全自动立式过滤机Word文件下载.doc
- 文档编号:473904
- 上传时间:2023-04-29
- 格式:DOC
- 页数:56
- 大小:1.09MB
全自动立式过滤机Word文件下载.doc
《全自动立式过滤机Word文件下载.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《全自动立式过滤机Word文件下载.doc(56页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
随着水资源的缺乏和水污染的日益严重,废水的过滤与分离能很好的解决废水的处理与重复利用的问题,实现良好的经济效益和社会效益。
但传统的过滤分离设备占地空间大,连续生产能力低,自动化程度不高,造成人力物力财力的浪费。
本文以自行开发50m3/h处理量全自动白清洗过滤器为基础,提出了全自动自清洗过滤器的各操作参数的设计思想和方法,并建立了过滤过程中过滤器的模型,借此确定控制系统的控制参数。
主要工作内容如下;
研制设计了一台处理量为50m3/h、工作压力为1.6-2.5Mpa,要求过滤精度为0.1-200μm,过滤总面积为10㎡,电动机功率为5.5KW,工作温度为-5℃-105℃的全自动自清洗过滤器。
该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件,整机体积较小,精度可调节,适合于各类工业生产。
本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸,并对过滤器内部过滤机理进行分析,讨论了几个过滤参数,并应用于过滤器控制系统设计之中。
title:
Automaticverticalfiltermachinedesign
KeyWords:
filter,structure;
controlsystem;
Programmableenfroller;
Abstract:
Asshortofwaterresourceandmoreandmoreserioussituationofwaterpollution,filtrationandseparationhavebeenthebestwaytosettletheproblemofReuseofwastewaterandrealizationofwelleconomybenefitandsocialbenefit.Butthereareseveraldisadvantagesintheseraditionalfilterssuchasgreatvolume,discontinuousproduction,lackofautomation,greatwasteofmanpower,materialresources,financial.Basedondesignofautomaticself-cleaningfilteronindustrialscale(50m3/h),thedesignandoptimizationproceduresofseveraloperationparametersarepresentedandamodeloffilterisobtainedaswell,thentocalculatecontrolparametersofcontrolsystem.Themainresearchcontentsarefollowingas:
Aautocontrolself-cleaningfilteronindustrialscale(50m3/h),workpressure(1.6-2.5Mpa),filtrationaccuracy(0.1-200μm),filtrationsurface(10㎡),Motorpower(5.5KW)andworktemperature(-5℃-105℃)hasbeendesigned.autocontrolself-cleaningfilterdriveitselftocleancompletelybyitspressureoffiltratedliquidandwithoutstop.Volumeofthefilterissolittleandprecisioncanbemodulatedtofitforkindsofindustryproduce.Inthispaper,asuitofdrawinganddesignproceduresofsuchfilterhasbeengiven.Mechanismduringfiltrationinthefilterhasbeenstudiedareobtained
二、设计意义
过滤机是利用多孔性过滤介质,截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒,而实现固、液分离的设备。
过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。
中国古代即已应用过滤技术于生产,公元前二百年已有植物纤维制作的纸。
公元105年,蔡伦改进了造纸法,他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹帘上,水经竹帘缝隙滤过,一薄层湿纸浆留于竹帘面上,干后即成纸张。
最早的过滤大多为重力过滤,后来采用加压过滤提高了过滤速度,进而又出现了真空过滤。
20世纪初发明的转鼓真空过滤机实现了过滤操作的连续化。
此后,各种类型的连续过滤机相继出现。
间歇操作的过滤机因能实现自动化操作而得到发展,过滤面积越来越大。
为得到含湿量低的滤渣,机械压榨的过滤机得到了发展。
用过滤介质把容器分隔为上、下腔,即构成简单的过滤器。
悬浮液加入上腔,在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液,固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣(或称滤饼)。
过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚,液体通过滤渣层的阻力随之增高,过滤速度减小。
当滤室充满滤渣或过滤速度太小时,停止过滤,清除滤渣,使过滤介质再生,以完成一次过滤循环。
液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力,因此在过滤介质的两侧必须有压力差,这是实现过滤的推动力。
增大压力差可以加速过滤,但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质孔隙,过滤反而减慢。
悬浮液过滤有滤渣层过滤、深层过滤和筛滤三种方式。
滤渣层过滤是指在经过过滤初期后,形成了初始滤渣层,此后,滤渣层对过滤起主要作用,这时大、小颗粒均被截留;
深层过滤是指过滤介质较厚,悬浮液中含固体颗粒较少,且颗粒小于过滤介质的孔道,过滤时,颗粒进入后被吸附在孔道内的过滤;
筛滤是过滤截留的固体颗粒都大于过滤介质的孔隙,过滤介质内部不吸附固体颗粒的过滤方式,例如转筒式过滤筛滤去污水中的粗粒杂质。
在实际的过滤过程中,三种方式常常是同时或相继出现。
过滤机的处理能力取决于过滤速度。
悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时,过滤的滤渣层孔隙较为畅通,滤液通过滤渣层的速度较大。
应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块,有利于提高过滤速度。
对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液,应用在过滤介质上部加料的过滤机,使过滤方向与重力方向一致,粗颗粒首先沉降,可减少过滤介质和滤渣层的堵塞;
在难过滤的悬浮液(如胶体)中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒,可使滤渣层变得疏松;
滤液粘度较大时,可加热悬浮液以降低粘度。
这些措施都能加快过滤速度。
过滤机按获得过滤推动力的方法不同,分为重力过滤器、真空过滤机和加压过滤机三类。
重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差,在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力,一般为间歇操作。
真空过滤器是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。
这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种。
间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液,连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。
加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力,或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力,适用于要求过滤压差较大的悬浮液,也分为间歇操作和连续操作两种。
过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。
先选择几种过滤介质,利用过滤漏斗实验,测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量,找出适宜的过滤条件,初步选定过滤机类型,再根据处理量选定过滤面积,并经实际试验验证。
正在发展的新型过滤设备有:
机械力压榨过滤设备;
能实现无滤渣层过滤的动态过滤机;
洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。
在过滤理论研究方面,滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过滤机理,以及过滤介质的研究,都是重要的课题。
利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。
三、方案选择
㈠循环方案:
管道系统如下图:
图3-1
F1——清洗水入口阀F2——待滤液入口阀F3——循环液入口阀
F4——循环液出口阀F5——流向控制阀
F6——冲洗阀F7——排气阀F8——排渣阀
F9——成品出口阀F10——余液出口阀F11——取样阀
S1——循环视筒S2——正常工作视筒
此过滤过程有四个过滤阶段,预过滤过程,过滤过程,滤余液过程,反冲洗过程。
预过滤过程:
待滤液由F2进入泵内,经F3(此时F1、F5关闭)进入循环视筒,然后从F4进入过滤桶进行过滤,此时F9关闭,过滤液经F5再次进入循环桶。
过滤过程:
待滤液由F2进入泵内,经F3(此时F1、F5关闭)进入循环视筒,然后从F4进入过滤桶进行过滤(期间可以通过S1观察过滤循环过程)滤液由F7再次进入循环桶,直至完全过滤通过S2经F9流出(可以从F11中取样检验,从而调整滤网密度)。
滤余液过程:
收到“管高压差”信号后,开始反冲洗过程前的约1Min内,打开F10将管道内的余液滤出以方便反冲洗,防止堵塞反冲洗管道。
反冲洗过程:
当“管高压差”达到预定压力值或者达到预定时间后,F2、F3关闭,将F1打开,清洗水从F1、F7进入过滤桶中进行清洗,洗出的滤渣从F8中排出。
㈡双管道一次过滤方案:
管道系统如下:
图3-2
过滤:
阀1、阀4开启,阀2、阀3关闭;
反冲洗:
:
阀2、阀3开启,阀1、阀4关闭
过滤液由泵泵入,经过阀1后进入过滤桶过滤,滤后液经过视筒后从阀4排出(阀2、阀3处于关闭状态);
清洗水由泵泵入,经过阀2以及视筒后,对过滤桶进行反冲洗,滤渣由阀3处排出(阀1、阀4处于关闭状态)。
㈢方案比较:
方案1原理教简单,管道系统相对较为复杂,但是过滤精度较高,可靠性较强,由于采用循环过滤且用闭环控制,待网内外压差值满足排放条件时,指挥排污阀进行排污,使过滤精度得以提高;
并且采用先进的控制方式和优质的信号转换器从而具有性能稳定,维护管理方便,日常维护少,只须做定期维护即可等特点,具有明显的实用价值、经济价值和推广价值。
方案2原理简单,过滤和反冲洗装置简单,但是由于过滤和反冲洗管道共用较多且没有排除管道余液的设计,故过滤精度难以保证,维护较多以及容易发生堵塞等情况。
综上所述,最终方案选取为方案1为基本方案。
四、过滤部分的设计
⒈过滤桶的设计
①过滤盘的设计
过滤精度为0.5-100μm,故滤网采用涤纶布料可以达到要求而且表面光滑,再在上涂上一层硅藻土增加过滤流量,水面上部采用气压,压强大小为1.6MPa,最大可达到2.5MPa,可以使过滤更加快捷。
滤后液通过下部孔流出,从取样阀中取样调节流速从而保证过滤精度,达到保准后,打开F10,完成过滤。
另外该系统在-5℃——105℃的范围内工作。
已知条件:
过滤面积:
10㎡;
正常工作压力1.6MPa、最大工作压力2.5MPa。
⑴.选定过滤介质的半径(R),厚度(H),片间间隙(h)以及片数(N)分别为:
R=0.4m、H=0.03mh=0.02m,每一片的过滤面积为:
S=∏*R*R=3.14*0.4*0.4=0.502㎡。
N=10㎡/S=10㎡/0.502㎡=19.9
所以片数需要20片才能满足过滤需要,也因此过滤滤芯长度(过滤部分)应等于20*(H+h)+顶部密封片厚度+顶部螺母厚度=20*0.05+0.02*2+0.02=1.06m
⑵.过滤片零件图
图4-1
②计算内压圆筒壳体的壁厚
⑴已知Pg=1.6MPa
由壁厚计算公式:
-计算厚度;
mm
P-计算压力;
Mpa
-焊接接头系数;
-材料的许用应力;
在已知设计温度下16MnR的许用应力,在厚度为6~16mm时,[=170Mpa;
在厚度为16~36mm时,[=163Mpa;
焊接接头系数;
设定圆筒内径D=1000mm;
腐蚀裕量C=2mm;
设计厚度;
材料的许用应力=170Mpa(厚度为6~16时),筒体厚度计算;
=1.6*1000/(2*170*0.85-1.6)=5.5mm;
=5.5+2=7.5mm;
由钢材标准规格,圆整可得壁厚为10㎜;
⑵圆筒的半径由滤饼半径确定
取R=500mm;
⑶圆筒中固定空心轴一端的顶尖高度为150mm;
顶尖的直径=50mm;
锥角=50°
H=H+h1=1100+150=1250mm;
⑷圆筒边缘设计,边缘厚度=20mm;
B=35mm;
凸缘高度H=10mm;
⑸固定顶尖板的厚度=10mm;
长度L=120mm;
宽度B=120mm;
但容器制成后必须经过压力试验合格后才能交付,压力的目的主要是检查加工制造工艺的问题和焊缝的强度,以及各连接面的紧密性等。
对压力试验一般都用水压试验。
对水压试验时,筒体相应压力的验算公式为:
σ=P水[D+(S-C)]/[2(S-C)Ф]
按规定水压试验压力P水=1.5MPa;
故:
=1.5*[900+(10-1.8)]/[2*(10-1.8)*0.7]=115MPa
又σs=σ*Ns,其中Ns查表所得为1.6,
故σs=115*1.6=184MPa
Σs与水压系数的积为0.9σs=164MPa
由于115MPa<164MPa,故筒体强度满足水压试验的要求。
③过滤桶的结构设计
过滤桶设计是整个管道系统的重点。
直接从桶上引出的有5个管道(底部3个管道、顶部2个管道):
(1)桶底正中引出的滤后管,然后连接S2(正常工作视筒),再接上2个阀门——F9(成品出口阀,正常工作是从这流出成品液)和F11(取样阀,用于刚开始工作是取出样品,从而确定各项参数);
(2)桶底斜锥面引出排渣管,引出后分成2个方向——一个是反冲洗时使用的排渣管,上面安装着F8(排渣阀);
另一个是循环过滤的循环管,通过F5(流向控制阀,单向阀)使压力过大时形成循环过滤;
(3)桶内靠壁处装有反冲洗管道,连接F7(冲洗阀)后也分成2个方向——一个直接连到水泵上;
另一个接上F10(余液出口阀)其作用是在滤余液过程中将管道以及过滤桶的液体流出;
(4)桶顶的一个循环管道向上连接S1(循环视筒)和F4(循环液出口阀)接到循环桶底部;
(5)桶顶的另一个循环管道向上连接F7(排气阀)和压力表,然后接到循环桶顶部,以保持过滤桶以及循环筒压力的正常(1.6MPa~2.5MPa)。
④循环桶的设计
1、结构介绍
循环筒的工作原理比较简单,需要设计的参数也较少,主要分为2管道:
其中一条的作用——待滤液通过F2(待滤液入口阀)、水泵、F3(循环筒入口阀)从循环桶下部泵入,在循环桶上部压力的作用下从右边下方的循环出口通过F4后进入过滤桶过滤;
另外一条是顶部的管道,上面连接F7(排气阀)和压力表和过滤桶顶部连接在一起以保持压力。
2、循环桶的容量设计
因为循环桶所受压力不是很大,且不是全封闭的,所以可以不许校核桶壁承受应力。
设定桶壁厚=3mm;
桶高度H=1200mm;
半径R=400mm;
容积V=0.65m;
2、传动部件设计
1带传动的设计
⑴确定计算功率P
由《机械设计》表8-7查得工作情况系数K=1.0,
故P=KP=1.0*5.5kw=5.5kw
⑵选择V带的带型
根据P,n由《机械设计》教材由图8-11选用A型
⑶确定带轮的基准直径d并验算带的速度
①初选小带轮的基准直径d,由表8-6和表8-8,取小带轮的基准d=140mm
②验算带速V=*d*n/60*1000=*140*1440/60*1000=10.6m/s
因为5m/s<
V<
30m/s,故带速合适
③计算大带轮的基准直径,根据式(8-15a),计算大带轮的基准直径
d=i*d=3*140mm=420mm;
根据表8-8,圆整为d=450mm;
⑷确定V带的中心距a与基准长度L
①0.7(d+d)≤a≤2(d+d)
根据上式,初定中心距a=900mm;
②计算带所需的基准长度
L≈2a+∏(d+d)/2+(d-d)/4a
=2*900+∏*590/2+(450-140)/3600=2770mm;
由表8-2选带的基准长度L=2800mm;
③按式(8-23)计算实际中心距a
a=a+(L-L)/2=900+(2800-2770)/2=915mm;
⑸验算小带轮上的包角
=180-(d-d)*57.3/a
=180-(450-140)*57.3/915=160≥90;
⑹计算带的根数Z
①计算单根V带的额定功率Pr;
由d=140mm;
和n=1440r/min,查表8-4a得P=2.28kw;
根据n=1440r/min,i=3和A型带,查表8-4b得△P=0.17kw;
查表8-5得K=0.95,表8-2得K=1.11,
Pr=(P+△P)*K*K=(2.28+0.17)*0.95*1.11=2.49kw;
②计算V带的根数Z
Z=P/Pr=5.5/2.49=2.3
所以V带的根数为3根;
⑺小带轮设计材料选取HT200;
d=140mm;
d≤300mm;
采用腹板式结构;
d=40mm,d=(1.8-2.0)*d,d为电机轴的直径;
d=1.8d=72mm;
C=(1/7~1/4)BL=(1.5~2)d,当B<
1.5d时,L=B
C=1/4*B=15mm;
根据前面设计得小轮直径d=140mm,大轮直径d=450mm,故查表应选用带长Ld=2800㎜、A系列、长度修正系数Kl=1.1的皮带,b=11㎜,h=6㎜,h=12mm;
B=60mm;
A=81㎜;
小皮带轮的零件图如下:
图4-2
⑻大带轮设计HT200;
d=420mm;
d≥300mm;
采用轮辐式结构,
d=50mm;
d=(1.8~2)d,d为轴的直径;
d=100mm;
f=12mm,h=0.8h;
b=0.4h=13mm;
b=0.8b=11mm;
L=(1.5~2)d,当B<
1.5d时,L=B;
f=0.2h=6.5;
h=290*=290*=32mm;
大带轮的零件图如下:
图4-3
二、空心轴的设计
⑴空心轴的直径设计
d≥=A
d≥A)式中,=d/d,即空心轴的内径d与外径d之比,通常取=0.5~0.6,
=T/W=(9550000P/n)/0.2d≤[]
查《机械设计》教材,表15-3
轴的材料
Q235-A20
Q275,35
45
40C,35SM
[]/Mpa
15~25
20~35
25~45
35~55
Ao
149~126
135~112
126~103
112~97
通过查《机械设计》教材表2,查得V带的传动效率值为=92%;
取Ao=110mm;
P=5.5*92%=5.06kw;
n=480r/min;
=0.6;
d≥A)=110*)=25.5mm;
d≥1.15*d=30mm;
⑵轴的结构设计
①确定装配方案
②根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度;
为了满足轴的轴向定位要求和装配要求,此空心轴分为3段,Ⅰ-Ⅱ轴上装大皮带轮,键,密封圈,端盖;
外径DⅠ-Ⅱ=50mm内径=50*60%=30mm,轴长为h=115mm;
Ⅱ-Ⅲ轴上装密封圈,轴承,端盖,外径DⅡ-Ⅲ外径=55mm,轴长h=106;
内径=33mm;
Ⅲ-Ⅳ轴上装配滤盘,密封圈,锁紧螺母,外径DⅢ-Ⅳ=60mm;
内径=36mm,轴长h=115mm;
③轴承的选择;
因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用两个圆锥滚子轴承,参照工作要求并根据DⅡ-Ⅲ=55mm;
由轴承产品目录中初选取0基本游隙组,标准精度级的圆锥滚子轴承型号30313,其尺寸为d=55mm,D=80mm,B=13mm。
图4-4
⑶轴的校核
①按弯扭合成应力校核
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 全自动 立式 过滤机