国内外乳化液泵站的现状及发展趋势

概述泵是伴跟着产业发展而发展起来的。19世纪时，国外已有了比较完整的泵的型式和品种，并得到了广泛的应用。据统计，在1880年左右，一般用途的离心泵产量占整产量的90%以上，而动力装置用泵、化工泵、矿山用泵等特殊用途的泵，仅占整个泵产量的10%左右。到1960年，一般用途的泵只占45%，而特殊用途的泵已占55%。据目前发展趋势，特殊用途的泵，会比一般用途的泵所占比例还要进步。早在20世纪初，潜水污水泵由美国首先研制成功，用它来代替深井泵。随后，西欧各国也接踵进行研制，并且不断加以改进，逐步完善。如德国的莱茵褐煤矿，使用各种潜水污水泵2500多台，容量最高的达1600kW、扬程410m。我国的潜水污水泵是20世纪60年代，发展起来的，其中功课面潜水电泵在南方早已用于农田的浇灌，且中小容量的潜水电泵已形成系列，并批量投入了出产。容量高电压的潜水电泵、潜水电念头也接踵面世，500～1200kw的大型潜水电泵均已在矿山投入运行。通常把用来抽吸液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。从能量观点来说，泵是一种转换能量的机器，它把原念头的机械能转化为被输送液体的能量，使液体的流速和压力增加。泵一般是用来将液体从地势较低的地方抽吸上来，沿管路输送到地势较高的地方去。例如，我们日常见到的，用泵把河流，池塘中的水抽上来往农田里浇灌；又如把地下深井里的水抽吸上来并送到水塔上去等。因为液体经由泵后压力可以进步，所以泵的作用也可以用来将液体从压力较低的容器中抽吸出来，并克服沿途的阻力输送到压力较高的容器中或其他需要的地方，例如，锅炉给水泵从低压水箱中抽吸水往压力较高的锅炉汽包内给水。泵的机能范围很广，巨型的泵流量可大达几十万in／h以上；而微型的泵流量则在几十mL／h以下。其压力可从常压一直高达l000MPa以上。它输送液体的温度最低可到～200°C以下，最高可达800°C以上。泵输送液体的种类良多，它可以输送水(净水、污水等)、油液、酸碱液、乳化液、悬浮液和液态金属等。国内外矿用矿用乳化液泵矿用乳化液泵站是煤矿井下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，是保证综采工作面安全可靠运行的重要动力单元。近三十年来，国内的乳化液泵站的设计和制造技术取得了巨大的进步，主要技术参数得到了很大的提高。同时国内的大型煤矿也引进了众多厂家的乳化液泵站系统，使得我们对于国外的乳化液泵站技术有了较为全面的了解。国外厂家采用新材料、新工艺制造乳化液泵的关键部件，延长了整机的大修周期，提高了使用寿命。泵站采用电子监控手段实现了多泵成组自动化运行，提高了泵站系统的可靠性。这些新的思路对于我们开发研制高质量的矿用乳化液泵站具有很好的启示和借鉴作用。1国内矿用乳化液泵站的现状及发展趋势1．1国内矿用乳化液泵站的组成国内矿用乳化液泵站由两台泵或三台泵组成。采用一台使用一台备用或两台使用一台备用的模式运行，通过手动操作隔爆电磁启动器完成乳化液泵的开停。乳化液泵上安装有安全阀和液控的机械卸载阀，根据工作面对乳化液的需要实现乳化液泵压力的自动调整。根据泵的流量大小配置一台或两台乳化液箱。液箱上安装有高压过滤器、交替阀和蓄能器，以完成两台乳化液泵高压液体的过滤和供液回路的自动切换。通过使用浮球阀控制进水管的通断，并利用文丘里管的射吸原理来完成乳化油和水的自动混台.1．2国内乳化液泵的技术现状国内乳化液泵的生产单位厂家以无锡煤机，南京六合。浙江中煤等几家为代表，产品结构大同小异。目前的流量系列有80、125、160、200、250、315、400、450、500、550等。流量乳化液泵大多采用卧式五柱塞结构，下面以使用较广泛的400泵为例，介绍国产乳化液泵的主要特点。该型泵额定压力31．5MPa，额定流量400升／分，卧式三柱塞结构。总体上可分为动力端和液力端两大部分。动力端部分主要由箱体、曲轴、连杆滑块和减速齿轮箱等组成。箱体采用高强度铸铁整体箱型结构，箱内存有润滑油对运动部件实现飞溅润滑。曲轴采用两端支承方式。液力端主要由柱塞、缸套组件和泵头组件等组成。采用分体式泵头，泵头体为整体钢锻件，内有吸液阀、排液阀和排液孔，排液管将各泵头排液孔汇流孔连接起来。排液管一侧装有安全阀，另一侧装有卸载阀。大功率的乳化液泵设有水冷的强制压力润滑系统，主：要运来润滑曲轴连杆的滑动轴承。有一些大流量的泵自吸能力差，在泵的进液端还配有皮带驱动的增压泵以防止吸液腔产生的气蚀。1．3国内矿用乳化液泵站的发展趋势国产矿用乳化液泵站的发展趋势是在基本保持两泵一箱配置的基础上，通过增大单台乳化液泵的流量来提高泵站系统的流量。近年来有部分厂家和高校在研制泵站的保护系统，取得了一些技术成果，但功能还很不完善，目前都还没有推广应用。在新材料的使用上，国内已有厂家在尝试使用陶瓷材料制造柱塞。在吸排液阀的结构型式上，也有厂家采用平面密封的片式阀结构。2国外矿用乳化液泵站的现状及发展趋势2．1国外矿用乳化液泵站的组成国外的的矿用乳化液泵站一般由四台泵成，三台使用一台备用。配备完善的电控系统可根据工作面的需要可实现一台泵到三台泵同时供液，满足综采工作面对乳化液流量大范围变化的需求，增加了整个系统的工作可靠性。根据单泵流量大小配置一台或两台乳化液箱。装有过滤器和蓄能器的供回液小车完成对液体的过滤和稳压。电控系统为集散式控制，可实现自动和手动两种模式运行。一台总控箱负责完成对整套泵站的监控和参数设定，并向地面远程通讯；乳化液泵和乳化液箱各有一台分控箱负责监控本台设备并将本地参数传送到总控箱。整套电控系统的功能有：乳化液泵润滑油位、油温、油压的检测保护；电磁卸载阀的自动控制；乳化液箱自动补液、配比和乳化油箱的油位保护；每台控制箱都可显示系统参数。2．2国外乳化液泵的技术现状国内大型煤矿进口的乳化液泵主要来自英国雷波、德国卡马特和豪辛柯三家公司，这些产品他们代表了世界上矿用乳化液泵设计制造的水平和发展方向。进口乳化液泵全部采用卧式三柱塞结构。由于设计理念的不同，他们的设计重点从提高产品的安全性，可靠性人手，尽量采用先进的电子技术为泵站提供种类齐全的监控保护功能，进少了人为的误操作，为高产高效综采机械化工作面中央集中控制打下了基础。下面介绍国内引进量较大的英国雷波公司$300型乳化液泵的结构特征。该泵额定压力37．5MPa，额定流量315升，分，卧式三柱塞结构。传动箱体为分箱结构，便于曲轴的安装调整并易于实现多点支承。曲轴由两支承支撑变为四支承，增加了曲轴的刚性，提高曲轴的工作稳定性。采用了多点润滑回路环路改善了传动部件的工作条件。泵头组件由泵头体、缸套、吸排液阀等元件组成。泵头体为整体锻件，强度高，内部密封圈少，维修方便。缸套内使用多个小弹簧压紧盘根密封，压紧力均衡，密封可靠，寿命长。柱塞采用陶瓷材料，密度较小并且耐磨、防锈、有效延长了使用寿命。润滑油的冷却采用强制风冷和水冷方式，冷却效果良好，满载平衡温度不高于5O℃。通过联轴器上的风扇和机座壳体的作用，形成离心风机，实现强制风冷；同时设置独立的冷却器对压力润滑油进行冷却。乳化液泵的卸载采用电控外卸载方式，由控制系统根据设定压力自动控制卸载和加载。监控系统设有压力、温度、液位等传感器，实时监控泵站系统的运行状态并在参数异常时自动停机。2．3国外矿用乳化液泵站的发展趋势国外矿用乳化液泵站的发展思路是通过增加乳化液泵的数量来满足矿井对泵站流量的要求，即三台或四台乳化液泵与一台或两台液箱配套使用，最大可由三台乳化液泵同时向工作面供液。目前国内引进的乳化液单泵最大流量为430升，分，供给综采工作面的最大流量可达到为1290升／分，足以满足大部分长断面大采高综采面的需求。通过电控系统来实现矿用乳化液泵站系统的自动有序运行，提高了系统的灵活性和可靠性。主要的发展趋势是：采用吸排液阀同侧布置，提高乳化液泵的可维护性；大量使用不锈钢和陶瓷材料，提高整机的可靠性和使用寿命；使用更多的传感器，完善系统的监控，从而提高了设备的自动化程度；采用带有图形界面的显示器，更加直观方便，提供了更加友好的人机交互环境。3国内外矿用乳化液泵站的主要参数对比为了便于对比国内外矿用乳化液泵站的主要差别，以流量为315升／分的机型为例，表1中列出了国内外主要型号乳化液泵的参数，表2列出了国内外矿用乳化液泵站的主要特征。型号额定压力材料柱塞行程柱塞直径柱塞数目曲轴转速输入功率生产厂家S300陶瓷60623602225英国雷波K25O5O陶瓷100553450200德国卡马特EH一3K200钢98533490200德国豪辛柯PRB9钢76485498200平顶山煤机厂GRB3l5/钢66455650200无锡煤机厂BRW315/钢60505532200南京六合煤机表1国内外乳化液泵参数从表1中可以看出，国外乳化液泵全部采用三柱塞结构，额定压力较高，普遍采用了陶瓷材料制造柱塞；而国产乳化液泵全部采用了五柱塞结构，柱塞材料以钢为基础，经过表面处理制造而成，反应出了国内外在材料和加工工艺方面的差别。表2中显示了国内外乳化液泵泵站组成及控制方式的不同。得益于电子控制方式的应用，选用相同流量的单泵，国外的泵站可以提供更大的流量，能更好的兼顾工作面的流量需求和泵站的可靠性要求。型号泵站型式电子监控卸载方式大修周期生产厂家S300四泵一箱有机电卸载3年英国雷波K25050四泵一箱有机电卸载3年德国卡玛特EHP-3K200四泵一箱有机械卸载3年德国豪辛柯PRB9两泵一箱无机械卸载2年平顶山煤机厂GRB315/两泵一箱无机械卸载2年无锡煤机厂BRW3l5/两泵一箱无机械卸载2年南京六合煤机表2国内外矿用乳化液泵站特征5结语我国的矿用乳化液泵站制造水品与国外的差距是客观存在的，我们应该充分利用后发优势，从高起点人手，消化吸收国外的先进技术，尽快缩短同世界先进国家在矿用矿用乳化液泵站制造水上的差距。同时借助于国内煤矿快速发展的需求，利用近几年来国内矿用电气发展的成果，结合我国实际国情，研制出具有世界先进水平的矿用乳化液泵站系统，为实现我国高产高效长距离综工作面集中控制打下坚实的基础。国产高性能矿用乳化液泵站的开发思路为使我国矿用乳化液泵站设计制造水平上一个新的台阶，利用国内引进先进设备的良好机遇，对国外的先进产品进行消化吸收，缩短差距。通过在使用现场跟踪使用情况，维修现场了解维护情况，收集有用的资料。特别是利用维修机会对乳化液泵的关键元部件，如曲轴，滑块，柱塞，吸排液阀等进行材料分析，尺寸测绘，逐步实现国产化。在关键元部件试验成功后，就可以比较容易地完成整机的国产化。在此基础上结合煤矿实际使用要求，设计出具有自己特色的先进矿用乳化液泵站系统。矿用乳化液泵站只有实现自动化监控，才能大幅提高产品的可靠性和附加值。电控系统的设计要坚持高起点、多功能、高可靠性的原则，尽量选用成熟可靠的元器件，先满足功能上的要求，再进行优化设计。总之，矿用乳化液泵站的设计要充分利用国外的先进理念和研究成果，结合我国的制造工艺水平，开发出满足高产高效综采工作面使用的泵站系统，实现替代进口产品的目标。参考文献：【1】贺天才等．矿用乳化液泵站的智能控制研究Ⅱ】．煤矿机电，2004，(5)．I2】李曼等．矿用乳化液泵站自动监控系统的研究与开发U】_煤矿机电。2005，(9)．【3】华仕容等．基于$3C44B0的乳化液泵智能监控系统U1．煤矿机械，2007，(1)．