过滤器的设计及运动仿真
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摘 要
过滤分离技术在国民经济各个部门中应用很广。从人民日常生活，资源、能源的开发利用，国防尖端，到保护环境，防止公害等方面，都离不开过滤分离技术。过滤器和过滤分离技术不仅应用广，而且是某些生产过程中的关键性设备之一，若采用不当，不但生产任务完不成，产品质量上不去，而且会造成资源浪费，环境污染，使整个生产经济效益很低。因此，必须根据物料的种类及生产上的要求，研究、设计和制造各种不同系列、规格和型号的过滤器，以适应各种不同生产的需要。
本设计选择复合型袋式精细过滤器作为设计对象。在全面了解过滤器的结构及其工作原理后，运用SW6-1998过程设备强度计算软件，对受压的圆筒、封头和法兰等受压元件进行强度计算。利用UG软件对过滤器的零件进行参数化建模，并对整体结构进行虚拟装配。然后将装配体导入UG软件的运动仿真界面，并利用软件进行运动学仿真。分析仿真结果，得出相应结论。最后对过滤器进行优化设计，提高其稳定性，可靠性，让本设计能够真正的投入到日常生产操作中，使其切实能够为过滤分离技术做出贡献。
关键词：UG；过滤器；运动仿真
目 录
摘 要III
AbstractIV
目 录V
1 绪论1
1.1 过滤器设计的目的和意义1
1.2 过滤器的发展1
1.3 过滤器的未来展望2
1.4 本文的基本构想与要求3
2 过滤器总体设计方案4
2.1 过滤器设计概述4
2.1.1 过滤器简介4
2.1.2 过滤器结构4
2.1.3 过滤器工作原理4
2.1.4 过滤器有关设计参数4
2.2 过滤器的特征4
2.2.1 主要特征4
2.2.2 安装步骤5
2.2.3 应用5
2.3 过滤器的参数计算5
2.3.1 内筒体内压计算5
2.3.2 内筒封头内压计算6
2.3.3 法兰计算7
2.3.4 开口补强计算9
2.4 过滤器部件设计10
2.4.1 封头设计10
2.4.2 法兰设计11
2.4.3 摇臂式吊杆设计13
2.4.4 筒体设计13
2.4.5 复合滤筒设计15
2.4.6 支座组件设计15
3 SW6-98软件的应用17
3.1 SW-98软件介绍17
3.2 SW6-98软件结构及一般使用指南18
3.3 SW6-98软件的使用19
3.3.1 软件模块计算项目19
3.3.2 软件计算校核19
4 UG软件的应用23
4.1 UG软件介绍23
4.2 UG功能与优点23
4.3 UG主要功能模块24
4.4 过滤器运动仿真分析26
5 结论与展望33
5.1 结论33
5.2 不足之处及未来展望33
致 谢34
参考文献35
1 绪论
1.1 过滤器设计的目的和意义
目前，我国很多企业使用传统过滤器，这种过滤器在过滤持续过程中，过滤面积小使得液体中固态杂质被过滤元件表面，过滤效率下降。因此需要对此装置进行改进与创新，提高使用周期，减少停车次数，能够提高生产产量和产品质量。复合型袋式精细过滤器与普通过滤器相比，在同样壳体、容积的情况下，该过滤器过滤面积相对大60%以上，这样装置运行周期长，停车时间短，有效降低运行成本；在相同处理量的情况下，该过滤器过滤面积较普通过滤器大，意味着设备容积就可以做小，可以节省设备投资20%以上，有效降低设备的制造成本。
1.2 过滤器的发展
过滤器的原型是人们为保护呼吸而使用的呼吸保护器具[1]。据记载，早在一世纪的罗马，人们在提纯水银的时候就用粗麻制成的面具进行保护。在此之后的漫长时间里，空气过滤器也取得了进展，但其主要是作为呼吸保护器具用于一些危险的行业，如有害化学品的生产。1827年布朗发现了微小粒子的运动规律，人们对空气过滤的机理有了进一步的认识。 过滤器的迅速发展是与军事工业和电子工业的发展紧密相关的。在第一次世界大战期间，由于各种化学毒剂的使用，以石棉纤维过滤纸作为滤烟层的军用防毒面具应运而生。玻璃纤维过滤介质用于空气过滤于1940年10月在美国取得专利。50年代，美国对玻璃纤维过滤纸的生产工艺进行了深入的研究，使空气过滤器得到了改善和发展。60年代，HEPA过滤器问世；70年代，采用微细玻璃纤维过滤纸作为过滤介质的HEPA过滤器，对0.1微米粒径的粒子过滤效率高达99.9998%。八十年代以来，随着新的测试方法的出现、使用评价的提高及对过滤性能要求的提高，发现HEPA过滤器存在着严重的问题,于是又产生了性能更高的ULPA过滤器。目前，各国仍在努力研究，估计不久就会出现更先进的空气过滤器。 过滤器本身的设计也取得了显著进展，其中最重要的是分隔板的去除，即无隔板过滤器的发展。无隔板过滤器不仅消除了分隔板损坏过滤介质的危险，而且有效地增加了过滤面积，提高了过滤效率，并降低了气流阻力，从而减少了能量消耗。此外，空气过滤器在耐高温、耐腐蚀以及防水、防菌等方面也取很大的进展，满足了一些特殊的需求。
70年代前后是精密过滤器飞跃发展时期，美、英、德、法和日本都有自己牌号的精密过滤器，并纷纷在国际市场上竞争。影响最大的是美国公司，其次是德国公司，他们分布于世界各地，从事精密过滤器滤膜和精密过滤器滤器的生产，科研和销售等工作。
六十年代，我国一些科研部门对精密过滤器进行了小规模的试验和应用，但基本上没有形成工业规模的生产能力。70年代末期，上海医药工业研究院等单位对精密过滤器进行了教系统的研究。迄今为止，国内已有了商品化的精密过滤器，其中生产最多的品种是混合纤维素滤膜。耐溶剂、耐温和耐酸碱等方面的滤膜——特种多孔滤膜已被研制和先后投产的有聚砜酰胺精密过滤器膜、N型聚酰胺精密过滤器膜、聚四氟乙烯精密过滤器膜、核孔膜及其他优质精密过滤器滤膜等。
至于精密过滤器的形式，除板式以外，还制成了摺叠式筒型，可谓品种繁多、五花八门，基本已满足了国内各方面的需要。当然和国外相比，我国的产品无论是在质量方面还是在数量方面，都还存在一定的差距，有待进一步的提高和创新。 精密过滤器主要用于分离各种流体中尺寸为0.1-10μm的微生物和微粒子。在实验室中，精密过滤器过滤时检查有形微细杂质的重要工具。主要用途如下：
1、用于微生物检测，例如对饮用水中大肠菌群、游泳池水中假单胞族菌和链球菌、啤酒中酵母和细菌，软饮料中酵母、医药制品中细菌的检测和空气中微生物的检测等。
2、用于微粒子检测，例如对注射剂中不溶性异物、石棉粉尘，航空染料中的微粒子，水中悬浮和排气中粉尘的检测，锅炉用水中铁分的分析及放射性尘埃的采样等。
在流体净化、分离杂质、贵重物料回收等领域取得了最大的工艺效益和经济效益，被广泛应用于石油化工、精细化工、化纤工业、制药工业及航空、电子、食品、饮料等行业。主要用途如下：
1、纳滤（NF）、超滤（UF）、反渗透（RO）、电渗析（EDI）等系统保安过滤；
2、医药针剂、大输液、滴眼液、中草药药液等过滤，生物制剂提取、提纯、浓缩；
3、电子、微电子、半导体工业用高纯水预过滤；
4、油田回注水、锅炉补给水、化学试剂、液体有机制品、高纯化学品、浓药等过滤；
5、饮用纯净水、矿泉水、果汁、茶饮料、保健饮品过滤；
6、白酒、葡萄酒、啤酒、黄酒及其他果酒的过滤，纯生啤酒除菌过滤；
7、生产、生活废水处理及中水循环再利用过程中的预处理过滤或保安过滤；
8、其他如生物工程、油类精制、印染、纺织行业的给水及废水处理、科研实验过滤等。
1.3 过滤器的未来展望
在如今这个社会经济发展越来越迅速的时候，有多少人会注意到环境污染的严重性呢？好在有我们的过滤器出现和运用，为我们解决了困扰多年的污染问题，还提醒了我们环境保护的重要性，而设备未来的发展也是很值得期待的[2]。
可以说，过滤器的出现使得我们国家多年来长期存在的污染肆意的难题得到了完美的解决，它利用自身的先进的滤网将水中的悬浮物、颗粒物、细菌等有害物质进行有效阻挡，从而使水质得到一定程度的净化，并且能够达到中水回用的标准，经过它处理净化的中水可以用来灌溉、洗车，大大节省了有限的淡水资源。 事实证明，提高水资源的使用率才是节省的根本办法，我国的南方地区常年多雨，大范围的降雨经常给当地人民带来诸多不便，但是自从有效利用了高效过滤器之后，专家们从雨水中得到了可用的再生水资源，这一发现不仅解决了雨水排放不利的问题，同时也为我们的社会开发了新的水资源。
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