供液，系統的反饋壓力不斷上升，給定壓力與反饋壓力的差值逐漸減小，變頻器的轉速也逐漸減小，當給定壓力與反饋壓力的差值為零時，變頻器停止運行，乳化液泵停止運轉，這時，乳化液恒壓供液系統處于保壓狀態(tài)。當系統壓力降低到28.5 MPa以下時，變頻器啟動運行繼續(xù)給工作面供液，直到反饋壓力等于給定壓力時，變頻器再停止運行。

3 兩種供液系統對比

3.1 卸載方式

常規(guī)乳化液泵站，使用卸載閥實現乳化液泵卸載，在卸載期間，乳化液泵仍然在運轉，其機械部件一直處于工作狀態(tài)，這就造成不必要的機械磨損及機械附加損耗，降低了乳化液泵的機械壽命，同時由于工作時間長，增加了維修量及配件損耗。

乳化液泵恒壓供液系統，根據供液系統運行狀況自動調節(jié)電機轉速，在供液系統達到設定壓力后，自動停機，減少了機械的運轉時間及運轉速度，延長了機械部件的使用壽命，降低了維護量。

3.2 能耗

乳化液泵在卸載期間，雖然不向液壓系統輸出液體，基本處于空載狀態(tài)，但拖動乳化液泵的電機一直通電運轉，造成了電能的浪費。

乳化液泵恒壓供液系統，在供液系統達到設定壓力后，電機自動停止運轉，降低了綜采工作面的電能損耗，并最終降低了礦井的噸煤成本。

據統計，我國綜合機械化采煤工作面一臺乳化液泵每天的運轉時間是18 h左右，而卸載狀態(tài)所占的時間就高達12 h，在這12 h中，乳化液泵電機在不停的運轉，卻不對液壓系統做功，也就是說這12 h所消耗的電能就白白浪費掉了，加上乳化液泵機械部件的運轉，加速了機械零部件的磨損，降低了壽命。而采用乳化液泵恒壓供液系統完全克服了這些問題。

4 結語

面對煤炭行業(yè)經濟發(fā)展形勢，煤炭企業(yè)必須強化內部管理，改革創(chuàng)新、技術創(chuàng)新，節(jié)能降耗、降本增效，改進綜采工作面乳化液泵站供液系統，實現乳化液泵供液的恒壓控制，達到節(jié)能、降損、延長機械使用壽命的目的。