KAMAT泵站機械原理及維護保養

徐 濤

（神東煤炭集團設備維修中心，陜西 神木 719315）

0 引言

乳化液泵站是用來向綜采工作面液壓支架等設備輸送動力乳化液的設備，同時為采煤機割煤過程中噴霧降溫和除塵［1-3］。從神東礦區14個礦井使用的泵站維修情況來看，相同機型的泵站，在相同的大修周期內，其磨損程度、維護保養和維修費用也不同，且差異較大，這主要是由于井下檢修人員對進口設備的了解不夠深入，不能很好地對其進行操作和維護。同時對經常出現的機械故障不能有效精準的作出判定，多數情況下都需要專業化泵站維修人員下井提供技術支持，僅2018年因技術支持專業化維修人員下井次數為142人次，如果不能及時處理故障就可能造成工作面停產。因此，對泵站的原理和維護保養檢修項目進行總結，對其深入研究，有助于檢修人員提高對泵站設備的認識，進而提高泵站的使用壽命。

1 KAMAT泵站結構及原理

KAMAT泵站主要由曲軸箱及泵頭總成、電磁卸載閥、安全閥、液箱水箱、儲能系統等組成。

1.1 曲軸箱及泵頭總成

曲軸箱及泵頭總成的結構：主要包括曲軸箱、泵頭、潤滑系統、柱塞密封組件、滑塊密封組件，它是泵站的核心動力源。曲軸箱主要由齒輪箱、輸入軸、曲軸、連桿、十字滑塊、十字銷軸、軸瓦等組成，三柱塞泵曲軸箱及泵頭總成具體結構如圖1所示；泵頭主要由吸排液閥兩部分組成，各包括閥芯、閥座、彈簧、導向套和入口蓋［4-6］。吸排液閥采用階梯型分布形式，閥芯與閥座之間采用平面密封方式；潤滑系統由潤滑油泵、油過濾器、管路、油壓保護開關、冷卻器、油壓表等組成；十字滑塊與滑道孔之間靠曲軸的雙螺旋齒旋轉飛濺的潤滑油進行潤滑，即飛濺潤滑方式，軸瓦與曲軸箱曲拐處采用強迫潤滑方式；滑塊密封組件主要包括油封座、油封和防塵密封，防止曲軸箱內潤滑油泄露；柱塞密封組件主要包括填料函、盤根、防塵環等組成，防止泵頭高壓液體泄露。

圖1 曲軸箱及泵頭總成結構圖

曲軸箱及泵頭原理：電動機經彈性聯軸器驅動輸入軸，經減速后驅動曲軸（K350減速比為3.3）。曲軸上有3段互成120°的軸頸，其上套有連桿大端和軸瓦，連桿小端通過銅套、銷軸與滑塊連接，滑塊與柱塞通過螺栓緊固，這種結構會將曲軸的旋轉運動轉換為柱塞的直線往復運動，當柱塞遠離泵頭腔時，此時泵頭腔室內形成負壓，乳化液在大氣壓力和進液增壓泵共同作用下使吸液閥打開進入泵頭腔，此時完成柱塞的一個吸液行程；當柱塞在連桿滑塊的推力作用下使泵頭腔容積減少時，乳化液在柱塞推力作用下打開排液閥進入高壓系統，此時完成一個排液過程。曲軸旋轉一周完成柱塞的一個往復行程即完成該柱塞的一個吸排液過程。

1.2 電磁卸載閥

電磁卸載閥，也稱為電磁卸荷閥，是泵站輸出高壓液的動力源，它由先導電磁閥和機械閥兩部分組成，兩位三通先導電磁閥控制實現泵的加載與卸載過程［7-9］，其結構如圖2所示。在靜態時，主閥芯2是由彈簧3的彈力作用，使得閥芯和閥座緊密配合，泵在啟動開始瞬間，輸出的液體從P處流出，因主閥芯2和彈簧3作用將通向液箱的卸載路徑封堵，液體將經由單向閥4被引導至泵的高壓出口A處，高壓出口與液壓支架系統連接，是一個封閉系統，當高壓出口A處充滿液體后，單向閥4封閉，并且當P處壓力大于彈簧3對主閥芯2的力時，彈簧會被壓縮，主閥芯2將與閥座分離，打開通向節流襯套7的回路將液體引導至卸載回路T至液箱，此時處于卸載狀態；當工作面需要壓力時，先導電磁閥動作，進液從P口→先導過濾器→先導電磁閥→主閥彈簧3腔室內；主閥腔室內壓力為彈簧力與P口壓力之和，大于P口壓力，使主閥芯與閥座閉合，這樣使卸載口T封閉，單向閥閥芯4脫離閥座，高壓液從A處流向工作面。卸載閥在工作面過程中不斷地交替加載與卸載，為防止卸載回路的管路因卸載過程中產生的負壓對管路造成吸空，所以在卸載口處安裝空氣補償閥6。

1.3 安全閥

KAMAT泵站安全閥是作為系統的第三級保護，乳化泵安全閥的設定壓力為37.5 MPa，噴霧泵安全閥設定壓力為14.3 MPa。當系統壓力超過安全閥設定值時，系統壓力會通過安全閥快速釋放，避免管路爆裂，損傷人員和設備。

1.4 液箱和水箱

圖2 電液卸載閥結構圖

液箱用于乳化液泵系統，分為主液箱和副液箱，支架回液通過回液過濾器返回副液箱，避免了回液對主液箱的沖擊，不會對液位傳感器采集的信號造成干擾，同時不會對進液系統造成影響。主液箱主要包括加油系統、乳化液配比系統。加油系統包括兩類，一種是馬達液壓傳動，另一種是電氣傳動。配比系統主要采用CONFLOW公司的混液器，該混液器的齒輪材料具有低慣量、低阻力系數，并且浸泡在可溶性油中具有高穩定性。內部的熱塑性塑料合金軸承以及高分子材料支撐的齒輪都能承受高載荷、高溫和抗腐蝕性。它主要由一對齒輪組成，以進水系統為驅動力，將油箱的乳化油與進水按照設計比例（3%～5%，具體可以通過混液器的節流閥調節）形成乳化液［10-11］。

液箱和水箱都有增壓泵進液系統，它是由離心泵和電機組成，離心泵與電機通過彈性聯軸器連接。增壓泵系統是為了給高壓泵提供穩定壓力和流量的裝置，防止在系統內產生氣蝕現象，避免設備受到磨損。KAMAT泵站乳化泵系統和噴霧泵系統各有2臺增壓泵，采用左右對稱分布，是一種冗余設計形式，當有1臺泵出現故障時，不會影響整套泵站運行。

1.5 儲能系統

噴霧泵儲能系統：由集液塊、球閥、儲能器、流量表、節流閥等組成，3臺噴霧泵輸出的高壓液經過集液塊后輸出為兩路，其中一路經過節流閥和流量表輸出至綜采工作面，另一路直接通過流量表輸出至綜采工作面，這樣噴霧泵系統可以輸出兩路不同的壓力和流量。噴霧系統是1個開環系統，系統不受壓力控制，需要手動調節至合適的壓力和流量，一般工作面噴霧泵系統的工作壓力在5～8 MPa之間。

乳化泵儲能系統：由集液塊、球閥、儲能器組成，所有的乳化泵輸出的高壓液經過集液塊輸出為兩路。乳化泵系統的工作壓力在28.0～31.5 MPa之間，系統的壓力是通過電控系統設定參數來控制電磁閥，從而實現系統壓力的穩定。

儲能系統：主要是由2個皮囊式的儲能罐組成，在安裝前充入合適壓力的氮氣，充入壓力按照工作壓力的70%～75%填充，主要功能是吸收泵站高壓系統本身帶來的壓力波動。每臺泵輸出至集液塊時都需要連接1個球閥，是為了將各個泵之間進行隔離，方便在檢修時不影響系統正常工作。

2 維護保養

為了保障煤礦正常生產，需要對泵站進行定期的維護保養。泵站在井下的機械保養可分為日常維護保養、每周維護保養、每月維護保養。

2.1 日常維護保養

液箱、水箱進水過濾器每個工作班次進行反沖洗一次，以保障液箱和水箱內部水的質量。檢查液箱和水箱的進水電磁閥動作的靈敏可靠性。檢查齒輪箱內部潤滑油位是否在規定范圍內，潤滑油不足時，及時加入220#齒輪油。用折射儀檢測乳化液配比濃度是否滿足要求，乳化液濃度一般在3%～5%之間。檢查柱塞密封及十字滑塊油封的滲漏情況，根據滲漏情況進行選擇性更換密封組件。檢查各壓力表指針在靜態時是否歸零，通過電控壓力傳感器采集到的值和壓力表值對比檢查顯示是否正常。檢查液壓膠管的磨損情況。檢查泵站運行中噪聲是否正常。檢查聯軸器彈性墊磨損情況。檢查各緊固件是否牢靠。檢查電磁卸載閥工作的加載能力是否能到設定值。檢查泵站運行的聲音是否正常。

2.2 每周維護保養

清洗液箱和水箱的空氣過濾器及濾芯、回液過濾器及濾芯、齒輪箱潤滑系統油過濾器及濾芯、卸載閥先導過濾器及濾芯，根據堵塞情況判斷是否更換濾芯。對于介質是水和乳化液濾芯的更換周期要根據井下的水質情況來判定，如神東礦區的水質較差，導致濾芯更換周期較短。檢查乳化液泵蓄能站和噴霧泵蓄能站的蓄能罐的壓力是否在規定范圍內，罐內壓力不足時及時補充氮氣，充入氮氣1周后再次檢查罐內壓力，這是由于重新充入氮氣后可能造成皮囊損壞。

2.3 每月維護保養

檢查泵頭閥芯、閥座、彈簧和導向套的磨損情況，更換損壞件。清理液箱和水箱內部的內壁污泥雜物，對液箱和水箱內部的吸附雜物的磁體清洗。檢查各電機彈性聯軸器的同心度，一般徑向間隙控制在0.2 mm范圍內。檢查曲軸箱內潤滑油脂情況，一般經大修或新組裝的曲軸箱總成在運行50 h后進行第一次更換潤滑油脂，500 h后第二次更換，1 500 h第三次更換，第三次更換后，每1 500 h更換一次曲軸箱潤滑油。

3 結語

分析和掌握了泵站的原理和泵站的使用性能要求，總結出一套適合礦井自身條件的泵站維護保養內容和方法。提高了泵站的使用性能和開機率，降低了故障率，同時延長了使用壽命，減少泵站大修次數和維修成本。