液壓支架乳化液泵站過濾系統(tǒng)的優(yōu)化分析

張志遠(yuǎn)

（太原煤氣化（集團）有限責(zé)任公司， 山西 太原 030032）

引言

煤礦采掘生產(chǎn)工作通常是在惡劣的條件下進(jìn)行，環(huán)境污染對液壓生產(chǎn)系統(tǒng)的工作性能影響較大。煤礦井下液壓支架常常因為故障而被運至地面檢修，一批批相配套的閥組閥芯花費高額費用更換，現(xiàn)場工程技術(shù)人員考慮過濾很有難度，如果設(shè)計一套反流沖洗過濾站對液壓系統(tǒng)進(jìn)行自動清洗，就可以減弱污染物對液壓系統(tǒng)的影響，從而提高液壓支架的壽命和工作可靠性[1-2]。

1 乳化液供液系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

液壓支架是綜采工作面的重要設(shè)備之一，可以起到保護(hù)采煤設(shè)備及保護(hù)一線施工人員安全的作用，乳化液之于液壓支架就相當(dāng)于血液之于人體。如果乳化液因受污染而使得其清潔度較差，則會直接加速液壓系統(tǒng)元器件的磨損，最終宏觀表現(xiàn)為液壓支架不能正常工作[3]。為了克服上述問題，目前常用的解決辦法是在液壓系統(tǒng)中設(shè)置反沖洗過濾器，借助的乳化液對過濾器濾芯進(jìn)行沖洗，并把沖洗后的乳化液及污染物直接排放到工作場所。這樣雖然對系統(tǒng)中的污染物進(jìn)行了清除，但是由于乳化液不可分解，因而會污染和破壞地下水資源。

當(dāng)前國內(nèi)外市場上的高壓過濾器基本都存在兩個極端缺陷：精度可以保證，但是流量達(dá)不到；流量達(dá)到使用要求，但精度要求達(dá)不到。

液壓支架直接回液系統(tǒng)中的乳化液經(jīng)過過濾后，回液過濾器的精度普遍在60 μm左右。過濾后的乳化液輸入到乳化液泵箱循環(huán)利用，但是精度與液壓支架允許的粒徑≤25 μm的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這樣會導(dǎo)致高壓過濾站超負(fù)載運行，濾芯更換極為頻繁。如圖1所示為液壓支架過濾系統(tǒng)常用過濾器實物。

圖1 液壓支架過濾系統(tǒng)常用過濾器實物

供液過濾系統(tǒng)精度和流量不達(dá)標(biāo)，操作繁瑣復(fù)雜，尤其是使用進(jìn)口過濾裝置，一個配件就需要兩個月甚至更長時間，而國內(nèi)的一些產(chǎn)品也不達(dá)標(biāo)，而且操作需要專業(yè)人員。煤礦井下環(huán)境復(fù)雜，一線工人的職業(yè)素質(zhì)參差不齊，不操作或者誤操作均會造成過濾裝置故障，維護(hù)費用的支出非常龐大。

2 乳化液泵站供液、回液過濾系統(tǒng)的優(yōu)化目的

在大量調(diào)研工作的基礎(chǔ)上，乳化液泵站供液、回液過濾系統(tǒng)需要優(yōu)化的內(nèi)容主要包括三點：其一是為了保證配比水的潔凈度，需要優(yōu)化液壓支架乳化液的配比供水系統(tǒng)；其二是為了確保液壓支架的運行順暢，需要優(yōu)化液壓支架高壓乳化液過濾站的過濾系統(tǒng)；其三是為了保證回收循環(huán)再利用，實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能減排，需要優(yōu)化液壓支架管道的回液過濾方法。

密封閥口及其他做往復(fù)運動的零件是液壓支架液壓系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)損壞的地方，損壞原因主要可概況為兩種：使用頻次達(dá)到使用壽命或因故障非正常損壞[4]?，F(xiàn)有技術(shù)條件下，國產(chǎn)液壓支架用閥的正常使用壽命約為6 000次，按照工作面長1 500 m、采煤機截深0.8 m考慮，可滿足回采完成3～4個工作面操作使用。然而實際使用過程中，服務(wù)1～2個工作面回采后，就需要對液壓支架的液壓元件進(jìn)行一次全面檢修，使用壽命大大低于其設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗和故障診斷可知，導(dǎo)致液壓元件故障多和使用壽命低的主要原因就是乳化液污染。因此，乳化液泵站供液、回液過濾系統(tǒng)優(yōu)化的主要手段就是增加過濾裝置控制污染，清潔液壓元件的工作環(huán)境。若在整個液壓支架系統(tǒng)中增設(shè)一套大流量反流沖洗過濾站，增強過濾能力，保證液壓系統(tǒng)的清潔度，就可以降低系統(tǒng)故障率，防止電液閥堵塞，減少機械維護(hù)成本和工作面停機停產(chǎn)，會使整個液壓支架系統(tǒng)運行更加順暢，從而提高液壓支架的工作效率，達(dá)到高效、高強、穩(wěn)定的工作目的。

3 乳化液泵站供液、回液過濾系統(tǒng)的優(yōu)化方案

乳化液泵站及其供液、回液管路是液壓支架液壓系統(tǒng)的兩部分核心內(nèi)容[5]，優(yōu)化方案采用安裝三臺乳化液泵和兩個乳化液箱的方式，其中兩臺乳化液泵并聯(lián)運行工作，另外一臺備用，以保證穩(wěn)定可靠供液和回液。

優(yōu)化方案采用閉式排污方法，把高壓過濾站和自動反沖洗清水過濾器以及反沖洗回液過濾站組合成一個密閉的過濾系統(tǒng)。該過濾系統(tǒng)對乳化液配比水嚴(yán)格要求，并可回收并循環(huán)利用回液管路排出的乳化液。進(jìn)液乳化液配比水管道上安裝一臺進(jìn)液過濾站，壓力為5.0 MPa；在高壓乳化液泵站后端安裝一臺高壓過濾站，壓力為31.5～37.5 MPa；在液壓支架后端安裝一臺回液過濾站，壓力為5.0 MPa；過濾精度均為25 μm。該方案首先對系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，然后對系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計計算和油路集成化設(shè)計，反沖洗回液過濾站對乳化液進(jìn)行回收循環(huán)利用而不是直接排放，從而可有效減少使用量。經(jīng)過該系統(tǒng)過濾后的乳化液中的顆粒物大小≤25 μm，可滿足清潔度要求，在保障支架液壓系統(tǒng)運行可靠的同時，杜絕了任意排放乳化液對水資源的污染[6]。過濾裝置的系統(tǒng)原理如圖2所示。

過濾裝置的工作過程可概況為如下兩種狀態(tài)：

1）正常過濾狀態(tài)。需要過濾的乳化液從入口流入機體，機體內(nèi)的濾芯完成過濾工作，經(jīng)過過濾達(dá)到清潔度要求的乳化液從機體的出口排出循環(huán)使用。這一過程中，過濾裝置的排污閥始終關(guān)閉，不會有污染物流出。

2）過濾站反沖洗排污狀態(tài)。過濾站工作一定時間完成設(shè)定的過濾流量后，經(jīng)濾芯過濾收集的雜質(zhì)會在濾網(wǎng)上沉積。因而當(dāng)過濾站的流入和流出端的壓力達(dá)到0.5 MPa壓力差時，過濾站就需要由正常過濾狀態(tài)轉(zhuǎn)換到過濾站反沖洗排污狀態(tài)。反沖洗過程中，排污閥打開，被反沖掉的濾芯內(nèi)側(cè)污染物經(jīng)排污閥流出。反沖洗結(jié)束后，排污閥關(guān)閉，過濾裝置又轉(zhuǎn)換到正常過濾狀態(tài)。

圖2 過濾裝置系統(tǒng)原理示意圖

4 結(jié)語

本文所提供的乳化液泵站供液、回液過濾流程優(yōu)化方案的特點是通過設(shè)置相對獨立的一套反沖洗過濾裝置，具備過濾和清洗功能。使用該方案可實現(xiàn)乳化液污染物的收集、過濾及清除工作，過濾能力強，通流能力大，提高了自清洗裝置的可靠性和液壓支架的使用壽命。