（机械工程专业论文）梅山热轧厂污泥脱水装置改造设计.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 梅山热轧板厂污泥脱水装置改造设计 摘要 污泥脱水处理系统是热轧带钢生产工艺中的一个重要环节。污泥脱水处理系 统工作状况的好坏，将直接影响热轧带钢生产工艺节奏，影响产品质量，易造成 极大的浪费。 梅山热轧板厂污泥脱水系统中所使用的真空折带式过滤机在长期工作中暴露 出的生产、操作、维护及水处理质量等种种问题，已不适应梅山热轧板厂3 0 0 万 吨生产需求。本文阐述了轧钢生产中污泥处理系统不同过滤机的特性和适用工况， 通过比较，从梅山脱水系统的要求和实际情况出发，选择全自动厢式压滤机做为 污泥脱水设备，对其进行设计。 设计实施过程中，在重点分析和考虑原有污泥脱水设备缺陷的基础上，结合 梅山热轧厂实际情况，根据轧钢污水的特性和处理情况，确定了全自动厢式压滤 机的总体方案，按过滤设计理论并结合小型压滤机试验确定了厢式压滤机的基本 参数，完成了机械、液压系统的设计，为全自动压滤机的选型提供了科学依据 在使用过程中，新设备充分体现了超越原设备的优越性水质循环、铁粉回 收、产品质量大幅度提高，满足了大生产的需要。新设备与原设备相比，自动化 程度高，操作、维护、检修简单，单机过滤面积大，附属设备少，滤饼含液量低， 降低了生产成本。 本文将机械技术与液压技术相结合，完成了全自动厢式压滤机的设计，实现 了梅山热轧厂轧钢污水处理的自动化，解决了工程实际问题，同时创造了可观的 经济效益 关键词：厢式压滤机液压系统机械系统滤板压紧板有限元分析 查苎查兰塑主兰堡丝墨竺! ! ! ! ! ! 一 1- i m p r o v i n gd e s i g n0 ns l u d g e w a t e r - d e h y d r a t i n ge g u i p m e n to fm s h s m a b s t r a c t s l u d g ew a t e r - d e h y d r a t i n gi s a l li m p o r t a n tp a r ti nt h eh o t - s t r i ps t e e lp r o d u c t i o n p r o c e s s ra f 岱e c t st h ep r o d u c t i o nr a t e ，p r o d u c tq u a l i t y , a n dm a y c a u s ee x c e s s i v ew a s t e n ev a c u u l nc r o o k e d - b a n df i l t e rw h i c hw a sp r e v i o n s l yu s e di nm e i s h a nh o ts t r i p m i l l ( m s h s m ) h a dm a n yp r o b l e m sw h i c ho b v i o u s l ya f f e c t e dt h ep r o d u c t i o n , o p e r a t i o n , m a i n t e n a n c ea n dw a t e rt r e a t m e n t s oi tw a sn o ts u i t a b l ef o rt h ee x p a n d e dp r o d u c t i o no f s t e e lp r o d u c ti nm s h s m b yc o m p a r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n da p p l i c a b l i t i e so f d i f f e r e n tk i n do f f i l t e r s ，t h eb o xt y p ea u t o m a t i cf i l t e rw s es e l e c t e dt or e p l a c et h ev a c u u m c r o o k e d - b a n df i l t e ru s e di nt h es l u d g ew a t e r - d e h y d r a t i n gs y s t e m ，b a s e do nt h ea c t u a l c o n d i t i o n so f m s h s m t h i sp a p e ro f f e r sa ni m p r o v i n gd e s i g no nt h i ss y s t e m t h ew h o l ed e s i g np r o c e s si sb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ed e f e c t so ft h eo r i g i i l a l e q u i p m e n ta n da c t u a l c o n d i t i o n so fm s h s m s y s t e mp a r a m e t e r so ft h eb o xt y p e a u t o m a t i cf i l t e rw a sg i v e na c c o r d i n gt of i l t e rd e s i g nt h e o r ya n de x p e r i m e n tw i t hs m a l l f i l t e rm a c h i n ew 硇f i n i s h e d n 圯d e s i g n so fm e c h a n i c a la n dh y d r a u l i ca n de l e c t r i c a l c o n t r o ls y s t e ma r ea l s oc o m p l e t e d t h es t r e n g t ha n ds t i f n e s so fc o m p r e s sb o a r da n d f i l t e rb o a r da r ea n a l y z e db yf e m 1 1 坞n e we q u i p m e n ts h o w sm a n ya d v a n t a g e so v e rt h eo l do n ei na p p l i c a t i o n p r o c e s s w a t e ra n di r o np o w d e rr e c l a i m e da n d s t e e lp r o d u c tq u a l i t ya r eh i g h l ye n h a n c e d c o m p a r e dw i t h t h eo r i g i n a le q u i p m e n t s ，t h en e wo n ei sh i g ha u t o m a t i o n , e a s yo p e r a t i o n a n dm a i n t a i n c e ，a n dl o wc o s t i nt h i sp a p e r , m e c h a n i c a lt e c h n o l o g ya r ci n t e r g r a t e dw i t hh y d r a u l i ca n de l e c t r i c a l c o n t r o lt e c h n o l o g ya n dt h e & s i g no fa u t o m a t i o nb o x - t y p ed e h y d r a t i n gm a c h i n ea r e c o m p l e t e d p r a c t i c a lp r o b l e m si ns l u d g et r e a t m e n ts y s t e mo fm s h s m a r cs o l v e d e n o r m o u se c o n o m i cb e n e f i ta 地o b t a i n e d k e y w o r d ：f r a m ef i l t e rm a c h i n eh y d r a u l i cs y s t e m m e c h a n i c a ls y s t e mf i l t e rb o a r d c o m p r e s sb o a r d f i r d t ee l e m e n ta n a l y s i s i l l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 刹唠 日强；州寺3 曩、 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即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，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名；否则视为不同意。) 学位论文作者签名： 戎磷 签字日期： 弦占8 培 翩签名：钐够 导师签名：反勿心乡 签字日期：唧矿、 东北大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 宝钢集团上海梅山钢铁公司热轧板厂是以带钢生产为主的钢铁企业，热轧带 钢生产过程中需要大量的循环水对轧机轴承和轧辊冷却，并对轧制过程中的钢板 进行除鳞及冷却因此，循环水中含有因带铜氧化形成的大量的氧化铁皮和氧化 铁粉，以及设备使用过程中形成的油污和其他粉尘体积大的氧化铁皮质量重， 经沉淀池沉淀下来；较厚的油层也在池中过滤出来重新回牧。但大量细小氧化铁 皮、铁粉和油水混合物难以被沉淀池去除。实际生产中需经大型高速过滤器过滤 后，留在过滤器中，再用水泵供水对过滤器进行间歇性反冲洗，经反冲洗后的氧 化铁皮、铁粉和油水混合物进入了污泥脱水系统进行脱水过滤处理，处理后的水 和氧化铁粉泥饼将被重新回收再利用。因此污泥脱水处理系统是热轧带钢生产工 艺中的一个重要环节。污泥脱水处理系统工作状况的好坏，将直接影响热轧带钢 生产工艺节奏，影响产品质量，易造成极大的浪费。 梅山热轧板厂机组为进口二手设备，其能介车间水处理系统中泥浆脱水系统 安装于1 9 9 4 年，对轧线反冲洗水处理主要依靠两台真空折带式过滤机，对水质中 的泥浆、铁粉渣进行分离及回收再利用。该系统设备在长期的使用过程中，暴露 出的主要问题为；1 ) 真空折带式过滤机脱渣含水率小于等于6 5 ，处理泥渣的能 力较低，脱水处理后的水质含杂质多，油污多，再循环轧制时影响带钢表面光洁 度，易产生夹杂和疤痕；其次，脱水处理后的氧化铁粉泥饼含油水量大，浪费水 且氧化铁粉不易回收再利用随着梅山生产能力的提高，对水质要求也逐步提高， 要求铁粉含水率，j 、于3 5 ，泥渣处理能力1 5 立方米，次2 ) 整体系统设备体积大， 结构复杂，水环式真空泵吸力有限对泥水中泥渣的吸附效果差，大多数泥渣易 沉积在过滤机底部，过滤机体一半浸在泥水中，其转动部件易损坏、锈蚀，增加 了维修难度和成本3 ) 过滤布长期浸在水中，易软化变质，影响过滤效果，且材 料易损坏，过滤布使用寿命短。经常更换影响生产效率，增加生产成本4 ) 真空 过滤机的泥浆避科为三台小型的渣浆泵，输出管径小( 直径2 5 r a m ) 。管道设计长， 弯头多，阻力大，铁粉易沉淀，堵塞管路，影响运行5 ) 真空折带过滤机的自动 化程度低，在运行过程中，系统各处的操作基本为操作人员现场操作，增加了工 东北大学磺士学位论文 第一章绪论 作强度，生产效率抵，故障率高，不利于连续生产鉴于上述实际，须对污泥脱 水系统进行改造 1 2 本文主要工作 结合梅钢热轧板厂污泥脱水系统存在的实际问题和生产需要， 厂污泥脱水系统设备改造设计为研究课题，主要完成如下工作； ( 1 ) 分析不同过滤机的特点，结合轧钢企业应用的成熟经验， 类型，并根据试验结果确定主要参数 ( 2 ) 压滤机机械系统设计 ( 3 ) 压滤机液压系统设计 ( 4 ) 压滤机电控系统设计 ( 5 ) 对机械系统中关键零件进行有限元强度分析 本文工作为梅钢热轧板厂污泥脱水系统的改造提供理论依据 本文以热轧板 选定压滤机的 东北大学项士学位论文第二章压滤机的选型与主要参致确定 第二章压滤机的选型与主要参数确定 本章结合梅钢热轧板厂污泥脱水工艺需求，对比不同类型过滤设备的特点， 完成设备的选型并确定主要参数。 2 1 过滤方法与设备 过滤的方法可以分为【； ( 1 ) 重力过滤 重力过滤即深层滤床过滤。采用沉降的固体颗粒作为过滤介质，形成滤床或 滤层，例如：砂滤，被过滤的固液混合物中的固体颗粒沉积在粒状滤料床的内部 这种方法对于溶液中固体颗粒小而少( 固体含量小于1 0 0 0m g l ) 比较合适。 ( 2 ) 真空过滤 利用真空泵造成过滤介质( 例如：滤布) 两边的压力差进行过滤。适用于液 固比小而固体颗粒较细的浆体 ( 3 ) 加压过滤 利用高压空气造成过滤介质( 例如：滤布) 两边的压力差进行过滤由于过 滤过程对滤饼有压榨作用，可以得到含水很低的滤饼这种方法对固体颗粒较细， 粘而难过滤的物料比较合适 ( 4 ) 离心过滤 利用离心力造成过滤介质( 例如：滤布) 两边的压力差进行过滤。离心过滤 的推动力强，分离速度比较快 轧钢系统污泥脱水处理设备主要为：真空过滤机、加压过滤机、离心过滤机 2 。l 。l 真空过滤机2 1 采用真空泵造成过滤介质( 例如；滤布) 两边的压力差进行过滤适用于液 固比小而固体颗粒较细的浆体真空过滤机主要分为；水平带式过滤机和回转过 滤机 2 l 1 1 水平带式过滤机 水平带式过滤机于6 0 年代后期在法国研制成功，7 0 年代中期过滤面积达 1 2 0m 2 的水平带式过滤机在南非的m i l l s i t e 铀厂开始使用。水平带式过滤机的基本 结构见图2 1 其核心部分是由转动轮带动的排水带，排水带的下部安装了几个真 查些查兰塑主兰垡堡苎 苎三兰堡鎏垫塑垄型皇圭墨垒墨堕塞 空盒，排水带可以在真空盒上面滑动，在排水带与真空盒之间有低摩擦力材料制 成的密封隔离层滤布安装在排水带上，滤液进入真空盒，滤饼随滤布移动依次 通过洗涤和干燥，在转动轮处自动卸料，滤布用水冲洗干净后继续用于过滤，收 集滤布洗涤水用于洗涤或稀释进料矿浆。相互分隔的真空盒使滤饼分为料浆过滤 区和洗涤区，浸出液和洗水可以分别收集，从而可以实现逆流洗涤 i 一浸出液储槽l2 - - 洗承储槽；3 一真空盒 4 - - 捧水带 ，一滤布；6 一游布洗涤l7 一真空泵3 一潞科输送带 图2 1 水平带式过滤机的原理图 f i g 2 1p r i n c i p l es k e t c ho f h o r i z o n t a lp e r c o l a t i o nm a c h i n e 水平带式过滤机的主要优点是：洗涤效果比较高，可以达到9 6 9 9 ，可 以处理粗粒料浆，洗涤后的卸料滤饼含水率为2 5 3 5 主要缺点是：主、辅 设备多，设备体积大、占地面积大，使用能耗大，故障率高，检修、维护成本高， 工作能力小，泥浆脱水效率低，泥饼脱水效果差，用户对泥饼的满意率低等随 着现代化工业大生产的需要，这种污泥脱水处理机逐渐被淘汰 2 1 1 2 回转过滤机 回转过滤机是一个安装滤布的圆柱形转鼓，在转鼓的不同部分分别进行料浆 过滤、脱水、洗涤和卸滤饼的操作。转鼓的2 5 5 0 浸没在料浆槽中，利用鼓 内的真空度不断抽吸悬浮固体的料浆进行过滤，其简图如2 2 所示 东北大学硕士学位论文 第二章压滤机的选型与主要参数确定 在水平安装的中空转鼓表面上覆以滤布，转鼓下部浸入盛有悬浮液的滤槽中 并以o 1 3 r r a i n 的转速转动。转鼓内分1 2 个扇形格，每格与转鼓端面上的带孔 圆盘相通。此转动盘与装于支架上的固定盘借弹簧压力压紧叠合，这两个互相叠 合而又相对转动的圆盘组成一付分配头转鼓表面的每一格按顺时针方向旋转一 周时，相继进行着过滤、脱水、洗涤、卸渣、再生等操作 转鼓浸入悬浮液的面积约为全部转鼓面积的2 5 5 0 在不需要洗涤滤饼 时，浸入面积可增加至6 0 ，脱离吸滤区后转鼓表面形成的滤饼厚度约为 3 4 0 m m 回转真空过滤机的过滤面积不大，压差也不高，但它操作自动连续， 对与处理量较大而压差不需很大的物料比较合适。 囝掺 卜- 转筒# 2 一分配头 3 一洗涤水喷嘴lt 、2 - 与滤液贮罐相通的槽；3 - 与洗液贮罐相通的橹 5 - 悬浮液槽l6 - 搅拌嚣4 、5 一通压缩空气的孔 图2 2 回转真空过滤机原理图 f i g 2 2p r i n c i p l es k e t c ho f r o t a t i o nv a c u u mp e r c o l a t i o nm a c h i n e 2 1 2 加压过滤机 加压压滤机在过滤机中以适应性最广而著称，是应用于悬浮物料的固液分离， 间歇操作的加压过滤设备它是2 0 世纪6 0 年代以后发展起来的与其它周液分 离设备相比，压滤机过滤后的泥饼有更高的含固率和优良的分离效果。适合粘性 大、颗粒小、渣量多等过滤难度较大的物料因此，在冶金、化工、石油、医药、 染料、陶瓷、制糖等工业部门均获得广泛应用从减少泥饼堆置占地因素考虑。 压滤机是酋选 压滤机固液分离的基本原理是：混合液流经过过滤介质( 滤布) ，固体停留在 东北大学硬士学位论文第二章压淀机的选壅与主要参教确定 滤布上、并逐渐在滤布上堆积形成过滤泥饼而滤液部分则渗透滤布，成为不含 固体的清液。随着过滤过程的进行，滤饼过滤开始，泥饼厚度逐渐增加，过滤阻 力加大，过滤时间越长，分离效果越高特殊设计的滤布可截留粒径小于lum 的 粒子压滤机除了优良的分离效果和泥饼高含固率外，还可在过滤的过程中对过 滤泥饼进行有效的洗涤，从而有价值的物质可得到回收并且可以获得高纯度的过 滤泥饼 压滤机因其主、辅设备量少，设备结构紧凑、占用厂房空间小。设备工作能 耗低，设备维护简单，费用低，对工作环境污染小、噪音低，设备工作能力大， 可过滤粘度大，颗粒细的物料，滤饼具有稳定的低含湿量，面且这些特征不随料 浆的变化而变化，在提高脱水效率、降低脱水费用方面具有明显优势。因此，近 年来压滤机已成为轧钢厂污泥水处理的首选设备。 压滤机产品分为板框式压滤机、厢式压滤机 2 1 2 i 板框过滤机 由多块带凸凹纹路的滤板和滤框交替排列于机架而构成，如图2 3 所示。板和 框一般制成方形，其角端均开有圆孔，这样板、框装合，压紧后即构成供滤浆、 滤液或洗涤液流动的通道框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆和滤 饼的字闾 口 图2 3 板框压滤机原理图 f i g 2 3p r i n c i p l es k e t c ho f b o a r d - r a m ep c r c o l a 垃o nm a c h i n c 墨! ! 查兰堡主兰竺笙苎 苎三兰堡鎏垫塑望至兰圭墨兰茎塑塞 板和框的结构如图2 4 所示。悬浮液从框右上角的通道( 位于框内) 进入滤框， 固体颗粒被截留在框内形成滤饼，滤液穿过滤饼和滤布到达两侧的板，经扳面从 板的左下角旋塞排出。待框内充满滤饼，即停止过滤。如果滤饼需要洗涤，先关 闭洗涤板下方的旋塞，洗液从洗板左上角的通道( 位于框内) 进入，依次穿过滤 布、滤饼、滤布，到达非洗涤板，从其下角的旋塞排出 图2 4 澹板滤框 f i g 2 4f i l t e rb o a r da n df i l t e r 触m e 滤液的排出方式有明流和暗流之分，滤液从每块滤板上的出液孔直接流出的为 明流式，所有滤板的滤液汇合起来从止推板流出的为暗流式 板框压滤机的操作是间歇的，每个操作循环由装合、过滤、洗涤、卸渣、整理 五个阶段组成 板框压滤机构造简单，过滤面积大而占地小，过滤压力高，便于用耐腐蚀材 料制造，操作灵活，过滤面积可根据生产任务调节主要缺点是间歇操作，劳动 强度大，生产效率低。 2 12 2 厢式压滤机 厢式压滤机是2 0 世纪6 0 年代以后发展起来的厢式压滤机特点是过滤压力 高，最高压力已达2 0 m p a ；单机过滤面积大，国外已有1 7 2 7 m 2 的产品问世，国内 的最大过滤面积已达1 0 5 0m 2 ；滤饼含液率低，经压榨后的滤饼含湿率可再降低5 1 5 ；抗腐蚀性好，滤板可采用多种增强型材料，重量轻、弹性好、耐腐蚀、 适应性广：运转费用低，可实现多台连续作业、联机控制因此现代压滤机多以 东北大学碛士学位论文 第二章压滤机的选型与主要参敷确定 厢式的为主 厢式压滤机仅由滤板组成，外表与板框压滤机相似与板框压滤机相比厢式 滤板是把滤板和滤框合二为一组成一个过滤单元，其结构强度大。每块滤板凹进 的两个表面与另外的滤板压紧后组成过滤室。根据进料口的位置不同分为六种基 本形式，即a 型( 中部进料) 、b 型( 上部进料) 、c 型( 下部进籽) 、d 型( 上、下部进 料) 、e 型( 上角进料) 、f 型( 上边中间进料) 滤板根据滤液流出方式及能否对滤 讲进行洗涤又分明流式和暗流式，可洗与不可洗等类型。概括地说。上部进料适 合于较粗颗粒的物料，能回收大量滤液，滤饼易于洗净；下部迸料易于排除气体， 滤饼厚度均匀；中部进料适合于高压过滤。采用滤液明流排放方式可及时发现滤 液跑混，但它不适用于挥发性滤液；采用暗流排放，滤液不与大气相接触，这种 方式适用于有毒或含有挥发物的滤液。下图2 5 为通过中心孔加入料浆的厢式压滤 机的示意图，滤液在下角排出，带有中心孔的滤布覆盖在滤板上，两壁面的滤布 用编织管缝合。 l l 一泥装入口l2 一止推板i3 一滤板 4 - - 滤布l5 - - 蝴, 6 - - 压紧授 图2 5 厢式压滤机的原理图 f i g 2 5p r i n c i p l eo f b o xp e r c o l a t i o nm a c h i n e 自动厢式压滤机按滤板安装方向分为立式和卧式；按有无挤压装置分为隔膜 挤压型和无隔膜挤压型；按滤液排出方式分为明溜和暗流式；按操作方式分为全 自动操作和半自动操作其压紧方式一般均为液压压紧。 自动厢式压滤机适合粘性大、颗粒小、渣量多等过滤难度较大的物料因此 在冶金、化工、石油、医药、染料、制糖、陶瓷等工业部门均获得广泛的应用， 东北大学硕士学位论文 第二章压滤机的选型与主要参数确定 近年来又成为污泥处理的重要设备。在国外已经出现一名操作者可同时管理5 1 0 台自动厢式压滤机的情况，劳动生产率十分可观，厢式压滤机也有其不足之处， 如滤布依滤扳凹室产生变形，使寿命缩短，滤饼受凹室限制，不能太厚；滤饼洗 涤效果不如板框式等。 2 1 3 离心脱水机u 1 离心脱水机简称离心机。离心机的种类很多，其中以中、低速转筒式离心机 在污泥脱水中应用最普遍，如图2 6 所示其主要构件是转筒和装于简内的螺旋输 泥机污泥通过中空轴连续进入筒内，由转筒带动污泥高速旋转，在离心力的作 用下，泥水分离形成两层。螺旋输泥机与转筒同向旋转，但转速略有差异，即输 泥机的螺旋刮刀对转筒有相对转动，将泥饼由左端推向右端，最后从排泥口排出， 澄清水则由另一端排水口流出。经离心机脱水的污泥的特性可概括为：按初次沉 淀污泥，消化后的初次污泥、混合污泥、消化的混合污泥顺序，其含水率相应可降 至6 5 7 5 ( 前两者) 和7 6 8 2 ( 后两者) ；其固体回收率为8 5 9 5 ( 前两者) 及 5 0 8 0 和5 0 7 0 若投加调理剂，四种污泥的回收率可高于9 5 t 进辩输泥机l2 - - 转鼓；，一滤同；4 一外壳l ，_ 一滤饼 图2 6 离心脱水机 f i g 2 6p r i n c i p l eo f a c e n 仃i cd e h y d r a t i o nm a c h i n e 东北大学礤士学位论文第二章压滤机的选堑与主要参数确定 离心机的优点是设备小、效率高、分离能力强、操作条件好( 密封、无气味) ； 缺点是制造工艺要求高、设备易磨损、对污泥的预处理要求高，而且必须使用高 分子聚合电解质作为调理；l ! i 2 2 过滤机的选择 凡是有过滤工序的地方，都会遇到过滤机的选型闳题但是要想轻而易举地 选定合适的机型却不太容易，这是因为滤浆的性质和种类各不相同繁多的过滤机 各有其适用范围，而且不是万能的选型时不仅要参照别人的经验，而且还须用 试验过滤机进行中问试验，只有这样，才能选出适合于具体工况的过滤机。 2 2 1 选型时考虑的因素n 1 过滤机选型时考虑的主要因素有：工艺要求、同液相性质、料浆过滤特性等。 2 2 1 1 工艺要求 选型时要考虑以下工艺要求： ( 1 ) 处理量，对于大处理量，应选用连续式过滤机、大型过滤机或若干个小 型过滤机；处理量少时，可选用间歇式过滤机。 2 ) 处理目的，分离出的产品是固相滤饼且有含湿率的要求，应选用具有压 榨机能的过滤机；产品为液相时要考虑到其中的含固量和饱和度，含固量要求决 定着应采用滤饼过滤还是介质过滤 ( 3 ) 滤饼的压缩性和剥离性，对于比阻与压力无关的非压缩性滤饼，应选用 加压式过滤机；对于可压缩性滤饼，其滤饼的比阻将随压力的升高而呈指数关系 迅速增大，提高过滤压反而会降低过滤速度，应选用能进行薄饼过滤的加压过滤 机。由于滤液量与滤饼的厚度有相悖的关系，所以在薄饼层下过滤较为有利。但 是，滤饼太薄时不利于从滤布上剥离 ( 4 ) 设备的可靠性和空间利用率，新过滤设备若需安装在现有厂房中，则应 考虑其空问高度和占地面积及进出料部位的方位和高度 ( 5 ) 工艺的组合，选型时应考廖到过滤工序与其前道和后道工序的组合。如 辅助设备泵等，对过滤效率以及过溏机的尺寸均有影响，因而应选用合适的类型 ( 6 ) 特殊要求，是指滤浆的毒性、挥发性及易燃易爆性所带来的要求通常 用密封操作、充氨气等方法来解决 东北大学硕士学位论文第二章压滤机的选型与主要参数确定 2 2 1 2 固液相性质 选型时固液相性质主要考虑以下几点： ( 1 ) 化学组成，化学组成影响颗粒的分离性；其腐蚀性决定设备和过滤介质 的材质。因此，首先应当已知滤浆的化学组成，以便预测由p h 值、溶剂、温度或 压力的变化所引起的反应 ( 2 ) 密闭性，在处理挥发性、有毒性、易燃性及无菌性物质时，应考虑采用 密闭操作 ( 3 ) 密度、温度、粘度，液体与颗粒间的密度差对沉降性和过滤速率有影响， 小的密度差可能使某些分离技术失效；温度提高时，液体的粘度随温度的上升而 约呈指数降低，这样不仅提高了流动性而且不易出现结晶。 ( 4 ) 固相浓度，大多数过滤机的最佳操作，都是在有限的滤浆固相浓度范围 内获得的。若想从滤浆中分离出微小颗粒，或者从低浓度的滤浆中分离出固相， 就应考虑加入分级工序。当颗粒尺寸大，而且体积分数超过5 0 时，不应选用板 框压滤机，否则滤饼不均厚，也容易堵塞进料管 ( 5 ) 颗粒的尺寸分布，颗粒的尺寸及尺寸分布，对滤浆的过滤性和沉降性有 明显影响，许多分离设备的最佳效率都是在有限的尺寸范围内获得的。尺寸大的 颗粒能形成空隙率高的滤饼，空气容易透过此时如选用转鼓真空过滤机，滤饼 便会因真空吸力小而在重力作用下脱落，故应选用有水平滤面的过滤机 2 2 1 3 料浆过滤特性 按照滤饼的形成速度，可将滤浆的过滤持性分成以下四类： ( 1 ) 过滤性良好的滤浆，矿石细粒、石英砂及煤浆等固液混合物，都是过滤 性良好的滤浆，过滤速度很快，能在数秒钟之内形成较厚的滤饼，可采用内部加 料型转鼓真空过滤机，以及水平带型真空过滤机等具有水平过滤面的机型 ( 2 ) 过滤性中等的滤浆，淀粉、氢氧化铝及硫化精矿等的固液混合物，都属 于过滤性中等的滤浆，经缓慢搅拌，便能保持悬浮状态，其滤饼的形成速度在2 5 r a m m i n 以上，可采用转鼓真空过滤机 ( 3 ) 过滤性差的滤浆，碳酸钙、水泥及氢氧化钠等的固液混合物，都属于过 滤性差的滤浆，对其稍加缓慢搅拌，便很容易呈悬浮状态，其滤饼的形成速度不 超过6 m m m i m ，可采用加压式或真空式过滤机 东北大学磺士学位论文第二章压滤机的选型与主要参数确定 ( 4 ) 稀薄滤浆。固体体积分数在5 以下的滤浆，为稀薄滤浆，其滤饼的形 成速度不超过l m m m i r a ，可采用各种预敷层过滤机或间歇式加压过滤杌 2 2 2 过滤类型的初步确定 梅山热轧厂污泥含水率9 5 ，要求污泥处理量为2 0 3 0 立方米小时，泥渣处 理量为l5 立方米次；滤饼含水率小于3 5 ：污水中含细小氧化铁皮、铁粉和油 水混合物，有较难的过滤性根据上述条件参考过滤机选型方法以及表2 1 给出 的各种过滤机的待性，选定过滤机的类型为厢式压滤机 袭2 1 过滤机特性 t a b l e 2 1c h a r a c t e r i s t i c so ff i l t e rm a c h i n e 2 2 3 压滤机基本参数的确定h 1 类型选定后，进行压滤机的具体设计。首先须用小型压滤机进行过滤试验， 通过给定的过滤条件对试验参数进行修正，确定压滤机实际过滤面积在过滤面 积确定后，借助诺模图求得滤板尺寸和滤板数目的最佳组合 厢式压滤机实验装置参数及试验结果如下：滤室厚度占7 = 2 0 n u n ，过滤面积 4 7 = 4 m z ，压滤时间t 7 = 2 0 r a i n ，辅助时间t t = 2 0 m i n ，过滤压力p = 0 2 m p a ， 至! ! 查! 璺主兰堡丝兰墨三兰堡塑塑塑望至兰圭茎至鍪塑里 滤液体积v 7 = 5 8 9m 3 。 拟选用的厢式压滤机，实际滤室厚度占= 3 0 r a m ，过滤压力p = o 4 i v l f a ，与试 验装置不同，故需对过滤时间、压力进行修正。 ( i ) 压滤时间修正 ，一，倒2 ( 矿 娩- ， 式中，s 一污泥的压缩系数，一般取0 7 即：7 ( 刳2 。1 = 加2 ( 嗣娟s s 幽 ( 2 ) 过滤速度v 修正 过滤速度v 即单位时间单位过滤面积产生滤液的体积。 由于生产用压滤机与试验装置存在芳= 争的比例关系，故生产用压滤机体 积。 ( 争- 5 8 9 盖- 8 8 3 5 m 3 因试验装置面积a ，= 4 m 2 ，所以单位面积滤液体积为： 堕：2 2 1m 3 m 2 若辅助时间。7 = 2 5m i n ，则过滤速度：v = 丽i 2 而2 1 = o 0 3 5 9m 3 ，m 2 m m ( 3 ) 过滤产率三 上= 西，( 2 2 ) 式中，国一单位体积的滤液在过滤介质上截留的干固体的质量，g m 3 国= 酮c t c o ( 2 ，) 式中，c i 一污泥干固体浓度，c 。= 3 5 c o 一污饼干周体浓度，c o = 5 即国= 酮c s c o = 硐3 5 x 5 = 5 8 3 咖3 故工= 鲫= 5 8 3 x o 0 3 5 9 = 2 0 8g m 2 m i n = 1 2 5 8k g m 2 h ( 4 ) 压滤机面积4 一= 砷一g 。) 譬x 1 0 ( 2 4 ) 东北大学硕士学位论文第二章压滤机的选型与主要参教确定 式中，一考虑增加混泥剂污泥干重增加系数； g 。一污泥含水率，q s = 9 5 ； q 一每小时处理的污泥量，q - - 3 0 m 3 h 即：；巾一9 3 ) 呈1 0 3l ( 1 棚) 悉1 0 j l 9 2m 2 选用压滤面积为1 2 0 1 1 1 2 的厢式压滤机。 ( 5 ) 滤板尺寸和滤板数目 借助诺模图2 7 ，可初定滤板内边尺寸为1 0 0 0 m m 1 0 0 0 m m ，数目6 0 个 图2 7 诺模图 f i g 2 7a b a c 2 3 压滤机主要设计参数 根据试验修正数据，结合热轧厂的实际生产条件，参考j b ，r 5 1 5 2 9 l 厢式压 滤机和板框压滤机型式与基本参数) 以及( j b t 4 3 3 3 1 9 9 7 厢式压滤机和板框压滤 机技术条件 ，确定本厢式压滤机的主要规格和技术参数，如表2 2 东北大学硬士学位论文第二章压滤机的选型与主要参数确定 厢式压滤机是集机、液、电于一体的技术先进的分离机械产品。为了便于安 装及维护，将整机分为“机械、液压、电控”三部分进行设计，其原理框图见图 2 8 改造后的整体设备安置于热轧厂泥浆脱水楼中。在此次设计过程中，主要对 机械、液压系统进行设计计算，并对关键零件进行有限元分析 图2 8 原理框图 f i g 2 8p r i n c i p l es k e t c h 东北大学工程硕士学位论文第三章机械系统设计计算 机械系统是压滤机实现各种工艺动作的基础，本章根据选型时确定的基本参 数以及压滤机工作过程的工艺动作要求，完成机械系统各组成部分及其关键零部 件的设计 3 1 机械系统组成 机械系统主要由机架、过滤机构、压紧机构、传动机构、回转式集液盘组成， 如图3 1 ( 见附图一) 所示 1 一机座l2 - 塑料棒l3 一渡压马达4 - - 齿形链轮l5 一谖子链轮l6 一拉板嚣导孰； 7 - - 止推板，8 一拉扳嚣t9 - - 滤板，压缩板，压榨隔膜l1 0 - - 滤布1 1 - - 弹簧l 1 2 - - 悬吊杆l1 3 - - 曲张杆l1 4 - - 压蟹扳ii ，一压紧板液压缸l1 6 一控张轩， 1 7 - - 导辘一横鬃l1 8 一传动齿轮，1 9 - - 集液盘液压缸i 加一集承播 图3 i 厢式压滤机原理图 f i g 3 1 5 s 锄b i cd i a g r a mo f b o x r c o l a t i o nm a c h i n e 3 2 机架 ， 机架是本机的基础部件，用以支承过滤机构、压紧机构、拉板传动机构、回 转式集液盘及连接其它部件它由止推板、两端机座、两条平行的导轨一横梁等 组成机架采用高强度的结构钢及其焊合件，用以承受滤板、物料重量及压滤时 引起的强大压力整体机架设计为框架式结构根据梅山热轧板厂泥浆脱水楼的 东北大学工程硕士学位论文第三章机械系统设计计算 空间尺寸，确定机架高度2 4 2 0 m m ，长度6 4 2 0 m m ，宽度1 3 0 0 r a m 。平行导轨一横 粱长度6 4 2 0 m m ，用螺栓固定在机架上，是主要承载的零部件，采用优质结构钢 4 5 钢制作，其上工作表面设计为一矩形滑道面，另一为圆弧型滑道面，用以配合 支承过滤机构、压紧机构滑移工作和拉板机构的固定。止推板又称尾板，位于厢 式压滤机的尾部，直接与两端机座连接，它起止推滤板和支承导轨横梁的作用， 其上安装有一块固定的滤板，并设有进料、进气孔口压紧板采用铸钢浇铸而成， 为提高强度和改善铸造工艺性，通常在一侧开成筋板 3 2 1 导轨一横梁的截面尺寸 3 2 1 1 导轨一横梁所受的最大拉力 全自动厢式压滤机是间歇操作的加压过滤设备。进料过滤时受力作用最大， 此时导轨一横梁除受承受机架、物料、滤板重量外，还承受进料过滤时压紧板液 压缸压紧推力所形成的拉力为防止压滤机在操作过程中液体从滤板问泄漏，应 预先将其压紧，过滤过程的压紧推力由压滤介质产生的冲击压力与滤板接触面上 的密封力两部分组成 即f 民+ f o( 3 三) 式中：，一进料压滤过程的压紧推力，n ； r 进料压滤时压滤介质产生的冲击压力，n ； 矗一滤板接触面上的密封力，n & = 如 ( 3 2 ) f o = p ( 3 3 ) 式中：p o 进料过滤压力，m p a = 滤板承受液体压力的面积，m 2 ； p 一为保证密封，板与板的接触面上所必需的最小压强，m p a ； 一板与板的密封接触面积，单位为n 1 2 根据实际经验，为保证板和板密封，接触面上所需的最小压强，应满足 p = 3 p o 即：= 几蠢= o 4 x 1 0 1 0 x 1 0 x 1 4 = 4 x 1 0 5n f o = p s 宙= 3 x 0 4 x 1 0 x 0 1 x 1 1 - 1 0 x 1 o ) = 2 2 5 6 x 1 0 n f = + f o = 6 2 5 6 x 1 0 n 查! ! 查兰三墨堕圭兰垡堡塞 苎三兰垫塑墨竺堡盐盐墨 根据f 计算作用于导轨横梁上的拉力，单根梁的拉力以f 的一半f 拉来计 算。受力情况如图3 2 所示 f n r - 1 f - n t ：二：二：= ：= ：二：二：二：二：于 图3 2 导轨横粱拉力图 f i g 3 2 p u l lf o r c eo f t h et r a c k - h o d z o n t a lb 锄 目= 凡= = 3 1 2 8 x 1 0 s n 3 2 1 1 导轨一横梁截面尺寸的确定 由第一强度理论确定导轨横粱的截面尺寸 o x d l = qs 导= 纠 ( 3 4 ) 式中：d o 一第一强度理论的相当应力； b 1 一单向拉伸时的许用应力，4 5 钢制成的导轨一横梁吒5 3 5 0 m p a ； j 一安全系数，塑性材料取s = 1 3 2 0 。 许用应力为：p 】= 詈= 3 2 5 _ 0 0 _ 0 = 1 7 5 m p a 导轨一横梁在拉力作用下拉应力为：吼= 粤sb 1 导轨一横梁截面张彳= 舀= 焉筹_ 0 0 0 1 7 8 m 2 取导轨一横梁高与宽之比百h i = 6 五，= 6 6 7 彳= h 7 6 7 = 6 b 7 6 7 则导轨一横梁宽为6 7 = 死= f 历丽= o 0 1 7 2 m 考虑导孰一横梁的受力均匀性，固定螺拴孔，定位凹槽的加工工艺以及承载 过滤机构和压紧机构的受力接触面积，将以上计算6 的尺寸放大一个尺寸安全系 数s - - - - 2 0 即b = j b 7 = 2 0 o 0 1 7 2 = 0 0 3 4 4 r a 将6 圆整到整数以便加工，取b = 0 0 5m ；5 0m m h = 6 b = - 3 0 0m m 导轨横梁的截面尺寸设计为：高h - - - - 3 0 0 m m ，宽b = 5 0 m m 东北大学工程硕士学位论文第三章机城系统设计计算 导轨一横梁加工制作成矩形长梁，用高强度螺栓固定平行安装于两端机架， 并在导轨一横梁上开有凹槽配与机架上的凸台安装，即保证了安装定位又改善其 受力状况，具有较高的可靠性。 图3 3 导轨一横粱结构图 f i g 3 3s t r u c t u r eo f t h et r a c k - h o r i z o n t a lb e a m 3 2 2 导轨横梁危险截面处最大应力验算 导轨横梁的受力如图3 4 ( 口) 所示，其全都载荷可以看成是两支点间的均 布载荷，则 ：掣 ( 3 5 ) 式中： ，。一导轨横梁的最大弯矩，n m ；， 昆一单根导轨一横梁承受的载荷，n ，昂= 去( + r + ) ： 三一导轨横梁两支承点间距，m 机架重量：f 糠= 8 1 5 2k g ( 其中运动部件= 3 9 9 2 k g ) 物料重量：= 1 8 4 x 1 0 0 0 x 6 5 x1 o + 1 8 4 x1 0 0 0 x 3 5 x 7 8k g = 6 2 1 9 2k g 滤板重量：= 3 0 5 0 k g 总重量：g - - - - 1 7 4 2 1 2k g 尼= 钐= 8 5 3 6 3 7 6 n r = 晶= 3 1 2 8 x l o n 由前分析可知，导轨一横梁在外力作用下发生轴向拉伸和弯曲组合变形其 轴力图和弯矩图如图3 4 所示由图可知，危险截面为梁的跨中截面，其上的轴力 东北大学工程硕士学位论文 第三章机械系统设计计算 和弯矩分别为： 足= 目= 3 1 2 8 x 1 0 5 n k = 6 3 7 0 3n m 梁的最大正应力为拉应力，发生在危险截面的下边缘各点处，其表达式为： = 鲁+ 鲁 式中：一抗弯截面系数，m 3 ，矩形梁。b h _ = ； o 彳一粱截面积，m 2 ，一= h b 弧；黜+ 丽6 3 7 0 3 - 1 0 5 7 胁 纠= 1 7 5 m p a 6 导轨一横梁满足强度条件 j l l 卜r f y 6 3 7 n m 图3 4 导轨横梁的载荷分布图 f i g 3 4 l o a dd i s t r i b u t i o no f t h en 挑k - 】艄) i 屯叼q i c a ib e a m ( 3 6 ) 3 2 3 导轨横梁挠度验算 由于弯曲应力而产生的挠度来自于静载荷，当导轨横梁受拉时，相对弯曲 变形减少，故可只验算引起的交形挠度。 ，：嘉等 们 ，2 面百 l ，j 式中：，一导轨横梁变形产生的最大挠度， ( 3 7 ) 东北大学工程硕士学位论文第三章机械系统设计计算 口一导轨横梁单位长度内的载荷，g = 8 5 3 6 3 7 9 7 0 2 1 4 3n