乳化液自动配比系统的设计与研究

乳化液自动配比系统的设计与研究

煤矿综采工作面是我国重要能源煤炭开采的工作平台。煤矿用乳化液是在综采工作面上工作的液压掩护支架等液压设备的重要工作介质。综采工作面工作覆盖范围大,因此对乳化液的消耗量大,同时液压设备工作时对乳化液浓度精度有较高要求。

在大流量的工作背景下,乳化油浓度过高,会大大增加乳化液的成本,降低乳化液的消泡能力,增加橡胶等材质的密封设备的溶胀性,当乳化液发生气泡空蚀和密封设备损坏时,更会降低采煤设备的使用寿命;同时系统一旦发生泄漏高比例的乳化油会对环境造成极大的污染。反之,如果乳化油浓度过低,则会降低乳化液的抗硬水性,润滑性和耐腐蚀性。综采工作面上每年有大量单体液压支柱因为缸筒和活塞腐蚀严重而损坏。

因此如何配置浓度精准的乳化液对综采工作面有极大的研究意义。现有的乳化液配比系统大多采用浓度传感器测量所配置乳化液浓度信号并进行反馈调控的闭环浓度控制系统。但由于综采工作面覆盖范围广,响应时间和反馈时间都比较长,且乳化油的亲水性导致浓度传感器浓度测量困难,测量精度不高等原因,导致现有的闭环控制系统不能很好的达到乳化液自动配比系统的精度要求。

在此基础上,作者提出一种以柱塞泵为执行元件,实时流量为反馈信号的闭环控制乳化液自动配比系统。具体方案如下:计算选型两效率高的三柱塞泵分别输送静压水和乳化油,通过开关进行乳化液不同配比浓度的模式选择。在确定好配比浓度后,变频器以初始频率启动两电动机,电动机带动柱塞泵工作。

设计选择高精度的涡轮流量传感器进行静压水路的实时流量监测,将采集到的流量信号输送至可编程控制系统中,系统根据流量与电动机频率间的关系,计

算得出油路电动机应调节的频率,并将这一信号反馈给油路控制变频器,进行油路电动机的变频调速。将系统的反馈信号测量采集点控制在静压水泵的输出口附近,通过控制输入系统中的乳化油和静压水的体积比,实现乳化液配比系统的精度要求。使用可编程控制器实现矿井综采工作面的自动配比,并增加如急停按钮和警报指示灯之类的示警装置,在保证系统稳定运行的同时增加系统的安全可靠性。

关于静压水和乳化油的混合,作者创新性的提出使用高压对冲喷嘴的方式。利用雾化喷嘴的形式,将有一定压力一定速度的静压水和乳化油雾化成水滴、油滴分子,增加二者的接触面积和分散度,转换其本身动能使二者混合更为均匀,操作更为简单可靠。对上述方案进行了AMEsim仿真分析,并基于仿真分析的结果进行乳化液自动配比系统实验台的搭建。

在原有方案基础上,在乳化油支路增加涡轮流量计以测量油路系统的实时流量。在搭建好的模拟实验台上,实地运行了乳化液自动配比系统对三种不同浓度的乳化液自动配置情况。测量并记录了三种不同浓度的乳化液配置流量数值曲线图,通过计算发现输入系统的乳化油和静压水的体积比在配置要求误差范围内。

该设计方案良好的实现了有关乳化液自动配比系统的精度要求。汇总和分析了系统运行中可能出现的故障并罗列其解决办法。说明本设计方案能切实的解决综采工作面乳化液配比上的高精度自动配比问题。