（化工过程机械专业论文）新型螺旋挤压式过滤机的理论研究与分析计算.pdf

摘要 新型螺旋挤压式过滤机的理论研究与分析计算 摘要 近年来，能源问题和环境问题已经成为科研工作的基本前提。螺 旋挤压式过滤机具有能源消耗低、结构简单、环境污染小等特点，而 受到污水处理，食品加工等行业的广泛关注。 首先，本文对各种不同结构形式螺旋挤压式过滤机的资料进行了 收集、整理、归类，分析了螺旋挤压式过滤机主要零部件的特点。目 前市面上见到的螺旋挤压式过滤机以这几个部分为基础的居多。通过 过滤机零部件的介绍，可以使相关新接触人员对其有一个整体的了 解。 其次，本文专门针对螺旋加压式过滤机广泛采用的楔形网进行了 专门的分析。楔形网是主要的过滤部件，结构精度要求高、载荷分布 不均、易磨损。其结构性能的好坏直接影响到过滤机的生产能力和脱 水效果，因此本文对楔形网进行了有限元分析，指出楔形网的危险位 置，对螺旋挤压式过滤机上楔形网的制造和选用有一定的借鉴意义。 再次，本文还分析了一种新型的螺旋挤压式过滤机滤网：动静环 网先对动静环网模型进行简化，分析了螺旋挤压式过滤机在安装动 静环网的条件下，所获得的性能提升，以及动静环网在不同条件下对 螺旋挤压式过滤机的影响趋势。 最后，运用怊语言对a n s y s 进行二次开发，制作了螺旋挤压 l 北京化工大学硕士学位论文 式过滤机螺旋叶片强度计算软件。在此软件基础上，校核了一种典型 的螺旋叶片，然后运用此软件分析各个参数对螺旋叶片强度的影响。 软件 关键词：螺旋挤压式过滤机，楔形网，动静环网，叶片强度分析 i i a b s t r a c t t h e o r ys t u d ya n dc a l c u l a t i o no fn e wt y p e s c r e wp r e s sf i l t e r a b s t r a c t r e c e n ty e a r s ， e n e 强， r e s o u r c e sa n de n v i r o 脚e mp r o b l e m sh a v e b e c o m eb a s i cp r e c o n d i t i o no fs c i e n t i f i cr e s e a r 曲s c r e wp r e s sf i h e ri sa m a j o rt y p eo fd e w a t e r i n gm a c h i n e ， i th a sl o wc o n s u m p t i o n ，as i m p l e s t r l i c t u r ea n dl o w p o l l u t i o n i tc a n b eu s e di nm a n y ：e l e l d s ，s u c ha ss e w a g e t r e a t m e m ，s o l i d 一1 i q u i ds e p a r a t i o ni n f o o da n dm e d i c a li n d u s t r i e sa n d s 0 1 i d l i q u i ds e p 蹦i t i o ni nf o o d f i r s t l yi nt l l i sp a p e r ，k e yc o n l p o n e n t so fd i f r e r e n tt y p e s 甜s c r e w p r e s sf i l t e r sw e r ec o l l e c t e d ，a r r a j l g e da n dc l a s s i f i e d n e a r l y ，m o s ts c r e w p r e s sf i l t e r sw e r em a n u f a c t u r e db a s e do nt h ek e yc o m p o n e n t s t h eo t h e r s c a ng e tag e n e r a lv i e wo fi n t r o d u c t i o n s e c o n d l y ，t h ew e d g e w i r ew e l d e ds c r e e nw a ss p e c i a l l ya n a l y z e di n m i sp a p e r t h ew e d g e w i r ew e l d e ds c r e e ni sam a j o rp a r to ft h es c r e w p r e s sf i l t e r i th a sad e l i c a t es t m c t u r ew i t hm u l t i p l el o a d s t h es t m c t u r eo f t l l es c r e e nd e t e m i n e sm ec a p a c 埘a n dd e w a t e r i n ge f 6 c i e n c yo ft h ef i l t e r ， s oi ti si m p o r t a n tt oa n a l y z et h es t r e s si n t e n s i t ya n dd e f b 肌a t i o no ft h e s c r e e nw i ma n s y sa j l dm e t h o do fa n a l y s i sd e s i g n ，p o i n to u tm ec r i t i c a l p o s i t i o n o ft 1 1 e w e d g e w i r ew e l d e d s c r e e n ni sar e f e r e n c et o i l i 北京化工大学硕士学位论文 m a n u f a c t o r ya n ds e l e c t i o no f 血es c r e wp r e s sf i l t e r t h i r d l y ， an e w哆p eo fs c r e e nw a sa 1 1 a i y z e di nt 1 1 i s p 印e r m o v i n 争f e ds c r e e n 。t h em o d e lo fm o v i n g 一散e ds c r e e nw a ss i m p l i f i e d a n d t h ep e r f o n n a n c ep r o m o t i o nb yu s i n gm o v i n g 一6 x e ds c r e e nw a s r a t i o n a l l ya n a l y z e d t h e nt e n d e n c yo fp e r f o m a n c e w a ss h o 、v nu n d e r d i 缗嚣e n tc o n d i t i o n s f i n a l l y ，s t r e n g t hd e s i g ns o r w a r eo fs c r e wb l a d e 啪sd e v e l o p e d b y u s i n gv i s u a lp r o g 而m m i n gl a n g u a g ev bt op r e t r e a t t h ef i n i t ee l e m e n t s o f t w a r ea n s y s at y p i c a ls c r e wb i a d ew a sc h e c k e db a s e do nt h e s o r w a r e t h es t r e n g t ho fs c r e wb l a d ew a sc h e c k e db yc h a n g i n gt h e p a r a m e t e ra n di n f e c t i o nw a ss h o w nb yg r a p h k e yw o r d s ：s c r e wp r e s s6 1 t e r ，w e d g e w i r ew e l d e ds c r e e n m o v i n g - f i x e ds c r e e n ，s t r e n g t l lc h e c ks o r w a r eo fs c r e wb l a d e 符号说明 p 只 b 最 q f 盯j 吒 s 。 世 a f m 扰 盯l 、仃3 【盯】 矿 p 仃 氏 r r 甜 符号说明 一次应力，m p a 一次总体薄膜应力，m p a 一次弯曲应力，m p a 一次局部薄膜应力，m p a 二次应力，m p a 峰值应力，m p a 材料屈服强度，m p a 材料抗拉强度，m p a 材料设计应力强度，m p a 载荷组合系数 开孑l 率 最大剪应力，m p a 第一、第三主应力，m p a 许用应力，m p a 速度，m s 。 电机功率，w 转j 哀，r m i n o 摩擦力，n 半径，m 螺旋功率，w 角速度，弛d s o x l i l 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：三达二星日期：之：兰兰塑三i 旦作者签名：亟孟日期：之：兰望三1 望 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文 的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在卫年解密后适用 本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名：煎) 垦日期：垒：塑三2 望 导师签名：j 邀日期：兰! 壁垒螋 第一章绪论 1 1 项目意义 第一章绪论 过滤分离机械是一种应用量大而广的通用机械，它广泛地用于化工、轻工、 医药、纺织、冶金、食品、石油、矿山、生物工程、能源、饮料、上下水处理及 工业废水处理等众多领域。在许多生产过程种，过滤分离设备是关键设备之一， 其科技水平的高低直接影响到现代化工业生产的先进性。随着现代化工业生产先 进性的日益突出、以及节省能源、有效利用资源和加强环境保护等成为全球性日 益迫切的要求，发展高效过滤分离科技、以使之更好地适应现代化工业生产进程 显得十分重要n ，。 过滤机最早出现在十九世纪欧洲工业革命时期，最早问世的工业过滤机有压 滤机、叶滤机和旋转过滤机“1 。到了现代，随着科学技术的进步和新材料的不断 出现，以及过滤机应用领域的不断扩大，过滤机才得到迅猛的发展。现在过滤机 已经在许多工业领域获得了广泛的应用。目前过滤机在向大型化、高参数、智能 化、多功能化方向发展，对其潜在功能的研究与开发，将为未来过滤机的发展提 供广阔的应用空间n ，。 近几十年来，过滤技术在研究方面取得了长足的进步，而且随着研究的继续 深入和发展，以及现代化学工业及与其相关领域的发展，例如石油、煤气、选矿 和塑料等行业的发展，也促进了新型过滤机和附属设备的开发。为了提高生产率、 产品质量及拓宽应用范围，新型的过滤装置相继问世，而且出现集复合化、全自 动化于一体的过滤机“1 。 连续过滤机在环保行业有着广阔的应用前景“”。本课题的研究目的就是根 据当前过滤机形势的快速变化发展，通过对旋转挤压过滤机的研究，跟进国外最 新的过滤技术，力求开发出有自主产权的新型过滤产品。 虽然过滤机的结构、品种及其应用等方面发展迅速，理论研究落后于实践却 是个长期存在的问题。目前在理论方面所获得的知识，主要还是用来说明试验的 结果，而在预测机器的性能、选型以及设计计算等方面，往往仍要凭借经验或试 验。造成这种现象的主要原因是由于过滤分离过程的多样性和复杂性，例如悬浮 液的物理性能和浓度非常容易变化，渗透率、孔隙率以及若干其它参数，都随着 悬浮液的性质的改变而变化。特别是由于固体颗粒的大小、形状和运动的杂乱所 带来的数学问题，在目前尚无法解决，给这一过程的理论研究带来了很大的困难。 其次，要能真正了解液体与固体颗粒在流场中的运动的真相，而又不干扰或破坏 这些运动，就需要用科学的观察与测试手段，也许正是这种缘故，使过滤分离理 论的研究受到了定的影响n ，。 ! ! 室垡三查兰堕主兰垡堡塞 1 2 过滤分离简介 1 2 1 过滤机分类 i _ 砂层过德苎 重力鲑酗t 薹釜釜：机 加压过滤机 真空垃滤机 1 2 2 过滤过程类型 敢加压过瘴机 壤加压过滤艟 一厂板框型 i 一凹板塑 滤机- 二耋：萎喜茎 璺 滤机 敢式真空过穗虻莩薹蓑 续式真垒过滤 格一暖：嚣萎式 i 一绳索卸料式 l 一带卸辩式 一疆部给料式 i 一内部给辩式 格 壹 型 堑 图卜l 过滤机分类 f i g 1 一lc l a s s i n c a t i o no f e l t c r s 过滤的过程一般可分为以下几种类型： l 、介质过滤。介质过滤时，由于微粒大于过滤介质的微孔，它们就被截留。 此时，过滤器起了一种筛网的作用。通常，在筛滤粗大颗粒时，人们才考虑这种 比较稀有的装置：但对于膜滤器和编织的金属织物，它们适用于截留细小的微粒。 2 、深层过滤。在介质表面不形成滤饼，固相粒子被留于介质内部的孔隙。 2 武式式盘带旋型辊爆v 一一一 f 嚏 机 过 凑 承 盘桃压 臆 鼓滤转 樟 转叶旋 压 一 葡 连 h 一 第一章绪论 深层过滤通常应用于料浆浓度极稀( 体积浓度低于0 1 ) 、固体粒子粒径极细 的场合。 3 、滤饼过滤。滤饼过滤时，固体物质聚集在介质的表面，这样，经过一段 很短的初始期，就通过沉积的固体层进行过滤。这个过程一直继续到滤饼两侧的 压降超过经济或技术允许的最大值，或填满有效的间隙。这种过滤方法广泛的应 用于加工工业，并且特别适用于过滤浓缩的悬浮体和回收大量的固体。滤饼对流 动所产生的阻力远大于过滤介质的阻力“1 。 如上所述，实际的过滤过程是复合式的一若干或全部的过滤机理同时或相继 发生。例如，在介质过滤时，很重要的初始沉积层出现在介质的表面，形成滤饼， 接着开始滤饼过滤；而深层过滤时，介质中的微孔不断缩小，直至出现介质过滤 以及接着滤饼过滤。 过滤分离技术在国民经济各部门中应用很广。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 8 1 9 】【1 0 l 1 3 螺旋挤压式过滤机介绍 1 3 1 螺旋挤压式过滤机现状 日本由于资源、地理位置的限制，对资源的利用比较重视，日本的n o r i t a k e 公司( 前身是生产各种搅拌设备) ，t o h k e m y 公司，t a n a b e 公司，r 本 i s h i g a k i 的i s g k 系列，f k c 公司，在世界很多国家拥有专利舢州m “， 客户来自全球各地。其中i s g k 现在归日本环境部直属。 此外，德国的f a n 公司生产的适用于农场的”系列机型在全球也有一定影 响力嘲。德国其他著名公司如c o l u m b u s 的l y c o 系列。 挪威的s t o r d ，美国的l y c o m f g ，v i n c e n t ，印度的i n t e r m e s h 也 都生产了有自己各自优势的螺旋挤压式过滤机。 螺旋挤压式过滤机主要零部件介绍： 螺旋挤压式过滤机的比较典型的整体结构图如下图： 北京化工大学硕士学位论文 t _ 豳 入料口 + 圈卜2 典型螺旋挤压式过滤机整体结构 f i g 卜2s t n j c t u r eo f t y p i c a is c r e wp r e s s 稍l t e r 1 3 2 螺旋挤压式过滤机的的性能特点 螺旋挤压和其他机型相比，在很多方面具有明显的优点。 l ：高性能，低能耗 螺旋挤压过滤机的电机和其他辅助驱动设备相对于其他设备类型需要更少的能 耗。 2 ：低价格，低运转花费 全年的维护和运转花费相对其他机型要低。 3 ：重量轻，结构简即，使得设备易于操作和维护，不需要在每次同常运转 后清除设备内的饼渣。 4 ：转速很低，基本没有噪音或者震动。 轴的转速通常只有0 卜2 转分。，因此没有噪音或者震动，不需要其他额外泼备 就能够有一个良好的作业环境。 5 ：不用滤布，而采用耐磨损无需保养的0 i 锈铜筛网。 因为滤网的材料类型，它们不需要被频繁的更换，这就使得维护更加简单。 6 ：大部分设备是封闭的。 使得机器运转时有一个良好的t 作环境。 7 ：由于清洗设备只需要很少量的水，所有只有少量废水长生。 只需要少量的水，在设备运作完成后，只需要5 1 0 分钟的时间来清洗设备。由 j 二9 5 的悬浮固体被收集，所以污水量很少。 第一章绪论 8 ：滤饼的含湿量和处理量都可以校正。 通过调节螺旋旋转的速度，滤饼的含湿量和处理量可以自由的校正汹“”踟。 螺旋挤压过滤机克服了以下几种机型的缺点： 1 ：间隙操作方式( 板框压滤机) 2 ：滤布磨损大( 带式压滤机、板框压滤机) 3 ：定时冲刷滤布和压板，十分费时费钱( 板框压滤机、带式压滤机) 4 ：大型机房费用高( 离心机) 5 ：支付额外的滤饼运输费用( 离心机) 6 ：转速高，振动大，磨损快、噪声强烈( 离心机) 7 ：污泥到处累积，不卫生，保养工作量大( 带式压滤机) 8 ：转速高( 离心机) ，驱动部件多( 带式压滤机) 、压力大( 板框压滤机) 、 能耗很大 9 ：液压装置，保养工作量大( 板框压榨机) 1 4 前景展望 随着改革开放的深入和现代化建设的推进，中国政府越来越重视环境保护工 作，尤其是在污水处理方面，特别是近些年来，不断加大人力、物力的投入。近 二十年来，一些水厂、污水处理厂通过b o t 与t o t 方式出现了较多不同国别的构 造新颖、结构轻巧、节能低耗的新型先进设备，使水工业设各行业的制造和研究 者注意到它除了设备本身的机械功能齐全、运行可靠之外，还能充分符合新工艺 的开发，满足工艺高水准的要求，并能改变原工艺中一些边界条件的限制。这些 设备不仅从机械结构及运动机理上较同类设备有了些质的变化，而且在一定意 义上给工艺的创新与变革提供了可能和保证。统计显示，1 9 9 8 2 0 0 2 年，中国 在环境保护和生态建设方面的投入达到5 8 0 0 亿元。但是由于我国的过滤机起步 较晚，目前的水工业设备与国外的差距大于水工艺与国外的差距，水工业专用设 备的理论研究和制造与国外的差距又大于通用设备与国外的差距，所以要提高我 国水工业产业化的水平，关键是抓好水工业设备，特别是高水平的水工业专用机 械设备，这是我国水工业设备产业的当务之急 本课题的研究目的就是通过开展对螺旋挤压式过滤机的理论研究，追踪国际 最新技术，为国内螺旋挤压式过滤机的设计开发和实际应用提供有价值的参考。 本课题的研究具有一定经济价值和社会价值。 北京化工大学硕士学位论文 1 5 论文研究的方法与主要内容 1 5 1 有限元数值分析的方法简介 固体力学的有限元分析方法是力学、计算数学及计算机等学科综合体系所提 供的结构应力分析方法。它以最小势能原理为基础，把连续弹性体分割成仅在有 限个节点处相连的有限个单元，并以此来代替原来的连续弹性体，然后建立单元 组合体的支配方程( 即位移法的节点平衡方程或力法的位移协调方程) ，并求解。 有限元法有很强的适应性，由于单元能按不同的连接方式进行组合，且单元本身 又可以有不同的形状，因此用有限元法可以模拟几何形状复杂的求解域，还便于 处理非均质材料，非线性应力一应变关系以及复杂的边界条件等难题“”。 近三十年来，有限单元法的理论和应用都得到迅速的、持续不断的发展，已 经由弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定 问题、动力问题和波动问题。分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘弹性和复合材 料等，从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域。 有限元法作为一种数值分析方法，为复杂形状的结构分析及过程分析提供了 一种精确可靠的手段，在当今各个设计、生产、制造等不同工程应用领域中广泛 使用，在工程分析中的作用已从分析和校核扩展至4 优化设计，并成为计算机辅助 工程的一个重要部分“。 1 5 2a n s y s 有限元软件简介 随着计算机的发展，大型有限元分析软件已经大量进入市场。a 、s y s 是团蕲 著名的大型多功能通用有限元分析软件之，是由匹兹堡大学力学系教授j o j m s w a n s o n 博士创立的a n s y s 公司开发的。该软件集结构、热、流体、电磁、声学 于一体，含有多种有限元分析的能力，包括从简单线性静态分析到复杂非线性动 态分析，可用于解决许多工程领域的分析研究。随着a n s y s 的发展与版本的不断 升级，该程序又添加了许多特殊的强大功能，这些功能使a n s y s 在解决各种领域 的多方面复杂分析中更为迅速有效。 a n s y s 软件是美国机械工程师协会( a s m e ) 、美国核管会( n r a ) 、美i 雪宇航 局( n a s a ) 、中国铁路机车车辆工业总公司、全国压力容器标准化技术委员会 ( c n s c p v ) 等近二十种专业技术协会认可的标准分析软件，已成为国际公认的工 程仿真及校验工具。1 9 9 5 年1 0 月，该软件已通过全国压力容器标准化技术委员 会的测试，并被认可为按压力容器分析设计标准( j b 4 7 3 2 一1 9 9 5 ) 进行压力容器 第一章绪论 分析设计的有限元分析软件“町嘲。 典型的a n s y s 分析过程包含三个主要的步骤： 创建有限元模型( 前处理器) 创建或读入有限元模型； 定义材料属性； 划分网格，通常把三维实体划分成四面体或六面体单元的实体网 格，平面问题划分成三角形或四边形单元的面网格。 ( 2 ) 施加载荷并求解( 求解器) 施加载荷及设定约束条件； 求解。 ( 3 ) 查看结果( 后处理器) 查看分析结果； 检查结果是否正确。 1 5 3 分析设计法 对容器进行详细的应力分析，将各种外载荷或变形约束产生的应力分别计算 出来，然后进行应力分类，再按不同的设计准则来限制，保证容器在使用期内不 发生各种形式的失效，这就是以应力分析为基础的设计方法，或称分析设计法。 应力分类法将容器应力分为三大类：一次应力，二次应力，峰值应力m 】。 1 5 3 1 一次应力( 尸) 一次应力为平衡压力与其他机械载荷所必需的泫向应力或剪应力。对理想塑 性材料，一次应力所引起的总体塑性流动是非自限的，即当结构内的塑性区扩展 到使之变成几何可变的机构时，达到极限状态，即使载荷不再增加，仍产生不可 限制的塑性流动，直至破坏。一次应力分为如下三种： ( 1 ) 一次总体薄膜应力( 只) ：影响范围遍及整个结构的一次薄膜应力。 在塑性流动过程中一次总体薄膜应力不会发生重新分布，它将直接导致结构破 坏。 ( 2 ) 次弯曲应力( 只) ：平衡压力或其他机械载荷所需的沿截面厚度线 性分布的弯曲应力。 ( 3 ) 一次局部薄膜应力( 只) ：应力水平大于一次总体薄膜应力，但影响 范围仅限于结构局部区域的一次薄膜应力。总体结构不连续引起的局部薄膜应力 7 北京化工大学硕士学位论文 虽具有二次应力的性质，但从方便与稳妥考虑仍归入次局部薄膜应力。 1 5 3 2 二次应力( q ) 二次应力是为满足外部约束条件或结构自身变形连续要求所需的法向应力 或剪应力。其基本特征是具有自限性，即局部屈服和小量变形就可以使约束条件 或变形连续要求得到满足，从而变形不再继续增大。 1 5 3 3 峰值应力( f ) 峰值应力是由局部结构不连续或局部热应力影响而引起的附加于一次加二 次应力的应力增量。峰值应力的特征是同时具有自限性与局部性，它不会引起明 显的变形；其危害性在于可能导致疲劳裂纹或脆性断裂。 1 5 3 4 应力强度的限制条件 分析设计法采用应力强度，打订来描述物体的应力状态，并与材料的设计应 力强度兄进行比较。一般钢材的设计应力强度s 。为下列各值中的最低值： ( 1 ) 常温下抗拉强度最低值的寿； z ，o 1 ( 2 ) 常温下屈服点或o 2 屈服强度最低值的圭： 1 ) 1 ( 3 ) 设计温度下屈服点或o 2 屈服强度的去。 j ) 一次总体薄膜应力( 巴) 在容器内呈总体分布，且无自限性，只要一点屠 服即意味着整个截面以至总体范围屈服并引起显著的总体变形。因此应与规则设 计一样采用弹性失效设计准则，即以基本许用应力强度j s 0 作为一次总体薄膜应 力强度的限制条件： 只船。 ( 卜1 ) 一次局部薄膜应力( 只) 既有局部性，也有二次应力的自限性，因此不应 限制过严，可比己放宽。一次局部薄膜应力强度的限制条件： 置1 5 髓。 ( 卜2 ) 一次局部薄膜应力最加一次弯曲应力只的应力强度也应不超过设计许用应 力强度氏的l 5 倍，即 第一章绪论 e + 只1 5 船。 ( 1 3 ) 一次局部薄膜应力吃、一次弯曲应力b 与二次应力q 和的应力强度应不超 过设计许用应力强度& 的3 倍，即 丘+ 最+ q 3 船。 ( 卜4 ) 各式中，k 为载荷组合系数，对于本课题的分析，k = 1 。 9 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 2 1 入料部分 入料部分主要分为螺旋挤压机螺旋内筒入料、直接输送物料至螺旋叶片位置入料、 u 型挡板入料。 2 1 1 螺旋挤压机螺旋内筒入料 此种入料方法是入料管与空心螺旋轴法兰对接，其中把螺旋内筒用一块挡板 焊死，使其从螺旋内筒上的开孔流出。“。如图2 一l ： 图2 1 螺旋挤压式过滤机内筒入料 f j g l 2 一li n p u tf r o mt h ec y i i n d e ro f s c r e wp r e s sn l t e r - # 口 一 优点：入料完全密封，对外界污染小，适合加工对环境有污染物料。 随着螺旋的转动，从螺旋轴内部进入设备内的稳定而均匀，不易受到叶片甩 动的千扰。 便于在入料直筒段对物料加热，提升物料过滤性能。 缺点：由于螺旋简转动，入料对接处需要考虑密封问题。 在螺旋筒焊接挡板并且开孔，降低了螺旋轴的强度。 设备停机后，螺旋筒内的残余物料不便于清洗。 北京化工大学硕士学位论文 2 1 2 直接输送物料至螺旋叶片位置入料 在过滤机上开孔，物料直接输送至过滤机挤压物料部位。 入? 图2 2 螺旋叶片位置入料 f j 9 2 - 2i n p u td i r e c tt o 小eb l a d eo f s c r e wp r e s sf i l t e r 优点：入料口可一次放入大量物料，部分利用重力作用挤压待加工物料进入 过滤机，减小能耗。无需对螺旋作任何更改。 缺点：此入料方式一般物料直接和空气接触，容易污染环境或者使物料变质 2 羽 o 2 1 3u 型挡板入料 在螺旋的一侧，安装有一u 型板，u 型板上有一定数量的孑l ，物料由u 型网 进入，水分可以通过u 型网过滤掉一部分，然后在螺旋叶片的带动下，进入滤网 和螺旋之间进行过滤。适合纤维含量比较高，并且含湿量较高的物料。如图2 3 ： 1 2 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 图2 3u 型挡板入料 f i 9 2 3i n p u tb yut y p eb a f l l e 优点：可以对物料进行预处理，初步降低物料水分，提高设备的效率。 缺点：由于外面的u 型网的物料没有受到挤压作用，考虑到u 型网的过滤效 果，预处理的u 型网孔不能太小，这样，就可能被过滤掉的滤夜仍然含有较高的 含固量。 2 2 卸料口压力控制 物料卸料口压力控制部分的原理都式通过自身结构，给物料一个反作用力 只有卸料口物料达到一定浓度，才能克服此压力卸料。 卸料口压力控制大概可分为自重式、弹簧式、直推气压式、挡板式。 2 2 1 自重式卸料口 如图2 4 所示： ! ! 室些三查兰堡主兰壁堡壅 一 图2 4 自重式卸料口 f i 9 2 4o u t p u tb yg r a v i t a t i o n 优点：此种卸料控制方式只需要安装一金属盘，即可实现控制出口压力的效 果，成本低，结构简单，不易损坏。 缺点：出口压力控制不够准确，只能适用于粗加工场合。 2 2 。2 弹簧式卸料口 在卸料口处安装几根弹簧柱，一般由3 4 跟弹簧柱与挡板连接，物料克服弹 簧弹力，排出卸料口。结构如图2 5 所示： 图2 5 弹簧式卸料口 f i 9 2 5o u t p u tb ys p r i n gd r i v i n g 4 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 优点：结构简单，无需动力装置，成本较低。 缺点：只能适用粗加工场合。 2 2 3 汽缸推动式 在卸料口挡板上安装卜2 台气缸，安装形式基本同弹簧式，通过设备上的感 应装置测量到的压力值反馈给控制端，控制端调节空气压缩机的工作，从而实现 对物料卸料压力的控制。 如图2 6 所示： 图2 6 汽缸推动式卸料口 f i 醇一6o u t p u tb yc y i i n d e rd r i v e 优点：压力误差较小，控制准确。 缺点：使得整体设备结构复杂化，增加成本。 2 2 4 双开门挡板式： 北京化工大学硕士学位论文 2 3 滤网 图2 7 双开门挡板式 f i 9 2 7d o u b l e - d o o rt y p e 滤网可分为楔形网、板网、动静环网等，比较普遍采用的是板网和楔形网。 2 3 1 楔形网 楔形断面筛条和楔形或者矩形、圆形断面支撑条按照规定筛缝排列并焊接在 一起形成楔形条筛缝网。也可以用圆丝或方丝焊接成矩形筛孔网。般为不锈钢 材料，不锈钢材料的楔形网具有很高的强度、刚度和承载能力，广泛的运用于螺 旋过滤机9 “。如图2 8 所示： 1 6 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 黟缝尊p 孽i e 鞋尊 ，” r 蒸絮 ；l _ j j 罄遂豁j 。一毫阐粤r 2 3 2 板网 图2 8 楔形网 f j 9 2 8w e d g e w j r ew e l d e ds c r e e n 即在金属片上加工规则分布的滤网孔，滤网孔可为方形，圆形，十字行，梅 花行等多种形状，螺旋挤压式过滤机一般采用圆形滤网孔板网。如图2 9 所示： 北京化工大学坝十学位论文 f 蟾2 - 9p l a n et y p cs c r e e n 还有一些其他形状，如图21 0 所示： 23 3 动静环网 图2 1 0j 他形式扳网 f 1 9 2 1 0jh eo t h c rt y 雕ss c r e e n 节蓼。聱 第一带。麓帮每 ；j， ，一一一0麓 j j ，_ 0 j 蕊 j j j 3 ，o，o|，|j j j j _ j ；_j，。o j i-，_j j j j j ，u j j j j j _ j 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 一种相对新型的滤网，简单的来说，就是螺旋外套满一圈圈环片，所套环片 分两种：固定环片和滑动环片。固定环片与滑动板相互间隔，具有一定过滤间隙， 通过滑动环片与固定环片两环片间物料的摩擦，对物料挤出产生一促进作用大于 阻碍作用的摩擦力，从而提高物料的过滤分离效果。如图2 1 l 所示： 2 4 螺旋 图2 1 1 动静环网 f i 9 2 1 lm o v i n g f i x e ds c r e e n 螺旋挤压过滤机的核心部件为负责挤压、输送物料的螺旋，其性能的好坏直 接影响该机的能耗、生产率等。螺旋通常可分为单、双头螺旋，变螺距螺旋，间 断式螺旋。 2 4 1 单头螺旋 在螺旋轴上安装一层螺旋叶片，来输送挤压物料。 】9 北京化工大学硕士学位论文 藿窆渗 图2 1 2 单头螺旋 f i 9 2 1 2s i n 9 1 e - h e a d e ds c r e w 优点：制造加工简单，适用面广。 缺点：不能适应特殊场合需要。 2 4 2 双头螺旋 在一根螺旋轴上安装卜两层螺旋叶片，来输送挤压物料。 蛩 赫静铲 北京化工大学硕士学位论文 图2 一1 4 问断式螺旋 f i 9 2 一1 4i n t e r r u p t e d s c r e w 优点；具有相对比较高的转速，能够适应变化的进料浓度和迸料速率，处理 粘稠物料及其他难处理物料，同时，安装阻力杆之后，有效的减少了物料与滤网 的相对速度，减小了滤网的磨损。这些阻隔杆还增加了挤压机内的搅动，进一步 的减小了物料与螺旋同步运转的趋势。打断的螺旋结构可以最大限度的减小物料 和网体的同步运转。间断螺旋处理光滑物料的时候仍然具有比较高的效率。 缺点：结构复杂，制造成本相对较高。 2 4 4 双螺旋 采用两根螺旋交错安装，来挤压分离物料。 图2 1 5 变螺距、间断式取螺旋 f i 9 2 一1 5v a n a b l e p i t c ha n d i n t e r r u p t e ds c r e w 优点：根据不同的工况采取不同的安装方式，结构灵活。采用单电机，能耗 少，生产效率高。 缺点：结构复杂，维修困难。 第二章螺旋挤压式过滤机零部件的比较 2 5 本章小结 现在国内外的大多数螺旋挤压式过滤机过滤的结构都是在以上几种分类的 基础上进行一些创新、改进。随着时间的推移，会有越来越多的新的零部件运用 到螺旋挤压式过滤机中，推动此种机型的发展。本章能给螺旋挤压式过滤机的学 习者和相关资料的研究者带来一定引导作用。 第三章楔形网强度分析 3 1 楔形网 3 1 1 楔形网结构特点 第三章楔形网强度分析 不锈钢楔形丝焊接筛网，简称楔形网。是一种用于筛分、过滤的金属网状结 构元件。具有很高的强度、剐度和承载能力，可以加工成各种形式的刚性筛分过 滤装置。焊接网筒体直径3 0 一1 0 0 0 哪，最大长度6 0 0 0 咖，筛缝o 0 5 2 0 唧。广泛 应用于石油、化工、井工工程、环保工程、冶金选矿、煤炭洗选、建材、水泥、 陶瓷、玻璃、制盐、制药、食品、轻工造纸等行业。 楔形网具有以下优点： l ：高开孔率 2 ：无阻塞表面 3 ：筛缝可以小至o 0 5 唧 4 ：自支撑结构 5 ：维护费用低 6 ：成本低 7 ：寿命长 正是因为以上优点，在螺旋挤压式过滤机中也广泛采用此种类型滤网。 技术说明：楔形断面筛条和楔形或矩形、圆形断面支撑条按照规定筛缝排 列并焊接在一起形成楔形条筛缝网。筛条和支撑条因冷轧成型过程产生冷做硬 化，强度和硬度大大提高，增强了筛网的耐磨性。 筛条和支撑面形状，如图3 1 ： b 咫萝 h b h j ! 塞些三查堂雯主兰堡堡茎 h 图3 1 筛条和支撑面形状 f i 9 3 1t h ef o r m so f t h es i e v et r i p sa n ds u p p o r t i n gs t r 】ps e c t i o n 3 1 2 不锈钢楔形丝焊接筛网材料选用： 3 0 2 1 ( ：r 1 8 n i 9 3 0 4 o c r l 8 n i 9 2 0 2 1 c r l 8 m n 8 n i 5 3 1 6 l o o c r l 7 n i l 4 m 0 2 以上为基本材料类型，也可根据需要选用特殊材料。 3 1 3 不锈钢楔形丝焊接筛网结构形式 3 1 3 1 标准外滤式 圈3 2 朝；催外勰a f i9 3 2s t a n d a r d d u t yo u c s j d e 亓1 t e r j n gt y p 。 北京化工大学硕! i 二学位论文 图3 _ 5 筛条轴向内滤式 f i 9 3 5s j e v e _ t r j p - j n c y c i ei n s i d en l t e r i n gt y p e 典型成品如图3 6 所示： 雾毳至量之三三二= 乏兰乏i 笔墨 图3 _ 6 楔形网成品 f i 9 3 6f i n i s h e dp r o d u c t so f w e d g e w i r ew e l d e ds i e v e 2 楔形网的有限元强度分析 此次分析采用螺旋挤压式过滤机采用的环状筛条轴向均布，支撑条周向均布 于筛网外，筛网内径4 0 0 m m ，长度为8 0 0 m 巾，滤缝宽度d = o 5 m m ，楔形上底a = 0 8 m m 、下底b = 2 2 m m 、高h = 3 9 5 m m ，形状如下图所示。 n 北京化工大学硕士学位论文 载荷和约束 载荷： 内表面加压0 5 m p a ，对应的设计温度为2 0 约束条件： 在筛条两端施加对称约束。 网格测试 因为关心位置为筛条窄端与支撑条窄端的接触位置，故网格测试位置为筛条 窄端和支撑条窄端。 楔形网筛条窄端网格密度测试 分别取窄端划分分数为2 、3 、4 、5 ，由图可知，当楔形网筛条窄端网格分 数变大时，最大受力位置路径上所受薄膜应力变化很小，说明楔形网筛条窄端网 格密度对平均应力强度影响不大。 图3 9 肖筛条窄端网格数为4 时的应力强度 f i 9 3 - 9s t r e s sj n t e n s i f yo f s i e v es t p s 鲥d sw h e nn u 】1 】b e ri sf o u r 第三章楔形网强度分析 柏 3 9 圣明 v 魁 袋” 采 趟 拍 2 口2 53 03 54 04 55 d 楔形网筛条窄端罔格分数 图3 一1 0 内压作用下应力强度随螺窄端单元数量的影响 f i 9 3 1 0i n n u e n c e0 f 肌m b e ro f g 曲o f t l l es i e v e 姒po ns t r e s si n t e n s 时 楔形网支撑条窄端网格密度测试 分别取窄端划分分数为3 、4 、5 、6 份，当楔形网支撑条窄端网格分数变大 时，最大受力位置路径上所受薄膜应力变化很小，说明楔形网支撑条窄端网格密 度对应力强度影响不大。故为简化运算，在此次分析中楔形网支撑条窄端网格划 分分数为4 份。 图3 1 1 当支撑条网格数量为4 时的应力强度 f j 9 3 一1 1s t r e s sj n t e n s i t yo f s u p p o n i n gs t r i p sg r i d si sf o u r 北京化工大学硕士学位论文 3 03 jo5s os 5 o 楔形两支捧豢窄螭同格分数 图3 一1 2 内压作用下应力强度随螺支撑条窄端单元数量的影响 f 谵3 一1 2i n 钉u e n c eo f n u m b e ro f g r i d so f t h es u p p o n i n gs 廿i po ns t r e s si n t e n s i i y 材料的设计应力强度 楔形网选用材料为3 0 4 0 c r l 8 n i 9 ，工作温度为常温2 0 4c ，按照j b 4 7 3 2 9 5 钢制压力容器分析设计标准，该温度范围下材料的设计应力强度为 1 3 7 m p a 。如表3 一l 表3 1 不同路径校核结果 t a b i e3 一“e s u l t so fd i 彘r e n tp a c h s 应力强度数值许用值校核结 路径名称 位置 类型( m p a ) ( m d a )果 p a t h l 如图1 9 所示s l i 4 3 2 21 9 6满足 p a t h l 如图2 0 所示s i i 3 9 5 81 9 6满足 p a t h l 如图2 1 所示s i i 2 2 7 91 9 6满足 北京化工大学硕士学位论文 一1 二 一7 【。1 图3 1 5 内压作用下的总体位移分布云图 f i 9 3 1 5d i s t r i b u 石o no f t o t a ld i s p l a c e m e n tu n d e ri n n e rs t r e s s 鬻“慧警孑慧掌隧馨二= 一“：。= ：罡黔 图3 1 6 内压作用下的总体l 分布云图 f i 9 3 1 6d j s t r b u t i o no f s t r e s si n t e n s l t yu n d e ri n n e rs t r e s s 少 ，口m掣 第三章楔形同强度分析 图3 1 7 筛条内压作用下的总体位移分布云图 f i 9 3 - 1 7d i s 倒b m i o no f t o t a ld i s p l a c e m e n to f s i e v es t r j pu n d e ri n n e r s t r e s s 筛条内压作用下的总体位移分布云图 j 二，： n 图3 1 8 筛条在内压作爿j f 的应力强度分布云图 f 堙3 1 8d i s t r j b u “o no f s t r e s si n t e n s i t yo fs j e v es t r i pu n d e ri n n e rs t r e s s 慈鬟羹瑟 北京化工大学硕士学位论文 n 图3 1 9 路径1 ( 筛条) f i 9 3 一1 9p a _ 【ho n eo ns i e v es t r i p n 翟霎慧至兰糕i 茎_ 图3 2 0 路径2 ( 筛条) f i 9 3 2 0p a t ht w oo ns j e v es t “p 第三