CN111249790B - 用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，属于井下气水源处理技术领域。该发明包括一级过滤装置、二级过滤装置、管路系统和反向清洗系统，一级过滤装置包括固定螺栓、滤芯、筒体和排污阀，二级过滤装置包括导流器、滤壳、压力表、滤网箍、过滤介质、支撑栅格和排污阀，管路系统包括水气源开关、连通管、连通接头和压力表，反向清洗系统包括换向阀、过滤装置和闸阀。本装置同时适用于矿井用水和压风气体的过滤净化和降压；使用两级净化装置且结构材料使用不锈钢，可延长装置使用寿命和维护周期；各组件均可拆卸，有反向清洗系统，能够延长装置使用寿命及维护周期，便于装置维护。

Description

用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置
技术领域
本发明涉及井下气水源处理技术领域，特别是指一种用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置。
背景技术
近年来，随着采矿技术不断发展，大型机械化采矿设备的普及导致井下生产性粉尘浓度不断增加，严重危害着井下工作人员的健康。因此，研发高效降尘技术和装备对控制井下粉尘浓度、保护工人职业健康具有重要意义。
目前，井下抑尘措施主要应用通风排尘和喷雾降尘两种方法。实践表明，矿山井下通风状态不够稳定，仅依靠采场通风排尘无法满足现场除尘要求；而普通喷雾降尘装置产生的水雾颗粒大，不能有效去除呼吸性煤尘。基于此，近年来，干雾抑尘技术由于雾化效果好、动力需求低等原因，开始在矿山井下进行尝试性应用。然而，干雾抑尘装备的喷嘴出水口直径一般均小于10μm，而井下压风、送水管路中含有大量固体颗粒杂质，致使干雾抑尘装备的喷嘴在使用过程中极易堵塞，这大大限制了干雾抑尘装备的现场使用效率。
因此，针对干雾抑尘装备研发一种精过滤、不易堵塞、成本低、结实耐用的气、水过滤装置对提高干雾抑尘装备的整体使用性能具有重要的意义。
发明内容
本发明为解决目前干雾抑尘装备喷头被杂志堵塞等问题，提供一种用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，将干雾抑尘装备所用的气源和水源中的杂质进行过滤，防止杂质堵塞干雾喷头。
该装置包括一级过滤装置、二级过滤装置、管路系统和反向清洗系统，一级过滤装置包括固定螺栓、滤芯、筒体和排污阀A，二级过滤装置包括导流器、滤壳、压力表A、滤网箍B、过滤介质B、支撑栅格和排污阀B，管路系统包括水气源开关、连通管、连通接头和压力表B，反向清洗系统包括换向阀、过滤装置和闸阀，其中，一级过滤装置上端连接连通管B，连通管B通过连通接头 A与二级过滤装置相连，二级过滤装置另一端连接换向阀B，二级过滤装置和换向阀之间设置连通接头B和连通管C，一级过滤装置左侧通过连通管A连接换向阀A，换向阀A外接水气进出的管道上设置水气源开关和压力表B，换向阀B外接用于水气进出的连通管D，换向阀A和换向阀B通过连接管分别连接在过滤装置的两侧，一级过滤装置和二级过滤装置之间的连通管上设置闸阀。
水气源开关控制水源气源的启闭和流量，压力表B设置在水气源开关和换向阀A之间，压力表B量程为0-30MPa。
滤芯包括滤网箍A、过滤介质A和滤芯主体，过滤介质A由滤网箍A固定在滤芯主体上，其中，滤芯主体的材质为316L不锈钢，滤芯主体上部有呈正六边形排列的孔和中心的水、气源出口，下部为半封闭栅格，过滤介质A为多层梯形丝过滤网。
一级过滤装置和二级过滤装置的承压能力均≥15Mpa。
筒体、导流器、滤壳和支撑栅格的材质均为316L不锈钢，滤网箍B的材质为PVC塑料，筒体与滤芯使用固定螺栓固定，二者接触面使用橡胶圈密封；支撑栅格透过度为50％。
过滤介质B使用多层梯形丝过滤网，由滤网箍B与支撑栅格固定于导流器上；导流器与滤壳使用螺纹连接固定。
压力表A用来测量出口水压，量程0-20Mpa，支持双向测压；压力表B用来测量入口气、水压力，量程0-30Mpa，单向测压。
连通管为4分镀锌不锈钢管，连通接头为4分不锈钢卡套，连通管与连通接头材质均为306不锈钢。
换向阀为L型三通球阀。
过滤装置的过滤介质精度要求为过滤粒径8μm，且支持拆装清洗；过滤介质A的精度要求为过滤粒径10μm；过滤介质B的精度要求为过滤粒径8μm。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明可对干雾抑尘装备所使用的水源与气源进行过滤净化：①水源过滤装置：井下干雾抑尘装备所用水源为矿井用水，矿井用水水质差且硬度高，容易堵塞干雾喷头，使用水源过滤装置对水源进行处理可延长装置使用寿命；②气源过滤装置：井下干雾抑尘装备所用气源为压风气源，压风气源存在铁锈杂质，容易堵塞干雾喷头，使用气源过滤装置对气源进行处理可延长装置使用寿命。
附图说明
图1为本发明的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置的结构示意图；
图2为本发明的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置的正常工作流程示意图；
图3为本发明的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置的反向清洗系统一级清洗流程示意图；
图4为本发明的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置的反向清洗系统二级清洗流程示意图；
图5为本发明的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置的一级过滤装置结构示意图；
图6为本发明的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置的二级过滤装置结构示意图。
其中：1-一级过滤装置，2-二级过滤装置，4-反向清洗系统，11-固定螺栓，12-滤芯，13-筒体，14-排污阀A，121-滤网箍A，122-过滤介质A，123- 滤芯主体，21-导流器，22-压力表A，23-滤壳，24-滤网箍B，25-过滤介质B， 26-支撑栅格，27-排污阀B，31-水气源开关，321-连通管A，322-连通管B， 323-连通管C，324-连通管D，331-连通接头A，332-连通接头B，34-压力表 B，411-换向阀A，412-换向阀B，42-过滤装置，43-闸阀。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置。
如图1所示，该装置包括一级过滤装置1、二级过滤装置2、管路系统和反向清洗系统4，如图5所示，一级过滤装置1包括固定螺栓11、滤芯12、筒体13和排污阀A14，如图6所示，二级过滤装置2包括导流器21、滤壳23、压力表A22、滤网箍B24、过滤介质B25、支撑栅格26和排污阀B27，管路系统包括水气源开关31、连通管、连通接头和压力表B34，反向清洗系统4包括换向阀、过滤装置42和闸阀43，其中，一级过滤装置1上端连接连通管B322，连通管B322通过连通接头A331与二级过滤装置2相连，二级过滤装置2另一端连接换向阀B412，二级过滤装置2和换向阀B412之间设置连通接头B332和连通管C323，一级过滤装置1左侧通过连通管A321连接换向阀A411，换向阀 A411外接水气进出的管道上设置水气源开关31和压力表B34，换向阀B412 外接用于水气进出的连通管D324，换向阀A411和换向阀B412通过连接管分别连接在过滤装置42的两侧，一级过滤装置1和二级过滤装置2之间的连通管32上设置闸阀43。
水气源开关31控制水源气源的启闭和流量，压力表B34设置在水气源开关31和换向阀A411之间。
滤芯12包括滤网箍A121、过滤介质A122和滤芯主体123，过滤介质A122 由滤网箍A121固定在滤芯主体123上，其中，滤芯主体123的材质为316L 不锈钢，滤芯主体123上部有呈正六边形排列的孔和中心的水、气源出口，下部为半封闭栅格。
一级过滤装置1和二级过滤装置2的承受能力均≥15Mpa。
筒体13、导流器21、滤壳23和支撑栅格26的材质均为316L不锈钢，滤网箍B24的材质为PVC塑料，筒体13与滤芯12使用固定螺栓11固定，二者接触面使用橡胶圈密封；支撑栅格26透过度为50％。
过滤介质B25使用多层梯形丝过滤网，由滤网箍B24与支撑栅格26固定于导流器21上；导流器21与滤壳23使用螺纹连接固定。
压力表A22用来测量出口水压，量程0-20Mpa，支持双向测压；压力表B34 用来测量入口气、水压力，量程0-30Mpa，单向测压。
连通管为4分镀锌不锈钢管，连通接头为4分不锈钢卡套，连通管与连通接头材质均为306不锈钢。
换向阀为L型三通球阀。
过滤装置42的过滤介质精度要求为过滤粒径8μm，且支持拆装清洗；过滤介质A122的精度要求为过滤粒径10μm；过滤介质B25的精度要求为过滤粒径8μm。
过滤介质的滤网设计，其压降计算使用达西方程与柯兹尼-卡门方程校正计算。
达西方程：
Figure BDA0002395871510000051
式中，A——过滤介质总表面积(m3)；
Figure BDA0002395871510000052
——体积流量(m3/s)；u——流体通过过滤介质的平均线速度(m/s)；μ——流体粘度(Pa·s)；B——过滤介质(滤网)的特定透过度(m3)；ΔP——流体通过过滤介质的总压降(Pa)；L——过滤介质的厚度(m/s)。
柯兹尼-卡门方程：
Figure BDA0002395871510000053
式中，ε——过滤介质的孔隙度；S0——过滤介质比面；Kl——科泽尼系数。
推导出压降公式：
Figure BDA0002395871510000054
本发明过滤介质选用滤网为梯形丝滤网，编织方式为平纹，其有效界面率为10％，即滤网的孔隙度ε＝10％。
在实际应用中，正常使用流程中，闸阀43保持常开；首先打开水气源开关 31，调节水气源开关31，观察压力表B34，使入口介质压力处于0-15Mpa；调节闸阀43并观察压力表A22，使出口介质压力处于0-4Mpa。
如图2所示，水气源中的未过滤水或气体通入装置连通管A321，未过滤水或气体首先到达换向阀A411，之后从筒体13上的入口通入一级过滤装置1，未过滤水或气体通过过滤介质A122后获得一级过滤水或气体，未过滤水或气体中直径大于10μm的杂质颗粒会被截留在筒体13和过滤介质A122之间。
一级过滤水或气体从滤芯主体123上部装置出口排出，再经连通管B322 到达二级过滤装置2导流器21入口处，一级过滤水或气体通过过滤介质B25 得到二级过滤水，一级过滤水中直径大于8μm的杂质颗粒将被截留在滤壳23 和过滤介质B25之间。
二级过滤水从导流器21出口排出，通过连通管C323和换向阀B412离开本过滤装置，进入喷雾装置。
反向冲洗流程中，首先切换两个换向阀的方向，之后打开排污阀A14和排污阀B27，关闭闸阀43。
如图3所示，一级反向冲洗流程：打开水气源开关31；入口压力稳定在15Mpa 左右；水源经连通管和换向阀A411到达过滤装置42；过滤装置42将水中直径大于8μm的杂质颗粒过滤；过滤水通过连通管和换向阀B412到达二级过滤装置2；过滤水冲洗附着在过滤介质B25上的杂质，杂质落入滤壳23；滤壳 23内的杂质通过排污阀B27排出装置外。
待二级过滤装置2中的杂质清理干净后，关闭水气源开关31和排污阀B27，打开闸阀43。
如图4所示，二级反向冲洗流程：打开水气源开关31，入口压力稳定在15Mpa 左右；水源经连通管和换向阀A411到达过滤装置42；过滤装置42将水中直径大于8μm的杂质颗粒过滤；过滤水通过连通管和换向阀B412到达二级过滤装置2之后，又通过闸阀43到达一级过滤装置1；水冲洗附着在过滤介质A122 上的杂质，杂质落入筒体13；筒体13内的杂质通过排污阀A14排出装置外。
反向冲洗收尾流程：待一级过滤装置1中的杂质清理干净后，关闭水气源开关31，打开排污阀B27；将两个换向阀切换回正常工作状态；将过滤装置 42拆下并清洗；待一级过滤装置1和二级过滤装置2中积水流尽后关闭排污阀A14和排污阀B27。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：包括一级过滤装置(1)、二级过滤装置(2)、管路系统和反向清洗系统(4)，一级过滤装置(1)包括固定螺栓(11)、滤芯(12)、筒体(13)和排污阀A(14)，二级过滤装置(2)包括导流器(21)、滤壳(23)、压力表A(22)、滤网箍B(24)、过滤介质B(25)、支撑栅格(26)和排污阀B(27)，管路系统包括水气源开关(31)、连通管、连通接头和压力表B(34)，反向清洗系统(4)包括换向阀、过滤装置(42)和闸阀(43)，其中，一级过滤装置(1)上端连接连通管B(322)，连通管B(322)通过连通接头A(331)与二级过滤装置(2)相连，二级过滤装置(2)另一端连接换向阀B(412)，二级过滤装置(2)和换向阀B(412)之间设置连通接头B(332)和连通管C(323)，一级过滤装置(1)左侧通过连通管A(321)连接换向阀A(411)，换向阀A(411)外接水气进出的管道上设置水气源开关(31)和压力表B(34)，换向阀B(412)外接用于水气进出的连通管D(324)，换向阀A(411)和换向阀B(412)通过连接管分别连接在过滤装置(42)的两侧，一级过滤装置(1)和二级过滤装置(2)之间的连通管(32)上设置闸阀(43)；
所述水气源开关(31)控制水源气源的启闭和流量，压力表B(34)设置在水气源开关(31)和换向阀A(411)之间，压力表B(34)量程为0-30MPa；
所述一级过滤装置(1)和二级过滤装置(2)的承压能力均≥15Mpa；
所述过滤介质B(25)使用多层梯形丝过滤网；过滤介质B(25)由滤网箍B(24)与支撑栅格(26)固定于导流器(21)上；导流器(21)与滤壳(23)使用螺纹连接固定。
2.根据权利要求1所述的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：所述滤芯(12)包括滤网箍A(121)、过滤介质A(122)和滤芯主体(123)，过滤介质A(122)由滤网箍A(121)固定在滤芯主体(123)上，其中，滤芯主体(123)的材质为316L不锈钢，滤芯主体(123)上部有呈正六边形排列的孔，滤芯主体(123)上部中心设置水源或气源出口，滤芯主体(123)下部为半封闭栅格，过滤介质A(122)为多层梯形丝过滤网。
3.根据权利要求1所述的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：所述筒体(13)、导流器(21)、滤壳(23)和支撑栅格(26)的材质均为316L不锈钢，滤网箍B(24)的材质为PVC塑料，筒体(13)与滤芯(12)使用固定螺栓(11)固定，筒体(13)与滤芯(12)接触面使用橡胶圈密封；支撑栅格(26)透过度为50％。
4.根据权利要求1所述的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：所述压力表A(22)用来测量出口水压，量程0-20Mpa，支持双向测压；压力表B(34)用来测量入口气或水的压力，量程0-30Mpa，单向测压。
5.根据权利要求1所述的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：所述连通管为4分镀锌不锈钢管，连通接头为4分不锈钢卡套，连通管与连通接头材质均为306不锈钢。
6.根据权利要求1所述的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：所述换向阀为L型三通球阀。
7.根据权利要求1所述的用于井下干雾抑尘装备的气水共用型过滤装置，其特征在于：所述过滤装置(42)的过滤介质精度要求为过滤粒径8μm，且支持拆装清洗；过滤介质A(122)的精度要求为过滤粒径10μm；过滤介质B(25)的精度要求为过滤粒径8μm。
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