乳化液泵站液壓系統電氣保護控制技術的設計與應用

王文勝， 李肖潞， 王璟耀， 彭東林， 趙曦明

（潞安環能股份公司常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

隨著我國煤層儲量的降低，煤層的開采逐步向著賦存條件較為復雜的煤層轉移，礦井工作面的工作情況越來越復雜，相應的對機械配套安全設備的要求越來越苛刻。在礦井中支撐頂板的液壓支架與提供乳化液泵站的安全運行對工作面的安全運行至關重要。目前，煤礦綜采工作面液壓支架系統管路、元件、接口多，采用煤礦液壓支架用乳化油（也稱濃縮液）與水配比成質量濃度為3%～5%的溶液——乳化液，作為系統壓力的傳遞介質。由于該系統運行壓力高（額定公稱壓力為31.5 MPa）、流量大（公稱流量達到400 L/min），系統壓力泵——乳化液泵在設計上都是僅僅采用了機械式安全保護系統，并且延用了多年，存在系統保護與電氣控制系統不完善的問題，導致出現乳化液損壞嚴重、設備空載運行自損嚴重、影響安全生產等許多問題，因此，需要在該液壓系統里增加電氣保護來解決系統運行過程中存在的問題。此前劉站英[1]利用USB-4711A 數據采集軟件對乳化液壓泵的監控系統進行設計，經過運行驗證了設計的可行性，有效提升了礦井乳化液壓泵的運行性能。曹鵬飛[2]針對礦井的乳化液泵運行過程中出現的問題，提出相應的解決方案，提升了乳化液壓泵的使用壽命，提升了礦井的安全。李然[3]利用數值模擬軟件及理論分析相結合的研究方法對工作面的乳化液泵進行研究，研制了新型BRW（630/40）乳化液泵，通過在神華煤礦的運行，驗證了研制的優越性。郝萬程[4]通過乳化液泵站使用及檢修情況，分析總結乳化液泵站的故障原因，并對乳化液泵故障的解決方法進行研究，給出相應故障的處理措施。本文針對乳化液泵站系統出現的故障，提出在系統中增加電氣保護裝置，有效提升了乳化液泵的運行性能，為類似問題提供一定的借鑒。

1 乳化液泵站系統系統存在的問題

乳化液泵站系統在生產廠家設計和配套時只有機械卸載和機械安全保護，沒有電氣保護和自動停機保護功能，尤其是沒有傳遞介質泄露時的停機保護，在乳化液泵運行過程中經常出現以下問題：

1）由于卸載部件——卸載閥出現故障后系統壓力不能卸載，導致系統壓力升高、超過系統安全運行壓力后管路爆裂、部件密封損壞、系統運行癱瘓等嚴重問題。

2）由于管路、密封老化等原因導致系統管路破裂、接口密封損壞后，僅靠人為的通過間斷看壓力表和聽泵站聲音判斷，不能及時發現并及時停止乳化液泵，導致乳化液大量泄漏，造成乳化油的嚴重浪費。

3）液箱內乳化液抽完后，造成液泵長時間空載狀態運行，損壞液泵部件；

4）再次給液箱補液需要一定時間，影響設備開機率。

5）遇到頂板破碎等特殊情況急需操作液壓支架時，延誤處理時間導致次生事故的發生。

6）當人員操作過程中突發管路爆裂、接頭脫落，不能自動、快速停止乳化液泵站，危急人身安全。

2 解決方案

在乳化液泵高壓系統管路的出口端，用高壓管路并聯連接礦用防爆型乳化液系統節能保護控制器，控制器采集壓力信號，根據壓力信號的大小由執行繼電器輸出相應的超壓、低壓、無壓信號，控制乳化液泵站磁力啟動器的停機。

采用電接點壓力表作為信號采集器，對傳統的電接點壓力表電氣原理（電接點壓力表生產廠銷售時，推薦的電氣原理圖）進行改進，使電氣原理符合解決方案的要求。

2.1 傳統的電接點壓力表電氣原理

傳統電接點壓力表電氣原理圖如圖1，從傳統電壓力表電氣原理中看出，J1 繼電器的常開觸動開關J1-2 接入是控制開關開停的，J1-2 閉合允許控制開關啟動，要想使J1-2 閉合，必須使繼電器J1 帶點工作，低壓力信號開關PL 不論設定為多大壓力值，都得先保證處于閉合狀態，才能保證J1 繼電器的電路接通，同時常開觸動開關J1-1 閉合，與PL 形成并聯電路，一起接通繼電器J1 的供電回路，此時無論PL 在什么情況下都是不能斷開繼電器J1 的供電回路的，因此該電路中低壓保護PL 不能停機，也就是壓力下降不會停機，僅有高壓PH 閉合后J2 工作、J2-1 斷開才可停機。因此傳統的電接點壓力表電氣原理還不能滿足乳化液泵站液壓系統電氣保護控制的需要。

圖1 傳統電接點壓力表電氣原理圖

2.2 改進后的電接點壓力表電氣原理

改進后的電接點壓力表電氣原理如圖2 所示，該控制器由工作電源（127 V/24 V）、壓力傳感器（PH和 PL）、繼電器組（J1、J2、J3）、報警裝置（正常 X1、低于X2、高壓X3）、電磁閥（DC）及輔助元件組成，可以根據系統實際運行狀況，設定系統的最高運行壓力和限制乳化液泄露的最低壓力，壓力傳感器從系統高壓管路中獲得壓力信號，轉換為電氣開關量信號，控制繼電器組的工作狀態，繼電器組的輸出開關量信號J1-2 接入乳化液泵的供電設備的控制回路中，當系統因管路破裂、密封元件損壞時，大量乳化液泄漏以及泵站故障導致系統壓力超過設定壓力、無壓力或壓力低于設定值時，J1-2 打開，停止乳化液泵供電設備并由J2-2 或J3-2 接通報警裝置分別顯示低壓力故障或者高壓力故障，由J1-3 斷開電磁閥DC 的電路，電磁閥關閉，實現系統電氣壓力保護、自動停機、報警功能，達到降低乳化油損耗、保證乳化液泵的安全運行、提高開機率、節能降耗的目的。

圖2 改進后的電接點壓力表電氣原理

3 實施效果

該裝置已在地面試驗成功，但由于涉及到礦用產品的要求，已經由專業生產制造廠——山西科泰自動化有限公司按照礦用設備標準制造、申請了相關證件，轉化成了產品，在煤礦井下推廣應用。該裝置在完善乳化液泵液壓系統電氣保護功能的同時，解決了煤礦液壓支架用濃縮液（乳化油）泄漏損耗、管路損壞和系統大面積癱瘓的問題，有很好的推廣和實用價值，廣泛的推廣應用后會產生良好的經濟效益和社會效益，應用前景廣闊。