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開題報(bào)告
課題名稱 微濾機(jī)樣機(jī)虛擬設(shè)計(jì)
一、 本課題的目的及意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
1、 本課題目的及意義
我國對于微濾機(jī)的研究起步較晚，與國外相比產(chǎn)品技術(shù)水平較低，可靠性差，外觀差，品種不豐富。隨著水資源的日益減少，污染日益嚴(yán)重，國家非常重視水處理設(shè)備的開發(fā)和研究。微濾機(jī)也得到優(yōu)先發(fā)展。在處理石油行業(yè)廢水時，可代替砂濾也可以與砂濾串聯(lián)以達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。 對于造紙行業(yè)的廢水和白水回用也有較好的去除效率。
微濾機(jī)用途較廣，凡固液分離過程都可以應(yīng)用 ,特別是用以去除水中的藻類、懸浮物等效果更好。但微濾機(jī)的工業(yè)應(yīng)用尚存在下述問題：濾網(wǎng)制造工藝較復(fù)雜。濾網(wǎng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不同程度地被堵塞尚無成熟的濾網(wǎng)清洗方法。 浮游生物和非晶體物質(zhì)（包括有機(jī)雜質(zhì)）的檢測方法較復(fù)雜，試驗(yàn)周期過長。
2、 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
微濾機(jī)凈水技術(shù)在國外開發(fā)于 1940-1942年。它是一種用固液分離機(jī)械過濾凈水技術(shù)。微濾機(jī)廣泛的應(yīng)用于冷卻循環(huán)水處理，廢水處理的深度處理與中水回用，凈化造紙用水，白水回收以及各種污廢水的處理。其主要特征為處理效果良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定，連續(xù)運(yùn)行，承受沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，全自動運(yùn)行，操作及維修簡便，運(yùn)行費(fèi)用及占地面積小等。 近年來國內(nèi)外特別重視微濾機(jī)的開發(fā)和研究，以提高污水處理的效率。
根據(jù)國內(nèi)外微濾機(jī)應(yīng)用和試驗(yàn)研究成果結(jié)合國內(nèi)煉油廠的實(shí)際情況，湖南大學(xué)和撫順石油二廠為開發(fā)擴(kuò)大微濾機(jī)的應(yīng)用范圍， 著重在下列幾個方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究：微濾機(jī)凈化煉油廠循環(huán)冷卻水的可行性； 微濾機(jī)代替目前煉油廠較普遍應(yīng)用的旁濾池的可能性， 應(yīng)用微濾機(jī)過濾指數(shù)選擇濾網(wǎng)的可靠性； 濾網(wǎng)清洗劑及清洗方法的有效性；浮游生物和非晶體物質(zhì)檢測方法的正確性 。經(jīng)半年多的各種條件試驗(yàn)， 上述主要問題均取得了較好的成果。 得出以下結(jié)論：應(yīng)用微濾機(jī)處理煉油廠循環(huán)冷卻水是可行的。采用 100/500 國產(chǎn)不銹鋼絲網(wǎng)，沖洗水壓力為 P=1公斤/平方厘米， 濾筒轉(zhuǎn)速 N=3 轉(zhuǎn)/分，水頭損失 H=15-30 厘米時，濾速可達(dá) 60-107 立方米 /平方米時，出水水質(zhì)接近國內(nèi)通用的旁濾池出水水質(zhì)，達(dá)到了部分煉廠循環(huán)水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。采用 8301 濾網(wǎng)清洗劑，無論是停車拆網(wǎng)清洗還是不停車不拆網(wǎng)清洗都是可行的，清洗后的濾網(wǎng)的濾速接近于新網(wǎng)。腐蝕現(xiàn)象輕微，為濾網(wǎng)的清洗開發(fā)了一條新的途徑。 微濾機(jī)處理煉油廠循環(huán)冷卻水具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，與國內(nèi)通用的旁濾池比較，以處理量 10000 立方米每天計(jì)，一次投資可節(jié)約 6萬元，經(jīng)常管理費(fèi)用可節(jié)約 13.182萬元每年。
（1）微濾機(jī)用于白水回收的實(shí)踐
石硯白麓紙業(yè)有限公司的技術(shù)人員使用 2 臺微濾機(jī)分別處理紙板機(jī)的白水回收和新聞紙機(jī)的白水回收。 在處理紙板機(jī)的白水回收時， 在回收纖維效率及處理白水能力上都顯示出較強(qiáng)的優(yōu)勢。首先回收纖維的效率高（進(jìn)水濃度為 1473.3mg/L時，網(wǎng)坑白水濃度為 314.4mg/L），處理水量大（每小時處理水量 140 到 200 立方米）；其次，可較好的分離白水中的纖維， 網(wǎng)坑白水也可直接回用于紙機(jī)的網(wǎng)部沖洗用水，紙邊沖水等，而且，在后續(xù)的氣浮法白水回收中絮凝劑用量可大大降低。用于新聞紙機(jī)的白水回收，效果不理想。主要表現(xiàn)為網(wǎng)坑內(nèi)白水濃度高（進(jìn)水濃度為 1465mg/L 時，網(wǎng)坑白水濃度為 1271mg/L），處理水量少（約為 75 到 100立方米每小時），易堵網(wǎng)。分析認(rèn)為當(dāng)白水中的纖維以長纖維為主時， 脫水速率高， 濾網(wǎng)上的漿料滾動剝離容易，出漿濃度高，處理水量大，網(wǎng)坑白水濃度也低。當(dāng)白水中的纖維以細(xì)小纖維為主，固液兩相在濾網(wǎng)上分離時，脫水速率低，細(xì)小纖維附著在濾網(wǎng)上，易堵塞濾網(wǎng)微孔，且剝離困難，網(wǎng)籠轉(zhuǎn)速略一提高，細(xì)小纖維層便無法剝離，濾網(wǎng)一旦堵死，便失去過濾作用。
（2）微濾機(jī)在石油化工廠凈水中的應(yīng)用
湖南大學(xué)校辦工廠于 1982 年試制了幾臺微濾機(jī)在石油化工廠試用。一是在煉油廠的循環(huán)水處理中旁濾池。 循環(huán)水中所含的藻類、 油類及其他懸浮雜質(zhì)可導(dǎo)致濾池的反沖洗周期短，反沖洗水量大，既造成了對環(huán)境污染，又浪費(fèi)能源。二是應(yīng)用在化纖廠的清潔廢水。這種廢水中含有大量菌藻和懸浮雜質(zhì)，如用砂濾處理，4-5h就需反沖洗一次，幾乎無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過試驗(yàn)證實(shí)，用微濾機(jī)代替砂濾或與其聯(lián)用技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。經(jīng)粗略估算，微濾機(jī)與砂濾池比較，在出水水質(zhì)相同或相近似的情況下，濾速可提高 4-6 倍，且操作簡單，管理方便，一次投資和經(jīng)常管理費(fèi)用低。 以處理水量 50000 立方米每天的規(guī)模計(jì)， 一次投資就可節(jié)約50%。具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。微濾機(jī)凈水技術(shù)在石油化工廠應(yīng)用在技術(shù)上是可行的，可以用來凈化循環(huán)水，也可用來處理清潔廢水。它可以代替砂濾，也可與砂濾串聯(lián)使用。微濾機(jī)凈水技術(shù)在石油化工廠應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)上是合理的。 與砂濾技術(shù)比較， 一次投資可節(jié)約 50%，反沖洗水量可節(jié)約 75%，經(jīng)常管理費(fèi)用低，有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
（3）微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器
Emperor Aquatics有限公司設(shè)計(jì)的微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器。其結(jié)構(gòu)和基本原理如圖1和 2 所示：
圖1.整體機(jī)型
圖 2.轉(zhuǎn)鼓過濾器的工作原理
如圖 2所示：
a.這個轉(zhuǎn)鼓實(shí)際上是一個由過濾板組成的框架。該過濾板是用聚酯或者不銹鋼
做的，其孔徑在微米級別。
b.固體廢物顆粒通過轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部。
c.小于孔徑的固體廢物顆粒被捕捉在過濾器篩網(wǎng)上。
d.水穿過濾網(wǎng)。
e.一個浮球液位開關(guān)，液位到達(dá)一定值則啟動開關(guān)將過濾網(wǎng)沖洗干凈。
f.收集在屏幕上的固體廢物顆粒被沖洗下來進(jìn)入收集槽，然后被排出轉(zhuǎn)鼓
微濾機(jī)濾網(wǎng)目數(shù)與電耗及耗水量的關(guān)系:中國水產(chǎn)科學(xué)研究院研究了微濾機(jī)濾網(wǎng)目數(shù)與電耗和水耗之間的關(guān)系。轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)的電耗由兩部分組成， 一是電動機(jī)通過減速機(jī)帶動轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動， 二是反沖洗水泵消耗的功率。 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)動的電耗在轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)運(yùn)行中基本上是穩(wěn)定的， 隨著濾網(wǎng)目數(shù)的增大，反沖洗的頻率也會提高，電耗也就會因反沖洗次數(shù)的增加而上升。耗水量也是評價轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)性能的一個重要指標(biāo)， 其與反沖洗次數(shù)成正比。 隨著濾網(wǎng)目數(shù)的增大，反沖洗的頻率也會提高，耗水量也隨之上升 (表 1)。
表1.不同濾網(wǎng)規(guī)格（目數(shù)）下的反沖洗次數(shù)與電耗及耗水量的關(guān)系
二、 本課題的任務(wù)、重點(diǎn)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑
1、本課題的任務(wù)要求
（1） 查閱與課題有關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉微濾機(jī)的裝配過程及整體
結(jié)構(gòu)；
（2）了解篩網(wǎng)、滾筒對微濾機(jī)日處理量的影響；
（3）研究微濾機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案；
（4）微濾機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)；
a.滾筒和濾網(wǎng)的設(shè)計(jì)；
b.電機(jī)減速機(jī)的選擇；
c.傳動軸的設(shè)計(jì)和校核；
d.軸承的選擇和校核；
e.反沖洗管的設(shè)計(jì)和校核；
f.三維建模；
g.有限元分析；
(5) 對整體裝置進(jìn)行評價，找出不足之處并進(jìn)行改進(jìn)；
2、 本課題重點(diǎn)內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)途徑
（1） 轉(zhuǎn)鼓的設(shè)計(jì)：轉(zhuǎn)鼓是實(shí)現(xiàn)過濾污水過濾的關(guān)鍵部位。在轉(zhuǎn) 鼓的周圍附有一層濾網(wǎng)，濾網(wǎng)主要起到過濾的作用。濾網(wǎng)可用不銹鋼絲、尼龍絲、銅絲或者鍍鋅鋼絲編制而成。網(wǎng)眼的大小一般為 0.01～10mm。轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速非常小，大約是 4～20r/min。常用的轉(zhuǎn)鼓直徑在 0.5m-3m 之間，根據(jù)處理水量的大小來確定轉(zhuǎn)鼓的直徑。最終要根據(jù)日處理量、篩網(wǎng)孔徑、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和有效過濾面積來對轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其日處理量達(dá)到600m3/h，轉(zhuǎn)速為4r/min。
（2） 反沖洗管的設(shè)計(jì)：反沖洗管是對濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗的空心細(xì)長軸，內(nèi)部注滿高壓水，安裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部，自身并不轉(zhuǎn)動。需要對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，底部布滿一排出水孔，用以噴出高壓水對篩網(wǎng)進(jìn)行沖洗。因?yàn)榉礇_洗管是細(xì)長空心軸，材料為不銹鋼，需要對其受力分析，再進(jìn)行彎曲剛度校核，使其滿足設(shè)計(jì)使用要求。
3、 可能遇到的困難，提出解決的方法和措施
（1）預(yù)計(jì)可能遇到的困難：反沖洗管的受力分析及剛度校核。因?yàn)榉礇_洗管內(nèi)部注滿了高壓水，高壓水對管壁也有力的作用，并且管道內(nèi)部還另有三個通道以向下面的管道通水，如此反沖洗管因高壓水的受力分析將十分復(fù)雜，涉及理論力學(xué)，材料力學(xué)，流體力學(xué)多門學(xué)科，而流體的壓力和流速設(shè)計(jì)要求并沒有給定，又進(jìn)一步加大難度。
（2）解決途徑：對反沖洗管的受力分析進(jìn)行簡化。上部的進(jìn)水管受自身重力，兩端支撐力和三個集中載荷作用，因水壓在管道內(nèi)在各個方向都有，其對反沖洗管的作用力有很大一部分都將互相抵消，因此可簡化。
4、 完成本課題所需工作條件、參考文獻(xiàn)
（1）工作條件
1）工具書
《機(jī)械設(shè)計(jì)》
《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》
《課程設(shè)計(jì)手冊》
《理論力學(xué)》
《材料力學(xué)》
2） 軟件
Auto CAD
Solidworks
office
（2） 參考文獻(xiàn)
1）成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第四版 化學(xué)工業(yè)出版社 ;
2）《轉(zhuǎn)盤式微過濾機(jī)》.山東省諸城市耀順環(huán)保機(jī)械有限公司;
3）謝國佳.微濾機(jī)在石油化工廠凈水中的應(yīng)用[J].石油煉制，1986，（12）：58-64；
4）于康明.微濾機(jī)用于白水回收的實(shí)踐[R]. 吉林石枧白麓紙業(yè)股份有限公司一分廠： 2000；
5）同昂科技 .在線式全自動微濾機(jī)技術(shù)手冊 [R]. 上海同昂環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司： 2000；
6）張鑫絎.一種滾筒微濾機(jī)[P]中國，實(shí)用新型專利 2010.5.6；
7）邱支振 應(yīng)用理論力學(xué) 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 2011.2
8）劉鴻文 材料力學(xué) 第5版 高等教育出版社 2010.6
5、 進(jìn)度計(jì)劃
第1-2周 畢業(yè)實(shí)習(xí)、文獻(xiàn)檢索，課題綜述，外文翻譯
第3-4周 了解污水處理設(shè)備----微濾機(jī)的作用與功能
第5-6周 初步確定設(shè)計(jì)方案
第7-8周 初步繪制微濾機(jī)各部分結(jié)構(gòu)圖，并分析其結(jié)構(gòu)合性
第9-10周 對主要零部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度，剛度分析，確定各部
分尺寸
第11-12周 利用SolidWorks軟件進(jìn)行零件三維建模及虛擬裝配
第13-14周 繪制零件圖和裝配圖撰寫論文
第15- 周 （5月25日前）整理打印畢業(yè)論文及畢業(yè)論文答辯
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師（簽字）_____________
年 月 日