基于KAMAT五柱塞大流量变频泵站分析

徐 涛

（国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司设备维修中心，神木 719315）

德国KAMAT泵站作为国能神东煤炭集团有限责任公司井下综采作业过程中使用的高压供液系统，主要负责井下综采工作面液压支架高压供给与采煤机和支架的喷雾降温、除尘等工作。现阶段，为切实满足6.3 m以上大采高工作面的作业需要，流量达到 1 920 L·min-1的KAMAT五柱塞大流量变频泵站得到了广泛的应用。

1 KAMAT五柱塞大流量变频泵站构成

1.1 KAMAT五柱塞泵

K500系列的KAMAT五柱塞泵设计功率为530 kW， 在其设计过程中，切实降低了泵渗漏液体混入的可能性，不仅为泵的液压部分选择了能够和液体相匹配的材料，还使得液压部分能够与齿轮箱相互分离。

1.1.1 泵头

在设计制造的过程中，KAMAT五柱塞泵的泵头由一整块不锈钢加工而成，并且泵头表面未使用表面涂层；同时，其陶瓷柱塞抵御液体中小颗粒磨损的能力极强，且盘根制作材料主要为聚四氟乙烯（Poly Tetra Fluoro Ethylene，PTFE）与芳纶，这种情况可以令颗粒在进入密封的同时避免对密封造成损坏。另外，密封在实际工作过程中可以自行依据工作压力调整自身状态，即在泵吸液时，密封张力放松，从而降低磨损与摩擦。第二道密封位于盘根后，其设计的目的在于阻止泵头内的液体外泄。同时，为保证KAMAT五柱塞泵在井下作业时温度能够始终保持稳定，泵在监控油温温度和持续过滤润滑油的同时，齿轮箱内存在一定量的乳化液，能够对齿轮箱内的油进行持续冷却，因此即便外界环境与润滑油温度都比较高，泵的工作温度也始终能够处于合适的波动范围内[1]。

1.1.2 安全阀

每台KAMAT五柱塞泵中都安装有一个独立且可以全部打开的安全阀，并且安全阀在安装之前均设置了释放压力，安全阀在工作过程中可以按照安全合格标准为泵卸载115%的工作压力，从而使高压管、高压泵在工作过程中都可以受到安全阀的保护。

1.2 变频控制系统

在泵站启动后，要先启动变频泵，然后通过调节变频泵速度的方式对泵的输出流量加以调节。同时，为明确泵站在工作过程中所需的流量，可以通过比较工作面压强与设定压强大小的方式来判断。例如，若预设的压强为30 MPa，当控制器检测到的工作面压强为30 MPa左右时，可以判定此时泵预设流量恰好满足工作面流量的需要。现阶段，变频泵的转速主要由变频器进行控制，而变频器则由主PC控制，若工作面所需的流量较多，此时变频泵可以通过增加转速的方式输出更多的流量，从而保证系统的压力能够满足工作面的需要。

在泵站的实际工作过程中，若工作面所需的流量比单台泵更大，则变频泵在泵1启动加载的基础上会继续加速，直到将流量调整到工作面所需流量。若工作面所需的流量比两台泵更大，则变频泵在泵2启动并与泵1同时加载的基础上会通过加速的方式使流量增加到工作面所需的流量。同时，当工作面所需的流量下降时，变频泵会先作降速运动，当变频泵的速度达到最低值时，若流量还大于工作面的需求流量，则一台普通泵将会卸载，然后由变频泵升速调节到所需的流量。若一台普通泵卸载超过预设时间，系统会使普通泵自动停止。当工作过程中所有普通泵都停止了工作，且变频泵的流量已降至25%，但流量仍高于工作面的需求流量时，变频泵可以通过卸载阀完成流量调节工作。

1.3 乳化液浓度在线监测与校准系统

在实际工作过程中，安装在回液过滤器后的传感器可以测量回液的浓度。具体来说，回液在流过电子折射仪后，电子折射仪会测量回液管中的乳化液折射率，然后通过总线（Bus）将其传递至主系统，主系统将会依据乳化油的标准曲线，将其折射率转化为乳化液的浓度，并借助泵站控制系统将其显示出来。现阶段，若电子折射仪测得的乳化液浓度高于设定值，并且液箱内的液体位置低于设定值，则系统会自动向液箱注入清水，以降低乳化液的浓度；若此时液箱内的液位在设定位置，系统不会向液箱内注入清水，而是等系统消耗使得液箱内液位低于设定位置后再向其中注入清水。同时，若测得的乳化液浓度值低于设定值，并且此时液箱内的液位也低于设定位置，则系统会自动向液箱内注入乳化油，以提升乳化液的浓度；若此时液箱内的液位达到了设定位置，系统不会立即注入乳化油，而是等系统消耗使得液箱内乳化液液位下降后再注入乳化油，从而保证乳化油浓度能够满足设定需要。需要注意的是，为切实保证电子折射仪数值的准确性，需要采用手工清洁的方式定期清理传感器表面[2]。

2 KAMAT五柱塞大流量变频泵站的操作方法

KAMAT五柱塞大流量变频泵站在井下一线生产线发挥着极为重要的作用，为保证泵站能够在综采工作面稳定运行，需要对泵站进行规范性的操作，并且杜绝一些隐蔽性较强的不规范操作习惯，从而避免人为因素对泵站的损坏，延长泵站的使用寿命。

2.1 主泵开闭前后的不规范操作

在当前的主泵开闭前后，不规范操作不仅会缩短泵站的使用寿命，还会造成泵站零部件的损坏，从而增加泵站的检修成本。首先，部分工作人员在主泵开闭前后长时间运行增压泵，这种情况会使主泵不能对增压泵产生的水压进行输出或消减，从而使增压泵电机负压大幅度增加，进而产生大量热能，烧穿电机线圈，导致电机接地并损坏。为切实避免上述问题，在开启主泵前，需要开启相应的增压泵，并在关闭主泵后关闭相应的增压泵。

其次，由于井道存在一定的斜度，在外界水平设置水箱的水位参数在井道中可能会使水箱中的水从箱体顶部、空气过滤器处流出，且流出的水会洒到增压泵电机上，若工作人员未曾对增压泵电机进行防水处理，增压泵电机长时间处于淋水状态下，则水可能会渗到电机内部，从而导致电机线圈短路。为切实避免上述问题，工作人员需要在增压泵电机上设置防水布，并尽可能保证电机能够顺利通风，从而降低增压泵损坏的可能性。

再次，部分工作人员为缩短泵站关闭时间，会通过使用急停开关的方式关闭泵站，这种关闭方法存在以下缺点。第一，在泵站工作过程中，电机转速与曲轴转速之间存在一定的差异，当工作人员按下急停开关后，电机会立即停止，但由于曲轴会到受惯性与泵头内压力的反作用力，还会继续转动一段距离，从而使转动的曲轴齿轮冲击停止转动的曲轴齿轮，进而导致曲轴和输入轴出现打齿或者输入轴断轴等问题。第二，工作人员在使用急停开关关闭单台泵时，泵站的显示屏会默认泵站应全部处于急停状态，这种情况会使整套泵站全部停止运行，且其他正在运行的泵站也会受急停泵站的影响而停止工作，从而对其他泵站的正常工作状态产生不利影响。第三，若工作人员长期使用急停开关关闭泵站，可能会使急停开关的灵敏度下降，若泵站在后续使用过程中出现某些紧急情况而需要紧急停止运行时，可能由于急停开关灵敏度不够产生不必要的损失。为切实避免上述问题，工作人员在关闭泵站时需要尽量应用停止开关。

最后，若泵站在刚按下停止开关后立即按下开启开关，同样可能会造成泵站的损坏。实际应用过程中，在刚按下关闭开关后，受惯性的影响，电机的转速会从高速逐渐向低速转变，这一过程往往需要几分钟的时间。若此时立即按下开启开关，开启状态下的电机转速与逐渐慢下来的曲轴转速存在一定的差别，这种情况会使得输入轴齿轮对曲轴齿轮造成冲击，从而导致曲轴、输入轴出现打齿或者输入轴断轴等问题。为切实降低上述问题出现的概率，若相关工作人员需要在泵站关闭后再次使用泵站，应该在电机完全停止后重新启动。同时，为更好地保障电机的绝缘性，工作人员需要控制泵站的开启频率在每小时5次以下[3]。

2.2 高压过滤器的不规范操作

在泵站中，高压过滤器是一种使用频率较高的部件，液箱、水箱、泵头、乳化泵蓄能站等部分都有高压过滤器。若工作人员在泵站使用检修过程中未能定期清洗、更换高压过滤器，可能会出现一些问题，从而对泵站的正常使用造成不利影响[4-5]。具体来说，若工作人员未能定期清洗更换高压过滤器，在滤芯出现堵塞现象后：一方面，液体往往会通过过滤器旁边的阀流出，从而在未经过滤的情况下直接流到设备中，这样可能会导致设备部件堵塞，对设备的正常工作造成影响；另一方面，堵塞现象可能会导致液体的正常输出压力下降，使得液体无法满足其他设备压力的需要，从而对其他设备的工作情况产生不利影响。

2.3 泵站齿轮箱换油工作的不规范操作

若工作人员未能定期更换润滑油，则齿轮啮合、其他机械磨损产生的铁屑将会滞留在油箱中，从而导致齿轮面电蚀、十字头拉缸等问题。为保证润滑油能够稳定发挥自身的润滑作用，工作人员需要依据曲轴箱齿轮油的实际情况，在保证油温的基础上及时更换曲轴箱齿轮油，并保证更换的齿轮油有着良好的流动性，使铁屑可以随油流出。

3 KAMAT五柱塞大流量变频泵站的维护保养

3.1 日常维护保养

在日常维护保养过程中，工作人员应做到以下几点：第一，在每个工作班次都要冲洗水箱、液箱的进水过滤器，以保证水体的质量能够满足水箱、液箱的工作需要；第二，检查水箱和液箱的进水电磁阀，以保证其动作的灵敏度；第三，检查齿轮油箱内部润滑油的位置，若油位低于规定范围，则需要及时注入适量220#齿轮油；第四，用折射仪检查乳化液的浓度，保证乳化液的浓度在3%～5%；第五，检查柱塞密封性以及十字滑块是否存在漏油情况，若存在密封性不良的情况，则需要及时更换部件；第六，在静止状态下检查压力表指针的指示情况，保证指针在静态时均归零；第七，检查液压胶管的磨损情况、联轴器弹性情况、泵站运行的噪声情况以及各紧固件的牢固情况等，确保各部分能够正常工作。

3.2 每周维护保养

在每周维护保养的过程中，相关工作人员应做到：第一，对水箱、液箱的空气过滤器、回液过滤器、卸载阀先导过滤器及各过滤器的滤芯进行检查清洗，并依据滤芯的堵塞情况，决定是否更换这一部件；第二，对乳化液泵续展与喷雾泵蓄能站的蓄能罐压力情况进行检查，若压力低于规定数值，则需要向罐内补充氮气，并在氮气充入一周后对罐内压力进行复查，避免因氮气充入过程中产生皮囊损坏而影响罐内的压力。

3.3 每月维护保养

在每月的维护保养过程中，工作人员应做到以下几点。第一，检查泵头阀门、阀座、导向管等部分的磨损情况，并及时更换存在过度磨损或者破损裂缝的部件。第二，对水箱、液箱内部的污泥、杂物进行清洗。第三，检查电机弹性联轴器的同心度，确保控制器径向间隙在0.2 mm以内。第四，检查曲轴箱内润滑油的具体情况。对于新组装或者经过大修的曲轴箱，应该在其运行50 h后更换润滑油脂；在其工作500 h后，第二次为其更换润滑油脂；在其工作1 500 h后，第三次为其更换润滑油脂；并在第三次更换润滑油脂后，每当曲轴箱工作时间再次达到1 500 h便为其更换一次润滑油脂。

4 结语

在当前的井下作业过程中，KAMAT五柱塞大流量变频泵站的应用不仅可以在降低能源浪费的同时有效匹配不同工作面的需要，而且能在保证正常生产的基础上减少各种阀的动作次数、降低阀动作噪声、延长阀零件的使用寿命，从而为井下作业的顺利开展提供支持。