全自動立式過濾機的設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含7張CAD圖紙】-jxsj73

全自動立式過濾機的設計【優(yōu)秀課程畢業(yè)設計含7張CAD圖紙】-jxsj73

全自動立式過濾機的設計

摘  要：本文以自行開發(fā)50m3/h處理量全自動清洗過濾器為基礎，研制設計了一臺處理量為50m3/ h、工作壓力為1.6-2.5 Mpa，要求過濾精度為0.1-200μm,過濾總面積為10㎡，電動機功率為5.5KW，工作溫度為-5℃-105℃的全自動自清洗過濾器。該過濾器在運行過程中無須停運以清洗過濾元件，整機體積較小，精度可調節(jié)，適合于各類工業(yè)生產。本文給出了這種過濾器的整體設計方法以及設計圖紙，并對過濾器內部過濾機理進行分析，討論了幾個過濾參數，并應用于過濾器控制系統設計之中。

關鍵詞：過濾機；結構；控制系統；可編程序控制器

Automatic Vertical Filter Machine Design

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(0.1-200μm), 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

目  錄

摘要 1

關鍵詞 1

1  前言 1

2  方案選擇 3

2.1  循環(huán)方案 3

2.2  雙管道方案 4

2.3  方案比較 5

3  過濾部分的設計 5

3.1  過濾桶的設計 5

3.1.1  過濾盤的設計 6

3.1.2  計算內壓圓筒殼體的壁厚 6

3.1.3  過濾桶的結構設計 8

3.1.4  循環(huán)桶的設計 8

3.2  傳動部件設計 9

3.2.1  帶傳動的設計 9

3.2.2  空心軸的設計 11

3.3  電動機的選擇 14

3.4  閥門的選擇與設計 14

3.5  傳感器的選擇與信號檢測 15

3.5.1  傳感器的選取 15

3.5.2  信號檢測 16

3.6  控制面板的設計 16

4  控制部分的設計 16

4.1  控制系統的選擇 17

5  設計的應用 17

5.1  過濾器的發(fā)展 17

5.2  盤片過濾器的特點 18

5.3  盤片過濾器的應用領域 19

參考文獻 19

致謝 20

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全自動立式過濾機的設計.doc

全自動立式過濾機裝配圖.dwg

大皮帶輪.dwg

小皮帶輪.dwg

工藝流程圖.dwg

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濾盤.dwg

空心軸.dwg

過濾桶.dwg

1 全自動立式過濾機的設計 摘 要 ： 本文以自行開發(fā) 50m3/制設計了一臺處理量為50h、工作壓力為 要求過濾精度為 過濾總面積為 10㎡，電動機功率為 工作溫度為 的全自動自清洗過濾器。該過濾器在運行過程中無須停運以清洗過濾元件，整機體積較小，精度可調節(jié)，適合于各類工業(yè)生產。本文給出了這種過濾器的整體設計方法以及設計圖紙，并對過濾器內部過濾機理進行分析，討論了幾個過濾參數，并應用于過濾器控制系統設計之中。 關鍵詞 ： 過濾機；結構；控制系統； 可編程序控制器 2 on of on 50 m3/h), A on 50m 3/h) , , 0 ㎡ ) , W) 5 ℃ - 105 ℃ ) to by of of so be to of In a of of in 3 目 錄 摘要 .................................................................... 1 關鍵詞 .................................................................. 1 1 前言 ................................................................. 5 2 方案選擇 ............................................................. 6 循環(huán)方案 ....................................................... 6 雙管道方案 ..................................................... 7 方案比較 ....................................................... 8 3 過濾部分的設計 ....................................................... 8 過濾桶的設計 ................................................... 9 過濾盤的設計 .............................................. 9 計算內壓圓筒殼體的壁厚 .................................... 9 過濾桶的結構設計 ......................................... 11 循環(huán)桶的設計 ............................................. 12 傳動部件設計 .................................................. 12 帶傳動的設計 ............................................. 12 空心軸的設計 ............................................. 14 電動機的選擇 .................................................. 17 閥門的選擇與設計 .............................................. 18 傳感器的選擇與信號檢測 ........................................ 19 傳感器的選取 ............................................. 19 信號檢測 ................................................. 19 控制面板的設計 ................................................ 20 4 控制部分的設計 ...................................................... 20 控制系統的選擇 ................................................ 20 5 設計的應用 .......................................................... 20 過濾器的發(fā)展 .................................................. 20 4 盤片過濾器的特點 .............................................. 21 盤片過濾器的應用領域 .......................................... 21 參考文獻 ............................................................... 22 致謝 ................................................................... 24 5 1 前言 過濾機是利用多孔性過濾介質，截留液體與固體顆?；旌衔镏械墓腆w顆粒，而實現固、液分離的設備。過濾機廣泛應用于化工、石油、制藥、輕工、食品、選礦、煤炭和水處理等部門。 中國古代即已應用過濾技術于生產，公元前二百年已有植物纖維制作的紙。公元 105年，蔡倫改進了造紙法，他在造紙過程中將植物纖維紙漿蕩于致密的細竹簾 上，水經竹簾縫隙濾過，一薄層濕紙漿留于竹簾面上，干后即成紙張。 最早的過濾大多為重力過濾，后來采用加壓過濾提高了過濾速度，進而又出現了真空過濾。 20世紀初發(fā)明的 轉鼓真空過濾機 實現了過濾操作的連續(xù)化。此后，各種類型的連續(xù)過濾機相繼出現 [1]。間歇操作的過濾機因能實現自動化操作而得到發(fā)展，過濾面積越來越大。為得到含濕量低的濾渣，機械壓榨的過濾機得到了發(fā)展。 用過濾介 質把容器分隔為上、下腔，即構成簡單的過濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過過濾介質進入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過濾介質表面形成濾渣(或稱濾餅 )。 過濾過程中過濾介質表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過濾渣層的阻力隨之增高，過濾速度減小 [2]。當濾室充滿濾渣或過濾速度太小時，停止過濾，清除濾渣，使過濾介質再生，以完成一次過濾循環(huán)。 液體通過濾渣層和過濾介質必須克服阻力，因此在過濾介質的兩側必須有壓力差，這是實現過濾的推動力。增大壓力差可以加速過濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時易堵塞過濾介質 孔隙，過濾反而減慢。 懸浮液過濾有濾渣層過濾、深層過濾和篩濾三種方式 [3]。濾渣層過濾是指在經過過濾初期后，形成了初始濾渣層，此后，濾渣層對過濾起主要作用，這時大、小顆粒均被截留；深層過濾是指過濾介質較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過濾介質的孔道，過濾時，顆粒進入后被吸附在孔道內的過濾；篩濾是過濾截留的固體顆粒都大于過濾介質的孔隙，過濾介質內部不吸附固體顆粒的過濾方式，例如轉筒式過濾篩濾去污水中的粗粒雜質。 在實際的過濾過程中，三種方式常常是同時或相繼出現。過濾機的處理能力取決于過濾速度 。懸浮液中的固體顆粒大、粒度均勻時，過濾的濾渣層孔隙較為暢通，濾液通過濾渣層的速度較大。應用凝聚劑將微細的顆粒集合成較大的團塊，有利于提高過濾速度。 6 對于固體顆粒沉降速度快的懸浮液，應用在過濾介質上部加料的過濾機，使過濾方向與重力方向一致，粗顆粒首先沉降，可減少過濾介質和濾渣層的堵塞；在難過濾的懸浮液 (如膠體 )中混入如硅藻土、膨脹珍珠巖等較粗的固體顆粒，可使濾渣層變得疏松；濾液粘度較大時，可加熱懸浮液以降低粘度。這些措施都能加快過濾速度。 過濾機按獲得過濾推動力的方法不同，分為重力過濾器、真空過 濾機和 加壓過濾機三類 [4]。重力過濾器是借助懸浮液的重力和位差，在過濾介質上形成的壓力作為過濾的推動力，一般為間歇操作。 真空過濾器 是在濾液出口處形成負壓作為過濾的推動力。這種過濾機又分為間歇操作和連續(xù)操作兩種 {4}。間歇操作的真空過 濾機可過濾各種濃度的懸浮液，連續(xù)操作的真空過濾機適于過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。 加壓過濾器以在懸浮液進口處施加的壓力，或對濕物料施加的機械壓榨力作為過濾推動力，適用于要求過濾壓差較大的懸浮液，也分為間歇操作和連續(xù)操作兩種。 過濾機應根據懸浮液的濃度、固體粒度、液體粘度和對過濾質量的要求選用。先選擇幾種過濾介質，利用過濾漏斗實驗，測定不同過濾介質和不同壓差下的過濾速度、濾液的固體含量、濾渣層的厚度和含濕量，找出適宜的過濾條件，初步選定過濾機類型，再根據處理量選定過濾面積，并經實際試驗驗證。 正在發(fā)展的新型 過濾設備 有：機械力壓榨過濾設備；能實現無濾渣層過濾的 動態(tài)過濾機 ；洗選煤炭污水處理、化工和石油工業(yè)用的大型過濾設備。 在過濾理論研究方面，濾渣層過濾阻力和孔隙率的測算、過濾速度、過濾設備的模擬和放大、稀薄液體澄清過濾和動態(tài)過 濾機理，以及過濾介質的研究，都是重要的 課題 [5]。利用電子計算機控制過濾操作是過濾設備的發(fā)展方向。 2 方案選擇 循環(huán)方案 管道系統如圖 1： 此過濾過程有四個過濾階段，預過濾過程、過濾過程、濾余液過程、反沖洗過程。 預過濾過程： 待濾液由 入泵內 ， 經 時 閉）進入循環(huán) 桶 ，然后從 此時 濾液經 過濾過程：待濾液由 入泵內，經 時 閉）進入循環(huán)視筒，然后從 入過濾桶進行過濾（期間可以通過 察過濾循環(huán) 過程）濾液由 次進入循環(huán)桶，直至完全過濾通過 9流出（可以從 而調整濾網密度）。 7 濾余液過程：收到 “ 管高壓差 ” 信號后，開始反沖洗過程前的約 1開 止堵塞反沖洗管道。 反沖洗過程：當 “ 管高壓差 ” 達到預定壓力值或者達到預定時間后， 洗水從 出的濾渣從 清洗水入口閥 待濾液入口閥 循 環(huán)液入口閥 循環(huán)液出口閥 流向控制閥 沖洗閥 排氣閥 排渣閥 成品出口閥 余液出口閥 取樣閥 循環(huán)視筒 正常工作視筒 圖 1 管道系統圖 雙管道方案 8 雙管道系統如圖 2： 圖 2 雙管道系統圖 of 濾：閥 1、閥 4開啟，閥 2、閥 3關閉； 反沖洗：：閥 2、閥 3開啟，閥 1、閥 4 關閉 過濾過程：過濾液由泵泵入，經過閥 1 后進入過濾桶過濾，濾后液經過視筒后從閥4排出（閥 2、閥 3 處于關閉狀態(tài)） 。 反沖洗過程：清洗水由泵泵入，經過閥 2以及視筒后，對過濾桶進行反沖洗，濾渣由閥 3處排出（閥 1、閥 4處于關閉狀態(tài)）。 方案比較 方案 1原理 較 簡單，管道系統相對較為復雜，但是過濾精度較高，可靠性較強，由于采用循環(huán)過濾且用閉環(huán)控制，待網內外壓差值滿足排放條件時，指揮排污閥進行排 污，使過濾精度得以提高；并且采用先進的控制方式和優(yōu)質的信號轉換器從而具有性能穩(wěn)定，維護管理方便，日常維護少，只須做定期維護即可等特點，具有明顯的實用價值、經濟價值和推廣價值。 方案 2原理簡單，過濾和反沖洗裝置簡單，但是由于過濾和反沖洗管道共用較多且沒有排除管道余液的設計，故過濾精度難以保證，維護較多以及容易發(fā)生堵塞等情況。 綜上所述，最終方案選取為方案 1為基本方案。 3 過濾部分的設計 9 過濾桶的設計 過濾盤的設計 過濾精度為 故濾網 采用滌綸布料可以達到要求而且表面 光滑 ， 再在上涂上一層硅藻土增加過濾流量， 水面上部采用氣壓，壓強大小為 以使過濾更加快捷。濾后液通過下部孔流出，從取樣閥中取樣調節(jié)流速從而保證過濾精度，達到保準后，打開 成過濾。另外該系統在 —— 105℃ 的范圍內工作 [6]。 已知條件： 過濾面積： 10㎡；正常工作壓力 大工作壓力 ⑴ R），厚度（ H），片間間隙（ h）以及片數（ N）分別為： R=H=h=一片的過濾面積為： S=∏ *R*R= N=10㎡ /S=10㎡ /=以片數需要 20 片才能滿足過濾需要，也因此過濾濾芯長度（過濾部分）應等于20*（ H+h） +頂部密封片厚度 +頂部螺母厚度 =20*+ ： 計算內壓圓筒殼體的壁厚 ⑴已知 壁厚計算公式： ?? ][2/* ??（ 1） ? - 計算厚度 ； 算壓力； - 焊接接頭系數 ; t][? - 材料的許用應力 ; 在已知設計溫度下 167]，在厚度為 6~16[ t]? =170在厚度為 16～ 36， [ t]? =163接 接頭系數 ； 設定圓筒內徑 000 腐蝕裕量 2 10 設計厚度 : 材料的許用應力 t][? =170厚度為 6~16時），筒體厚度計算； ?? ][2/* ??=000/（ 2*170*= （ 2） ?d? 2C??== 由鋼材標準規(guī)格，圓整可得壁厚為 ?? 10 ㎜； 1 2 ± 0 . 0 1圖 3 過濾片零件圖 of 圓筒的半徑由濾餅半徑確定 取 R=500⑶ 圓筒中固定空心軸一端的頂尖高度為 150 頂尖的直徑 ? =50 錐角 ? =50° 1 +100+150=1250 ⑷ 圓筒邊緣設計，邊緣厚度 ? =20B=35 凸緣高度 H=10 ⑸ 固定頂尖板的厚度 ? =10度 L=120度 B=120 但容器制成后必須經過壓力試驗合格后才能交付，壓力的目的主要是檢查加工制造工藝的問題和焊縫的強度，以及各連接面的緊密性等 [7]。 對壓力試驗一般都用水壓試驗。 對水壓試驗時，筒體相應壓力的驗算公式為： σ =D+（ ]/[2（ Ф ] （ 3） 11 按規(guī)定水壓試驗壓力 故： σ =D+（ ]/[2（ Ф ] =900+（ ]/[2*（ *115 σ s=σ *中 故 σ s=115*84 s=164于 115 164筒體強度滿足水壓試驗的要求。 過濾桶的結構設計 過濾桶設計是整個管道系統的重點。直接從桶上引出的有 5個管道（底部 3個管道、頂部 2個管道），如圖 4。 （ 1）桶底正中引出的濾后管，然后連接 常工作視筒），再接上 2 個閥門 —— 品出口閥，正常工作是從這流出成品液）和 樣閥，用于剛開始工作是取出樣品，從而確定各項參數）； （ 2）桶底斜錐面引出排渣管，引出后分成 2 個方向 —— 一個是反沖洗時使用的排渣管，上面安裝著 渣閥）；另一個是循環(huán)過濾的循環(huán)管，通過 向控制閥，單向閥）使壓力過大時形成循環(huán)過濾； （ 3）桶內靠壁處裝有反沖洗管道，連接 洗閥）后也分成 2 個方向 —— 一個直接連到水泵上；另一個接上 液出口閥）其作用是在濾余液過程 中將管道以及過濾桶的液體流出； 圖 4 過濾桶 4）桶頂的一個循環(huán)管道向上連接 環(huán)視筒）和 環(huán) 液出口閥）接到循 12 環(huán)桶底部； （ 5）桶頂的另一個循環(huán)管道向上連接 氣閥）和壓力表，然后接到循環(huán)桶頂部，以保持過濾桶以及循環(huán)筒壓力的正常（ 循環(huán)桶的設計 (1)結構介紹 循環(huán)桶的工作原理比較簡單，需要設計的參數也較少，主要分為 2 管道：其中一條的作用 —— 待濾液 通過 濾液入口閥）、水泵、 環(huán)筒入口閥）從 循環(huán)桶下部泵入，在循環(huán)桶上部壓力的作用下從右邊下方的循環(huán)出口通過 進入過濾桶過濾 ；另外一條是頂部的管道，上面連接 氣閥）和壓力表和過濾桶頂部連 接在一起以保持壓力。 (2)循環(huán)桶的容量設計 因為循環(huán)桶所受壓力不是很大，且不是全封閉的，所以可以不許校核桶壁承受應力。 設定桶壁厚 ? =3高度 H=1200徑 R=400積 V= 傳動部件設計 帶傳動的設計 ⑴確定計算功率 械設計》表 8A =故 = （ 4） ⑵選擇 根據 n 由《機械設計》教材由圖 8型 ⑶確定帶輪的基準直徑 ①初選小帶輪的基準直徑 表 8小帶輪的基準 40驗算帶速 V=? * n/60*1000=? *140*1440/60*1000=s 因為 5 m/s < V < 25 m/s,故帶速合適 ③計算大帶輪的基準直徑，根據式 (8計算大帶輪的基準直徑 i **14020 13 根據表 8整為 50 ⑷確定 d① 2（ （ 5） 根據上式，初定中心距 00 ②計算帶所需的基準長度 2（ + ( /4*900 +∏ *590/2 +(450 /3600=2770 由表 8d=2800 ③按式（ 8計算實際中心距 0d） /2=900+(28002=915 （ 6） ⑸驗算小帶輪上的包角 ? 1 ? 1 =1800 -（ *a =1800 -(450 915=1610 ≥ 900 ； （ 7） ⑹計算帶的根數 Z ①計算單根 r； 由 40 n=1440r/表 80= 根據 1440r/i=3和 表 8△ 查表 8?= 8L = * K?* （ * （ 8） ②計算 Z= （ 9） 所以 根。 ⑺小帶輪設計 材料選取 40 300 采用腹板式結構 [8]； 14 d=40（ *d， 2 C=(1/7～ 1/4)B L=(2)d,當 B

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