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開題報告
課題名稱 微濾機樣機虛擬設計
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
我國對于微濾機的研究起步較晚，與國外相比產(chǎn)品技術水平較低，可靠性差，外觀差，品種不豐富。隨著水資源的日益減少，污染日益嚴重，國家非常重視水處理設備的開發(fā)和研究。微濾機也得到優(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)以達到更好的經(jīng)濟和環(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。
微濾機用途較廣，凡固液分離過程都可以應用 ,特別是用以去除水中的藻類、懸浮物等效果更好。但微濾機的工業(yè)應用尚存在下述問題：濾網(wǎng)制造工藝較復雜。濾網(wǎng)在運轉(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)（包括有機雜質(zhì)）的檢測方法較復雜，試驗周期過長。
2、 課題國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
微濾機凈水技術在國外開發(fā)于 1940-1942年。它是一種用固液分離機械過濾凈水技術。微濾機廣泛的應用于冷卻循環(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)運行，承受沖擊負荷能力強，全自動運行，操作及維修簡便，運行費用及占地面積小等。 近年來國內(nèi)外特別重視微濾機的開發(fā)和研究，以提高污水處理的效率。
根據(jù)國內(nèi)外微濾機應用和試驗研究成果結(jié)合國內(nèi)煉油廠的實際情況，湖南大學和撫順石油二廠為開發(fā)擴大微濾機的應用范圍， 著重在下列幾個方面進行了試驗研究：微濾機凈化煉油廠循環(huán)冷卻水的可行性； 微濾機代替目前煉油廠較普遍應用的旁濾池的可能性， 應用微濾機過濾指數(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， 上述主要問題均取得了較好的成果。 得出以下結(jié)論：應用微濾機處理煉油廠循環(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 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)，達到了部分煉廠循環(huán)水水質(zhì)標準。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。 微濾機處理煉油廠循環(huán)冷卻水具有較好的經(jīng)濟效益，與國內(nèi)通用的旁濾池比較，以處理量 10000 立方米每天計，一次投資可節(jié)約 6萬元，經(jīng)常管理費用可節(jié)約 13.182萬元每年。
（1）微濾機用于白水回收的實踐
石硯白麓紙業(yè)有限公司的技術人員使用 2 臺微濾機分別處理紙板機的白水回收和新聞紙機的白水回收。 在處理紙板機的白水回收時， 在回收纖維效率及處理白水能力上都顯示出較強的優(yōu)勢。首先回收纖維的效率高（進水濃度為 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)。分析認為當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。當白水中的纖維以細小纖維為主，固液兩相在濾網(wǎng)上分離時，脫水速率低，細小纖維附著在濾網(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）微濾機在石油化工廠凈水中的應用
湖南大學校辦工廠于 1982 年試制了幾臺微濾機在石油化工廠試用。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，又浪費能源。二是應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，幾乎無法正常運轉(zhuǎn)。通過試驗證實，用微濾機代替砂濾或與其聯(lián)用技術上是可行的，經(jīng)濟上是合理的。經(jīng)粗略估算，微濾機與砂濾池比較，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)常管理費用低。 以處理水量 50000 立方米每天的規(guī)模計， 一次投資就可節(jié)約50%。具有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。微濾機凈水技術在石油化工廠應用在技術上是可行的，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。微濾機凈水技術在石油化工廠應用在經(jīng)濟上是合理的。 與砂濾技術比較， 一次投資可節(jié)約 50%，反沖洗水量可節(jié)約 75%，經(jīng)常管理費用低，有較好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。
（3）微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器
Emperor Aquatics有限公司設計的微篩轉(zhuǎn)鼓過濾器。其結(jié)構和基本原理如圖1和 2 所示：
圖1.整體機型
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)鼓過濾機進入轉(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，液位到達一定值則啟動開關將過濾網(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入收集槽，然后被排出轉(zhuǎn)鼓
微濾機濾網(wǎng)目數(shù)與電耗及耗水量的關系:中國水產(chǎn)科學研究院研究了微濾機濾網(wǎng)目數(shù)與電耗和水耗之間的關系。轉(zhuǎn)鼓式微濾機的電耗由兩部分組成， 一是電動機通過減速機帶動轉(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)鼓式微濾機運行中基本上是穩(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)鼓式微濾機性能的一個重要指標， 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系
二、 本課題的任務、重點內(nèi)容、實現(xiàn)途徑
1、本課題的任務要求
（1） 查閱與課題有關文獻資料，熟悉微濾機的裝配過程及整體
結(jié)構；
（2）了解篩網(wǎng)、滾筒對微濾機日處理量的影響；
（3）研究微濾機的總體設計方案；
（4）微濾機詳細設計；
a.滾筒和濾網(wǎng)的設計；
b.電機減速機的選擇；
c.傳動軸的設計和校核；
d.軸承的選擇和校核；
e.反沖洗管的設計和校核；
f.三維建模；
g.有限元分析；
(5) 對整體裝置進行評價，找出不足之處并進行改進；
2、 本課題重點內(nèi)容、實現(xiàn)途徑
（1） 轉(zhuǎn)鼓的設計：轉(zhuǎn)鼓是實現(xiàn)過濾污水過濾的關鍵部位。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)鼓進行設計，使其日處理量達到600m3/h，轉(zhuǎn)速為4r/min。
（2） 反沖洗管的設計：反沖洗管是對濾網(wǎng)進行沖洗的空心細長軸，內(nèi)部注滿高壓水，安裝在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)部，自身并不轉(zhuǎn)動。需要對其進行結(jié)構設計，底部布滿一排出水孔，用以噴出高壓水對篩網(wǎng)進行沖洗。因為反沖洗管是細長空心軸，材料為不銹鋼，需要對其受力分析，再進行彎曲剛度校核，使其滿足設計使用要求。
3、 可能遇到的困難，提出解決的方法和措施
（1）預計可能遇到的困難：反沖洗管的受力分析及剛度校核。因為反沖洗管內(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雜，涉及理論力學，材料力學，流體力學多門學科，而流體的壓力和流速設計要求并沒有給定，又進一步加大難度。
（2）解決途徑：對反沖洗管的受力分析進行簡化。上部的進水管受自身重力，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
（1）工作條件
1）工具書
《機械設計》
《機械設計手冊》
《課程設計手冊》
《理論力學》
《材料力學》
2） 軟件
Auto CAD
Solidworks
office
（2） 參考文獻
1）成大先 機械設計手冊第四版 化學工業(yè)出版社 ;
2）《轉(zhuǎn)盤式微過濾機》.山東省諸城市耀順環(huán)保機械有限公司;
3）謝國佳.微濾機在石油化工廠凈水中的應用[J].石油煉制，1986，（12）：58-64；
4）于康明.微濾機用于白水回收的實踐[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技術手冊 [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[P]中國，實用新型專利 2010.5.6；
7）邱支振 應用理論力學 中國科學技術大學出版社 2011.2
8）劉鴻文 材料力學 第5版 高等教育出版社 2010.6
5、 進度計劃
第1-2周 畢業(yè)實習、文獻檢索，課題綜述，外文翻譯
第3-4周 了解污水處理設備----微濾機的作用與功能
第5-6周 初步確定設計方案
第7-8周 初步繪制微濾機各部分結(jié)構圖，并分析其結(jié)構合性
第9-10周 對主要零部件結(jié)構進行強度，剛度分析，確定各部
分尺寸
第11-12周 利用SolidWorks軟件進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
指導教師意見
指導教師（簽字）_____________
年 月 日