乳化液泵的节能自动控制

乳化液泵的节能自动控制

谭永权

谭永权

荥经县更兴煤业有限责任公司四川雅安625000

摘要：为了能实现乳化液泵的节能自动控制，根据QBZ-80开关和电接点压力表的工作原理，利用继电器的功能，提出了乳化液泵运行的自动控制方案，经过研究和现场实践，掌握了具体的实现乳化液泵运行节能自动控制的技术。结果表明，只需要在QBZ-80开关内部增加一个继电器，在XR80/6.3型乳化液箱外的出液管上安装一个电接点压力表，采用5米左右长的3芯控制线连接后，就能实现自动控制，改造成本低廉，效果显著。一个对拉采煤工作面开采时，按年正常工作330天、每度电0.8元计算，乳化液泵采用自动控制后，乳化液泵运行年电费节约188718元，人工费年节约148500元，年总费用节约337218万元。

关键词：乳化液泵节能控制

1.引言

张家湾煤矿是薄煤层开采，煤层平均厚度0.55米，平均采高0.8米，工作面长度为2×80米。采用MP100-TP爬地式采煤机采煤，金属液压支柱配金属铰接顶梁控制顶板，“三四排”控顶，“见四回一”，工作面柱距为1000mm、排距为1200mm，工作面机巷、工作面东回风巷和工作面西回风巷超前支柱均采用高液压支柱配金属铰接顶梁支护，采用“四六制”作业，每天2个循环，每循环进尺为1200mm。工作面采用刮板输送机运输，机巷采用刮板输送机配皮带运输机运输。

乳化液泵采用BRW80/31.5型，电机功率37kw；乳化液箱为XR80/6.3型，公称压力20MPa、公称容积630L。由于是“四六”制作业，除去交接班时间外，乳化液泵工作时间每天为20小时左右，每天需要安设4人轮流值守液压站。乳化液泵长时间连续工作，而采煤工作面及其它工序是间歇使用液压，在查阅相关资料，了解了QBZ-80型开关及电接点压力表和继电器的相关工作原理后，我想能不能把三者进行组合改造，实现乳化液泵的自动控制，这样可以节约电费，同时实现了自动控制后，可以减少值守乳化液泵站的班次和值班人员，只需要每天安排1个班次的1个人员加乳化液，进行水液配比，这样既节约了电费，同时又节约了人工费用，总的成本会比以前降低很多。

在荥经县张家湾煤矿机电科的支持和配合下，我提出了乳化液泵运行的自动控制方案，并认真研究QBZ-80开关、电接点压力表和继电器的内部结构、电气原理、电路图等，在掌握了相关知识的情况下，绘制了乳化液泵运行的自动控制电路图。经过在现场接线试验，实现了乳化液泵运行的自动控制，当压力降低到设定的压力值时，QBZ-80开关自动启动，乳化液压力逐渐升高，当升高到设定的压力值时，QBZ-80开关自动停止运转，当采煤工作面或其他地点使用液压时，液压降低，当压力降低到设定值时，开关再次启动，周而复始，这样就实现了自动控制。经过一段时间的运行使用，稳定性好，每天只安排1个人值守加水、加液，既节约了电费又节约了人工费用，达到了预期的目的。为了能推广运用，节能增效，特编写了这篇论文，实现资源共享。

2.慨况

2.1采掘系统建设情况

采煤工作面采用倾斜长壁采煤法，MG100-TP型采煤机落煤，工作面采用DW08（D）-300/100单体液压支柱配DJB1200金属绞接顶梁控制顶板；采用1台SGB420-22型刮板运输机转运至工作面巷1台SGB620-40型刮板转载机，再由刮板转载机转运进入该带式输送机巷1台DTL65/20/30型吊挂式输送机运至带区煤仓，在+850m水平运输大巷装入矿车。

2.2对拉采煤工作面支护情况

对拉采煤工作面，长度为2×80m,工作面采用MG100－TP型爬底式采煤机落煤。作业方式为“四六制”、班内检修准备。“三、四排控顶”，“见四回一”，排距为1200mm，柱距为1000mm，最大控顶距5.0m，最小控顶距3.8m，全部垮落法控制顶板。

2.3乳化液泵站情况

2.3.1乳化液泵

（1）型号：BRW80/31.5型

（2）流量80L/min,

（3）压力：20MPa

（4）曲轴转速：517转/分

（5）配套电机：37KW,1480r/min

（6）泵质量：800kg

（7）生产厂家：无锡市灵盛煤矿机械有限公司

2.3.2乳化液箱

（1）型号：XR80/6.3型乳化液箱

（2）公称压力：20MPa

（3）公称容积：630L

（4）重量：500Kg

（5）公称流量：80L/min

（6）工作介质：乳化液

（7）外形尺寸：2140×725×1045

（8）生产厂家：山东新煤机械装备股份有限公司

3.存在问题及待解决的问题：

3.1存在问题：

采煤工作面“四六”制作业，乳化液泵站4班专人值守，乳化液泵连续工作时间长，不节能。

3.2待解决的问题：

实现乳化液泵运转的自动控制，节约电费和人工费。

4.乳化液泵运行的自动控制

4.1乳化液泵未实现自动控制时的运行情况

采煤工作面乳化液泵站设置在距离工作面300米的8411机巷上联络巷硐室内。有2台乳化液泵（1台使用，1台备用），1个液压箱。2台乳化液泵电机分别由1台QBZ-80型磁力启动器控制，磁力启动器前端进线来自带区变电所400KVA移动变电站。采煤工作面采用“四六”制作业，2个班割煤、移溜，2个班出煤、支护、回柱。工作面“三四”排控顶，工作面长度2×80米，柱距为1000mm、排距为1200mm，工作面金属液压支柱660根，采面“三巷”超前支柱150根。采煤工作面每天完成2个循环，每循环进尺1.2米。每天需回撤三巷的尾巷支柱，同时架设三巷超前支柱。各工序中，采煤工作面出煤班架设临时支柱、回柱、架设采面支柱时使用液压较集中，其他工序时也间歇需要使用液压，虽然乳化液泵站有人值守，但是由于各处使用液压的时间不统一，所以乳化液泵连续运行时间较长，不节能。因此，为了解决这个问题，需认真研究QBZ-80开关控制乳化液泵运行和停止的原理，找到根据乳化液出管压力的变化来控制开关开停的关键技术。

4.2QBZ-80开关控制乳化液泵的电气原理

图1：QBZ-80开关的电气原理图

图1是QBZ-80开关的电气原理图，其中的核心部件，就是真空接触器。它起到接通与断开主回路的作用。控制乳化液泵的过程如下：

（1）按下按钮SB1，36V电源通过SB1——SB2——中间继电器ZJ——回到36V电源的另一端。KM线圈得电吸合。带动主触点KM和辅助触点KM2闭合。乳化液泵启动运行。

（2）松开按钮SB1后，由于线圈已经将辅助触点KM2闭合，这时的电流回路为：36V电源——KM2辅助触点——SB2——中间继电器ZJ——36V电源另一端。线圈维持吸合，被控制的乳化液泵保持运行状态。

（3）当需要停止乳化液泵电机运行时，按下SB2，回路断开，线圈释放，主触点和辅助触点断开。松开SB2后，SB2恢复到原来的接通状态，由于这时辅助触点已经断开了，所以这时线圈也不会吸合。只有再次按下启动按钮才会重新启动。

4.3防爆电接点压力表

（1）型号：YX-160-B

（2）测量单位：MPa

（3）最高工作电压：220V380V

（4）触头功率：10w

（5）生产厂家：济南槐荫华通仪器仪表厂

图3：电接点压力表结构示意图

4.4利用电接点压力表实现自动控制乳化液泵

图4是使用QBZ-80开关和电接点压力表自动控制乳化液泵的电气原理图，其中的核心部件，就是真空接触器，它起到接通与断开主回路的作用。

4.4.1自动控制原理

（1）电接点压力表与液压箱体上的出液管相联通，能检测到出液管的压力。当乳化液泵运行时，压力增高，动触点指针向高压力端转动，当转动到与设定的高压力位置静触点指针重合时，两个触点接通，使QBZ-80开关内增加的1个继电器线圈通电动作，带动常闭开关动作就断开了另一个继电器线圈电路，使QBZ-80开关内真空接触器断开，切断了乳化液泵的进线电源，乳化液泵停止运转。

（2）当采面及其他地点使用液压时，液压管压力降低，电接点压力表中的动触点指针慢慢向低压力端转动，当转动到与设定的低压力端静触点指针重合时，两个触点接通，使QBZ-80开关内的继电器线圈通电动作，真空接触器动作，接通了乳化液泵的进线电源，乳化液泵运转。

（3）当乳化液泵运转一定时间后，动触点指针向设定的高压力端静触点指针转动，当2个指针重合时，接通控制电源，使乳化液泵再次停止运转，重复以上动作，达到自动控制乳化液泵运转的目的。

4.4.2接线方法

（1）开关内增加1组继电器：在QBZ-80开关内增加1组继电器ZJ增，对应的一路常闭中间继电器为ZJ5，将增加的继电器线圈ZJ增连接在4与8之间，将增加的中间继电器ZJ5的1路常闭控制触点两端与QBZ-80开关内原有的1组继电器线圈ZJ串联，即在3与6之间串联。

（2）电接点压力表结构及工作原理：电接点压力表有4个指针，其中1个是动触点指针、1个是低压力端静触点指针、1个是高压力端静触点指针、1个是调整静触点指针位置的指针。表内有3个接线柱通过连线分别与带触点的3个指针相连，动触点指针在液压的作用下来回转动，当指针转动到与其中任一个静触点指针重合时，这两路线接通，指针离开重合位置时，就断开了。

（3）接线方法：将位于低压力端的静触点指针出线与开关内接线柱1相连，将动触点指针出线与开关内接线柱2相连，将位于高压力端的静触点指针出线与开关内接线柱8相连。

（4）按上面的要求接线完毕后，将开关内标有“远程”、“近控”的选择开关置于“远程”位置，盖上开关外盖，合上开关。

4.4.3自动控制乳化液泵的过程

（1）按下按钮SB1，36V电源通过SB1——SB2——中间继电器ZJ5——中间继电器线圈ZJ——回到36V电源的另一端。KM线圈得电吸合。带动主触点KM和辅助触点KM2闭合。乳化液泵启动运行。

（2）松开按钮SB1后，由于线圈已经将辅助触点KM2闭合，这时的电流回路为：36V电源——KM2辅助触点——SB2——中间继电器ZJ5——中间继电器ZJ——36V电源另一端。线圈维持吸合，被控制的乳化液泵保持运行状态。

（3）乳化液泵保持运行状态时，液压慢慢增大，动触点指针向高压力端转动，当转动到20MPa位置时（预先设定的高压力端静触点指针位置），与静触点指针重合，两个触点接通（即2与8接通），使开关内增加的1个继电器线圈ZJ增通电动作，接着上面的中间继电器ZJ5动作使常闭触点断开，于是就断开了另一个继电器线圈ZJ的电路，使开关内真空接触器断开，切断了乳化液泵的进线电源，乳化液泵停止运转。

（4）当采面及其他地点使用液压时，液压管压力降低，电接点压力表中的动触点指针慢慢向低压力端转动，当转动到5MPa位置时（预先设定的低压力端静触点指针位置），与设定的低压力端静触点指针重合，两个触点接通（即1与2接通），使QBZ-80开关内的继电器线圈ZJ通电动作，真空接触器动作，接通了乳化液泵的进线电源，乳化液泵运转。当乳化液泵运转，压力增加到20MPa时，重复以上动作，实现了乳化液泵的自动控制。

5.实现乳化液泵自动控制的效果

5.1未采用乳化液泵自动控制时情况

采用QBZ-80开关直接控制乳化液泵运转时，由于采煤工作面实行“四六制”作业，中间各工序有平行作业时间，使用液压的点多面广，所以使用液压的时间较长，按照每个班上下班各准备半小时计算，一天最多停机4小时，那么乳化液泵每天连续工作时间为20小时，一年按照330天为正常生产时间计，乳化液泵电机功率为37kw,那么乳化液泵运行电费、人工值守费用和总费用如下：

（1）乳化液泵运行电费：每天用电量为20×37=740度；按照每度电平均价格为0.8元计算，每天使用电费为740×0.8=592元；一年按照330天计算，那么一年的电费为330×592=195360元。

（2）值守乳化液泵人工费用：每天4个班，每个班安排1个乳化液泵工，每1个工为150元计算，每天人工费为4×150=600元；每年人工费为600×330=198000元。

（3）总费用：195360+198000=393360元

5.2采用乳化液泵自动控制时情况

采用QBZ-80开关（开关内增加一个继电器ZJ增）和电接点压力表，使用控制线连接，就能实现乳化液泵运行的自动控制。当压力降低到设定的压力（如5MPa）时，乳化液泵启动运转，当压力达到设定压力（如20MPa）时，乳化液泵自动停止运转，周而复始。

经过测定，压力从5MPa升至20MPa用时为9秒，每根支柱注液升柱时间为3秒。对拉采煤工作面长80×2米，“三四排控顶”，柱距为1000mm、排距为1200mm，工作面采高为0.8米，液压支柱伸缩量为0.3米，升柱时间为3秒。工作面每天推进2个循环，每个循环升柱160×2=320次，每天升柱320×2=640次；那么每天工作面总升柱时间为640×3=1920秒；工作面机巷、工作面东回风巷和工作面西回风巷每天回撤支柱2.4米，同时要新架设超前支柱2.4米，总共每天要新架设支柱2×2×3=12根，每根支柱伸缩量为1米，每根升柱时间为10秒，那么总升柱时间为10×12=120秒；所以，每天对拉工作面和大巷总共升柱时间为1920+120=2040秒，即34分钟。考虑到割煤、移溜等其他工序偶尔需要移支柱及管路系统存在漏液等现象，考虑20%的备用系数，所以每天乳化液泵通过自动控制运行时间为：34+34×20%=40.8分钟，即0.68小时。

每年按照330天为正常生产时间，乳化液泵电机功率为37kw,那么乳化液泵运行电费、人工值守费用和总费用如下：

（1）乳化液泵运行电费：每天用电量为0.68×37=25.16度；按照每度电平均价格为0.8元计算，每天使用电费为25.16×0.8=20.128元；一年按照330天计算，那么一年的电费为330×20.128=6642元。

（2）值守乳化液泵人工费用：由于采用了乳化液泵运行的自动控制，所以不需要人员值守，只安排每天1个人加乳化液和加水，人工费为每天150元计算，每年人工费为150×330=49500元。

（3）总费用：6642+49500=56142元

5.3采用乳化液泵自动控制前后的效果比较

通过以上表格比较标明：按年正常工作330天计算，乳化液泵采用自动控制后，乳化液泵运行年电费节约188718元，人工费年节约148500元，年总费用节约337218万元。

6.结论

（1）采用乳化液泵自动控制前，工作面按“四六制”安排作业，乳化液泵连续运转时间长，每天运行大约20小时，需要安排4人值守乳化液泵站。

（2）采用乳化液泵自动控制后，工作面按“四六制”安排作业，乳化液泵根据液压的高低间歇工作，每天总的工作时间大约1小时，只需要安排1人加水和配乳化液。

（3）对比采用乳化液泵自动控制前后，乳化液泵工作时间减少19小时，值班人员减少3人，乳化液泵运行电费和人工值守费用大大降低，给煤矿安全生产带来了效益。

（4）实现自动控制，只需要在开关内部增加一个继电器，在液压箱外的出液管上安装一个电接点压力表，采用5米左右的3芯控制线连接后，就能实现自动控制，改造成本低廉，效果显著，年总费用节约337218万元。