高水基回液过滤器动态特性及反冲洗机理研究

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高水基回液过滤器主要应用在液压支架的回液管路上,为液压支架执行机构在工作时提供清洁的乳化液,目前,随着开采需求和综采技术的不断提高,对回液过滤器的过滤效率和精度等要求越来越高。回液过滤器的结构、反冲洗系统以及反冲洗原理的不同会直接影响过滤器的过滤效率和使用寿命,另外井下的工作环境恶劣,乳化液中的岩石、煤粉等固体颗粒会对过滤器造成冲蚀磨损,从而对过滤器中有密封要求的部位造成损坏,影响回液过滤器的可靠性。因此,本文以液压支架回液过滤器为研究对象,从回液过滤器的结构设计、液压系统压力损失计算和仿真、液固两相流对过滤器的冲蚀和滤网压降仿真、影响回液过滤器反冲洗的因素以及反冲洗动网格仿真等几个方面,对回液过滤器的动态特性及反冲洗机理进行研究,有效的改善了回液过滤器的过滤效率和反冲洗效果,保证了过滤器的工作性能以及安全可靠性。首先对高水基回液过滤器的结构和过滤系统进行研究,提出了一种由上、下筒体组件构成的过滤器,上筒体和下筒体通过卡箍组件连接在一起,回液过滤器包括过滤和反冲洗两种工作状态。为了提高回液过滤器在井下的自动化程度,提出了利用过滤器进出口压差控制或定时控制的反冲洗过滤系统,并对过滤状态时过滤器中各元件的压力损失进行分析计算。通过AMEsim建立回液过滤器元件模型和过滤系统模型并进行仿真分析,得到了回液过滤器的压力-流量特性曲线。其次,利用ICEM CFD建立回液过滤器处于过滤状态时的二维模型,并对其进行结构网格划分,利用Fluent中的离散相模型和多孔介质模型对过滤器的壁面冲蚀磨损和滤网压降进行仿真分析,仿真结果表明:乳化液在通过过滤器进出口缝隙处流速最大约为22m/s;当滤芯的渗透率为3.306×10-13m2时,乳化液通过滤网后的压力损失约为0.018MPa;含固体颗粒的乳化液对过滤器产生的冲蚀磨损,主要集中在控制单向阀和回液出口密封圈处,最大冲蚀磨损率出现在回液出口密封圈处,其值为1.13×10-6kg/(m2?s)。最后对回液过滤器的反冲洗机理及滤饼的剥落机理进行研究,确定了以打击压力和滤芯转速为表征滤芯清洗效果的指标,分别研究射流孔径、孔距和射流角对研究目标的影响,通过Fluent 6DOF动网格仿真得到:在射流压力为20MPa下,射流孔径为1.5mm,孔距为19.6mm,射流角为24°时滤芯清洗效果最好。
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