气动隔膜泵自动排水装置的研制与应用

0 引言

煤矿井下巷道积水情况时有发生，需要安装排水设备将这些积水及时排出，排水方式通常采用电泵或气动隔膜泵排水，电泵自动排水装置目前已经应用非常广泛，技术也相当成熟。近些年气动隔膜泵在煤矿井下已经大量应用，但是用于控制气动隔膜泵的自动排水装置应用较少，气动隔膜泵开启和关闭还是需要排水工人工去控制，有时不能及时关闭水泵，会造成井下压缩空气的浪费和加剧气动隔膜泵的磨损[1]。当不能及时开泵时，积水点又会产生大量积水，因此需要一种可以适应复杂的煤矿井下环境，要对井下粉尘、淋水环境不敏感，在瓦斯等易燃易爆气体环境下要实现本质安全的自动排水装置。此次设计并应用的自动排水装置，使用与气动隔膜泵相同的压缩空气作为控制源，控制气动隔膜泵的自动排水，且排水水位控制可以灵活调节，是一套无需电源就能够工作的自动排水控制装置。

1 自动排水装置结构组成

装置主要由水位传感装置和气动控制箱两大部分组成，水位传感装置是一个装有浮球的机架，气动控制箱是钢板制作的长方形壳体，内部装有气动元件。自动排水装置原理及结构如图1所示。

1.1 水位传感装置的结构组成

水位传感装置负责检测积水池的水位高低，气动控制箱对水位传感装置反馈的水位信号执行动作，控制气动球阀的开启和关闭，从而实现自动排水。水位传感装置由两位三通机械行程阀（气动行程开关）、浮球、圆杆、水位探测架、管路连接附件等组成[2]。

图1 自动排水装置原理及结构

1.2 气动控制箱的组成

气动控制箱由气动旋转球阀、减压阀、过滤器、油雾器、管路接头、控制箱体、连接管路等组成。

1.3 自动排水装置的工作原理

气动控制系统是由气源处理三联件、机械阀（机械行程开关）、气动旋转球阀、连接管路等组成。气动系统与装置的机械部分配合实现了自动控制气动隔膜泵的启停功能。压缩空气由气源处理三联件进行过滤、减压、润滑为装置提供纯净气源，气动旋转球阀负责接通、关断气动隔膜泵的气源，机械阀控制气动旋转球阀的动作。

2 自动排水装置的工作原理

气动控制自动排水装置的水位传感装置，通过浮球上下位置的变化，高水位时浮球的浮力给圆杆一个向上的力，这个力带动杠杆动作。低水位时，浮球的自身重力会给圆杆一个向下的力，这两个力会使高水位阀动作或低水位阀动作，压缩空气通过高低水位阀的动作，控制气动球阀旋转气缸动作，旋转气缸转轴旋转，带动球阀的转轴动作，球阀会随之开启、关闭，从而控制气动隔膜泵的运转和停止[3]。

2.1 高水位时自动启动排水工作原理

当积水池水位达到设定的高水位时（如图1所示），也会产生一系列动作，浮球由于水的浮力会上升至高水位调节块位置→高水位调节块（与圆杆固定在一起）向上移动→圆杆带动杠杆动作→杠杆右侧会向上移动→杠杆左侧下降→高水位阀动作→压缩空气进入旋转气缸→旋转气缸动作（顺时针转动）→旋转气缸转轴带动球阀动作→球阀打开→气动隔膜泵开始排水。

2.2 低水位时自动停止排水工作原理

当积水池水位在低水位时，水位传感装置浮球上下位置与杠杆左右位置和图1相反，装置会产生一系列动作，浮球由于自重下降→低水位调节块带动圆杆下降→圆杆带动杠杆动作→杠杆右侧会向下移动→杠杆左侧上升→从而使对水位阀动作→低水位阀动作→压缩空气进入旋转气缸→旋转气缸动作（逆时针转动）→旋转气缸转轴带动球阀动作→球阀关闭→气动隔膜泵停止排水。

2.3 自动排水装置高低水位调节方法

每个积水池的深度不会完全一样，在水位传感装置上设计有调节机构，可以手动调整积水池排水深度。如图1所示水位传感装置上安装有浮球调节块，在浮球上方和下方各安装一个调节块，依靠高低水位调节块调节排水水位高度，高低水位调节块通过锁紧螺栓固定在圆杆上，上调节块负责调整高水位时自动排水，如当需要积水池水深比原先深时再排水，这是可以向上调整上水位调节块并固定，这时浮球的活动范围就会比调整前行程变长，低水位调节同理。

3 自动排水装置应用情况

本装置共在现场应用了50余套，用在煤矿井下各使用气动隔膜泵排水的地点，经过长期使用，自动排水装置的停开泵动作可靠，减少了人工排水需要来回巡视的工作量，也避免了积水池由于水位过高，不及时排水而溢水情况的发生，装置维护简单，只需定期加油润滑活动部件和排出气动三联件内的水，装置具有简单可靠和维护工作量低的优点。

4 结束语

气动隔膜泵的自动排水装置使用低成本解决了气动隔膜泵自动排水的问题，设计上高低水位探测装置使用机械阀，机械机构简单可靠，易于维护，且无需使用电源，可工作在有易燃、易爆危险气体场所。实现了气动隔膜泵排水的自动控制，不仅提高了人工排水的效率，同时还有效降低压缩空气消耗量，达到了节能减排的效果，具有一定的推广应用价值。