矿用净水站系统设计与纤维过滤器仿真研究

发布时间：2019-07-28 19:55

【摘要】：在井下建立净水站,对矿井水进行净化软化,在一定程度上可以减轻水环境保护压力,改善煤矿经济和环境效益。目前,潞安王庄矿、常村矿采用清水箱+喷雾泵+软水箱组合方式来实现矿井水的局部循环利用,但出现了诸如设备大而笨重、滤芯过滤精度差、容易堵塞、箱底堆积污物不易清除、自动化程度低等问题。基于上述情况,本论文提出了一种用于综采工作面的自动在线净水站,并对净水站的机械结构设计、弹塑性力学分析、静力学分析以及液压系统设计四个主要方面进行研究。论文在分析表层过滤与深层过滤机理的基础上,运用SolidWorks建立净水站的三维结构模型,按照过滤精度逐级提高的原则,设计四级过滤装置:一级网板式过滤,选取8mm规格圆孔过滤板,圆孔排列方式呈60°梅花排列;二级缝隙式过滤,选取楔形丝规格为2mm,开口率0.99%;三级纤维式过滤,选取旋翼式纤维滤料作为过滤介质;四级折叠式过滤,选取过滤精度为5μm,截留率达90%以上的折叠式滤芯,能够最大程度的提高过滤精度,保障出水水质。为了确保设备的安全运行,论文通过ANSYS有限元法对球罐环焊缝的残余应力进行分析和预测,利用单元生死技术,在体积热源的作用下,得到球罐的温度场与应力场。结果表明:在球罐外表面焊料与母材结合处经向残余应力较大可达510 MPa,纬向峰值则出现在焊缝中心;而在球罐内表面赤道位置处两向残余应力最大且均小于420 MPa;沿焊缝熔深方向焊接残余应力逐渐减小。为了满足煤矿设备对轻量化的要求,论文利用Workbench的Statics Structural静力分析模块对纤维过滤器内压作用下的应力进行分析。在此基础上,调用Direct Optimization直接优化模块,选取Screening筛选优化法进行优化分析,分析结果表明:过滤器总质量从553.15Kg降至392.79Kg,质量减少了约29%,优化效果明显。为了提高净水站的自动化程度和系统的可靠性,论文根据四级过滤的先后顺序以及缝隙滤网和纤维滤料的反洗原理,设计净水站反向冲洗回路与液压油路。其中,反冲洗液压回路包含五种工作模式:正常过滤模式、L罐反向冲洗模式、L罐正向冲洗模式、R罐反向冲洗模式、R罐正向冲洗模式。并建立液压系统的逻辑结构,使隔爆电动球阀的开闭与电磁换向阀动作位的切换更加安全可靠。自动在线净水站结构紧凑,阀件可靠,自动化程度高,正常净水与自动反冲洗功能的实现,使系统的智能化得到了进一步的提高,五种工作模式的自由切换,保证了供水的连续性。这对构建数字化矿井、智能化矿井、集约化矿井具有非常重要的意义。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD218

【参考文献】