一種新型全自動智能旋流式高壓反沖洗過濾站的研制

呂松

摘 要： 本文針對目前井下液壓過濾器安全性和可靠性低的問題，深入分析液壓支架自動反沖洗過濾站液壓系統原理，設計開發了一種全自動智能旋流式高壓反沖洗過濾站，兼有過濾介質和自身清洗兩種功能，能有效地保證液壓支架系統清潔度高的要求，從而提高液壓支架系統的可靠性，延長乳化液閥的使用壽命，為煤礦安全高效生產帶來一定的便利性。

關鍵詞： 過濾站 濾芯 反沖洗

高壓反沖洗過濾站被廣泛應用于煤礦井下工作面的液壓系統中，其功能主要是對液壓系統中的高壓乳化液、高壓油進行過濾并實現自我清潔，保證液壓系統元件在清潔的系統環境中使用，提高液壓系統中元件的可靠性。由于現在普遍采用的反沖洗過濾站在結構和功能方面存在著一定的缺陷，導致使用過程中監控手段單一、過濾精度較低、濾芯等核心元器件易損。全自動智能旋流式高壓反沖洗過濾站中有簡單有效的過濾反沖洗設備，可在十幾秒內完成一臺液壓支架過濾網的清洗，過濾精度25μm，適用于過濾礦用乳化液介質。

1.自動反沖洗工作站設計方案

采用“全數控操作系統+乳化液沖洗液過濾回收+核心部件改進”的整體設計方案，即采用“濾芯通透率+油液污染度+壓力差”相結合的三維數字監控程序，通過數控系統終端液晶顯示控制板，對過濾站的主要工作參數進行可視化操作加裝污染液沉降裝置，對反沖洗流出的污染液進行沉降凈化，使乳化液或油液可以二次利用；改進濾芯的結構，通過磁控濺鍍技術提高濾網的表面硬度，骨架內加設傘式加轉元件的新型濾芯，提高濾芯的反沖洗除污效果，采用新型無螺絲扣件快速鎖定結構設計方案實現濾芯和殼體的快速拆換。

2.自動反沖洗工作站的工作原理

如下圖所示；該設備包括機座①支撐座②加壓罐③超精密過濾器④集成閥座裝置⑦止回閥⑧交替閥⑨進液口⑩集成閥安裝面板11、過濾沉淀裝置12。集成閥裝置⑦底部連接超精密過濾器④和加壓罐③，超精密過濾器④與集成閥座裝置由高強度螺栓緊固和密封圈密封，超精密過濾器④下部連接排污閥，排污閥是用快速插頭與超精密過濾器④采用插裝連接，排污閥下部的污液回收裝置出口用軟管與污水匯集管快速連接后進入過濾沉淀裝置12，用于污液回收。集成閥座裝置⑦閥體內設有主通道，并通過閥體主通道連接安裝在集成閥座裝置⑦內的止回閥、交替閥⑨和反沖閥，交替閥⑨內設有兩個通道分別連通兩座超精密過濾器④。集成發作裝置⑦在交替閥⑨一側的閥體上設有進液口⑩，另一側設有出液口⑥超精密過濾器④包括外殼和濾芯，外殼上端連接設有中心孔的堵塊且中心孔上設有方形凹槽的，濾芯上設置帶有鎖定塊的壓蓋，鎖定塊和方形凹槽匹配，同時在外殼上端設有端蓋，端蓋帶有壓桿，通過壓桿頂住和外殼鎖在一起的濾芯端蓋。

正常工作時，反沖閥和止回閥⑧均位于通路位置，排污閥②關閉，乳化液通過進液口⑩進入交替閥⑨，由交替閥⑨其中的一個通道進入集成閥座裝置⑦主通道，通過止回閥⑧進入超精密過濾器④，乳化液由殼體和濾芯之間的空隙經過濾芯過濾，然后通過打開集成閥座裝置⑦中的止回閥⑧進入回液管路，由出液口⑥通過管路進入工作面至液壓支架實用。

需要反沖時，由數控程序系統壓力傳感器和污染度傳感器采集的數據自動控制進行沖洗，首先關閉超精密過濾器④相對應的止回閥，反沖閥置于通路，然后數控系統控制開啟排污閥，采用進液系統壓力的乳化液通過反沖閥進入超精密過濾器④中進行沖洗濾芯。沖洗液通過集成閥座裝置⑦進入濾筒內后，在濾芯內設置的傘式骨架加旋件的作用下，沖洗液在超精密過濾器④內發生渦流旋轉。清洗后的污液通過排污閥②排入污液回收裝置。反沖結束后排污閥關閉，控制系統相繼打開止回閥⑧，使止回閥⑧置于通路，即完成一次反沖洗過程。

3.工作站核心零部件的改進

3.1運用磁控濺鍍技術提高濾網的表面硬度。市場上的反沖洗站的濾網材質一般采用不銹鋼材質，由于煤礦井下的環境復雜，且污染物主要以煤塵顆粒為主，導致了濾網易粘連和摩擦受損。本項目采用磁控濺鍍技術在濾網表面堵上一層硬質薄膜，有效提高了濾網的表面硬度和光潔度。使用該技術不僅提高了液壓系統工作狀態時濾芯單位面積的流量，而且提高了反沖洗時的射流對垢層的剝離效果和濾網耐磨性，有效延長了濾網的使用壽命。

3.2設計骨架內帶有傘式加轉元件的新型濾芯，提高濾芯反沖洗的除污效果。目前市場上的濾芯一般采用柱形中空結構，反沖洗時液體從出口反向流入并從進口處流出，靠壓力差帶動液體反向徑向沖擊從而起到清污的效果。由于徑向沖擊的方向性和擴散時的壓力損耗導致沖洗的維度單一，存在清洗死角和盲點。為了克服這一缺點，本項目在濾芯內設有傘式骨架加旋件，在反沖洗時，在反向沖洗液壓力作用下，該加旋件打開呈傘狀并繞旋轉軸高速旋轉，從而使沖洗液產生渦流效應，實現濾網的全方位沖洗。

3.3在濾筒和濾芯上采用新型無螺絲扣件快速鎖定結構設計方案，作為使濾筒和濾芯的連接緊固的方式。濾筒組件包括濾筒外殼和濾芯，是反沖洗過濾站的核心部件。本項目通過應用新型無螺絲扣件快速鎖定結構技術，即在外殼上端連接設有中心孔的堵塊且中心孔上設有方形凹槽，濾芯上設置帶有鎖定塊的壓蓋，鎖定塊和方形凹槽匹配，同時在外殼上端設有端蓋，端蓋帶有拉環和壓桿，通過壓桿頂住和外殼所在一起的濾芯端蓋。該技術克服了傳統螺紋連接在更換或維修濾芯時造成的生銹和卡死現象。

4.過濾站的自動控制系統工作參數

4.1自動控制系統：通訊模塊采用PCA82C250集成電路，通訊功率最高可達10Mbit/s，傳輸距離最遠可達10km，AD轉換模塊采用16通道，10位精度的芯片對壓力傳感器和污染度傳感器的電信號進行模數轉化，信號處理模塊采用TLV2374集成電路對壓力傳感器和污染度傳感器采集到的信號進行放大，壓力傳感器采用本安型傳感器，工作電壓DC12V，額定工作電流15Ma，量程0～60MPa，污染度傳感器采用光門原理的激光傳感器，檢測顆粒尺寸4-450um；顆粒數量≤24000個/ml。核心單片機采用MC9S12系列16位單片機才有5V供電，25MHz的總線技術，核心單片機與液晶顯示器通過232通訊模塊進行數據傳輸。

4.2過濾系統：液壓系統的總流量1000L/min，最高工作壓力達到40MPa，過濾精度25um，每組過濾器的流量500L/min，對15～50um的粒子具有97%以上截留率。液體通過濾網的速度為2.5m/s，液壓經過濾站的壓力損失為0.15MPa。

4.3反沖洗系統：在壓力傳感器和污染度傳感器檢測的信號通過數據傳輸給核心單片機讀取。讀取的信號經后臺程序運算處理后和預先設定的正常濾芯通透率值（60%）進行比較。如果超過設定值，PLC將發出反沖洗的控制信號，每次沖洗的時間為5～10秒。

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