乳化液自动配比系统的设计与研究

目录1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.1.1乳化液简介 (1)1.1.2乳化液在煤矿中的应用 (2)1.1.3乳化液在煤矿应用过程中出现的问题 (3)1.2国内外研究历史、现状及发展趋势 (4)1.2.1乳化液配比 (4)1.2.2乳化液浓度检测 (7)1.2.3乳化液自动配比与浓度检测 (9)1.3课题研究的目的和意义 (9)1.4主要研究内容 (10)1.5本章小结 (10)2 乳化液质量控制技术分析 (11)2.1乳化液质量 (11)2.1.1乳化液质量指标 (11)2.1.2乳化液质量影响因素分析 (12)2.2乳化液的制备过程及质量控制 (12)2.2.1乳化液制备原料 (12)2.2.2乳化液制备原料的相互适应性 (15)2.2.3乳化液配比及质量保证 (16)2.2.4乳化液混合乳化及质量控制 (16)2.3乳化液的存储、使用及质量控制 (18)2.4人员素质与乳化液质量控制 (20)2.5本章小结 (22)3 乳化液自动配比与浓度检测系统总体设计 (23)3.1系统功能分析 (23)3.2系统总体设计 (24)3.3系统工作过程分析 (25)3.3.1系统工作原理 (25)3.3.2系统控制原理 (26)3.4子系统总体设计 (27)3.4.1乳化液自动配比装置总体设计 (27)3.4.2乳化液浓度检测装置总体设计 (27)3.5本章小结 (28)4 乳化液自动配比与混合乳化装置设计 (29)4.1容积式自动配比原理与在线管道多级混合方法 (29)4.1.1容积式自动配比原理 (29)4.1.2在线管道多级混合方法 (29)4.2水力式容积配比方案设计 (30)4.2.1椭圆齿轮流量计介绍 (30)4.2.2液压齿轮泵介绍 (31)4.2.3配比装置设计计算与使用说明 (32)4.2.4配比装置运行实验及分析 (36)4.3柱塞式容积配比方案介绍 (41)4.4混合乳化装置设计 (42)4.4.1三通混合元件设计选用 (42)4.4.2静态混合器设计选用 (43)4.5本章小结 (45)5 乳化液浓度检测部分设计 (46)5.1检测原理方案介绍 (46)5.2方案选择 (47)5.3乳化液折射特性实验研究 (48)5.3.1实验材料及仪器 (48)5.3.2实验过程 (48)5.3.3实验数据及处理 (48)5.4棱镜反射法方案检测系统详细设计 (52)5.4.1测量原理详细分析 (52)5.4.2测量装置光学系统及元件设计 (52)5.5本章小结 (58)6 结论与展望 (59)参考文献 (61)致谢 (63)附录装置实物图 (65)1 绪论介绍了乳化液的基本知识和其在煤矿生产中的应用及存在的问题。

矿用乳化液自动配比系统的设计与应用摘要：乳化液作为综采工作面液压支护机具的驱动介质，其浓度是乳化液性能的一个重要指标，适当与否直接影响到液压支护机具的工作寿命和生产成本。

浓度过低会使液压元件的润滑性、防锈性和稳定性大幅降低，同时影响设备使用寿命和安全生产。

浓度过高会使乳化油用量增加，增加生产成本。

因此，为了延长液压支护设备的使用寿命和降低生产成本，必须严格控制乳化液的浓度，因此乳化液自动配比系统的设计至关重要。

关键词：乳化液；综采工作面；液压支护机具；浓度；自动配比0引言随着煤矿综采设备自动化程度的不断提高，在综采工作面中大量使用乳化液作为驱动介质的液压支护机具。

乳化液的配比浓度直接影响到支护机具支护顶升效果，直接关系到井下生产安全。

目前，采煤工作面乳化液的配比大都靠手工，根据操作者的经验进行配比，然后用糖量仪测量乳化液浓度，要达到一个合理的浓度则十分困难、繁琐。

现有的乳化液自动配比系统大多根据流体力学或容积特性自动配比，即采用机械装置配比，结构简单，成本低廉，但其配比控制原理为开环控制，配比精度不高，乳化液浓度波动大，同样也会影响液压支护机具的使用寿命和生产成本。

我国《煤矿安全规程》规定：矿用乳化液浓度一般在3％～5％之间，准确、稳定、快速、高效、无需人工配液的乳化液自动配比系统尤其重要。

1矿用乳化液自动配比系统1.1系统组成该系统主要由 PLC 控制开关、乳化液浓度传感器、泵、电磁流量计、流量调节阀、信号采集部分、液箱等构成。

系统结构布置图见图1所示，其中虚线框内是集成在一个结构箱体内的。

图1 系统结构布置图1.2系统工作原理控制开关具有PLC控制和给各执行元件供电功能，系统所有信号接进PLC，由PLC分析后发出相应的输出信号控制整个系统，使纯水箱自动补水，自动配液，自动调整浓度等。

配液系统起动后，以纯水量为基准，浓度传感器的反馈信号实时经PLC计算后控制油路流量调节阀的开口，从而控制油量大小，进而控制浓度大小，使系统形成一个闭环控制系统。

乳化油自动配比系统设计思路随着矿用机械装备的不断发展，采煤机械自动化程度也在不断提高。

液压支架作为最重要的采煤设备，在矿井生产中发挥着越来越重要的作用。

在大量使用乳化水作为工作介质的液压支架系统中，水质的质量、成分对于液压支架的正常运行和使用寿命都有着很大的影响。

大部分矿井的地下水达不到合格工业用水的标准，水质比较差。

在这种工况下，因水质原因造成采煤设备特别是电动机的冷却系统、液压支架的阀组、千斤顶、立柱等液压部件的损坏大量增加。

其主要原因是：煤矿矿井水中除含有以煤、岩粉、铁锈为主的悬浮物外，还含有钙硬度、镁硬度、碱度、硫酸盐、氯离子等，用于煤矿生产用水，给井下设备带来一系列问题，主要表现在如下几个方面：高硬度高碱度矿井水容易形成碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等盐结晶并附着，堵塞机组冷却水管，致使液压支架的阀组、千斤顶、立柱等设备的维修周期和使用年限缩短，甚至无法正常使用，增加了设备维修及维护工作量，设备维修配件投入的大，不仅导致采煤成本的增加，也增加了安全隐患。

同时，高矿化度的矿井水用于乳化液配比：由于硬度高，对乳化液质量要求跟家严格，否则将导致乳化液不稳定，用量增加，且易发生析皂反应，形成不溶于水的脂肪酸钙，粘附着腐蚀产物、煤岩粉等进入液压支架系统。

针对煤矿井下液压设备的工况要求，结合煤矿作业特点，我公司研制出“乳化液地面自动配比系统”，该技术包括两个部分：一是水质达标，矿井水在地面进行深度处理，达到初级纯水指标，可满足普通液压支架特别是最近出现的高端电液控制液压支架工作用水的需求。

二是乳化液地面自动配比，并敷设专门的管路为井下乳化液泵站供乳化液，解决多年以来乳化液井下人工（或自动）配比浓度不均，1导致液压系统得不到相应的保护而出现的系列问题。

乳化液自动配比方案：山东内蒙能源福城煤矿乳化液自动配比系统福城煤矿基本信息：福城煤矿设计年产原煤450万吨。

地面标高+1242米，井下两个综采工作面，分别在+945水平和+740水平，正常生产乳化液最大用水量为8.0 t/h。

乳化液自动配比及输送系统1 立项背景乳化液作为液压传动的一种工作介质，由于它的粘度小、防腐、防锈、润滑、难燃、价廉等特点在煤矿井下得到了广泛的推广和应用。

随着煤炭行业迅速发展，综采工作面高产高效的要求，乳化液的需求量也随之增加。

带动乳化液配比方法也由人工配比逐渐向自动化配比方向发展。

从乳化液使用过程中存在的问题，可以看出绝大部分原因是由乳化液浓度不合要求引起。

而乳化液的浓度作为衡量乳化液配制质量的一个重要指标，主要决定于乳化液的配比方法。

乳化液的配比方法与煤矿生产的效益和自动化水平的提高密切联系，为适应综采工作面高产高效的发展以及能够配制出高质量的乳化液，国内外乳化液的配比已经由人工地面混和、手控配液，发展到自动配液。

入混合室在该处造成真空，将抽吸乳化油到主喷射流中，使中性水与乳化油充分混合成一定浓度的乳化液。

为调节浓度，在被引射的乳化油管路上设置了可变节流装置。

这种方式依靠操作者按经验调节浓度，所配制的乳化液精度也很差。

分散型自动配液。

一般采用以浮子阀取代了手控配液方式中的截止阀，自动根据液位配制乳化液，在低液位时系统连通，向乳化液箱注液；当液位达到控制的最高液位时系统自动关闭，停止向乳化液箱注液。

在注液过程中能自动完成乳化油和中性水的混和，并且浓度按使用要求可以调节，配比稳定，工作性能及动作稳定、可靠，使用寿命长。

该方法操作简单方便，已开始在乳化液泵站上推广使用，无锡煤矿工程机械装备有限公司生产的VRB乳化液泵站、GRB乳化液泵站都使用了这种配液方式。

针对目前煤矿以上乳化液配比方法的不足的现状，本课题研究开发了乳化液自动配比系统，提出了无人值守自动乳化液配比装置。

该系统不仅能够实现乳化液配比的全自动化，而且所配乳化液的质量较高，浓度能够满足《煤矿安全规程》的要求。

解决了目前困挠煤矿生产的乳化液配比问题，它既可以独立使用进行乳化液配制也可以与大型乳化液泵站配合使用向综采工作面提供动力乳化液。

这对于提高煤矿生产的效益具有极为重要的意义。

煤矿乳化液水处理及自动配比控制系统-控制系统论文-工程论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——【摘要】本文针对传统的乳化液人工配比并且用光折射计判断乳化液浓度高低的方式中存在的配比精度低、效率低下、乳化液稳定性差等问题，研发一种通过“PLC+计量泵”自动完成乳化液配比的控制系统。

该系统通过PLC进行运算和逻辑控制，采用电磁式计量泵控制投加时间及单次投加量实现定量投加，操作员仅需输入目标浓度即可完成自动配比，能够实现一键启停。

通过这种方式进行乳化液的配比，可实现投入少量成本即可高效获得高精度的乳化液配比浓度，方便快捷。

【关键词】乳化液配比；PLC；自动化；高精度；计量泵根据隆德煤矿业主提供资料及调查发现，目前我国95%以上的矿山工作面使用液压支护设备，以保证采煤面的不塌陷。

乳化液是煤矿液压支架和液压支柱的传动介质，在液压系统中起血液作用，并且在铝金属及其合金的加工行业中，乳化液的应用也是极其广泛的，能够起到防腐保护、润滑的作用。

乳化液通过水和乳化油配比而成，浓度要求3%~5%，乳化液配比浓度受很多因素的影响，包括水压、水质、流量、配比装置准确度等。

传统的乳化液配比方式采用人工投加水和乳化油的方式，判断乳化液浓度采用光折射计判断浓度高低，该种配比方式存在配比精度不高，效率低等问题。

为提高煤矿设备自动化程度，提高配比精度及效率，研制一套乳化液自动配比装置实现乳化液配比具有一定的必要性与经济性。

1与当前国内外同类研究、技术比较现有的乳化液配比主要通过两种方式完成。

第一种是人工完成配比，人工定量添加水和乳化油完成配比，配比浓度靠取样用光折射计人工观察，其精度不高，效率低，受人为因素影响较大；第二种通过“PLC+变频器+计量泵”完成配比，该方式通过PLC作为控制中心，变频器调速完成乳化液配比，该方式精度较高，效率高，但花费成本也高。

本文提出的应用于乳化液自动配比的“PLC+计量泵”控制系统具有效率高、精度高、成本低并且能够实现一键启停，自动化程度较高。

•技术经验•浅谈煤矿井下乳化液自动配比技术方案王冲(山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿，山西吕梁033000)摘要乳化液來度直接影响液压支架的使用寿命及生产成本$本文中乳化液來度自动配比采用的方法是通过P ID 运算，以乳化液來度为反馈信号，运用P L C 程序控制整个系统的加水量和加液 量，使乳化液來度实时保持在要求的范围内，实现提高乳化液的利用率，最终达到减人、节能、增效的 目的。

关键词液压支架；乳化液；PLC &自动配比中图分类号：TD3550.4文献标识码：B文章编号：1672 -0652(2018)05 -0019 -021系统背景及要求乳化液做为煤矿综合机械化采煤工作面液压支架的工作介质，不仅要起动力传递作用，而且要起润 滑、冷却、防腐、防诱作用。

乳化液浓度是否适当直接 影响液压支架及其液压元件的寿命周期和生产成本。

浓度过高，会提高生产成本；浓度过低，会降低元件寿 命。

目前，对于乳化液的配制，仍采用手控配液，不但 增加了工作量，而且会浪费一定量的乳化液。

所以要 设计出一种乳化液浓度不但能自动配比、还能对其浓 度进行实时在线检测的自动化装置。

2技术方式目前，煤矿井下乳化液的浓度配比大多由现场 工作人员手动进行，一边加水一边加乳化液，浓度 低了加乳化液，浓度高了加水。

由于人工操作难免 会出现浓度忽高忽低，造成了乳化液的浪费。

为了 节约成本，减少由于人工操作失误出现的一些问 题，可以通过运用P L C 控制和b D 运算实现乳化液 的自动配液系统，使乳化液浓度实时保持在要求的 浓度范围内。

通过自动控制配液系统主要完成乳化液浓度数 据采集、自动控制、数据存储、实时通讯、故障报警等 功能。

通过该系统，不但减少了人工现场操作的工作第5期 山西焦煤科技#$ 52018 年 5 月Shanxi C okin g C oal S cien ce 6 T ech nologyMay. 2018收稿日期：2018 - 02 - 26作者筒介：王冲（1988 —），男，山西平陆人，2016年毕业于太原理工大学，主要从事煤矿井下设备自动化集控工作! E -mail ) 75153671@qq . com量，也达到节能降耗的目的。

矿用乳化液实现自动配比技术可行性研究报告一、项目提出背景乳化液是一种高水基液压传动的工作介质，在矿上支护设备和水压机等领域得到了广泛的应用。

乳化液的浓度适当与否直接影响到支护设备、液压传动和控制元件的工作寿命及使用成本。

浓度过低，支护设备受到水的侵蚀而生锈，从而影响工作寿命；浓度过高，乳化液用量增加，从而增加生产成本。

针对这一情况，国内外已研制了多种乳化液配比装置，有的性能不够稳定，有的浓度无法调整或调整不够方便，其应用效果较差。

在实际工作中，经常采用的人工配置法，由于存在许多不确定的随机因素，不仅乳化液的浓度难以保证在合理的取值范围，而且乳化效果差，工人劳动强度大，总体效果不能令人满意。

二、项目立项的必要性及市场需求分析乳化液在煤矿生产中发挥着十分重要的作用，作为煤机产品液压传动的工作介质，尤其是作为煤矿采煤工作面液压支架和液压支柱的工作介质在煤矿井下得了广泛的应用，被称之为煤矿支护设备的血液。

近年来，随着煤炭行业突飞猛进的发展，乳化液配比及其应用越来越得到人们的广泛关注。

随着科学技术的飞速发展，随着综采工作面高产高效的需求，对乳化液配比的自动化程度及其配比质量也提出了越来越高的要求。

目前我国在乳化液配比方面的研究已取得了一定的进展，但也存在着不少问题。

主要表现为以下几种情况:1、乳化液浓度满足了生产要求而配制方法粗笨，使得工人的劳动强度大，很难适应煤矿生产的自动化需求；2、自动化程度提高了，乳化液浓度却又达不到要求，起不到应有的作用，有时甚至给生产带来不可估量的损失；3、乳化液浓度和自动化要求都达到了，而生产成本却大幅度提高，起不到提高煤矿生产效益的目的。

针对这种情况，提出了研制矿用乳化液实现自动配比技术，以解决目前我矿在乳化液配比方面存在的困扰问题。

三、相关领域国内外技术现状、发展趋势及国内现有工作基础煤炭生产效益的提高依靠煤矿机械化的进步，在采煤工作面是以综采和高档普采为主要手段。

乳化液泵站是支架液压系统的动力源，向系统提供一定的压力、流量和清洁度的工作介质，是系统的重要组成部分。

目录1 绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.1.1乳化液简介 (1)1.1.2乳化液在煤矿中的应用 (2)1.1.3乳化液在煤矿应用过程中出现的问题 (3)1.2国内外研究历史、现状及发展趋势 (5)1.2.1乳化液配比 (5)1.2.2乳化液浓度检测 (7)1.2.3乳化液自动配比与浓度检测 (9)1.3课题研究的目的和意义 (9)1.4主要研究内容 (10)1.5本章小结 (10)2 乳化液质量控制技术分析 (11)2.1乳化液质量 (11)2.1.1乳化液质量指标 (11)2.1.2乳化液质量影响因素分析 (12)2.2乳化液的制备过程及质量控制 (12)2.2.1乳化液制备原料 (12)2.2.2乳化液制备原料的相互适应性 (15)2.2.3乳化液配比及质量保证 (16)2.2.4乳化液混合乳化及质量控制 (17)2.3乳化液的存储、使用及质量控制 (18)2.4人员素质与乳化液质量控制 (20)2.5本章小结 (22)3 乳化液自动配比与浓度检测系统总体设计 (23)3.1系统功能分析 (23)3.2系统总体设计 (24)3.3系统工作过程分析 (25)3.3.1系统工作原理 (25)3.3.2系统控制原理 (26)3.4子系统总体设计 (27)3.4.1乳化液自动配比装置总体设计 (27)3.4.2乳化液浓度检测装置总体设计 (27)3.5本章小结 (28)4 乳化液自动配比与混合乳化装置设计 (29)4.1容积式自动配比原理与在线管道多级混合方法 (29)4.1.1容积式自动配比原理 (29)4.1.2在线管道多级混合方法 (29)4.2水力式容积配比方案设计 (30)4.2.1椭圆齿轮流量计介绍 (30)4.2.2液压齿轮泵介绍 (31)4.2.3配比装置设计计算与使用说明 (32)4.2.4配比装置运行实验及分析 (36)4.3柱塞式容积配比方案介绍 (41)4.4混合乳化装置设计 (42)4.4.1三通混合元件设计选用 (42)4.4.2静态混合器设计选用 (43)4.5本章小结 (45)5 乳化液浓度检测部分设计 (46)5.1检测原理方案介绍 (46)5.2方案选择 (47)5.3乳化液折射特性实验研究 (48)5.3.1实验材料及仪器 (48)5.3.2实验过程 (48)5.3.3实验数据及处理 (48)5.4棱镜反射法方案检测系统详细设计 (52)5.4.1测量原理详细分析 (52)5.4.2测量装置光学系统及元件设计 (52)5.5本章小结 (58)6 结论与展望 (59)参考文献 (61)致谢.............................................................................................................. 错误!未定义书签。

乳化液自动配比器背景乳化液在化工领域中应用广泛，如涂料、食品、医药等产业。

为了保证乳化液的产品质量，需要严格控制各种原料的精确配比，而传统的手动或半自动配比造成了很多问题，如配料时间长、误差大、工作环境不佳等，因此引入自动配比技术显得尤为重要。

乳化液自动配比器的设计硬件设计乳化液自动配比器一般由甲醛仪、酚酞试剂仪、氯化钙试剂仪、热水箱、搅拌器、计量泵、控制器等组成。

其中，甲醛仪负责甲醛的取样，酚酞试剂仪负责酚酞的取样，氯化钙试剂仪负责氯化钙的取样，热水箱为混合槽附加的加热设备，搅拌器为推进搅拌器设备，计量泵为混合槽附加的补充仪器，控制器为整个配料设备的主要控制中心。

软件设计乳化液自动配比器的软件设计采用PLS程序，首先配置好各个仪器的计量范围和训练仪器模型，其次对自动配比器进行调试，试验各项指标是否符合国家标准，最后进行参照误差计算，对比试验的数据精度，保证乳化液自动配比器的稳定性，高效性以及精确性，从而使乳化液产品质量大大提高。

乳化液自动配比器的优点1.自动化程度高：利用先进的技术和计算机控制，可以自动实现各组分的准确称量和混合。

2.配比精度高：自动计量，确保各组分精确到毫克级，几乎不存在误差，并且对不同比例的水相和油相都能适应。

3.加工效率高：自动化后，加工效率相对提高，一个配料周期将大大缩短工作时间。

4.操作简单：不需要专业技术人员进行操作，不同的配方可以预存到计算机中，直接选择即可。

乳化液自动配比器在乳化液生产中的应用1.乳化液生产过程中，利用自动配比器控制各种原料的比例达到高质量的配料效果。

2.乳化液自动配比器可以有效地降低人工误差，降低工作强度和对人体的危害，保护员工健康。

3.经过自动配比器的加工的乳化液成品，质量更加稳定可靠，为乳化液生产提供了保障。

总结乳化液自动配比器是化工生产中一种高效、精确且自动化程度高的生产设备，适用于生产涂料、食品、医药等产业。

它减少了人工操作过程中的误差和工作强度，提高乳化液产品的品质，降低了生产成本和工作风险，具有广阔的市场前景和应用前景。

乳化液自动配比及输送系统1 立项背景乳化液作为液压传动的一种工作介质，由于它的粘度小、防腐、防锈、润滑、难燃、价廉等特点在煤矿井下得到了广泛的推广和应用。

随着煤炭行业迅速发展，综采工作面高产高效的要求，乳化液的需求量也随之增加。

带动乳化液配比方法也由人工配比逐渐向自动化配比方向发展。

从乳化液使用过程中存在的问题，可以看出绝大部分原因是由乳化液浓度不合要求引起。

而乳化液的浓度作为衡量乳化液配制质量的一个重要指标，主要决定于乳化液的配比方法。

乳化液的配比方法与煤矿生产的效益和自动化水平的提高密切联系，为适应综采工作面高产高效的发展以及能够配制出高质量的乳化液，国内外乳化液的配比已经由人工地面混和、手控配液，发展到自动配液。

入混合室在该处造成真空，将抽吸乳化油到主喷射流中，使中性水与乳化油充分混合成一定浓度的乳化液。

为调节浓度，在被引射的乳化油管路上设置了可变节流装置。

这种方式依靠操作者按经验调节浓度，所配制的乳化液精度也很差。

分散型自动配液。

一般采用以浮子阀取代了手控配液方式中的截止阀，自动根据液位配制乳化液，在低液位时系统连通，向乳化液箱注液；当液位达到控制的最高液位时系统自动关闭，停止向乳化液箱注液。

在注液过程中能自动完成乳化油和中性水的混和，并且浓度按使用要求可以调节，配比稳定，工作性能及动作稳定、可靠，使用寿命长。

该方法操作简单方便，已开始在乳化液泵站上推广使用，无锡煤矿工程机械装备有限公司生产的VRB乳化液泵站、GRB乳化液泵站都使用了这种配液方式。

针对目前煤矿以上乳化液配比方法的不足的现状，本课题研究开发了乳化液自动配比系统，提出了无人值守自动乳化液配比装置。

该系统不仅能够实现乳化液配比的全自动化，而且所配乳化液的质量较高，浓度能够满足《煤矿安全规程》的要求。

解决了目前困挠煤矿生产的乳化液配比问题，它既可以独立使用进行乳化液配制也可以与大型乳化液泵站配合使用向综采工作面提供动力乳化液。

这对于提高煤矿生产的效益具有极为重要的意义。