毕业设计（论文）-全自动立式过滤机的设计（含全套CAD图纸） .doc

1 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版 说明书，说明书，cadcad 图纸等，联系图纸等，联系 153893706153893706 目 录 摘要 .1 关键词 .1 1 前言 1 2 方案选择 3 2.1 循环方案 3 2.2 双管道方案 4 2.3 方案比较 5 3 过滤部分的设计 5 3.1 过滤桶的设计 5 3.1.1 过滤盘的设计 6 3.1.2 计算内压圆筒壳体的壁厚 6 3.1.3 过滤桶的结构设计 8 3.1.4 循环桶的设计 8 3.2 传动部件设计 9 3.2.1 带传动的设计 9 3.2.2 空心轴的设计 .11 3.3 电动机的选择 .14 3.4 阀门的选择与设计 .14 3.5 传感器的选择与信号检测 .15 2 3.5.1 传感器的选取 .15 3.5.2 信号检测 .16 3.6 控制面板的设计 .16 4 控制部分的设计 .16 4.1 控制系统的选择 .17 5 设计的应用 .17 5.1 过滤器的发展 .17 5.2 盘片过滤器的特点 .18 5.3 盘片过滤器的应用领域 .19 参考文献 19 致谢 20 附录 20 1 全自动立式过滤机的设计全自动立式过滤机的设计 学学 生：生： 指导老师：指导老师： 摘摘 要要：本文以自行开发 50m3/h 处理量全自动清洗过滤器为基础，研制设计了一台处理量 为 50m3/ h、工作压力为 1.6-2.5 mpa，要求过滤精度为 0.1-200m,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。 关键词关键词：过滤机；结构；控制系统；可编程序控制器 automatic vertical filter machine design author：zhou shaojie tutor: gao yingwu (oriental science technology college of hunan agricultural university, changsha 410128) abstract：based on design of automatic self-cleaning filter on industrial scale (50 m3/h), a auto control self-cleaning filter on industrial scale( 50m 3/h) , work pressure(1.6-2.5mpa) , filtration accuracy(0.1-200m), filtration surface(10) , motor power(5.5 kw) and work temperature(-5 - 105 )has been designed . auto control self-cleaning filter drive itself to clean completely by its pressure of filtrated liquid and without stop.volume of the filteris so little and precision can be modulated to fit for kinds of industry produce. in this paper, a suit of drawing and design procedures of such filter has been given.mechanism during filtration in the filter has been studied are obtained. key words: filter，structure; control system；programmable enfroller 1 前言 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。 2 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1。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2。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3。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。 3 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4。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4。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5。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。 2 方案选择 2.1 循环方案 管道系统如图 1： 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）进入循环桶， 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。 4 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、f6 进入过滤桶中进行清洗，洗出的滤渣从 f8 中排出。 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 图 1 管道系统图 fig.1 piping system diagram 2.2 双管道方案 双管道系统如图 2： 5 图 2 双管道系统图 fig.2 pairs of piping system diagram 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 过滤过程：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）。 此处已删除此处已删除 本设计中 f1、f2、f3、f4、f6、f7、f8、f9、f10、f11 均采用电液数字控制阀， 而 f5 采用单向阀。 6 1步进电动机 2滚球丝杠 3阀心 4阀套 5阀杆 6 传感器 图 8 数字流量阀 fig.8 digital flow control valve 3.5 传感器的选择与信号检测 3.5.1 传感器的选取 经过反复比较与选择最后选用美国 motorola 公司生产的 mpx2100a 型单片集成硅 压力传感器，其测量范围为 0100kpa，工作温度范围为-40125，传感器的输出 电压和被测绝对压力成正比，采用显微机械加工、激光休整等先进和薄膜电镀工艺， 具有测量精度高、预热时间短、响应速度快、长期稳定性好、可靠性高、过载能力强 等优点13。若采用 5v 电源时，在 080温度范围内的最大测量误差不超过 1.8%，满量程输出电压为 4.95v，压力灵敏度为 54mv/kpa，预热时间为 20ms，响应 时间为 1ms，长期稳定度为0.5%，允许过载 348%fs（fs 代表满量程）。电源允许范 围为 4.85v5.35v，典型值为 5.0v 或 5.1v，电源电流为 7.0ma（典型值）。具体资 料可参见外文文献。 3.5.2 信号检测 整个工作流程由 plc 控制，plc 发出信号至电源和驱动器，控制其电流大小，影 响电动机的功率、转速等， 完成对被控量的控制（流量、压力等）；而 mpx2100a 压 力传感器将被控量负反馈给 plc，是被控量保持在一个稳定的波动范围内。 3.6 控制面板的设计 控制面板分为 4 大块：4 个灯、4 个按钮、2 个铃 其中正常工作时，先亮过滤灯，然后是滤余液的指示灯，最后是反冲洗的灯，如 此循环，前一个灯灭接着后一个灯亮；如出现故障则亮报警灯以及响报警铃并且停止 7 工作；反洗的时候同时响反洗铃； 4 个按钮的作用则很明显，启动按钮采用绿色材料， 停止按钮采用红色材料13。另外 2 个按钮用来控制取样阀，来获取样品，从而调整 工作状态。 4 控制部分的设计 4.1 控制系统的选择 从工程的角度 ，plc 与单片机系统的选用比较 对单项工程或重复数极少的项目，采用 plc 方案是明智、快捷的途径，成功 率高，但成本较高。 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要 有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可持续地运行。最好的方法是单片机 系统嵌入 plc 的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益 也就有保证14。 基于 plc 控制系统优点 实时性 由于控制器产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 基于信号处理和程序运行的速度，plc 经常用于处理工业控制装置的安全联锁保 护，更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目14。 高可靠性 各输入端均采用 r-c 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 系统配置简单灵活.丰富的 i/o 卡件 控制系统采用模块化结构 安装简单，维修方便 综上所述，此过滤机选用 plc 的控制系统。 5 设计的应用 5.1 过滤器的发展 常用的机械过滤器虽然能达到较好的过滤效果，但是其滤速慢，于是造成过滤器 设备庞大、耗水量大，手动设备劳动强度大，而自动设备造价又太高，因此大大地限 制了它的发展和广泛应用。 十九世纪，出现了筛网过滤器，它是通过一个不锈钢丝编织的滤网阻截水中较大 的杂质颗粒，这大大提高了滤速，简化了设备，但是水中较小的颗粒和纤维仍能穿过 8 滤网，更重要的是如果它们过滤时恰好卡在或缠绕在滤网上，再要清洗掉这些杂质就 不容易了15。因此，基于这两方面的原因筛网过滤在应用中一直受到了很大的限制。 新型自动盘片过滤器充分继承了上述过滤器的优点，同时又克服了它的缺点，具 有反洗效果好、设备自动化程度高、过滤水质稳定、设备占地面积小的特点，自耗水 率仅有 0.25%左右。 5.2 盘片过滤器的特点 （1）精确过滤：可根据用水要求选择不同精度的过滤盘片，有 20、50、100、200 多种规格，过滤比大于 85%。 （2）彻底高效反洗：由于反洗时将过滤孔隙完全打开，加上离心喷射作用，达 到了其它过滤器无法达到的清洗效果。反洗过程只需 20 秒左右即可完成。 （3）全自动运行，连续出水：时间和压差控制反洗启动。在过滤器组套内，各 个 过滤单元顺序进行反洗。工作、反洗状态之间自动切换，可确保连续出水，系统压损 小。 （4）标准：模块化系统设计，用户可按需取舍过滤单元并联数量，灵活可变，互 换性强。 （5）占地省：可灵活利用现场边角空间，因地制宜安装，占地少。 （6）运行可靠、维护简单：几乎不需日常维护，不需专用工具，零部件很少。 （7）使用寿命长：经多年工业实用验证，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差。 例如：大庆某热电厂 2000 年采用两套 jy3-7 盘式过滤器作为离子交换预处理设 备，过滤精度为 50，总处理水量 250 吨/小时；该厂原来采用的过滤器为 5 台 3000 砂过滤器，设备庞大，而且手动控制，每天至少反洗一次，工人劳动强度大，设备自 耗水率达到 810%17。 采用盘式过滤器后设备占地仅为 3mx3m，同时由于自动控制可实现无人职守，目 前过滤器约 3 小时反洗一次，每个过滤单元反洗时间 15 秒，用水量仅为 33 升，而总 产水量约为 9x3=27 吨，自耗水率为 0.12%，是原来耗水量的八十分之一18。 5.3 盘片过滤器的应用领域 9 这种过滤器除了广泛应用于农业灌溉系统的水过滤外，目前在工业水过滤领域有 更好、更多的应用实例，如：青岛啤酒厂的工艺用水过滤、大庆热电厂的离子交换前 预处理、郑州某项目的黄河水预过滤、北京植物园的加湿喷嘴保护等。 经过几年来的研究开发，盘式过滤器在一些领域已经具有很强的技术优势和很好 的运行经验，从而大量应用于工业循环水旁过滤、系统总进水过滤以及细管和喷嘴的 保护等方面18。同时随着水处理领域的不断扩大，在离子交换前预处理、苦咸水过 滤、超滤系统的预过滤甚至在低 sdi 井水水源的反渗透处理中代替砂滤器等方面也有 一定量的应用，并且正在不断扩大。 参考文献 1文美纯，刘吉普， 对全自动过滤机的探讨n.过滤与分离1997.第三期.75-46. 2文美纯，刘吉普，可编程序控制器在过滤器上的应用研究n.过滤与分离 2002.vol12.no4.42-45. 3 文美纯，刘吉普 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