五金全自动立式过滤机的设计【优秀课程毕业设计含7张CAD图纸】-jxsj73全自动立式过滤机的设计摘 要：本文以自行开发50m3/h处理量全自动清洗过滤器为基础，研制设计了一台处理量为50m3/ h、工作压力为1.6-2.5 Mpa，要求过滤精度为0.1-200m,过滤总面积为10，电动机功率为5.5KW，工作温度为-5-105的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。关键词：过滤机；结构；控制系统；可编程序Automatic Vertical Filter Machine DesignAbstract：hanism during filtration in the filter has been studied are obtained.Key Words: filter，structure; control system；Programmable enfroller目 录摘要1关键词11 前言12 方案选择32.1 循环方案32.2 双管道方案42.3 方案比较53 过滤部分的设计53.1 过滤桶的设计53.1.1 过滤盘的设计63.1.2 计算内压圆筒壳体的壁厚63.1.3 过滤桶的结构设计83.1.4 循环桶的设计83.2 传动部件设计93.2.1 带传动的设计93.2.2 空心轴的设计113.3 电动机的选择143.4 阀门的选择与设计143.5 传感器的选择与信号检测153.5.1 传感器的选取153.5.2 信号检测163.6 控制面板的设计164 控制部分的设计164.1 控制系统的选择175 设计的应用175.1 过滤器的发展175.2 盘片过滤器的特点185.3 盘片过滤器的应用领域19参考文献19致谢20【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加】全自动立式过滤机的设计.doc全自动立式过滤机装配图.dwg大皮带轮.dwg小皮带轮.dwg工艺流程图.dwg文件清单.txt滤盘.dwg空心轴.dwg过滤桶.dwg 1 全自动立式过滤机的设计 摘 要 ： 本文以自行开发 50m3/制设计了一台处理量为50h、工作压力为 要求过滤精度为 过滤总面积为 10，电动机功率为 工作温度为 的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。 关键词 ： 过滤机；结构；控制系统； 可编程序 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 录 摘要 . 1 关键词 . 1 1 前言 . 5 2 方案选择 . 6 循环方案 . 6 双管道方案 . 7 方案比较 . 8 3 过滤部分的设计 . 8 过滤桶的设计 . 9 过滤盘的设计 . 9 计算内压圆筒壳体的壁厚 . 9 过滤桶的结构设计 . 11 循环桶的设计 . 12 传动部件设计 . 12 带传动的设计 . 12 空心轴的设计 . 14 电动机的选择 . 17 阀门的选择与设计 . 18 传感器的选择与信号检测 . 19 传感器的选取 . 19 信号检测 . 19 控制面板的设计 . 20 4 控制部分的设计 . 20 控制系统的选择 . 20 5 设计的应用 . 20 过滤器的发展 . 20 4 盘片过滤器的特点 . 21 盘片过滤器的应用领域 . 21 参考文献 . 22 致谢 . 24 5 1 前言 过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒，而实现固、液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。 中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前二百年已有植物纤维制作的纸。公元 105年，蔡伦改进了造纸法，他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹帘 上，水经竹帘缝隙滤过，一薄层湿纸浆留于竹帘面上，干后即成纸张。 最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了线世纪初发明的 转鼓真空过滤机 实现了过滤操作的连续化。此后，各种类型的连续过滤机相继出现 1。间歇操作的过滤机因能实现自动化操作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压榨的过滤机得到了发展。 用过滤介 质把容器分隔为上、下腔，即构成简单的过滤器。悬浮液加入上腔，在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣(或称滤饼 )。 过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小 2。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时尊龙凯时，停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。 液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质 孔隙，过滤反而减慢。 悬浮液过滤有滤渣层过滤、深层过滤和筛滤三种方式 3。滤渣层过滤是指在经过过滤初期后，形成了初始滤渣层，此后，滤渣层对过滤起主要作用，这时大、小颗粒均被截留；深层过滤是指过滤介质较厚，悬浮液中含固体颗粒较少，且颗粒小于过滤介质的孔道，过滤时，颗粒进入后被吸附在孔道内的过滤；筛滤是过滤截留的固体颗粒都大于过滤介质的孔隙，过滤介质内部不吸附固体颗粒的过滤方式，例如转筒式过滤筛滤去污水中的粗粒杂质。 在实际的过滤过程中，三种方式常常是同时或相继出现。过滤机的处理能力取决于过滤速度 。悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时，过滤的滤渣层孔隙较为畅通，滤液通过滤渣层的速度较大。应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块，有利于提高过滤速度。 6 对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞；在难过滤的悬浮液 (如胶体 )中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松；滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。 过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过 滤机和 加压过滤机三类 4。重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。 真空过滤器 是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种 4。间歇操作的真空过 滤机可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。 加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力，或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇操作和连续操作两种。 过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。 正在发展的新型 过滤设备 有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的 动态过滤机 ；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。 在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过 滤机理，以及过滤介质的研究，都是重要的 课题 5。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。 2 方案选择 循环方案 管道系统如图 1： 此过滤过程有四个过滤阶段，预过滤过程、过滤过程、滤余液过程、反冲洗过程。 预过滤过程： 待滤液由 入泵内 ， 经 时 闭）进入循环 桶 ，然后从 此时 滤液经 过滤过程：待滤液由 入泵内，经 时 闭）进入循环视筒，然后从 入过滤桶进行过滤（期间可以通过 察过滤循环 过程）滤液由 次进入循环桶，直至完全过滤通过 9流出（可以从 而调整滤网密度）。 7 滤余液过程：收到 “ 管高压差 ” 信号后，开始反冲洗过程前的约 1开 止堵塞反冲洗管道。 反冲洗过程：当 “ 管高压差 ” 达到预定压力值或者达到预定时间后， 洗水从 出的滤渣从 清洗水入口阀 待滤液入口阀 循 环液入口阀 循环液出口阀 流向控制阀 冲洗阀 排气阀 排渣阀 成品出口阀 余液出口阀 取样阀 循环视筒 正常工作视筒 图 1 管道系统图 双管道方案 8 双管道系统如图 2： 图 2 双管道系统图 of 滤：阀 1、阀 4开启，阀 2、阀 3关闭； 反冲洗：阀 2、阀 3开启，阀 1、阀 4 关闭 过滤过程：过滤液由泵泵入，经过阀 1 后进入过滤桶过滤，滤后液经过视筒后从阀4排出（阀 2、阀 3 处于关闭状态） 。 反冲洗过程：清洗水由泵泵入，经过阀 2以及视筒后，对过滤桶进行反冲洗，滤渣由阀 3处排出（阀 1、阀 4处于关闭状态）。 方案比较 方案 1原理 较 简单，管道系统相对较为复杂，但是过滤精度较高，可靠性较强，由于采用循环过滤且用闭环控制，待网内外压差值满足排放条件时，指挥排污阀进行排 污，使过滤精度得以提高；并且采用先进的控制方式和优质的信号转换器从而具有性能稳定，维护管理方便，日常维护少，只须做定期维护即可等特点，具有明显的实用价值、经济价值和推广价值。 方案 2原理简单，过滤和反冲洗装置简单，但是由于过滤和反冲洗管道共用较多且没有排除管道余液的设计，故过滤精度难以保证，维护较多以及容易发生堵塞等情况。 综上所述，最终方案选取为方案 1为基本方案。 3 过滤部分的设计 9 过滤桶的设计 过滤盘的设计 过滤精度为 故滤网 采用涤纶布料可以达到要求而且表面 光滑 ， 再在上涂上一层硅藻土增加过滤流量， 水面上部采用气压，压强大小为 以使过滤更加快捷。滤后液通过下部孔流出，从取样阀中取样调节流速从而保证过滤精度，达到保准后，打开 成过滤。另外该系统在 105 的范围内工作 6。 已知条件： 过滤面积： 10；正常工作压力 大工作压力 R），厚度（ H），片间间隙（ h）以及片数（ N）分别为： R=H=h=一片的过滤面积为： S= *R*R= N=10 /S=10 /=以片数需要 20 片才能满足过滤需要，也因此过滤滤芯长度（过滤部分）应等于20*（ H+h） +顶部密封片厚度 +顶部螺母厚度 =20*+ ： 计算内压圆筒壳体的壁厚 已知 壁厚计算公式： 2/* （ 1） - 计算厚度 ； 算压力； - 焊接接头系数 ; t - 材料的许用应力 ; 在已知设计温度下 167，在厚度为 616 t =170在厚度为 16 36， t =163接 接头系数 ； 设定圆筒内径 000 腐蚀裕量 2 10 设计厚度 : 材料的许用应力 t =170厚度为 616时），筒体厚度计算； 2/* =000/（ 2*170*= （ 2） d 2C= 由钢材标准规格，圆整可得壁厚为 10 ； 1 2 0 . 0 1图 3 过滤片零件图 of 圆筒的半径由滤饼半径确定 取 R=500 圆筒中固定空心轴一端的顶尖高度为 150 顶尖的直径 =50 锥角 =50 1 +100+150=1250 圆筒边缘设计，边缘厚度 =20B=35 凸缘高度 H=10 固定顶尖板的厚度 =10度 L=120度 B=120 但容器制成后必须经过压力试验合格后才能交付，压力的目的主要是检查加工制造工艺的问题和焊缝的强度，以及各连接面的紧密性等 7。 对压力试验一般都用水压试验。 对水压试验时，筒体相应压力的验算公式为： =D+（ /2（ （ 3） 11 按规定水压试验压力 故： =D+（ /2（ =900+（ /2*（ *115 s= *中 故 s=115*84 s=164于 115 164筒体强度满足水压试验的要求。 过滤桶的结构设计 过滤桶设计是整个管道系统的重点。直接从桶上引出的有 5个管道（底部 3个管道、顶部 2个管道），如图 4。 （ 1）桶底正中引出的滤后管，然后连接 常工作视筒），再接上 2 个阀门 品出口阀，正常工作是从这流出成品液）和 样阀，用于刚开始工作是取出样品，从而确定各项参数）； （ 2）桶底斜锥面引出排渣管，引出后分成 2 个方向 一个是反冲洗时使用的排渣管，上面安装着 渣阀）；另一个是循环过滤的循环管，通过 向控制阀，单向阀）使压力过大时形成循环过滤； （ 3）桶内靠壁处装有反冲洗管道，连接 洗阀）后也分成 2 个方向 一个直接连到水泵上；另一个接上 液出口阀）其作用是在滤余液过程 中将管道以及过滤桶的液体流出； 图 4 过滤桶 4）桶顶的一个循环管道向上连接 环视筒）和 环 液出口阀）接到循 12 环桶底部； （ 5）桶顶的另一个循环管道向上连接 气阀）和压力表，然后接到循环桶顶部，以保持过滤桶以及循环筒压力的正常（ 循环桶的设计 (1)结构介绍 循环桶的工作原理比较简单，需要设计的参数也较少，主要分为 2 管道：其中一条的作用 待滤液 通过 滤液入口阀）、水泵、 环筒入口阀）从 循环桶下部泵入，在循环桶上部压力的作用下从右边下方的循环出口通过 进入过滤桶过滤 ；另外一条是顶部的管道，上面连接 气阀）和压力表和过滤桶顶部连 接在一起以保持压力。 (2)循环桶的容量设计 因为循环桶所受压力不是很大，且不是全封闭的，所以可以不许校核桶壁承受应力。 设定桶壁厚 =3高度 H=1200径 R=400积 V= 传动部件设计 带传动的设计 确定计算功率 械设计表 8A =故 = （ 4） 选择 根据 n 由机械设计教材由图 8型 确定带轮的基准直径 初选小带轮的基准直径 表 8小带轮的基准 40验算带速 V= * n/60*1000= *140*1440/60*1000=s 因为 5 m/s V 25 m/s,故带速合适 计算大带轮的基准直径，根据式 (8计算大带轮的基准直径 i *14020 13 根据表 8整为 50 确定 d 2（ （ 5） 根据上式，初定中心距 00 计算带所需的基准长度 2（ + ( /4*900 + *590/2 +(450 /3600=2770 由表 8d=2800 按式（ 8计算实际中心距 0d） /2=900+(28002=915 （ 6） 验算小带轮上的包角 1 1 =1800 -（ *a =1800 -(450 915=1610 900 ； （ 7） 计算带的根数 Z 计算单根 r； 由 40 n=1440r/表 80= 根据 1440r/i=3和 表 8 查表 8= 8L = * K* （ * （ 8） 计算 Z= （ 9） 所以 根。 小带轮设计 材料选取 40 300 采用腹板式结构 8； 14 d=40（ *d， 2 C=(1/7 1/4)B L=(2)d,当 BL=B C=1/4*B=15 根据前面设计得小轮直径 40轮直径 50查表应选用带长800、 度修正系数 1， ， 2=60 A=81 2 ;小皮带轮的零件图 5： 大带轮设计 20300 采用轮辐式结构 9， d=50(2)d,100f=1226 130.8 11L=(2)d,当 B， L=B； 290*3 /90*3 3*1440/2 （ 10） 图 5 小皮带轮零件图 5 带轮的零件图如图 6： 空心轴的设计 空心轴的直径设计 15 d 5 5 0 0 0 03 = /11） d 41(*/ 式中， =d,即空心轴的内径 外径 通常取 = T =T/(9550000P/n)/ T （ 12） 查 机械设计教材，如表 1： 表 1 轴常用几种材料的 T 及 of T o 的材料 275 ,35 45 4035T /5 25 20 35 25 45 35 55 49 126 135 112 126 103 112 97 通过查机械设计教材表 2，查得 =92%； 取 10 P=2%= n=480r/ = d 41(*/ =110* 3 80/） = （ 13） d=30图 6 大皮带轮零件图 16 轴的结构设计 确定装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度； 为了满足轴的轴向定位要求和装配要求 8，此空心轴分为 3 段， -轴上装大皮带轮，键，密封圈，端盖；外径 D - =50内径 =50*60%=30长为 h=115 -轴上装密封圈，轴承， 端盖，外径 D -外径 = 55长 h=106；内径 =33 -轴上装配滤盘，密封圈，锁紧螺母，外径 D - =60径 =36长 h=115 如图 7。 轴承的选择； 因轴承同时受有径向力和轴向力的作 用，故选用两个圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据 D - =55轴承产品目录中初选取 0基本游隙组，标准精度级的圆锥滚子轴承型号 30313，其尺寸为 d=55D=80B=13 轴的校核 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 )( 2321 = 查表机械设计表 15 1 =60此 1 ，故安全。 精确校核轴的疲劳强度 *S/ 22 S （ 14） S= 1 /K*a+*m S (15) 截面 抗弯截面系数 W=53 =16637抗扭截面系数 .2 53 =33250 （ 16） 截面的左侧的弯矩 M=166758*(7171= （ 17） 截面上的扭矩 T=960000N. 截面上的弯曲应力 =M/W=92534/16637= （ 18） 截面上的扭转切应力 17 =T/ 60000/33250=28. （ 19） 轴的材料为 45钢，调质处理 10。由表 15 B =640 1 =275 =155 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表查取，因r/d=5=;经插值得 : ， =按磨削加工，得表面质量系数为 =未经表面强化处理，即q=1，得 K= K=算安全系数 *S/ 22 = S= （ 20） 故可知其安全。 图 7 轴的零件图 7 电动机的选择 由于本设计需要一个功率在 5上，重量不能太大并且采用连续周期工作制的（ 步电动机，其安装形式为 过查机械设计手册选得： 18 电动机 术数据如下： 额定功率 速 1440r/定电流 率 92%，功率因数 大转距 /额定转距为 转转距 /额定转距为 转电流 /额定电流为 子转动惯量 ，重量为 68 . 阀门的选择与设计 用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但是电液比例阀或者伺服阀能接收的信号是连续的电压或电流，而计算机的指令是 “ 开 ” 或 “ 关 ” 的数字信息，要用计算机控制必须进行数 /模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低 11。在这种技术要求下， 20世纪 80年代初期出现了电液数字控制阀。用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀 ， 目前应用较少 。它可直接与计算机接口，不需数 /模转换。 可以分为 数字式流量阀、数字式压力阀、数字式方向流量阀等 。 下面 举例 以 增量式数字流量阀 来说 明原理： 组成：步进电动机、滚珠丝杠、阀心、阀套、阀杆、传感器等。 工作原理：计算机发出信号后，步进 电机 转动，通过滚丝杠转化为轴向位移，带动节流阀阀心移动，首先打开非全周节流，流量较小，而后打开全周节流口，流量较大，可达 3600 L/图 8。 特点： 1 阀心、阀套、阀杆的相对热膨胀取得温度补偿，维持流量恒定。 2 该阀无反馈功能，但装有零位移传感器，每个控制终了，阀心都可在它控制下回到零位，重复精度较高。 单向阀是控制流体只能正向流动，不允许反向流动的阀，也可称逆止阀或止向阀。增量式数字阀 是采用由脉冲数字调制演变而成的增量控制方式，以步进电机作为电气 机械转换器，驱动液压阀芯工作，因此又称步进式数字阀 12。微型计算机 (下简称微机 )发出脉冲序列经驱动器放大后使步进电机工作。步进电机是一个数字元件，根据增量控制方式工作。增量控制方式是由脉冲数字调制法演变而成的一种数字控制方法，是在脉冲数字信号的基础上，使每个采样周期的步数在前一采样周期的步数上，增加或减少一些步数，而达到需要的幅值，步进电机转角与输入的脉冲数成比例，步进电机每得到一个脉冲信号，便得到与输入脉冲数成比例的转角，每个脉冲使步进电 机沿给定方向转动一固定的步距角，再通过机械转换器 (丝杆 螺母副或凸轮机构 )使转角转换为轴向位移，使阀口获得一相应开度 。 19 从而获得与输入脉冲数成比例的压力、流量。有时，阀中还设置用以提高阀的重复精度的零位传感器和用以显示被控量的显示装置。 阀的输出量与输入脉冲数成正比，输出响应速度与输入脉冲频率成正比。对应于步进电机的步距角，阀的输出量有一定的分辨率，它直接决定了阀的最高控制精度。 本设计中 1 步进电动机 2 滚球丝杠 3 阀心 4 阀套 5 阀杆 6 传感器 图 8 数字流量阀 传感器的选择与信号检测 传感器的选取 经过反复比较与选择最后选用美国 硅压力传感器，其测量范围为 0 100作温度范围为 125，传感器的输出电压和被测绝对压力成正比，采用显微机械加工、激光休整等先进和薄膜电镀工艺，具有测量精度高、预热时间短、响应速度快、长期稳定性好、可靠性高、过载能力强等优点 13。若采用 5 0 80温度范围内的最大测量误差不超过 满量程输出电压为 力灵敏度为 54热时间为 20应时间为 1期稳定度为 允许过载 348%表满量程）。电源允许范围为 型值为 源电流为 型值）。具体资料可参见外文文献。 信号检测 整个工作流程由 制， 出信号至电源和驱动器，控制其电流大小，影响电动机的功率、转速等， 完成对被控量的控制（流量、压力等）；而 0 感器将被控量负反馈给 被控量保持在一个稳定的波动范围内。 控制面板的设计 控制面板分为 4 大块： 4个灯、 4个按钮、 2个铃 其中正常工作时，先亮过滤灯，然后是滤余液的指示灯，最后是反冲洗的灯，如此循环，前一个 灯灭接着后一个灯亮；如出现故障则亮报警灯以及响报警铃并且停止工作 ；反洗的时候同时响反洗铃； 4个按钮的作用则很明显，启动按钮采用绿色材料，停止按钮采用红色材料 13。 另外 2个按钮用来控制取样阀，来获取样品，从而调整工作状态。 4 控制部分的设计 控制系统的选择 从工程的角度 ， 较 对单项工程或重复数极少的项目，采用 捷的途径，成功率高，但成本较高。 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验 才能使系统稳定、可 持续 地运行。最好的方法是单片机系统嵌入 样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证 14。 基于 实时性 由于产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 基于信号处理和程序运行的速度， 更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目 14。 高可靠性 各输入端均采用 滤波时间常数一般为 1020 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 系统配置简单灵活 控制系统采用模块化结构 安装简单，维修方便 综上所述，此过滤机选用 5 设计的应用 过滤器的发展 21 常用的机械过滤器虽然能达到较好的过滤效果，但是其滤速慢，于是造成过滤器设备庞大、耗水量大，手动设备劳动强度大，而自动设备造价又太高，因此大大地限制了它的发展和广泛应用。 十九世纪，出现了筛网过滤器，它是通过一个不锈钢丝编织的滤网阻截水中较大的杂质颗粒，这大大提高了滤速，简化了设备，但是水中较小的颗粒和纤维仍能穿过滤网，更重要的是如果它们过滤 时恰好卡在或缠绕在滤网上，再要清洗掉这些杂质就不容易了15。因此，基于这两方面的原因筛网过滤在应用中一直受到了很大的限制。 新型自动盘片过滤器充分继承了上述过滤器的优点，同时又克服了它的缺点，具有反洗效果好、设备自动化程度高、过滤水质稳定、设备占地面积小的特点，自耗水率仅有 右。 盘片过滤器的特点 （ 1）精确过滤：可根据用水要求选择不同精度的过滤盘片，有 20、 50、 100、 200多种规格，过滤比大于 85%。 （ 2）彻底高效反洗：由于反洗时将过滤孔隙完全打开，加上离心喷射作用， 达到了过滤器无法达到的清洗效果。反洗过程只需 20秒左右即可完成。 （ 3）全自动运行，连续出水：时间和压差控制反洗启动。在过滤器组套内，各个 过滤单元顺序进行反洗。工作、反洗状态之间自动切换，可确保连续出水，系统压损小。 （ 4）标准：模块化系统设计，用户可按需取舍过滤单元并联数量，灵活可变，互换性强。 （ 5）占地省：可灵活利用现场边角空间，因地制宜安装，占地少。 （ 6）运行可靠、维护简单：几乎不需日常维护，不需专用工具，零部件很少。 （ 7）使用寿命长：经多年工业实用验证，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差 。 例如：大庆某热电厂 2000年采用两套 滤精度为 50，总处理水量 250吨 /小时；该厂原来采用的过滤器为 5台 3000砂过滤器，设备庞大，而且手动控制，每天至少反洗一次，工人劳动强度大，设备自耗水率达到 810%17。 采用盘式过滤器后设备占地仅为 3时由于自动控制可实现无人职守，目前过滤器约 3小时反洗一次，每个过滤单元反洗时间 15秒，用水量仅为 33升，而总产水量约为 97吨，自耗水率为 是原来耗水量的八十分之一 18。 盘片过滤器的应用领域 22 这种过滤器除了广泛应用于农业灌溉系统的水过滤外，目前在工业水过滤领域有更好、更多的应用实例，如：青岛啤酒厂的工艺用水过滤、大庆热电厂的离子交换前预处理、郑州某项目的黄河水预过滤、北京植物园的加湿喷嘴保护等。 经过几年来的研究开发，盘式过滤器在一些领域已经具有很强的技术优势和很好的运行经验，从而大量应用于工业循环水旁过滤、系统总进水过滤以及细管和喷嘴的保护等方面 18。同时随着水处理领域的不断扩大，在离子交换前预处理、苦咸水过滤、超滤系统的预过滤甚至在低 滤器等方面也有一定量的应用，并且正在不断扩大。 参考文献 1文美纯，刘吉普， 对全自动过滤机的探讨 N.过滤与分离 752文美纯，刘吉普，可编程序在过滤器上的应用研究 N.过滤与分离3 文美纯，刘吉普 ，新型管道过滤器的开发研究 N.过滤与分离 84丁启圣、王惟一 M 金工业出版社 . 5文棋 滤机理分析及控制系统研究 J学硕士学位论文 6管力明 J004年第 21卷第七期 217华东工业大学、浙江大学合编 M北科学技术出版社 58濮良贵，纪名刚 8版） M等教育出版社 29刘鸿文 4版） M等教育出版社 410哈尔滨工业大学理论力学教研室编 . 理论力学（第 6 版） M等教育出版社 1311丁伯民，黄正林 M学工业出版社 12李建兴 M机械 工业出版社 5413姜继海，宋锦春，高常识等 M等教育出版社 4214贺匡国 第二版 ） M 学工业出版社 315成大先 第四 版 ） M学工业出版社 5216L. M. A. . “ 2000,52 23 17G. . LC on 2000, 18 M. . “A , 003, o. 24 鸣谢 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过 将近二个月的 的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是 觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过 应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了 。 在此要感谢我的指导老师 高英武老师 对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索 的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。 附录 1 全自动立式过滤机的设计 摘 要 ： 本文以自行开发 50m3/制设计了一台处理量为50h、工作压力为 要求过滤精度为 过滤总面积为 10，电动机功率为 工作温度为 的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。 关键词 ： 过滤机；结构；控制系统； 可编程序 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 录 摘要 . 1 关键词 . 1 1 前言 . 5 2 方案选择 . 6 循环方案 . 6 双管道方案 . 7 方案比较 . 8 3 过滤部分的设计 . 8 过滤桶的设计 . 9 过滤盘的设计 . 9 计算内压圆筒壳体的壁厚 . 9 过滤桶的结构设计 . 11 循环桶的设计 . 12 传动部件设计 . 12 带传动的设计 . 12 空心轴的设计 . 14 电动机的选择 . 17 阀门的选择与设计 . 18 传感器的选择与信号检测 . 19 传感器的选取 . 19 信号检测 . 19 控制面板的设计 . 20 4 控制部分的设计 . 20 控制系统的选择 . 20 5 设计的应用 . 20 过滤器的发展 . 20 4 盘片过滤器的特点 . 21 盘片过滤器的应用领域 . 21 参考文献 . 22 致谢 . 24 5 1 前言 过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒，而实现固、液分离的设备。过滤机广泛应用于化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门。 中国古代即已应用过滤技术于生产，公元前二百年已有植物纤维制作的纸。公元 105年，蔡伦改进了造纸法，他在造纸过程中将植物纤维纸浆荡于致密的细竹帘 上，水经竹帘缝隙滤过，一薄层湿纸浆留于竹帘面上，干后即成纸张。 最早的过滤大多为重力过滤，后来采用加压过滤提高了过滤速度，进而又出现了线世纪初发明的 转鼓真空过滤机 实现了过滤操作的连续化。此后，各种类型的连续过滤机相继出现 1。间歇操作的过滤机因能实现自动化操作而得到发展，过滤面积越来越大。为得到含湿量低的滤渣，机械压榨的过滤机得到了发展。 用过滤介 质把容器分隔为上、下腔，即构成简单的过滤器。悬浮液加入上腔，在压力作用下通过过滤介质进入下腔成为滤液，固体颗粒被截留在过滤介质表面形成滤渣(或称滤饼 )。 过滤过程中过滤介质表面积存的滤渣层逐渐加厚，液体通过滤渣层的阻力随之增高，过滤速度减小 2。当滤室充满滤渣或过滤速度太小时，停止过滤，清除滤渣，使过滤介质再生，以完成一次过滤循环。 液体通过滤渣层和过滤介质必须克服阻力，因此在过滤介质的两侧必须有压力差，这是实现过滤的推动力。增大压力差可以加速过滤，但受压后变形的颗粒在大压力差时易堵塞过滤介质 孔隙，过滤反而减慢。 悬浮液过滤有滤渣层过滤、深层过滤和筛滤三种方式 3。滤渣层过滤是指在经过过滤初期后，形成了初始滤渣层，此后，滤渣层对过滤起主要作用，这时大、小颗粒均被截留；深层过滤是指过滤介质较厚，悬浮液中含固体颗粒较少，且颗粒小于过滤介质的孔道，过滤时尊龙凯时，颗粒进入后被吸附在孔道内的过滤；筛滤是过滤截留的固体颗粒都大于过滤介质的孔隙，过滤介质内部不吸附固体颗粒的过滤方式，例如转筒式过滤筛滤去污水中的粗粒杂质。 在实际的过滤过程中，三种方式常常是同时或相继出现。过滤机的处理能力取决于过滤速度 。悬浮液中的固体颗粒大、粒度均匀时，过滤的滤渣层孔隙较为畅通，滤液通过滤渣层的速度较大。应用凝聚剂将微细的颗粒集合成较大的团块，有利于提高过滤速度。 6 对于固体颗粒沉降速度快的悬浮液，应用在过滤介质上部加料的过滤机，使过滤方向与重力方向一致，粗颗粒首先沉降，可减少过滤介质和滤渣层的堵塞；在难过滤的悬浮液 (如胶体 )中混入如硅藻土、膨胀珍珠岩等较粗的固体颗粒，可使滤渣层变得疏松；滤液粘度较大时，可加热悬浮液以降低粘度。这些措施都能加快过滤速度。 过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过 滤机和 加压过滤机三类 4。重力过滤器是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。 真空过滤器 是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种 4。间歇操作的真空过 滤机可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。 加压过滤器以在悬浮液进口处施加的压力，或对湿物料施加的机械压榨力作为过滤推动力，适用于要求过滤压差较大的悬浮液，也分为间歇操作和连续操作两种。 过滤机应根据悬浮液的浓度、固体粒度、液体粘度和对过滤质量的要求选用。先选择几种过滤介质，利用过滤漏斗实验，测定不同过滤介质和不同压差下的过滤速度、滤液的固体含量、滤渣层的厚度和含湿量，找出适宜的过滤条件，初步选定过滤机类型，再根据处理量选定过滤面积，并经实际试验验证。 正在发展的新型 过滤设备 有：机械力压榨过滤设备；能实现无滤渣层过滤的 动态过滤机 ；洗选煤炭污水处理、化工和石油工业用的大型过滤设备。 在过滤理论研究方面，滤渣层过滤阻力和孔隙率的测算、过滤速度、过滤设备的模拟和放大、稀薄液体澄清过滤和动态过 滤机理，以及过滤介质的研究，都是重要的 课题 5。利用电子计算机控制过滤操作是过滤设备的发展方向。 2 方案选择 循环方案 管道系统如图 1： 此过滤过程有四个过滤阶段，预过滤过程、过滤过程、滤余液过程、反冲洗过程。 预过滤过程： 待滤液由 入泵内 ， 经 时 闭）进入循环 桶 ，然后从 此时 滤液经 过滤过程：待滤液由 入泵内，经 时 闭）进入循环视筒，然后从 入过滤桶进行过滤（期间可以通过 察过滤循环 过程）滤液由 次进入循环桶，直至完全过滤通过 9流出（可以从 而调整滤网密度）。 7 滤余液过程：收到 “ 管高压差 ” 信号后，开始反冲洗过程前的约 1开 止堵塞反冲洗管道。 反冲洗过程：当 “ 管高压差 ” 达到预定压力值或者达到预定时间后， 洗水从 出的滤渣从 清洗水入口阀 待滤液入口阀 循 环液入口阀 循环液出口阀 流向控制阀 冲洗阀 排气阀 排渣阀 成品出口阀 余液出口阀 取样阀 循环视筒 正常工作视筒 图 1 管道系统图 双管道方案 8 双管道系统如图 2： 图 2 双管道系统图 of 滤：阀 1、阀 4开启，阀 2、阀 3关闭； 反冲洗：阀 2、阀 3开启，阀 1、阀 4 关闭 过滤过程：过滤液由泵泵入，经过阀 1 后进入过滤桶过滤，滤后液经过视筒后从阀4排出（阀 2、阀 3 处于关闭状态） 。 反冲洗过程：清洗水由泵泵入，经过阀 2以及视筒后，对过滤桶进行反冲洗，滤渣由阀 3处排出（阀 1、阀 4处于关闭状态）。 方案比较 方案 1原理 较 简单，管道系统相对较为复杂，但是过滤精度较高，可靠性较强，由于采用循环过滤且用闭环控制，待网内外压差值满足排放条件时，指挥排污阀进行排 污，使过滤精度得以提高；并且采用先进的控制方式和优质的信号转换器从而具有性能稳定，维护管理方便，日常维护少，只须做定期维护即可等特点，具有明显的实用价值、经济价值和推广价值。 方案 2原理简单，过滤和反冲洗装置简单，但是由于过滤和反冲洗管道共用较多且没有排除管道余液的设计，故过滤精度难以保证，维护较多以及容易发生堵塞等情况。 综上所述，最终方案选取为方案 1为基本方案。 3 过滤部分的设计 9 过滤桶的设计 过滤盘的设计 过滤精度为 故滤网 采用涤纶布料可以达到要求而且表面 光滑 ， 再在上涂上一层硅藻土增加过滤流量， 水面上部采用气压，压强大小为 以使过滤更加快捷。滤后液通过下部孔流出，从取样阀中取样调节流速从而保证过滤精度，达到保准后，打开 成过滤。另外该系统在 105 的范围内工作 6。 已知条件： 过滤面积： 10；正常工作压力 大工作压力 R），厚度（ H），片间间隙（ h）以及片数（ N）分别为： R=H=h=一片的过滤面积为： S= *R*R= N=10 /S=10 /=以片数需要 20 片才能满足过滤需要，也因此过滤滤芯长度（过滤部分）应等于20*（ H+h） +顶部密封片厚度 +顶部螺母厚度 =20*+ ： 计算内压圆筒壳体的壁厚 已知 壁厚计算公式： 2/* （ 1） - 计算厚度 ； 算压力； - 焊接接头系数 ; t - 材料的许用应力 ; 在已知设计温度下 167，在厚度为 616 t =170在厚度为 16 36， t =163接 接头系数 ； 设定圆筒内径 000 腐蚀裕量 2 10 设计厚度 : 材料的许用应力 t =170厚度为 616时），筒体厚度计算； 2/* =000/（ 2*170*= （ 2） d 2C= 由钢材标准规格，圆整可得壁厚为 10 ； 1 2 0 . 0 1图 3 过滤片零件图 of 圆筒的半径由滤饼半径确定 取 R=500 圆筒中固定空心轴一端的顶尖高度为 150 顶尖的直径 =50 锥角 =50 1 +100+150=1250 圆筒边缘设计，边缘厚度 =20B=35 凸缘高度 H=10 固定顶尖板的厚度 =10度 L=120度 B=120 但容器制成后必须经过压力试验合格后才能交付，压力的目的主要是检查加工制造工艺的问题和焊缝的强度，以及各连接面的紧密性等 7。 对压力试验一般都用水压试验。 对水压试验时，筒体相应压力的验算公式为： =D+（ /2（ （ 3） 11 按规定水压试验压力 故： =D+（ /2（ =900+（ /2*（ *115 s= *中 故 s=115*84 s=164于 115 164筒体强度满足水压试验的要求。 过滤桶的结构设计 过滤桶设计是整个管道系统的重点。直接从桶上引出的有 5个管道（底部 3个管道、顶部 2个管道），如图 4。 （ 1）桶底正中引出的滤后管，然后连接 常工作视筒），再接上 2 个阀门 品出口阀，正常工作是从这流出成品液）和 样阀，用于刚开始工作是取出样品，从而确定各项参数）； （ 2）桶底斜锥面引出排渣管，引出后分成 2 个方向 一个是反冲洗时使用的排渣管，上面安装着 渣阀）；另一个是循环过滤的循环管，通过 向控制阀，单向阀）使压力过大时形成循环过滤； （ 3）桶内靠壁处装有反冲洗管道，连接 洗阀）后也分成 2 个方向 一个直接连到水泵上；另一个接上 液出口阀）其作用是在滤余液过程 中将管道以及过滤桶的液体流出； 图 4 过滤桶 4）桶顶的一个循环管道向上连接 环视筒）和 环 液出口阀）接到循 12 环桶底部； （ 5）桶顶的另一个循环管道向上连接 气阀）和压力表，然后接到循环桶顶部，以保持过滤桶以及循环筒压力的正常（ 循环桶的设计 (1)结构介绍 循环桶的工作原理比较简单，需要设计的参数也较少，主要分为 2 管道：其中一条的作用 待滤液 通过 滤液入口阀）、水泵、 环筒入口阀）从 循环桶下部泵入，在循环桶上部压力的作用下从右边下方的循环出口通过 进入过滤桶过滤 ；另外一条是顶部的管道，上面连接 气阀）和压力表和过滤桶顶部连 接在一起以保持压力。 (2)循环桶的容量设计 因为循环桶所受压力不是很大，且不是全封闭的，所以可以不许校核桶壁承受应力。 设定桶壁厚 =3高度 H=1200径 R=400积 V= 传动部件设计 带传动的设计 确定计算功率 械设计表 8A =故 = （ 4） 选择 根据 n 由机械设计教材由图 8型 确定带轮的基准直径 初选小带轮的基准直径 表 8小带轮的基准 40验算带速 V= * n/60*1000= *140*1440/60*1000=s 因为 5 m/s V 25 m/s,故带速合适 计算大带轮的基准直径，根据式 (8计算大带轮的基准直径 i *14020 13 根据表 8整为 50 确定 d 2（ （ 5） 根据上式，初定中心距 00 计算带所需的基准长度 2（ + ( /4*900 + *590/2 +(450 /3600=2770 由表 8d=2800 按式（ 8计算实际中心距 0d） /2=900+(28002=915 （ 6） 验算小带轮上的包角 1 1 =1800 -（ *a =1800 -(450 915=1610 900 ； （ 7） 计算带的根数 Z 计算单根 r； 由 40 n=1440r/表 80= 根据 1440r/i=3和 表 8 查表 8= 8L = * K* （ * （ 8） 计算 Z= （ 9） 所以 根。 小带轮设计 材料选取 40 300 采用腹板式结构 8； 14 d=40（ *d， 2 C=(1/7 1/4)B L=(2)d,当 BL=B C=1/4*B=15 根据前面设计得小轮直径 40轮直径 50查表应选用带长800、 度修正系数 1， ， 2=60 A=81 2 ;小皮带轮的零件图 5： 大带轮设计 20300 采用轮辐式结构 9， d=50(2)d,100f=1226 130.8 11L=(2)d,当 B， L=B； 290*3 /90*3 3*1440/2 （ 10） 图 5 小皮带轮零件图 5 带轮的零件图如图 6： 空心轴的设计 空心轴的直径设计 15 d 5 5 0 0 0 03 = /11） d 41(*/ 式中， =d,即空心轴的内径 外径 通常取 = T =T/(9550000P/n)/ T （ 12） 查 机械设计教材，如表 1： 表 1 轴常用几种材料的 T 及 of T o 的材料 275 ,35 45 4035T /5 25 20 35 25 45 35 55 49 126 135 112 126 103 112 97 通过查机械设计教材表 2，查得 =92%； 取 10 P=2%= n=480r/ = d 41(*/ =110* 3 80/） = （ 13） d=30图 6 大皮带轮零件图 16 轴的结构设计 确定装配方案 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度； 为了满足轴的轴向定位要求和装配要求 8，此空心轴分为 3 段， -轴上装大皮带轮，键，密封圈，端盖；外径 D - =50内径 =50*60%=30长为 h=115 -轴上装密封圈，轴承， 端盖，外径 D -外径 = 55长 h=106；内径 =33 -轴上装配滤盘，密封圈，锁紧螺母，外径 D - =60径 =36长 h=115 如图 7。 轴承的选择； 因轴承同时受有径向力和轴向力的作 用，故选用两个圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据 D - =55轴承产品目录中初选取 0基本游隙组，标准精度级的圆锥滚子轴承型号 30313，其尺寸为 d=55D=80B=13 轴的校核 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 )( 2321 = 查表机械设计表 15 1 =60此 1 ，故安全。 精确校核轴的疲劳强度 *S/ 22 S （ 14） S= 1 /K*a+*m S (15) 截面 抗弯截面系数 W=53 =16637抗扭截面系数 .2 53 =33250 （ 16） 截面的左侧的弯矩 M=166758*(7171= （ 17） 截面上的扭矩 T=960000N. 截面上的弯曲应力 =M/W=92534/16637= （ 18） 截面上的扭转切应力 17 =T/ 60000/33250=28. （ 19） 轴的材料为 45钢，调质处理 10。由表 15 B =640 1 =275 =155 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按表查取，因r/d=5=;经插值得 : ， =按磨削加工，得表面质量系数为 =未经表面强化处理，即q=1，得 K= K=算安全系数 *S/ 22 = S= （ 20） 故可知其安全。 图 7 轴的零件图 7 电动机的选择 由于本设计需要一个功率在 5上，重量不能太大并且采用连续周期工作制的（ 步电动机，其安装形式为 过查机械设计手册选得： 18 电动机 术数据如下： 额定功率 速 1440r/定电流 率 92%，功率因数 大转距 /额定转距为 转转距 /额定转距为 转电流 /额定电流为 子转动惯量 ，重量为 68 . 阀门的选择与设计 用计算机对液压或气压系统进行控制是技术发展的必然趋向。但是电液比例阀或者伺服阀能接收的信号是连续的电压或电流，而计算机的指令是 “ 开 ” 或 “ 关 ” 的数字信息，要用计算机控制必须进行数 /模转换，其结果是使设备复杂，成本提高，可靠性降低 11。在这种技术要求下， 20世纪 80年代初期出现了电液数字控制阀。用数字信息直接控制的阀称为电液数字控制阀，简称数字阀 ， 目前应用较少 。它可直接与计算机接口，不需数 /模转换。 可以分为 数字式流量阀、数字式压力阀、数字式方向流量阀等 。 下面 举例 以 增量式数字流量阀 来说 明原理： 组成：步进电动机、滚珠丝杠、阀心、阀套、阀杆、传感器等。 工作原理：计算机发出信号后，步进 电机 转动，通过滚丝杠转化为轴向位移，带动节流阀阀心移动，首先打开非全周节流，流量较小，而后打开全周节流口，流量较大，可达 3600 L/图 8。 特点： 1 阀心、阀套、阀杆的相对热膨胀取得温度补偿，维持流量恒定。 2 该阀无反馈功能，但装有零位移传感器，每个控制终了，阀心都可在它控制下回到零位，重复精度较高。 单向阀是控制流体只能正向流动，不允许反向流动的阀，也可称逆止阀或止向阀。增量式数字阀 是采用由脉冲数字调制演变而成的增量控制方式，以步进电机作为电气 机械转换器，驱动液压阀芯工作，因此又称步进式数字阀 12。微型计算机 (下简称微机 )发出脉冲序列经驱动器放大后使步进电机工作。步进电机是一个数字元件，根据增量控制方式工作。增量控制方式是由脉冲数字调制法演变而成的一种数字控制方法，是在脉冲数字信号的基础上，使每个采样周期的步数在前一采样周期的步数上，增加或减少一些步数，而达到需要的幅值，步进电机转角与输入的脉冲数成比例，步进电机每得到一个脉冲信号，便得到与输入脉冲数成比例的转角，每个脉冲使步进电 机沿给定方向转动一固定的步距角，再通过机械转换器 (丝杆 螺母副或凸轮机构 )使转角转换为轴向位移，使阀口获得一相应开度 。 19 从而获得与输入脉冲数成比例的压力、流量。有时，阀中还设置用以提高阀的重复精度的零位传感器和用以显示被控量的显示装置。 阀的输出量与输入脉冲数成正比，输出响应速度与输入脉冲频率成正比。对应于步进电机的步距角，阀的输出量有一定的分辨率，它直接决定了阀的最高控制精度。 本设计中 1 步进电动机 2 滚球丝杠 3 阀心 4 阀套 5 阀杆 6 传感器 图 8 数字流量阀 传感器的选择与信号检测 传感器的选取 经过反复比较与选择最后选用美国 硅压力传感器，其测量范围为 0 100作温度范围为 125，传感器的输出电压和被测绝对压力成正比，采用显微机械加工、激光休整等先进和薄膜电镀工艺，具有测量精度高、预热时间短、响应速度快、长期稳定性好、可靠性高、过载能力强等优点 13。若采用 5 0 80温度范围内的最大测量误差不超过 满量程输出电压为 力灵敏度为 54热时间为 20应时间为 1期稳定度为 允许过载 348%表满量程）。电源允许范围为 型值为 源电流为 型值）。具体资料可参见外文文献。 信号检测 整个工作流程由 制， 出信号至电源和驱动器，控制其电流大小，影响电动机的功率、转速等， 完成对被控量的控制（流量、压力等）；而 0 感器将被控量负反馈给 被控量保持在一个稳定的波动范围内。 控制面板的设计 控制面板分为 4 大块： 4个灯、 4个按钮、 2个铃 其中正常工作时，先亮过滤灯，然后是滤余液的指示灯，最后是反冲洗的灯，如此循环，前一个 灯灭接着后一个灯亮；如出现故障则亮报警灯以及响报警铃并且停止工作 ；反洗的时候同时响反洗铃； 4个按钮的作用则很明显，启动按钮采用绿色材料，停止按钮采用红色材料 13。 另外 2个按钮用来控制取样阀，来获取样品，从而调整工作状态。 4 控制部分的设计 控制系统的选择 从工程的角度 ， 较 对单项工程或重复数极少的项目，采用 捷的途径，成功率高，但成本较高。 对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验 才能使系统稳定、可 持续 地运行。最好的方法是单片机系统嵌入 样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证 14。 基于 实时性 由于产品设计和开发是基于控制为前提，信号处理时间短，速度快。 基于信号处理和程序运行的速度， 更能满足各个领域大、中、小型工业控制项目 14。 高可靠性 各输入端均采用 滤波时间常数一般为 1020 各模块均采用屏蔽措施，以防止噪声干扰。 系统配置简单灵活 控制系统采用模块化结构 安装简单，维修方便 综上所述，此过滤机选用 5 设计的应用 过滤器的发展 21 常用的机械过滤器虽然能达到较好的过滤效果，但是其滤速慢，于是造成过滤器设备庞大、耗水量大，手动设备劳动强度大，而自动设备造价又太高，因此大大地限制了它的发展和广泛应用。 十九世纪，出现了筛网过滤器，它是通过一个不锈钢丝编织的滤网阻截水中较大的杂质颗粒，这大大提高了滤速，简化了设备，但是水中较小的颗粒和纤维仍能穿过滤网，更重要的是如果它们过滤 时恰好卡在或缠绕在滤网上，再要清洗掉这些杂质就不容易了15。因此，基于这两方面的原因筛网过滤在应用中一直受到了很大的限制。 新型自动盘片过滤器充分继承了上述过滤器的优点，同时又克服了它的缺点，具有反洗效果好、设备自动化程度高、过滤水质稳定、设备占地面积小的特点，自耗水率仅有 右。 盘片过滤器的特点 （ 1）精确过滤：可根据用水要求选择不同精度的过滤盘片，有 20、 50、 100、 200多种规格，过滤比大于 85%。 （ 2）彻底高效反洗：由于反洗时将过滤孔隙完全打开，加上离心喷射作用， 达到了过滤器无法达到的清洗效果。反洗过程只需 20秒左右即可完成。 （ 3）全自动运行尊龙凯时，连续出水：时间和压差控制反洗启动。在过滤器组套内，各个 过滤单元顺序进行反洗。工作、反洗状态之间自动切换，可确保连续出水，系统压损小。 （ 4）标准：模块化系统设计，用户可按需取舍过滤单元并联数量，灵活可变，互换性强。 （ 5）占地省：可灵活利用现场边角空间，因地制宜安装，占地少。 （ 6）运行可靠、维护简单：几乎不需日常维护，不需专用工具，零部件很少。 （ 7）使用寿命长：经多年工业实用验证，过滤和反洗效果不会因使用时间而变差 。 例如：大庆某热电厂 2000年采用两套 滤精度为 50，总处理水量 250吨 /小时；该厂原来采用的过滤器为 5台 3000砂过滤器，设备庞大，而且手动控制，每天至少反洗一次，工人劳动强度大，设备自耗水率达到 810%17。 采用盘式过滤器后设备占地仅为 3时由于自动控制可实现无人职守，目前过滤器约 3小时反洗一次，每个过滤单元反洗时间 15秒，用水量仅为 33升，而总产水量约为 97吨，自耗水率为 是原来耗水量的八十分之一 18。 盘片过滤器的应用领域 22 这种过滤器除了广泛应用于农业灌溉系统的水过滤外，目前在工业水过滤领域有更好、更多的应用实例，如：青岛啤酒厂的工艺用水过滤、大庆热电厂的离子交换前预处理、郑州某项目的黄河水预过滤、北京植物园的加湿喷嘴保护等。 经过几年来的研究开发，盘式过滤器在一些领域已经具有很强的技术优势和很好的运行经验，从而大量应用于工业循环水旁过滤、系统总进水过滤以及细管和喷嘴的保护等方面 18。同时随着水处理领域的不断扩大，在离子交换前预处理、苦咸水过滤、超滤系统的预过滤甚至在低 滤器等方面也有一定量的应用，并且正在不断扩大。 参考文献 1文美纯，刘吉普， 对全自动过滤机的探讨 N.过滤与分离 752文美纯，刘吉普，可编程序在过滤器上的应用研究 N.过滤与分离3 文美纯，刘吉普 ，新型管道过滤器的开发研究 N.过滤与分离 84丁启圣、王惟一 M 金工业出版社 . 5文棋 滤机理分析及控制系统研究 J学硕士学位论文 6管力明 J004年第 21卷第七期 217华东工业大学、浙江大学合编 M北科学技术出版社 58濮良贵，纪名刚 8版） M等教育出版社 29刘鸿文 4版） M等教育出版社 410哈尔滨工业大学理论力学教研室编 . 理论力学（第 6 版） M等教育出版社 1311丁伯民，黄正林 M学工业出版社 12李建兴 M机械 工业出版社 5413姜继海，宋锦春，高常识等 M等教育出版社 4214贺匡国 第二版 ） M 学工业出版社 315成大先 第四 版 ） M学工业出版社 5216L. M. A. . “ 2000,52 23 17G. . LC on 2000, 18 M. . “A , 003, o. 24 鸣谢 随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过 将近二个月的 的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是 觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过 应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了 。 在此要感谢我的指导老师 高英武老师 对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索 的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。 附录

　　摘 要：本文以自行开发50m3/h处理量全自动清洗过滤器为基础，研制设计了一台处理量为50m3/ h、工作压力为1.6-2.5 Mpa，要求过滤精度为0.1-200μm,过滤总面积为10㎡，电动机功率为5.5KW，工作温度为-5℃-105℃的全自动自清洗过滤器。该过滤器在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合于各类工业生产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，并应用于过滤器控制系统设计之中。

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