CN201701905U - 浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，包括开关阀(1)、过滤器(2)、齿轮马达(3)、传动机构(4)、变量泵(5)和混合器(6)，开关阀(1)、过滤器(2)、齿轮马达(3)和混合器(6)依次连接，齿轮马达(3)、传动机构(4)、变量泵(5)和混合器(6)依次连接。本实用新型可以实现乳化液浓度配比的连续调节，且可以保证浓度配比的精度和工作的可靠性，以及水和乳化油的充分混合。

Description

浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪

技术领域

本实用新型涉及矿山机械技术领域，尤其涉及一种乳化液浓度配比仪，具体为一种适于煤矿液压支架工作液的浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪。

背景技术

自从十八世纪发明了水压机以来，由于用水作传动介质具有安全、经济、稳定和对人体无害等优点，一直延用了一个世纪左右。但是，由于水又有粘度低、润滑性差、容易使金属锈蚀等缺点，所以给水压机的推广应用带来了很大困难。随着石油工业的兴起和发展，在二十世纪初，开始采用一般润滑油作为传动介质，继而又发展成采用专用液压油作为液压传动介质。使用液压油作液压传动介质后，消除了用水作传动介质时润滑性差和易使金属锈蚀等缺点，所以液压油广泛应用于各种液压传动系统。

二十世纪五十年代初煤矿井下开始使用液压支架支护和管理工作面顶板，并且用油作液压传动介质。油是易燃的，尤其是在19.6～29.4兆帕压力的情况下，从破裂油管中喷出的液压油往往呈细雾状，只要遇上300～400℃的热源就会着火，这在煤矿井下是不允许的。为了克服水做传动介质润滑性差、易使金属锈蚀、以及油作传动介质易着火、价格高等缺点，五十年代以后，研制成功了难燃液压液-乳化液，使液压传动装置在煤矿井下得到了广泛推广和应用。

目前我国煤矿广泛采用3～5％浓度的水包油型乳化液。也就是说，按重量用3～5％的乳化油，再加97～95％的水，配制成乳化液。乳化油是在基础油中加入乳化剂、防锈剂、偶合剂、防霉剂、抗泡剂、络合剂等各种添加剂制成的。这种乳化液的优点是：粘度小、管道阻力损失小、来源广、价格低、不会燃烧、安全性好、不易生成泡沫、空气的溶解度低；加入一些添加剂，能使金属构件有足够的防锈性，对橡胶等密封材料有良好的适应性，有一定的润滑性能，对人体皮肤无刺激等。国内外煤矿液压支架工作液，都采用水包油型乳化液。

随着煤炭生产效益的提高，在采煤工作面以综采和高档普采为主要手段。液压支架是综合机械化采煤工作面的主要设备之一，它的工作性能对综采工作面的生产率、安全性等经济技术指标有很多影响，而作为有诸多优点的乳化液，自然成为液压支架的工作介质，被誉为煤矿液压系统的血液。

但是由于液压支架尤其是单体液压支柱的工作特点，造成乳化液的大量流失，主要表现在以下三方面：

(1)支架液压系统管路长，元件和执行机构多，会造成乳化液的沿程损失；

(2)在液压支架支撑承载的恒阻阶段，当顶板压力增大时，液压支柱活塞腔内被封闭的油液压力就迅速升高，当压力值超过安全阀的动作压力时，支柱活塞腔的高压液体经安全阀泻出，直到压力小于安全阀的动作压力，才停止泻液；

(3)对于单体支柱液压系统，液压支柱大部分为外注式，外注式液压支柱回柱时，由于必须将腔内的乳化液排放到外面，每一颗支柱回柱一次必须从柱内排放1～2kg的乳化液，乳化液不回收。以上几种情况都说明，在综采工作面，必须及时向液压系统补充乳化液。

乳化液泵站作为液压动力源，源源不断地向工作面提供工作介质——乳化液，需要乳化液的浓度保持在一定的范围。

乳化液中乳化油的百分比，即乳化液的浓度是评价乳化液性能的一个重要指标。乳化液的浓度对乳化液的使用性能影响很大。浓度过小会影响抗硬水能力、稳定性、防锈性和润滑性；浓度过高不仅会增加费用，而且会降低消泡能力和增大对橡胶密封材料的溶胀性。因此，乳化液浓度的合理性和稳定性日益成为评价煤炭生产效益的一个重要指标。

在实际生产中，对乳化液的配制也采取了一些措施，主要包括以下几种方法：

1)人工配制方法

这是国内煤矿生产常用的一种方法，工人在看到乳化液箱中乳化液位低时，向液箱中倒入乳化油和水，让油水在乳化液箱中自行混合，而乳化液浓度则用折光计检测，根据检测结果再补加水或乳化油。这种方法不能准确保证添加的乳化液的浓度，并且自动化水平很低。

2)利用计算机控制乳化液浓度配比的方法

该方法以单片机或可编程逻辑控制器(Program Logic Controller，PLC)为核心，控制水阀和电动机，电动机带动油泵，当乳化液箱中液位低时，单片机或PLC控制水阀开启，向液箱中注水，同时启动电动机，带动油泵向乳化液箱中加油，直到达到乳化液箱指定液位。油箱中放置液位传感器和浓度传感器，当检测到乳化液箱中乳化液浓度低时，计算机控制电动机启动，带动油泵向乳化液箱中加油，直到达到乳化液箱中乳化液指定浓度。当检测到乳化液箱中乳化液浓度高时，计算机控制水阀开启，向乳化液箱中注水，直到达到乳化液箱中乳化液指定浓度。此系统中乳化液浓度传感器是关键元件，但现有的乳化液浓度传感器其精度和可靠性都不稳定。

3)流体力学文丘里原理配比方法

该技术的液压原理为：具有稳定压力的补充水源，经过文丘里泵中的射流管，以高速射入其混合室，使得混合室内的液体压力低于外界的大气压力。因而在室内产生吸入压头(即负压)，将乳化油从油箱中，经单向阀、节流阀吸入泵混合室内，与补充水混合形成一定浓度的乳化液。为了使混合的浓度达到《煤矿安全生产规程》规定的要求，系统设置了调节阀(节流前阀)，并配以糖量仪工具测量出口混合液浓度的方法，人工一次性调节油液注入量的多少后进行锁定节流阀即可。这样经文丘里泵自动方式配比出来的乳化液，即为浓度比例恒定的液体，不仅配制过程简单、可靠、无需其他动力能源，而且也避免了因乳化油在水中扩散的延续性造成配制浓度的瞬时不恒定。此方法只有当入水口的压力恒定时，才能保证输出的乳化液浓度是固定的。

4)容积式浓度配比方法

容积式浓度配比方法是以自来水为动力，通过机械机构使得流过自来水的体积与抽出乳化油的体积成一定的比例。现已有报道的装置有两种类型，一种是双缸定比配比，自来水驱动大缸往复运动，带动缸抽油与排油，大、小缸的容积比即为乳化液浓度配比。另一种是自来水带动水力马达转动，水力马达通过调速机构与油泵连接，马达的转速与通过马达的流量成比例，而油泵输出的乳化油与油泵的转速成比例，只要调速机构的传动比一定，则配比装置输出的乳化液的浓度是固定的。此方法不易调节乳化液浓度配比，若需要改变乳化液浓度配比，则需要改变配比装置的结构尺寸，或改变调速机构的传动比。

由此可见，现有技术中的配比仪均不能实现乳化液浓度配比的连续调节。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是：实现乳化液浓度配比的连续调节。

(二)技术方案

为达到上述目的，本实用新型提供了一种浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，包括开关阀1、过滤器2、齿轮马达3、传动机构4、变量泵5和混合器6，开关阀1、过滤器2、齿轮马达3和混合器6依次连接，齿轮马达3、传动机构4、变量泵5和混合器6依次连接。

其中，所述齿轮马达3为椭圆齿轮流量计。

其中，所述传动机构4为齿轮传动机构。

其中，所述变量泵5为变量叶片泵。

其中，所述配比仪还包括管接头和管路。

其中，所述混合器6为叶轮式搅拌器。

(三)有益效果

本实用新型的技术方案基于容积式浓度配比原理，可以实现乳化液浓度配比的连续调节，具体来说：采用变量叶片泵作为变量泵，抽取乳化油至混合器，当变量泵的排量改变时，可以实现配比仪的浓度配比可调；采用具有防锈能力的椭圆齿轮流量计为原动机，可以保证浓度配比的精度和工作的可靠性；采用齿轮传动机构作为传动机构，可保证配比仪运行的可靠性；设计有混合器，以保证水和乳化油的充分混合。

附图说明

图1是本实用新型实施例的配比仪的结构及工作原理示意图。

图中：1开关阀；2过滤器；3齿轮马达；4传动机构；5变量泵；6混合器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型实施例的配比仪的结构及工作原理示意图如图1所示，该配比仪由开关阀1、过滤器2、齿轮马达3、传动机构4、变量泵5、混合器6和管接头、管路(未示出)组成。

开关阀1开启后，水流过开关阀1，经过过滤器2过滤后，进入齿轮马达3，带动齿轮马达3旋转，流经齿轮马达3的水的体积流量与齿轮马达3的输出转速成正比，然后水流入混合器6。齿轮马达的输出转速经传动机构4被传递给变量泵5，变量泵5旋转后，将乳化油从油箱(未示出)抽到混合器6中，使得乳化油与水混合成为乳化液。

假设流入开关阀1的水的流量为Q₁，齿轮马达3的排量为D_m，传动机构4的传动比为i，变量泵5的排量为D_p，则齿轮马达3的输出转速为n_m＝Q₁/D_m，变量泵5的输入转速为n_p＝i*n_m，变量泵5的输出流量为Q₂＝n_p*D_p。

可得乳化液的体积浓度为：

$\mathrm{\ψ}=\frac{Q_2}{Q_1+Q_2}=\frac{n_p{D}_p}{n_m{D}_m+n_p{D}_p}=\frac{{\mathrm{iD}}_p}{D_m+{\mathrm{iD}}_p}---\left(1\right)$

乳化液的质量浓度为：

${\mathrm{\ψ}}_c=\frac{Q_2{\mathrm{\ρ}}_o}{Q_1{\mathrm{\ρ}}_w+Q_2{\mathrm{\ρ}}_o}=\frac{{\mathrm{iD}}_p{\mathrm{\ρ}}_o}{D_m{\mathrm{\ρ}}_w+{\mathrm{iD}}_p{\mathrm{\ρ}}_o}---\left(2\right)$

其中：ρ_o为乳化油的密度；ρ_w为水的密度。

式中，D_m、ρ_o、ρ_w为固定值，不可变。由于机械调速机构实现无级调速较困难，因此传动机构4的传动比i改变较为困难，在此也设为固定值。而变量泵5的排量D_p改变则较为容易，因此只需要改变变量泵5的排量D_p，则该配比装置的浓度配比即可连续变化。

本实施例中，齿轮马达3为椭圆齿轮流量计；传动机构4为齿轮传动机构；变量泵5为变量叶片泵；所述混合器6为叶轮式搅拌器。

由以上实施例可以看出，该配比仪可以实现乳化液浓度自动配比，并且其浓度配比是连线可调节的。该配比仪采用井下自来水为动力，不需要附加的动力源，是一种节能型产品；采用具有防锈能力的椭圆齿轮流量计(可以用不锈钢材料制成)为原动机，可以保证浓度配比的精度和工作的可靠性；传动机构为齿轮传动，可保证运行的可靠性；采用变量泵为变量叶片泵，抽取乳化油至混合器，当变量泵的排量改变时，整个装置的浓度配比改变；设计有混合器，可以保证水和乳化油的充分混合。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，其特征在于，包括开关阀(1)、过滤器(2)、齿轮马达(3)、传动机构(4)、变量泵(5)和混合器(6)，开关阀(1)、过滤器(2)、齿轮马达(3)和混合器(6)依次连接，齿轮马达(3)、传动机构(4)、变量泵(5)和混合器(6)依次连接。

2.如权利要求1所述的浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，其特征在于，所述齿轮马达(3)为椭圆齿轮流量计。

3.如权利要求1所述的浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，其特征在于，所述传动机构(4)为齿轮传动机构。

4.如权利要求1所述的浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，其特征在于，所述变量泵(5)为变量叶片泵。

5.如权利要求1所述的浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，其特征在于，所述配比仪还包括管接头和管路。

6.如权利要求1～5之任一项所述的浓度配比可调节的乳化液浓度配比仪，其特征在于，所述混合器(6)为叶轮式搅拌器。

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