KAMAT泵站機(jī)械原理及維護(hù)保養(yǎng)

徐 濤

（神東煤炭集團(tuán)設(shè)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(shè)備輸送動(dòng)力乳化液的設(shè)備，同時(shí)為采煤機(jī)割煤過程中噴霧降溫和除塵［1-3］。從神東礦區(qū)14個(gè)礦井使用的泵站維修情況來看，相同機(jī)型的泵站，在相同的大修周期內(nèi)，其磨損程度、維護(hù)保養(yǎng)和維修費(fèi)用也不同，且差異較大，這主要是由于井下檢修人員對進(jìn)口設(shè)備的了解不夠深入，不能很好地對其進(jìn)行操作和維護(hù)。同時(shí)對經(jīng)常出現(xiàn)的機(jī)械故障不能有效精準(zhǔn)的作出判定，多數(shù)情況下都需要專業(yè)化泵站維修人員下井提供技術(shù)支持，僅2018年因技術(shù)支持專業(yè)化維修人員下井次數(shù)為142人次，如果不能及時(shí)處理故障就可能造成工作面停產(chǎn)。因此，對泵站的原理和維護(hù)保養(yǎng)檢修項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)，對其深入研究，有助于檢修人員提高對泵站設(shè)備的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而提高泵站的使用壽命。

1 KAMAT泵站結(jié)構(gòu)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(chǔ)能系統(tǒng)等組成。

1.1 曲軸箱及泵頭總成

曲軸箱及泵頭總成的結(jié)構(gòu)：主要包括曲軸箱、泵頭、潤滑系統(tǒng)、柱塞密封組件、滑塊密封組件，它是泵站的核心動(dòng)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(jié)構(gòu)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(dǎo)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(tǒng)由潤滑油泵、油過濾器、管路、油壓保護(hù)開關(guān)、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(zhuǎn)飛濺的潤滑油進(jìn)行潤滑，即飛濺潤滑方式，軸瓦與曲軸箱曲拐處采用強(qiáng)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(nèi)潤滑油泄露；柱塞密封組件主要包括填料函、盤根、防塵環(huán)等組成，防止泵頭高壓液體泄露。

圖1 曲軸箱及泵頭總成結(jié)構(gòu)圖

曲軸箱及泵頭原理：電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)輸入軸，經(jīng)減速后驅(qū)動(dòng)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(jié)構(gòu)會(huì)將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為柱塞的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)柱塞遠(yuǎn)離泵頭腔時(shí)，此時(shí)泵頭腔室內(nèi)形成負(fù)壓，乳化液在大氣壓力和進(jìn)液增壓泵共同作用下使吸液閥打開進(jìn)入泵頭腔，此時(shí)完成柱塞的一個(gè)吸液行程；當(dāng)柱塞在連桿滑塊的推力作用下使泵頭腔容積減少時(shí)，乳化液在柱塞推力作用下打開排液閥進(jìn)入高壓系統(tǒng)，此時(shí)完成一個(gè)排液過程。曲軸旋轉(zhuǎn)一周完成柱塞的一個(gè)往復(fù)行程即完成該柱塞的一個(gè)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(dòng)力源，它由先導(dǎo)電磁閥和機(jī)械閥兩部分組成，兩位三通先導(dǎo)電磁閥控制實(shí)現(xiàn)泵的加載與卸載過程［7-9］，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在靜態(tài)時(shí)，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(dòng)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(jīng)由單向閥4被引導(dǎo)至泵的高壓出口A處，高壓出口與液壓支架系統(tǒng)連接，是一個(gè)封閉系統(tǒng)，當(dāng)高壓出口A處充滿液體后，單向閥4封閉，并且當(dāng)P處壓力大于彈簧3對主閥芯2的力時(shí)，彈簧會(huì)被壓縮，主閥芯2將與閥座分離，打開通向節(jié)流襯套7的回路將液體引導(dǎo)至卸載回路T至液箱，此時(shí)處于卸載狀態(tài)；當(dāng)工作面需要壓力時(shí)，先導(dǎo)電磁閥動(dòng)作，進(jìn)液從P口→先導(dǎo)過濾器→先導(dǎo)電磁閥→主閥彈簧3腔室內(nèi)；主閥腔室內(nèi)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(chǎn)生的負(fù)壓對管路造成吸空，所以在卸載口處安裝空氣補(bǔ)償閥6。

1.3 安全閥

KAMAT泵站安全閥是作為系統(tǒng)的第三級保護(hù)，乳化泵安全閥的設(shè)定壓力為37.5 MPa，噴霧泵安全閥設(shè)定壓力為14.3 MPa。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過安全閥設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)壓力會(huì)通過安全閥快速釋放，避免管路爆裂，損傷人員和設(shè)備。

1.4 液箱和水箱

圖2 電液卸載閥結(jié)構(gòu)圖

液箱用于乳化液泵系統(tǒng)，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(huì)對液位傳感器采集的信號造成干擾，同時(shí)不會(huì)對進(jìn)液系統(tǒng)造成影響。主液箱主要包括加油系統(tǒng)、乳化液配比系統(tǒng)。加油系統(tǒng)包括兩類，一種是馬達(dá)液壓傳動(dòng)，另一種是電氣傳動(dòng)。配比系統(tǒng)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(shù)，并且浸泡在可溶性油中具有高穩(wěn)定性。內(nèi)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(jìn)水系統(tǒng)為驅(qū)動(dòng)力，將油箱的乳化油與進(jìn)水按照設(shè)計(jì)比例（3%～5%，具體可以通過混液器的節(jié)流閥調(diào)節(jié)）形成乳化液［10-11］。

液箱和水箱都有增壓泵進(jìn)液系統(tǒng)，它是由離心泵和電機(jī)組成，離心泵與電機(jī)通過彈性聯(lián)軸器連接。增壓泵系統(tǒng)是為了給高壓泵提供穩(wěn)定壓力和流量的裝置，防止在系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，避免設(shè)備受到磨損。KAMAT泵站乳化泵系統(tǒng)和噴霧泵系統(tǒng)各有2臺(tái)增壓泵，采用左右對稱分布，是一種冗余設(shè)計(jì)形式，當(dāng)有1臺(tái)泵出現(xiàn)故障時(shí)，不會(huì)影響整套泵站運(yùn)行。

1.5 儲(chǔ)能系統(tǒng)

噴霧泵儲(chǔ)能系統(tǒng)：由集液塊、球閥、儲(chǔ)能器、流量表、節(jié)流閥等組成，3臺(tái)噴霧泵輸出的高壓液經(jīng)過集液塊后輸出為兩路，其中一路經(jīng)過節(jié)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(tǒng)可以輸出兩路不同的壓力和流量。噴霧系統(tǒng)是1個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)不受壓力控制，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)至合適的壓力和流量，一般工作面噴霧泵系統(tǒng)的工作壓力在5～8 MPa之間。

乳化泵儲(chǔ)能系統(tǒng)：由集液塊、球閥、儲(chǔ)能器組成，所有的乳化泵輸出的高壓液經(jīng)過集液塊輸出為兩路。乳化泵系統(tǒng)的工作壓力在28.0～31.5 MPa之間，系統(tǒng)的壓力是通過電控系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)來控制電磁閥，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定。

儲(chǔ)能系統(tǒng)：主要是由2個(gè)皮囊式的儲(chǔ)能罐組成，在安裝前充入合適壓力的氮?dú)?，充入壓力按照工作壓力?0%～75%填充，主要功能是吸收泵站高壓系統(tǒng)本身帶來的壓力波動(dòng)。每臺(tái)泵輸出至集液塊時(shí)都需要連接1個(gè)球閥，是為了將各個(gè)泵之間進(jìn)行隔離，方便在檢修時(shí)不影響系統(tǒng)正常工作。

2 維護(hù)保養(yǎng)

為了保障煤礦正常生產(chǎn)，需要對泵站進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)。泵站在井下的機(jī)械保養(yǎng)可分為日常維護(hù)保養(yǎng)、每周維護(hù)保養(yǎng)、每月維護(hù)保養(yǎng)。

2.1 日常維護(hù)保養(yǎng)

液箱、水箱進(jìn)水過濾器每個(gè)工作班次進(jìn)行反沖洗一次，以保障液箱和水箱內(nèi)部水的質(zhì)量。檢查液箱和水箱的進(jìn)水電磁閥動(dòng)作的靈敏可靠性。檢查齒輪箱內(nèi)部潤滑油位是否在規(guī)定范圍內(nèi)，潤滑油不足時(shí)，及時(shí)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(jù)滲漏情況進(jìn)行選擇性更換密封組件。檢查各壓力表指針在靜態(tài)時(shí)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(yùn)行中噪聲是否正常。檢查聯(lián)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(shè)定值。檢查泵站運(yùn)行的聲音是否正常。

2.2 每周維護(hù)保養(yǎng)

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(tǒng)油過濾器及濾芯、卸載閥先導(dǎo)過濾器及濾芯，根據(jù)堵塞情況判斷是否更換濾芯。對于介質(zhì)是水和乳化液濾芯的更換周期要根據(jù)井下的水質(zhì)情況來判定，如神東礦區(qū)的水質(zhì)較差，導(dǎo)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(guī)定范圍內(nèi)，罐內(nèi)壓力不足時(shí)及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)?，充入氮?dú)?周后再次檢查罐內(nèi)壓力，這是由于重新充入氮?dú)夂罂赡茉斐善つ覔p壞。

2.3 每月維護(hù)保養(yǎng)

檢查泵頭閥芯、閥座、彈簧和導(dǎo)向套的磨損情況，更換損壞件。清理液箱和水箱內(nèi)部的內(nèi)壁污泥雜物，對液箱和水箱內(nèi)部的吸附雜物的磁體清洗。檢查各電機(jī)彈性聯(lián)軸器的同心度，一般徑向間隙控制在0.2 mm范圍內(nèi)。檢查曲軸箱內(nèi)潤滑油脂情況，一般經(jīng)大修或新組裝的曲軸箱總成在運(yùn)行50 h后進(jìn)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(jié)語

分析和掌握了泵站的原理和泵站的使用性能要求，總結(jié)出一套適合礦井自身?xiàng)l件的泵站維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容和方法。提高了泵站的使用性能和開機(jī)率，降低了故障率，同時(shí)延長了使用壽命，減少泵站大修次數(shù)和維修成本。