当工作面不用液时,降低溢流压力即溢流时泵的工作压力在Q不变的前提下,泵的输出功率将成比例地减少。所以可以采取的节能(节能设备)措施之一就是当工作面设备停止用液时,使乳化液泵处于低压卸载,减少泵的溢流能量损失。
井下所用的液压支护设备,在其顶盖未与顶板接触之前,往往需要大流量,低压力的乳化液使其快速升起;而在顶盖与顶板接触之后,由于单体液压支柱和液压支架的压力越来越大,这时需要高压力,小流量的乳化液。显然,目前井下广泛使用的流量固定不变的三柱塞乳化液泵无法满足这一要求,在单体液压支柱和液压支架的初撑阶段,泵输出的高压乳化液大部分溢流回乳化液箱,压力能被转化为热能,大量的电能白白浪费。所以另一节能措施就是实现乳化液泵输出流量可调,低压时输出大流量,高压时输出小流量。
近年来很多学者在乳化液泵节能方面做了大量的研究工作,并有不少成果问世,但归纳起来,他们的出发点不外乎上述两种节能思想。
重庆大学的魏季良用根据霍尔效应原理研制成的"节能控制器"组成二级压力控制的乳化液泵站系统,该系统采用霍尔集成元件检测主供液管路中的乳化液流动信号,当工作面不用液时,由"节能控制器"实现泵低压溢流,而使乳化液箱上原有卸载阀的卸载压力稍大于控制器中主溢流阀的调定压力,只起系统安全阀作用。这种泵站可节电25~42。
平顶山煤矿机械厂自行研制生产的PRB型乳化液泵采用的液控内卸载方式,在泵的吸液阀上安装一个液控活塞,使之成为一个液控单向阀。当工作面用液时,液控单向阀与普通泵的吸液阀作用完全一样,乳化液泵正常工作;工作面停止用液时,系统压力升高,吸液阀下面的活塞上移,顶开吸液阀阀芯,乳化液泵吸入的液体直接由吸液口排出,从而实现了泵的卸载。这种类型的泵节能效果显着,同时较采用自动卸载阀的外卸载泵具有无可比拟的优越性,例如卸载后泵体处于完全空载状态,泵不承受任何压力,提高了泵的使用寿命;卸载后泵不排液也就不存在卸荷冲击问题,有可能减小甚至取消蓄能器等,特别对大流量的泵,内卸载的优点显得格外突出。内卸载作为一种新技术,还有很多不成熟的地方,如恢复压力不稳定等,但不影响它作为乳化液泵用卸载阀的发展方向。
黑龙江科技学院的牛曙光等通过对目前所用的机械式三柱塞乳化液泵存在的问题分析,提出设计新型低压力时输出大流量,高压力时输出小流量高效节能QRB-80/20乳化液泵站思想,这种液压驱动乳化液泵站具有初撑力大,节省能源的特点,但它的输出流量调节是有级的。在日本三井三池公司生产的PL8- 4/560型支撑掩护式液压支架系统中也采用了一种有级变量机构,这种变量方式是在泵头的3个吸液阀下各安装一个卸载阀,通过调节三个卸载阀的开启压力,并使三个卸载阀的调定压力符合P1 以上介绍的几种泵输出流量有级调节系统,虽然能达到节能目的,但在设计乳化液泵站系统时,为了减小通断部件的动作频率,往往要选用容积较大的蓄能器,使得泵站的结构大为复杂。有级变量乳化液泵站系统仍然存在大的瞬间液压冲击,影响泵站的平稳运行,降低其使用寿命。所以一些学者认为要从根本上降低泵站能耗,改善大流量乳化液泵站的工作性能,关键在于实现泵的流量连续调节。 2乳化液泵流量的连续调节系统研究 国内乳化液泵厂家曾生产出一种阀式变量泵(如ZRB160/31.5A),它是在定量泵的液力端加装变量阀,利用压力反馈调节实现与液压支架的负载良好匹配。阀式变量泵可以实现输出流量的无级调节,但在高压变量区会出现较强的流量脉动甚至脉冲现象,所以设计中蓄能器及其充气压力的选择非常关键。 实现流量的连续调节是研制高效节能乳化液泵站的必经之途,以上介绍的乳化液泵流量连续调节系统都不同程度地存在一些问题,如变量机构较为复杂,要对现有的柱塞泵设计作很大的改动等,因此,还有很多研究工作要做。 在借鉴图1所示机械式流量连续调节系统的基础上,笔者认为可以在乳化液泵站监控系统基础上,用图2所示简单的电控系统实现乳化液泵输出流量的连续调节。其工作原理为:下位机根据反馈回来的压力信号预测工作面的用液情况,当工作面用液量减少时,可以让活塞的部分工作行程将液体排入回液管,即在h1行程内,下位机发出脉冲信号给控制柱塞,柱塞上移顶开吸液阀,工作液直接从吸液阀排回乳化液箱,工作面不用液时,活塞整个工作行程控制柱塞都通电上移,顶开吸液阀实现内卸载。下位机根据预测的系统用液量输出控制脉冲,控制h1在<0,h>之间变化,实现流量的连续调节,从而达到节能的目的。 它不需从根本上改变目前广泛使用的柱塞泵的设计,只需在吸液阀上作些改动,就可以方便实现原本复杂机构才能完成的流量调节功能。 3小结 乳化液泵流量的连续调节,可以很好地解决泵站高压溢流带来的大量电能浪费问题,同时减少了系统的压力脉动和动负载,但流量的连续调节结构本身具有一定的难度,变量机构较为复杂,因此还有很多研究工作要做。