畢業(yè)設計論文全自動立式過濾機的設計含全套CAD圖紙

1、由于部分原因，說明書已刪除大部分，完整版由于部分原因，說明書已刪除大部分，完整版說明書，說明書，cadcad 圖紙等，聯(lián)系圖紙等，聯(lián)系 153893706153893706目 錄摘要 .1關鍵詞 .11 前言 .12 方案選擇 .32.1 循環(huán)方案 .32.2 雙管道方案 .42.3 方案比較 .53 過濾部分的設計 .53.1 過濾桶的設計 .53.1.1 過濾盤的設計 .63.1.2 計算內壓圓筒殼體的壁厚 .63.1.3 過濾桶的結構設計 .83.1.4 循環(huán)桶的設計 .83.2 傳動部件設計 .93.2.1 帶傳動的設計 .93.2.2 空心軸的設計 .113.3 電動機的選擇 .14

2、3.4 閥門的選擇與設計 .143.5 傳感器的選擇與信號檢測 .153.5.1 傳感器的選取 .153.5.2 信號檢測 .163.6 控制面板的設計 .164 控制部分的設計 .164.1 控制系統(tǒng)的選擇 .175 設計的應用 .175.1 過濾器的發(fā)展 .175.2 盤片過濾器的特點 .185.3 盤片過濾器的應用領域 .19參考文獻 .19致謝 .20附錄 .20全自動立式過濾機的設計全自動立式過濾機的設計學學 生：生： 指導老師：指導老師： 摘摘 要要：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 mp

3、a，要求過濾精度為 0.1-200m,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(shù)，并應用于過濾器控制系統(tǒng)設計之中。關鍵詞關鍵詞：過濾機；結構；控制系統(tǒng)；可編程序控制器automatic vertical filter machine design author：zhou shaojie tutor: gao yingwu(oriental science tec

4、hnology college of hunan agricultural university, changsha 410128)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(0.1-200m), filtration surfac

5、e(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.

6、 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 enfroller1 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(xiàn)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

7、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(xiàn)了真空過濾。20 世紀初發(fā)明的轉鼓真空過濾機實現(xiàn)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(xiàn)1。間歇操作的過濾機因能實現(xiàn)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

8、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(xiàn)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

9、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(xiàn)。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。 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

10、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

11、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(xiàn)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

12、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2.1 循環(huán)方案管道系統(tǒng)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 f2 進入泵內，經 f3（此時 f1、f5 關閉）進入循環(huán)桶，然后從 f4 進入過濾桶進行過濾，此時 f9 關閉，過濾液經 f5 再次進入循環(huán)桶。過濾過程：待濾液由 f2 進入泵內，經 f3（此時 f1、f5 關閉）進入循環(huán)視筒，然后從 f4 進入過濾桶進行過濾（期間可以通過 s1 觀察過濾循環(huán)過程）濾液由 f7 再次進入循環(huán)桶，直至完全過濾通過 s2 經 f9 流出（可以從 f11

13、 中取樣檢驗，從而調整濾網密度）。濾余液過程：收到“管高壓差”信號后，開始反沖洗過程前的約 1min 內，打開f10 將管道內的余液濾出以方便反沖洗，防止堵塞反沖洗管道。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，f2、f3 關閉，將 f1 打開，清洗水從 f1、f6 進入過濾桶中進行清洗，洗出的濾渣從 f8 中排出。f1清洗水入口閥 f2待濾液入口閥 f3循環(huán)液入口閥 f4循環(huán)液出口閥 f5流向控制閥 f6沖洗閥 f7排氣閥 f8排渣閥 f9成品出口閥 f10余液出口閥 f11取樣閥 s1循環(huán)視筒s2正常工作視筒圖 1 管道系統(tǒng)圖fig.1 piping system dia

14、gram2.2 雙管道方案雙管道系統(tǒng)如圖 2：圖 2 雙管道系統(tǒng)圖fig.2 pairs of piping system diagram過濾：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)）。此處已刪除此處已刪除本設計中 f1、f2、f3、f4、f6、f7、f8、f9、f10、f11 均采用電液數(shù)字控制閥，而 f5 采用單向閥。1步進電動機 2滾球絲杠 3閥心 4閥套 5閥桿 6 傳感器圖 8 數(shù)字流量閥fig.8 digital

15、 flow control valve3.5 傳感器的選擇與信號檢測3.5.1 傳感器的選取經過反復比較與選擇最后選用美國 motorola 公司生產的 mpx2100a 型單片集成硅壓力傳感器，其測量范圍為 0100kpa，工作溫度范圍為-40125，傳感器的輸出電壓和被測絕對壓力成正比，采用顯微機械加工、激光休整等先進和薄膜電鍍工藝，具有測量精度高、預熱時間短、響應速度快、長期穩(wěn)定性好、可靠性高、過載能力強等優(yōu)點13。若采用 5v 電源時，在 080溫度范圍內的最大測量誤差不超過1.8%，滿量程輸出電壓為 4.95v，壓力靈敏度為 54mv/kpa，預熱時間為 20ms，響應時間為 1ms

16、，長期穩(wěn)定度為0.5%，允許過載 348%fs（fs 代表滿量程）。電源允許范圍為 4.85v5.35v，典型值為 5.0v 或 5.1v，電源電流為 7.0ma（典型值）。具體資料可參見外文文獻。3.5.2 信號檢測整個工作流程由 plc 控制，plc 發(fā)出信號至電源和驅動器，控制其電流大小，影響電動機的功率、轉速等， 完成對被控量的控制（流量、壓力等）；而 mpx2100a 壓力傳感器將被控量負反饋給 plc，是被控量保持在一個穩(wěn)定的波動范圍內。3.6 控制面板的設計 控制面板分為 4 大塊：4 個燈、4 個按鈕、2 個鈴其中正常工作時，先亮過濾燈，然后是濾余液的指示燈，最后是反沖洗的燈，

17、如此循環(huán)，前一個燈滅接著后一個燈亮；如出現(xiàn)故障則亮報警燈以及響報警鈴并且停止工作；反洗的時候同時響反洗鈴； 4 個按鈕的作用則很明顯，啟動按鈕采用綠色材料，停止按鈕采用紅色材料13。另外 2 個按鈕用來控制取樣閥，來獲取樣品，從而調整工作狀態(tài)。4 控制部分的設計4.1 控制系統(tǒng)的選擇從工程的角度 ，plc 與單片機系統(tǒng)的選用比較對單項工程或重復數(shù)極少的項目，采用 plc 方案是明智、快捷的途徑，成功率高，但成本較高。 對于量大的配套項目，采用單片機系統(tǒng)具有成本低、效益高的優(yōu)點，但這要有相當?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可持續(xù)地運行。最好的方法是單片機系統(tǒng)嵌入 plc 的功能，這樣可大大簡

18、化單片機系統(tǒng)的研制時間，性能得到保障，效益也就有保證14?；?plc 控制系統(tǒng)優(yōu)點實時性由于控制器產品設計和開發(fā)是基于控制為前提，信號處理時間短，速度快。 基于信號處理和程序運行的速度，plc 經常用于處理工業(yè)控制裝置的安全聯(lián)鎖保護，更能滿足各個領域大、中、小型工業(yè)控制項目14。高可靠性 各輸入端均采用 r-c 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms。 各模塊均采用屏蔽措施，以防止噪聲干擾。系統(tǒng)配置簡單靈活.豐富的 i/o 卡件控制系統(tǒng)采用模塊化結構安裝簡單，維修方便綜上所述，此過濾機選用 plc 的控制系統(tǒng)。5 設計的應用5.1 過濾器的發(fā)展常用的機械過濾器雖然能達到較好的過濾效果，但

19、是其濾速慢，于是造成過濾器設備龐大、耗水量大，手動設備勞動強度大，而自動設備造價又太高，因此大大地限制了它的發(fā)展和廣泛應用。十九世紀，出現(xiàn)了篩網過濾器，它是通過一個不銹鋼絲編織的濾網阻截水中較大的雜質顆粒，這大大提高了濾速，簡化了設備，但是水中較小的顆粒和纖維仍能穿過濾網，更重要的是如果它們過濾時恰好卡在或纏繞在濾網上，再要清洗掉這些雜質就不容易了15。因此，基于這兩方面的原因篩網過濾在應用中一直受到了很大的限制。新型自動盤片過濾器充分繼承了上述過濾器的優(yōu)點，同時又克服了它的缺點，具有反洗效果好、設備自動化程度高、過濾水質穩(wěn)定、設備占地面積小的特點，自耗水率僅有 0.25%左右。5.2 盤片過

20、濾器的特點（1）精確過濾：可根據用水要求選擇不同精度的過濾盤片，有20、50、100、200 多種規(guī)格，過濾比大于 85%。（2）徹底高效反洗：由于反洗時將過濾孔隙完全打開，加上離心噴射作用，達到了其它過濾器無法達到的清洗效果。反洗過程只需 20 秒左右即可完成。（3）全自動運行，連續(xù)出水：時間和壓差控制反洗啟動。在過濾器組套內，各個過濾單元順序進行反洗。工作、反洗狀態(tài)之間自動切換，可確保連續(xù)出水，系統(tǒng)壓損小。（4）標準：模塊化系統(tǒng)設計，用戶可按需取舍過濾單元并聯(lián)數(shù)量，靈活可變，互換性強。（5）占地省：可靈活利用現(xiàn)場邊角空間，因地制宜安裝，占地少。（6）運行可靠、維護簡單：幾乎不需日常維護，不

21、需專用工具，零部件很少。（7）使用壽命長：經多年工業(yè)實用驗證，過濾和反洗效果不會因使用時間而變差。例如：大慶某熱電廠 2000 年采用兩套 jy3-7 盤式過濾器作為離子交換預處理設備，過濾精度為 50，總處理水量 250 噸/小時；該廠原來采用的過濾器為 5 臺 3000砂過濾器，設備龐大，而且手動控制，每天至少反洗一次，工人勞動強度大，設備自耗水率達到 810%17。采用盤式過濾器后設備占地僅為 3mx3m，同時由于自動控制可實現(xiàn)無人職守，目前過濾器約 3 小時反洗一次，每個過濾單元反洗時間 15 秒，用水量僅為 33 升，而總產水量約為 9x3=27 噸，自耗水率為 0.12%，是原來耗

22、水量的八十分之一18。5.3 盤片過濾器的應用領域這種過濾器除了廣泛應用于農業(yè)灌溉系統(tǒng)的水過濾外，目前在工業(yè)水過濾領域有更好、更多的應用實例，如：青島啤酒廠的工藝用水過濾、大慶熱電廠的離子交換前預處理、鄭州某項目的黃河水預過濾、北京植物園的加濕噴嘴保護等。經過幾年來的研究開發(fā)，盤式過濾器在一些領域已經具有很強的技術優(yōu)勢和很好的運行經驗，從而大量應用于工業(yè)循環(huán)水旁過濾、系統(tǒng)總進水過濾以及細管和噴嘴的保護等方面18。同時隨著水處理領域的不斷擴大，在離子交換前預處理、苦咸水過濾、超濾系統(tǒng)的預過濾甚至在低 sdi 井水水源的反滲透處理中代替砂濾器等方面也有一定量的應用，并且正在不斷擴大。參考文獻1文美

23、純，劉吉普， 對全自動過濾機的探討n.過濾與分離1997.第三期.75-46.2文美純，劉吉普，可編程序控制器在過濾器上的應用研究n.過濾與分離2002.vol12.no4.42-45.3 文美純，劉吉普 ，新型管道過濾器的開發(fā)研究n.過濾與分離1996.第三期.8-16.4丁啟圣、王惟一.新型實用過濾技術m .北京：冶金工業(yè)出版社. 2000.235-45.5文棋.全自動自清洗過濾機過濾機理分析及控制系統(tǒng)研究j.浙江：大學碩士學位論文.2002.4-41.6管力明.plc 在硅藻土過濾機上的應用j.機電工程 2004 年第 21 卷第七期.2004.421-15.7華東工業(yè)大學、浙江大學合編

24、.化工容器設計m.武漢：湖北科學技術出版社.1985.85-41.8濮良貴，紀名剛.機械設計（第 8 版）m.北京：高等教育出版社.2006.12-45.9劉鴻文.材料力學（第 4 版）m.北京：高等教育出版社.2004.14-52.10哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編. 理論力學（第 6 版）m.北京：高等教育出版社.2002.213-15.11丁伯民，黃正林.化工容器m.北京：化學工業(yè)出版社.2002.12.145-45.12李建興.可編程序控制器應用技術m.北京：機械工業(yè)出版社.2004.154-15.13姜繼海，宋錦春，高常識等.液壓與氣壓傳動m.北京：高等教育出版社.2002.142-

25、44.14賀匡國.化工容器及設備簡明設計手冊（第二版）m .北京：化學工業(yè)出版社.2002.33-15.15成大先.機械設計手冊（第四版）m.北京：化學工業(yè)出版社.2002.152-12.16l. baresi, m. mauri. a. monti, and m. pezze, “plctools: design, formal validation, and code generation for programmable controllers”, in. ieee.245-41.conference on systems, man, and cybernefics (smczooo), nashville, usa, oct. 2000,52-15.17g. frey and l. litz.“formal methods in plc programming”, in ieee con on systems, man and cybernetics (smczooo), nashville, usa, oct. 2000, pp.452-23.18 m. bani younis and g. frey, “formalization of existing plc program