張 磊，秦海初，趙東升

（山西中煤華晉能源有限責(zé)任公司，山西 河津 043300）

0 引言

乳化液是液壓支架的主要動力來源，控制乳化液的污染是保證液壓支架正常工作的前提和保證。目前乳化液的污染問題仍然是井下泵站系統(tǒng)最易出現(xiàn)的問題之一，控制乳化液污染的最有效方法是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時，在系統(tǒng)中增加高壓反沖洗過濾裝置，保證液壓系統(tǒng)元件在清潔的系統(tǒng)環(huán)境中運(yùn)行，從而提高整個液壓系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1 過濾基礎(chǔ)理論及過濾站的設(shè)計(jì)原理

1.1 過濾基礎(chǔ)理論

過濾理論的基礎(chǔ)是以液體通過多孔松散顆粒層為模型的達(dá)西定律，如圖1所示。其計(jì)算公式如下：

其中：V為一定時間t內(nèi)通過砂床的液體體積，c m3；A為砂床橫截面的面積，c m2；u為液體通過砂床層的平均線速度，c m／s；μ為液體的動力黏度，Pa·s；k為介質(zhì)的滲透率，u m2；Δp為液體通過砂床的壓強(qiáng)差，Pa；L為砂床厚度，c m。

1.2 高壓反沖洗過濾裝置的設(shè)計(jì)原理

乳化液在系統(tǒng)正常工作壓力的作用下，通過過濾系統(tǒng)的濾網(wǎng)時，把混在乳化液中的固體污染物顆粒截留在濾網(wǎng)進(jìn)液的一側(cè)，使乳化液得到一定程度的凈化。過濾器將長時間保持這樣的工作狀態(tài)，工作一定時間后，過濾網(wǎng)堆積大量的污染物，使濾芯的工作效率降低，這時就需要改變?nèi)榛旱牧飨颍谷榛悍捶较蛄鲃?，把堆積在過濾網(wǎng)上的污染物清洗掉，清潔濾網(wǎng)，來保證過濾站的正常工作。

2 自動反沖洗高壓乳化液過濾裝置的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行自動反沖洗高壓乳化液過濾站設(shè)計(jì)時，要求利用PLC控制液壓系統(tǒng)中的電磁控制閥來實(shí)現(xiàn)過濾站正常的過濾和反沖洗濾芯功能，并要求液壓系統(tǒng)正常工作的流量要達(dá)到1 000 L／min，最大工作壓力不超過35 MPa，過濾精度達(dá)到25μm。

圖1 液體通過多孔介質(zhì)層簡圖

2.1 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

為了保證反沖洗時不影響液壓系統(tǒng)的正常工作，在設(shè)計(jì)自動反沖洗高壓乳化液過濾站的液壓系統(tǒng)時，采用并列式過濾網(wǎng)，即乳化液進(jìn)入過濾站的液壓系統(tǒng)后，經(jīng)過兩條并列的管路，通過各路的控制元件后，最后在出口處混合。過濾站液壓系統(tǒng)的正常過濾原理圖如圖2所示。

當(dāng)過濾網(wǎng)上的污染物積累到一定程度，需要對濾網(wǎng)進(jìn)行清洗時，電磁控制閥接收到過濾站自動控制的反沖洗信號，電磁控制閥開始工作，當(dāng)電磁閥處于左位（或者右位）時，流向左路（或者右路）過濾網(wǎng)的乳化液被阻斷，并使用液控作用打開該路的排污閥，進(jìn)行反沖洗作用，另一路則正常工作。過濾站液壓系統(tǒng)反沖洗原理圖如圖3所示。過濾站的液壓系統(tǒng)圖如圖4所示。

圖2 正常過濾原理圖

圖3 反沖洗原理圖

圖4 過濾裝置液壓系統(tǒng)圖

2.2 過濾站濾芯的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過濾站濾芯時，其材質(zhì)采用金屬網(wǎng)燒結(jié)氈，設(shè)計(jì)濾芯所需要的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

根據(jù)流量、有效過濾面積和流速的關(guān)系來計(jì)算過濾站濾芯的有效面積：

其中：Q為流進(jìn)濾芯的流量；v為液體通過濾網(wǎng)的速度。代入已知數(shù)據(jù)計(jì)算得A＝104.16 c m2。

濾網(wǎng)壓降Δp的校核如下：

其中：H 為濾材厚度，c m，取H＝4.8×10－2。

經(jīng)過校核計(jì)算，Δp＝0.002 64 MPa＜0.2 MPa。選擇的濾網(wǎng)材質(zhì)以及設(shè)計(jì)的有效面積參數(shù)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以正常工作。

表1 設(shè)計(jì)濾芯所需要的主要技術(shù)參數(shù)

2.3 濾芯骨架層的設(shè)計(jì)

考慮到濾芯骨架層的加工工藝問題，在進(jìn)行濾芯的骨架層設(shè)計(jì)時，采用容易進(jìn)行回卷焊接的薄鋼板來進(jìn)行加工。先對薄鋼板進(jìn)行漏孔設(shè)計(jì)，漏孔設(shè)計(jì)采用30×30的正方形為設(shè)計(jì)基本單元，然后對設(shè)計(jì)好漏孔的薄鋼板進(jìn)行焊接工藝處理，設(shè)計(jì)的濾芯骨架層模型如圖5所示。

圖5 濾芯的骨架層模型

2.4 液壓閥的確定

自動反沖洗高壓乳化液過濾站的核心控制元件是液壓控制閥，它起到改變?nèi)榛毫飨?，使乳化液對濾網(wǎng)能進(jìn)行自動沖洗的作用。選用的液壓控制閥的主要參數(shù)見表2。

表2 液壓控制閥的主要參數(shù)

2.5 過濾站的控制方式

對于本過濾站控制部分采用PLC來實(shí)現(xiàn)過濾站的反沖洗設(shè)計(jì)，過濾站的控制系統(tǒng)采用了壓差控制方式。壓差控制中采用壓力傳感器來實(shí)時監(jiān)測濾網(wǎng)兩端的壓力，將壓力傳感器檢測到的數(shù)據(jù)傳給PLC，通過PLC邏輯判斷，與設(shè)定的壓力差值進(jìn)行對比后，對過濾站反沖洗進(jìn)行控制。壓差控制流程圖見圖6。

圖6 壓差控制流程圖

3 結(jié)語

該過濾裝置可以有效提高乳化液的純凈度，實(shí)現(xiàn)了高壓自動化沖洗，最大流量可以達(dá)到1 000 L／min，最大工作壓力不超過35 MPa，過濾精度可達(dá)到25μm，系統(tǒng)穩(wěn)定，適用于高壓大流量的液壓系統(tǒng)。

［1］ 劉金濤，張海豐.高壓過濾站在礦井乳化液液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.煤礦機(jī)械，2005（9）：134－135.

［2］ 李志斌，張梁，朱長義，等.高精度高壓乳化液反沖洗過濾站的研制［J］.煤礦機(jī)械，2007（7）：12－13.

［3］ 陳蕊娜.超聲波自動反沖洗過濾器的設(shè)計(jì)與機(jī)理研究［D］.大連交通大學(xué)，2006：31－45.

［4］ 范存德.液壓技術(shù)手冊［M］.沈陽：遼寧科技出版社，2004.

［5］ 吳俊俠.一種新型乳化液過濾站的研制與應(yīng)用［J］.煤炭工程，2009（6）：106－107.