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基于KAMAT五柱塞大流量變頻泵站分析

2022-12-13 01:05
關(guān)鍵詞:柱塞過(guò)濾器泵站

徐 濤

(國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司設(shè)備維修中心,神木 719315)

德國(guó)KAMAT泵站作為國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司井下綜采作業(yè)過(guò)程中使用的高壓供液系統(tǒng),主要負(fù)責(zé)井下綜采工作面液壓支架高壓供給與采煤機(jī)和支架的噴霧降溫、除塵等工作?,F(xiàn)階段,為切實(shí)滿足6.3 m以上大采高工作面的作業(yè)需要,流量達(dá)到 1 920 L·min-1的KAMAT五柱塞大流量變頻泵站得到了廣泛的應(yīng)用。

1 KAMAT五柱塞大流量變頻泵站構(gòu)成

1.1 KAMAT五柱塞泵

K500系列的KAMAT五柱塞泵設(shè)計(jì)功率為530 kW, 在其設(shè)計(jì)過(guò)程中,切實(shí)降低了泵滲漏液體混入的可能性,不僅為泵的液壓部分選擇了能夠和液體相匹配的材料,還使得液壓部分能夠與齒輪箱相互分離。

1.1.1 泵頭

在設(shè)計(jì)制造的過(guò)程中,KAMAT五柱塞泵的泵頭由一整塊不銹鋼加工而成,并且泵頭表面未使用表面涂層;同時(shí),其陶瓷柱塞抵御液體中小顆粒磨損的能力極強(qiáng),且盤(pán)根制作材料主要為聚四氟乙烯(Poly Tetra Fluoro Ethylene,PTFE)與芳綸,這種情況可以令顆粒在進(jìn)入密封的同時(shí)避免對(duì)密封造成損壞。另外,密封在實(shí)際工作過(guò)程中可以自行依據(jù)工作壓力調(diào)整自身狀態(tài),即在泵吸液時(shí),密封張力放松,從而降低磨損與摩擦。第二道密封位于盤(pán)根后,其設(shè)計(jì)的目的在于阻止泵頭內(nèi)的液體外泄。同時(shí),為保證KAMAT五柱塞泵在井下作業(yè)時(shí)溫度能夠始終保持穩(wěn)定,泵在監(jiān)控油溫溫度和持續(xù)過(guò)濾潤(rùn)滑油的同時(shí),齒輪箱內(nèi)存在一定量的乳化液,能夠?qū)X輪箱內(nèi)的油進(jìn)行持續(xù)冷卻,因此即便外界環(huán)境與潤(rùn)滑油溫度都比較高,泵的工作溫度也始終能夠處于合適的波動(dòng)范圍內(nèi)[1]。

1.1.2 安全閥

每臺(tái)KAMAT五柱塞泵中都安裝有一個(gè)獨(dú)立且可以全部打開(kāi)的安全閥,并且安全閥在安裝之前均設(shè)置了釋放壓力,安全閥在工作過(guò)程中可以按照安全合格標(biāo)準(zhǔn)為泵卸載115%的工作壓力,從而使高壓管、高壓泵在工作過(guò)程中都可以受到安全閥的保護(hù)。

1.2 變頻控制系統(tǒng)

在泵站啟動(dòng)后,要先啟動(dòng)變頻泵,然后通過(guò)調(diào)節(jié)變頻泵速度的方式對(duì)泵的輸出流量加以調(diào)節(jié)。同時(shí),為明確泵站在工作過(guò)程中所需的流量,可以通過(guò)比較工作面壓強(qiáng)與設(shè)定壓強(qiáng)大小的方式來(lái)判斷。例如,若預(yù)設(shè)的壓強(qiáng)為30 MPa,當(dāng)控制器檢測(cè)到的工作面壓強(qiáng)為30 MPa左右時(shí),可以判定此時(shí)泵預(yù)設(shè)流量恰好滿足工作面流量的需要?,F(xiàn)階段,變頻泵的轉(zhuǎn)速主要由變頻器進(jìn)行控制,而變頻器則由主PC控制,若工作面所需的流量較多,此時(shí)變頻泵可以通過(guò)增加轉(zhuǎn)速的方式輸出更多的流量,從而保證系統(tǒng)的壓力能夠滿足工作面的需要。

在泵站的實(shí)際工作過(guò)程中,若工作面所需的流量比單臺(tái)泵更大,則變頻泵在泵1啟動(dòng)加載的基礎(chǔ)上會(huì)繼續(xù)加速,直到將流量調(diào)整到工作面所需流量。若工作面所需的流量比兩臺(tái)泵更大,則變頻泵在泵2啟動(dòng)并與泵1同時(shí)加載的基礎(chǔ)上會(huì)通過(guò)加速的方式使流量增加到工作面所需的流量。同時(shí),當(dāng)工作面所需的流量下降時(shí),變頻泵會(huì)先作降速運(yùn)動(dòng),當(dāng)變頻泵的速度達(dá)到最低值時(shí),若流量還大于工作面的需求流量,則一臺(tái)普通泵將會(huì)卸載,然后由變頻泵升速調(diào)節(jié)到所需的流量。若一臺(tái)普通泵卸載超過(guò)預(yù)設(shè)時(shí)間,系統(tǒng)會(huì)使普通泵自動(dòng)停止。當(dāng)工作過(guò)程中所有普通泵都停止了工作,且變頻泵的流量已降至25%,但流量仍高于工作面的需求流量時(shí),變頻泵可以通過(guò)卸載閥完成流量調(diào)節(jié)工作。

1.3 乳化液濃度在線監(jiān)測(cè)與校準(zhǔn)系統(tǒng)

在實(shí)際工作過(guò)程中,安裝在回液過(guò)濾器后的傳感器可以測(cè)量回液的濃度。具體來(lái)說(shuō),回液在流過(guò)電子折射儀后,電子折射儀會(huì)測(cè)量回液管中的乳化液折射率,然后通過(guò)總線(Bus)將其傳遞至主系統(tǒng),主系統(tǒng)將會(huì)依據(jù)乳化油的標(biāo)準(zhǔn)曲線,將其折射率轉(zhuǎn)化為乳化液的濃度,并借助泵站控制系統(tǒng)將其顯示出來(lái)?,F(xiàn)階段,若電子折射儀測(cè)得的乳化液濃度高于設(shè)定值,并且液箱內(nèi)的液體位置低于設(shè)定值,則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向液箱注入清水,以降低乳化液的濃度;若此時(shí)液箱內(nèi)的液位在設(shè)定位置,系統(tǒng)不會(huì)向液箱內(nèi)注入清水,而是等系統(tǒng)消耗使得液箱內(nèi)液位低于設(shè)定位置后再向其中注入清水。同時(shí),若測(cè)得的乳化液濃度值低于設(shè)定值,并且此時(shí)液箱內(nèi)的液位也低于設(shè)定位置,則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向液箱內(nèi)注入乳化油,以提升乳化液的濃度;若此時(shí)液箱內(nèi)的液位達(dá)到了設(shè)定位置,系統(tǒng)不會(huì)立即注入乳化油,而是等系統(tǒng)消耗使得液箱內(nèi)乳化液液位下降后再注入乳化油,從而保證乳化油濃度能夠滿足設(shè)定需要。需要注意的是,為切實(shí)保證電子折射儀數(shù)值的準(zhǔn)確性,需要采用手工清潔的方式定期清理傳感器表面[2]。

2 KAMAT五柱塞大流量變頻泵站的操作方法

KAMAT五柱塞大流量變頻泵站在井下一線生產(chǎn)線發(fā)揮著極為重要的作用,為保證泵站能夠在綜采工作面穩(wěn)定運(yùn)行,需要對(duì)泵站進(jìn)行規(guī)范性的操作,并且杜絕一些隱蔽性較強(qiáng)的不規(guī)范操作習(xí)慣,從而避免人為因素對(duì)泵站的損壞,延長(zhǎng)泵站的使用壽命。

2.1 主泵開(kāi)閉前后的不規(guī)范操作

在當(dāng)前的主泵開(kāi)閉前后,不規(guī)范操作不僅會(huì)縮短泵站的使用壽命,還會(huì)造成泵站零部件的損壞,從而增加泵站的檢修成本。首先,部分工作人員在主泵開(kāi)閉前后長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行增壓泵,這種情況會(huì)使主泵不能對(duì)增壓泵產(chǎn)生的水壓進(jìn)行輸出或消減,從而使增壓泵電機(jī)負(fù)壓大幅度增加,進(jìn)而產(chǎn)生大量熱能,燒穿電機(jī)線圈,導(dǎo)致電機(jī)接地并損壞。為切實(shí)避免上述問(wèn)題,在開(kāi)啟主泵前,需要開(kāi)啟相應(yīng)的增壓泵,并在關(guān)閉主泵后關(guān)閉相應(yīng)的增壓泵。

其次,由于井道存在一定的斜度,在外界水平設(shè)置水箱的水位參數(shù)在井道中可能會(huì)使水箱中的水從箱體頂部、空氣過(guò)濾器處流出,且流出的水會(huì)灑到增壓泵電機(jī)上,若工作人員未曾對(duì)增壓泵電機(jī)進(jìn)行防水處理,增壓泵電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于淋水狀態(tài)下,則水可能會(huì)滲到電機(jī)內(nèi)部,從而導(dǎo)致電機(jī)線圈短路。為切實(shí)避免上述問(wèn)題,工作人員需要在增壓泵電機(jī)上設(shè)置防水布,并盡可能保證電機(jī)能夠順利通風(fēng),從而降低增壓泵損壞的可能性。

再次,部分工作人員為縮短泵站關(guān)閉時(shí)間,會(huì)通過(guò)使用急停開(kāi)關(guān)的方式關(guān)閉泵站,這種關(guān)閉方法存在以下缺點(diǎn)。第一,在泵站工作過(guò)程中,電機(jī)轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速之間存在一定的差異,當(dāng)工作人員按下急停開(kāi)關(guān)后,電機(jī)會(huì)立即停止,但由于曲軸會(huì)到受慣性與泵頭內(nèi)壓力的反作用力,還會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段距離,從而使轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸齒輪沖擊停止轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸齒輪,進(jìn)而導(dǎo)致曲軸和輸入軸出現(xiàn)打齒或者輸入軸斷軸等問(wèn)題。第二,工作人員在使用急停開(kāi)關(guān)關(guān)閉單臺(tái)泵時(shí),泵站的顯示屏?xí)J(rèn)泵站應(yīng)全部處于急停狀態(tài),這種情況會(huì)使整套泵站全部停止運(yùn)行,且其他正在運(yùn)行的泵站也會(huì)受急停泵站的影響而停止工作,從而對(duì)其他泵站的正常工作狀態(tài)產(chǎn)生不利影響。第三,若工作人員長(zhǎng)期使用急停開(kāi)關(guān)關(guān)閉泵站,可能會(huì)使急停開(kāi)關(guān)的靈敏度下降,若泵站在后續(xù)使用過(guò)程中出現(xiàn)某些緊急情況而需要緊急停止運(yùn)行時(shí),可能由于急停開(kāi)關(guān)靈敏度不夠產(chǎn)生不必要的損失。為切實(shí)避免上述問(wèn)題,工作人員在關(guān)閉泵站時(shí)需要盡量應(yīng)用停止開(kāi)關(guān)。

最后,若泵站在剛按下停止開(kāi)關(guān)后立即按下開(kāi)啟開(kāi)關(guān),同樣可能會(huì)造成泵站的損壞。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,在剛按下關(guān)閉開(kāi)關(guān)后,受慣性的影響,電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)從高速逐漸向低速轉(zhuǎn)變,這一過(guò)程往往需要幾分鐘的時(shí)間。若此時(shí)立即按下開(kāi)啟開(kāi)關(guān),開(kāi)啟狀態(tài)下的電機(jī)轉(zhuǎn)速與逐漸慢下來(lái)的曲軸轉(zhuǎn)速存在一定的差別,這種情況會(huì)使得輸入軸齒輪對(duì)曲軸齒輪造成沖擊,從而導(dǎo)致曲軸、輸入軸出現(xiàn)打齒或者輸入軸斷軸等問(wèn)題。為切實(shí)降低上述問(wèn)題出現(xiàn)的概率,若相關(guān)工作人員需要在泵站關(guān)閉后再次使用泵站,應(yīng)該在電機(jī)完全停止后重新啟動(dòng)。同時(shí),為更好地保障電機(jī)的絕緣性,工作人員需要控制泵站的開(kāi)啟頻率在每小時(shí)5次以下[3]。

2.2 高壓過(guò)濾器的不規(guī)范操作

在泵站中,高壓過(guò)濾器是一種使用頻率較高的部件,液箱、水箱、泵頭、乳化泵蓄能站等部分都有高壓過(guò)濾器。若工作人員在泵站使用檢修過(guò)程中未能定期清洗、更換高壓過(guò)濾器,可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題,從而對(duì)泵站的正常使用造成不利影響[4-5]。具體來(lái)說(shuō),若工作人員未能定期清洗更換高壓過(guò)濾器,在濾芯出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象后:一方面,液體往往會(huì)通過(guò)過(guò)濾器旁邊的閥流出,從而在未經(jīng)過(guò)濾的情況下直接流到設(shè)備中,這樣可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備部件堵塞,對(duì)設(shè)備的正常工作造成影響;另一方面,堵塞現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致液體的正常輸出壓力下降,使得液體無(wú)法滿足其他設(shè)備壓力的需要,從而對(duì)其他設(shè)備的工作情況產(chǎn)生不利影響。

2.3 泵站齒輪箱換油工作的不規(guī)范操作

若工作人員未能定期更換潤(rùn)滑油,則齒輪嚙合、其他機(jī)械磨損產(chǎn)生的鐵屑將會(huì)滯留在油箱中,從而導(dǎo)致齒輪面電蝕、十字頭拉缸等問(wèn)題。為保證潤(rùn)滑油能夠穩(wěn)定發(fā)揮自身的潤(rùn)滑作用,工作人員需要依據(jù)曲軸箱齒輪油的實(shí)際情況,在保證油溫的基礎(chǔ)上及時(shí)更換曲軸箱齒輪油,并保證更換的齒輪油有著良好的流動(dòng)性,使鐵屑可以隨油流出。

3 KAMAT五柱塞大流量變頻泵站的維護(hù)保養(yǎng)

3.1 日常維護(hù)保養(yǎng)

在日常維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中,工作人員應(yīng)做到以下幾點(diǎn):第一,在每個(gè)工作班次都要沖洗水箱、液箱的進(jìn)水過(guò)濾器,以保證水體的質(zhì)量能夠滿足水箱、液箱的工作需要;第二,檢查水箱和液箱的進(jìn)水電磁閥,以保證其動(dòng)作的靈敏度;第三,檢查齒輪油箱內(nèi)部潤(rùn)滑油的位置,若油位低于規(guī)定范圍,則需要及時(shí)注入適量220#齒輪油;第四,用折射儀檢查乳化液的濃度,保證乳化液的濃度在3%~5%;第五,檢查柱塞密封性以及十字滑塊是否存在漏油情況,若存在密封性不良的情況,則需要及時(shí)更換部件;第六,在靜止?fàn)顟B(tài)下檢查壓力表指針的指示情況,保證指針在靜態(tài)時(shí)均歸零;第七,檢查液壓膠管的磨損情況、聯(lián)軸器彈性情況、泵站運(yùn)行的噪聲情況以及各緊固件的牢固情況等,確保各部分能夠正常工作。

3.2 每周維護(hù)保養(yǎng)

在每周維護(hù)保養(yǎng)的過(guò)程中,相關(guān)工作人員應(yīng)做到:第一,對(duì)水箱、液箱的空氣過(guò)濾器、回液過(guò)濾器、卸載閥先導(dǎo)過(guò)濾器及各過(guò)濾器的濾芯進(jìn)行檢查清洗,并依據(jù)濾芯的堵塞情況,決定是否更換這一部件;第二,對(duì)乳化液泵續(xù)展與噴霧泵蓄能站的蓄能罐壓力情況進(jìn)行檢查,若壓力低于規(guī)定數(shù)值,則需要向罐內(nèi)補(bǔ)充氮?dú)?,并在氮?dú)獬淙胍恢芎髮?duì)罐內(nèi)壓力進(jìn)行復(fù)查,避免因氮?dú)獬淙脒^(guò)程中產(chǎn)生皮囊損壞而影響罐內(nèi)的壓力。

3.3 每月維護(hù)保養(yǎng)

在每月的維護(hù)保養(yǎng)過(guò)程中,工作人員應(yīng)做到以下幾點(diǎn)。第一,檢查泵頭閥門(mén)、閥座、導(dǎo)向管等部分的磨損情況,并及時(shí)更換存在過(guò)度磨損或者破損裂縫的部件。第二,對(duì)水箱、液箱內(nèi)部的污泥、雜物進(jìn)行清洗。第三,檢查電機(jī)彈性聯(lián)軸器的同心度,確??刂破鲝较蜷g隙在0.2 mm以內(nèi)。第四,檢查曲軸箱內(nèi)潤(rùn)滑油的具體情況。對(duì)于新組裝或者經(jīng)過(guò)大修的曲軸箱,應(yīng)該在其運(yùn)行50 h后更換潤(rùn)滑油脂;在其工作500 h后,第二次為其更換潤(rùn)滑油脂;在其工作1 500 h后,第三次為其更換潤(rùn)滑油脂;并在第三次更換潤(rùn)滑油脂后,每當(dāng)曲軸箱工作時(shí)間再次達(dá)到1 500 h便為其更換一次潤(rùn)滑油脂。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)前的井下作業(yè)過(guò)程中,KAMAT五柱塞大流量變頻泵站的應(yīng)用不僅可以在降低能源浪費(fèi)的同時(shí)有效匹配不同工作面的需要,而且能在保證正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)上減少各種閥的動(dòng)作次數(shù)、降低閥動(dòng)作噪聲、延長(zhǎng)閥零件的使用壽命,從而為井下作業(yè)的順利開(kāi)展提供支持。

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