3 500 t水壓機高壓供水管路過濾裝置設計

吳來友，劉新和

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

3 500 t水壓機高壓供水管路過濾裝置設計

吳來友，劉新和

（山東勝利鋼管有限公司，山東 淄博 255082）

為了減少鋼管水壓試驗過程中造成的水資源浪費，對鋼管生產線3 500 t水壓機基本工作原理及供水管路進行了分析和研究，設計了一種新型的具有自清洗功能的過濾裝置，對原來的高壓水箱的供水管路進行了改造。該過濾裝置濾芯由3層不銹鋼過濾網(wǎng)組成，成本低，易于維護保養(yǎng)，過濾效果好。實際使用表明，改進后的供水管路運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用，有效地改善了高壓水箱的供水問題，減少了水資源的浪費。

鋼管；水壓機；高壓水箱；過濾裝置；自清洗功能

Abstract:In order to reduce the waste of water resources in steel pipe hydraulic test process,it analyzed and studied the basic working principle and the water supply pipeline of steel pipe production line 3 500 t hydraulic press,designed a new kind of filter device which possesses the function of self-cleaning,and reformed the original water supply pipeline of high pressure water tank.The filter device adopted three layers stainless steel filter net,low cost,easy maintenance,is with good filtering effect.The practical use showed that the improved water supply pipeline running stability,realized the water resources recycling,effectively improved the problem of high pressure water tank water supply,reduced the waste of water resources.

Key words:steel pipe;hydraulic press;high pressure water tank;filter device;self-cleaning function

鋼管水壓機是一種利用油水平衡控制對鋼管進行靜水壓試驗的機器，其基本工作原理是帕斯卡定律，利用水為工作介質，以靜壓力傳遞進行工作。鋼管水壓機主要由鋼管傳送裝置、水路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)和控制系統(tǒng)幾部分組成。其中水路系統(tǒng)負責在鋼管進行靜水壓試驗時向鋼管內腔充水打壓。當鋼管夾持在水壓機的工位上時，打開沖水閥，向鋼管內腔注滿低壓水，然后開啟高壓水泵向系統(tǒng)內注高壓水，實現(xiàn)保壓和增壓功能，從而達到油壓和水壓的平衡，進而實現(xiàn)對鋼管的承壓等能力的檢驗。在實際大批量生產中，每天需要打壓的鋼管數(shù)量大，需要注入大量的高壓水，據(jù)測算每天消耗的高壓水達45 m3，試驗完成后，高壓水流入低壓水池內，水池里的水需要定期向外排放，造成水資源的嚴重浪費，增加了企業(yè)的生產成本。為了實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，本研究設計了一種成本低、易維護保養(yǎng)、過濾效果好的水循環(huán)過濾裝置。

1 高壓水箱供水管路原理

目前，山東勝利鋼管有限公司使用的是2臺山西三明重工機械制造有限公司制造的3 500 t水壓機。其中3臺高壓水泵的型號為3D2-SZ-75/30，高壓水泵前有個4 m3的水箱，在沒有改造前，對高壓水箱的注水是通過廠區(qū)的自來水直接供給，改造后完全可以實現(xiàn)水的循環(huán)利用。具體步驟為:試壓結束后高壓水流入低壓水池，經過本次改造增加的過濾裝置，然后注入高壓水箱；當?shù)蛪核瞄_啟時，水池里的水通過主管路進入注水裝置，其中一部分水通過設計的2個過濾精度為100目的過濾裝置，經過過濾后進入高壓水箱，由高壓水泵對水壓機進行注水。鋼管水壓機的高壓水箱供水原理如圖1所示。

圖1 鋼管水壓機高壓水箱供水原理

高壓水箱的供水來源有兩條支路，一條來自于原有的廠區(qū)自來水，經過DN50蝶閥、100目成品過濾器、水表、DN50單向閥進入高壓水箱。另一條則通過低壓水池的水經過本研究設計的過濾裝置過濾后進入高壓水箱。低壓水由低壓輸水管道進入過濾精度為100目的過濾器，過濾后依次經過蝶閥、單向閥、水表、蝶閥后進入高壓水箱。其中，關閉蝶閥可以維修更換單向閥和水表，兩個單向閥可以防止廠區(qū)自來水和高壓水箱的水進入過濾器，兩個水表可以分別測量廠區(qū)自來水和過濾水的用量。水表后單向閥的作用是防止經過過濾器的低壓水流入水表。

2 過濾裝置設計

2.1 濾芯的設計

高壓水箱的供水量較大且需要水的過濾精度比較高，目前市場上普通的過濾器難以同時滿足以上兩個要求。普通精度為100目的過濾器，過濾精度較高，鋼絲網(wǎng)孔徑較小，單位時間內通過的水量少。反之，降低過濾精度會增大水流量，但會使水質達不到使用要求，損壞高壓水泵，得不償失。本研究基于上述2點要求，并且根據(jù)現(xiàn)場設備的實際情況設計了一個新型過濾裝置，濾芯結構如圖2所示。

圖2 高壓水箱過濾裝置濾芯結構圖

該過濾裝置濾芯長449 mm，寬60 mm，高100 mm，有效過濾面積為44 900 mm2。滿足水流量要求。濾芯是由3層不銹鋼過濾網(wǎng)組成，最里層是2目的不銹鋼過濾網(wǎng)，中間層是8目的過濾網(wǎng)，最外層是100目的不銹鋼過濾網(wǎng)。2目的過濾網(wǎng)強度高，折成L形，主要起到骨架支撐作用，防止受水流沖擊變形，外面的兩層依次包裹在2目的過濾網(wǎng)上面，2條Φ3 mm不銹鋼絲將其固定在過濾器的卡槽之中。3層不銹鋼絲網(wǎng)組成的濾芯，既保證了過濾精度，同時又具有足夠的抗變形剛度和強度。

2.2 過濾裝置的整體設計

本次設計的過濾裝置，是由小蓋、長方管座、接口組架、濾芯以及螺栓等構成，整體結構如圖3所示。長方管座與低壓水輸送管道焊接在一起。接口組架與長方管座通過一圈規(guī)格為 M16× 50的螺栓連接，中間有密封墊圈，起到防止水流泄漏的作用。長方管座與接口組架的主體結構是由厚度10 mm的鋼板焊接而成，以此保證整個過濾裝置的強度。小蓋是一個規(guī)格135 mm×328 mm× 8 mm的鋼板，通過規(guī)格為M12×25的螺栓固定在接口組架上，拆下小蓋上的螺栓，可以觀察過濾器里面的狀況，便于維護保養(yǎng)。過濾裝置的主體結構是用10 mm的鋼板濾芯通過2條Φ3 mm的鋼絲固定在接口組架上的卡槽里面，如果需要更換濾芯，只需將長方管座上的一圈M16×50螺栓擰開，取下接口組架即可，拆裝十分方便。低壓輸送管道中的水流在壓強的作用下，一部分經過濾芯過濾沿著管道最終流入高壓水箱，擋在濾芯外面的固體顆粒大部分會被水流沖走，以防濾芯堵塞。

圖3 本次設計過濾裝置的整體結構示意圖

3 設計優(yōu)勢

此過濾裝置充分結合了水壓機設備的特點，進一步完善了高壓水箱的供水系統(tǒng)，其主要優(yōu)勢有以下幾點：

（1）過濾面積大。濾芯長450mm，寬100mm，高60 mm，保證了有效的過濾面積。

（2）更換濾芯方便。如需更換濾芯，只需將接口組架上面四周的一圈M16×50螺栓取下，拆下接口組架就可以更換濾芯。

（3）濾芯能實現(xiàn)自清洗功能。過濾器使用后會有顆粒物附著在濾芯上面，當?shù)蛪核迷俅伍_啟，輸水管道里的水流會突然噴灑在濾芯上面，從而使上面的顆粒物沖刷下來，起到清理作用。

4 維護保養(yǎng)

設計的過濾裝置核心部件是濾芯，該濾芯具有自清洗功能，正常情況下，濾芯是不容易堵塞的。由于濾芯是由3層不銹鋼鋼絲網(wǎng)組成的，鋼絲網(wǎng)屬于易損件，容易變形、損壞。需要定期的取下小蓋板觀察濾芯的使用情況。如果發(fā)現(xiàn)鋼絲網(wǎng)變形或損壞需及時更換，否則會影響過濾精度，使過濾后的水達不到設計要求，從而損壞高壓水泵。

5 結束語

該過濾裝置安裝在水壓機的低壓水輸送管道后，工作狀態(tài)穩(wěn)定，使用效果良好。正常情況下可以關閉廠區(qū)的自來水，只需用過濾后的低壓水對高壓水箱進行供水，極大地減少了廠區(qū)自來水的消耗，實現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用，減少了對環(huán)境的污染，降低了企業(yè)成本。本次改造對原來的高壓水箱供水系統(tǒng)起到良好的補充作用，同時又與廠區(qū)自來水供水系統(tǒng)不沖突，且該過濾裝置拆裝方便，成本低，達到了設計目的，為進一步的推廣提供了有力的依據(jù)。

[1]張佩山,張晶晶,周立兵.鋼管水壓試驗機結構現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].冶金設備,2011（S1）：60-63.

[2]賈守心.可視可清洗過濾器結構設計[J].硅谷,2014（10）：13-13.

[3]王愛偉.吸污式自清洗過濾器的開發(fā)與理論研究[D].北京：北京化工大學,2008.

[4]王愛偉,朱海軍,錢才富,等.自清洗過濾器結構特點與應用前景[J].石油和化工設備,2007,10（4）：68-70.

[5]王愛偉,范德順.自清洗過濾器的分類及特點[J].過濾與分離,2008,18（2）：46-48.

[6]劉建華，賈煥麗，王啟倫.水利驅動全自動過濾器的設計分析[J].機械設計與研究，2012,28（2）：103-105.

[7]李光輝.3500噸水壓機油水平衡系統(tǒng)的設計及優(yōu)化[D].濟南：山東大學，2015.

[8]趙國相.鋼管水壓試驗機主要結構型式[J].石油礦場機械,2011,40（8）：85-87.

[9]史亞臣,韓飛躍,王立芳.Φ340 mm鋼管水壓試驗機系統(tǒng)的研制[J].鋼管,2011,40（2）：54-56.

[10]陳國金.大直徑焊接鋼管水壓試驗機的研制[J].重型機械,2001（4）：19-22.

Filter Device Design for 3 500 t Hydraulic Press High Pressure Water Supply Pipeline

WU Laiyou,LIU Xinhe
（Shandong Shengli Steel Pipe Co.,Ltd.,Zibo 255082,Shandong,China）

TE973.6

B

10.19291/j.cnki.1001-3938.2017.03.010

2017-01-10

編輯：黃蔚莉

吳來友（1987—），男，漢族，本科學歷，工程師，目前主要從事螺旋焊管設備管理、設計和技術服務工作。