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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 過濾器的設(shè) 計(jì)及運(yùn)動仿真 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的 成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用， 表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學(xué) 號： 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 該課題來源于啟東巨龍化工裝備的復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器設(shè)計(jì)。 目前，我國很多企業(yè)使用傳統(tǒng)過濾器，這種過濾器在過濾持續(xù)過程 中，過濾面積小使得液體中固態(tài)雜質(zhì)被過濾元件表面，過濾效率下 降。因此需要對此裝置進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，在保證技術(shù)性能的前提下 以其阻力最小為目的，提高使用周期，減少停車次數(shù)，能夠提高生 產(chǎn)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量，以便降低能耗和運(yùn)行費(fèi)用。過濾器的最優(yōu)設(shè)計(jì) 對充分發(fā)揮其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢有很大意義。 本課題根據(jù)設(shè)計(jì)要求，運(yùn)用二維、三維建模軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),完成 總裝配,并對總體機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動仿真，加深對本專業(yè)的相關(guān)知識理解 和提高綜合運(yùn)用專業(yè)知識能力。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 根據(jù)提供的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)中外資料； ② 分析現(xiàn)過濾器現(xiàn)狀及存在的問題，了解過濾器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨 I 勢； ③ 運(yùn)用二維、三維建模軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),完成總裝配,并對總體機(jī)構(gòu) 進(jìn)行運(yùn)動仿真； ④ 完成對主要零部件設(shè)計(jì)計(jì)算和校核； ⑤ 閱讀和翻譯英文文獻(xiàn)； ⑥ 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 班 姓名 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 II 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 過濾分離技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中應(yīng)用很廣。從人民日常生活，資源、能源的開 發(fā)利用，國防尖端，到保護(hù)環(huán)境，防止公害等方面，都離不開過濾分離技術(shù)。過濾器和 過濾分離技術(shù)不僅應(yīng)用廣，而且是某些生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵性設(shè)備之一，若采用不當(dāng)，不 但生產(chǎn)任務(wù)完不成，產(chǎn)品質(zhì)量上不去，而且會造成資源浪費(fèi)，環(huán)境污染，使整個(gè)生產(chǎn)經(jīng) 濟(jì)效益很低。因此，必須根據(jù)物料的種類及生產(chǎn)上的要求，研究、設(shè)計(jì)和制造各種不同 系列、規(guī)格和型號的過濾器，以適應(yīng)各種不同生產(chǎn)的需要。 本設(shè)計(jì)選擇復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器作為設(shè)計(jì)對象。在全面了解過濾器的結(jié)構(gòu)及其工 作原理后，運(yùn)用 SW6-1998 過程設(shè)備強(qiáng)度計(jì)算軟件，對受壓的圓筒、封頭和法蘭等受壓元 件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。利用 UG 軟件對過濾器的零件進(jìn)行參數(shù)化建模，并對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行虛擬 裝配。然后將裝配體導(dǎo)入 UG 軟件的運(yùn)動仿真界面，并利用軟件進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真。分析仿 真結(jié)果，得出相應(yīng)結(jié)論。最后對過濾器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其穩(wěn)定性，可靠性，讓本設(shè) 計(jì)能夠真正的投入到日常生產(chǎn)操作中，使其切實(shí)能夠?yàn)檫^濾分離技術(shù)做出貢獻(xiàn)。 關(guān)鍵詞：UG；過濾器；運(yùn)動仿真 IV Abstract Filtering separation technology is applied widely in various departments of national economy. From the aspect of people’s daily life, such as the exploitation and utilization of resources and energy and the advanced national defense to the aspect of protecting environment and preventing pollution and other aspects, all of them cannot be without filtration-separation technology . Filter and filtering-separation technology are not only used widely but also are one of the key equipments in some production processes. If the technology is used unsuitably, the production task will not be finished and the quality of the products will not be improved. Even it will cause the the waste of resources and environmental pollution so that it will reduce the production efficiency.Therefore, in order to meet the demands of different production, we should research, design and manufacture the various series, specifications and types of filters according to the kinds of production materials and the requirements of production. This design chooses fine the composite bag type filter as the design object. After comprehensive understanding of the structure and working principles of the filter, this design uses SW6-1998 process equipment calculation software for calculating the strength of the pressurized cylinder, head, and flange pressure parts and other pressurized parts. This design has a parametric modeling of the elements of filter by using UG software and assemble the integral structure virtually. Then the design will lead the assembly into the motion simulation interface of the UG software and use the software to make kinematics simulation. Next we should make analysis of the simulation results and obtain the corresponding conclusions. Finally we should do the optimization design to improve the stability and reliability of the filter in order to put this design into the daily production operation really and make contributions faithfully to the filtration-separation technology. Key words: UG ; Filter ; Motion simulation V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract..........................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1 緒論 .............................................................................................................................................1 1.1 過濾器設(shè)計(jì)的目的和意義 ...................................................................................................1 1.2 過濾器的發(fā)展 .......................................................................................................................1 1.3 過濾器的未來展望 ...............................................................................................................2 1.4 本文的基本構(gòu)想與要求 .......................................................................................................3 2 過濾器總體設(shè)計(jì)方案 .................................................................................................................4 2.1 過濾器設(shè)計(jì)概述 ...................................................................................................................4 2.1.1 過濾器簡介 ....................................................................................................................4 2.1.2 過濾器結(jié)構(gòu) ....................................................................................................................4 2.1.3 過濾器工作原理 ............................................................................................................4 2.1.4 過濾器有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù) ....................................................................................................4 2.2 過濾器的特征 .......................................................................................................................4 2.2.1 主要特征 ........................................................................................................................4 2.2.2 安裝步驟 ........................................................................................................................5 2.2.3 應(yīng)用 ................................................................................................................................5 2.3 過濾器的參數(shù)計(jì)算 ...............................................................................................................5 2.3.1 內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算 ............................................................................................................5 2.3.2 內(nèi)筒封頭內(nèi)壓計(jì)算 ........................................................................................................6 2.3.3 法蘭計(jì)算 ........................................................................................................................7 2.3.4 開口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 ................................................................................................................9 2.4 過濾器部件設(shè)計(jì) .................................................................................................................10 2.4.1 封頭設(shè)計(jì) ......................................................................................................................10 2.4.2 法蘭設(shè)計(jì) ......................................................................................................................11 2.4.3 搖臂式吊桿設(shè)計(jì) ..........................................................................................................13 2.4.4 筒體設(shè)計(jì) ......................................................................................................................13 2.4.5 復(fù)合濾筒設(shè)計(jì) ..............................................................................................................15 2.4.6 支座組件設(shè)計(jì) ..............................................................................................................15 3 SW6-98 軟件的應(yīng)用 ..................................................................................................................17 3.1 SW-98 軟件介紹 ..................................................................................................................17 3.2 SW6-98 軟件結(jié)構(gòu)及一般使用指南 ....................................................................................18 3.3 SW6-98 軟件的使用 ............................................................................................................19 3.3.1 軟件模塊計(jì)算項(xiàng)目 ......................................................................................................19 3.3.2 軟件計(jì)算校核 ..............................................................................................................19 4 UG 軟件的應(yīng)用 ..........................................................................................................................23 4.1 UG 軟件介紹 .......................................................................................................................23 4.2 UG 功能與優(yōu)點(diǎn) ...................................................................................................................23 4.3 UG 主要功能模塊 ...............................................................................................................24 4.4 過濾器運(yùn)動仿真分析 .........................................................................................................26 5 結(jié)論與展望 ...............................................................................................................................33 5.1 結(jié)論 .....................................................................................................................................33 5.2 不足之處及未來展望 .........................................................................................................33 致 謝 ...........................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................35 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1 緒論 1.1 過濾器設(shè)計(jì)的目的和意義 目前，我國很多企業(yè)使用傳統(tǒng)過濾器，這種過濾器在過濾持續(xù)過程中，過濾面積小 使得液體中固態(tài)雜質(zhì)被過濾元件表面，過濾效率下降。因此需要對此裝置進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng) 新，提高使用周期，減少停車次數(shù)，能夠提高生產(chǎn)產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量。復(fù)合型袋式精細(xì)過 濾器與普通過濾器相比，在同樣殼體、容積的情況下，該過濾器過濾面積相對大 60%以 上，這樣裝置運(yùn)行周期長，停車時(shí)間短，有效降低運(yùn)行成本；在相同處理量的情況下， 該過濾器過濾面積較普通過濾器大，意味著設(shè)備容積就可以做小，可以節(jié)省設(shè)備投資 20%以 上，有效降低設(shè)備的制造成本。 1.2 過濾器的發(fā)展 過濾器的原型是人們?yōu)楸Ｗo(hù)呼吸而使用的呼吸保護(hù)器具 [1]。據(jù)記載，早在一世紀(jì)的羅 馬，人們在提純水銀的時(shí)候就用粗麻制成的面具進(jìn)行保護(hù)。在此之后的漫長時(shí)間里，空 氣過濾器也取得了進(jìn)展，但其主要是作為呼吸保護(hù)器具用于一些危險(xiǎn)的行業(yè)，如有害化 學(xué)品的生產(chǎn)。1827 年布朗發(fā)現(xiàn)了微小粒子的運(yùn)動規(guī)律，人們對空氣過濾的機(jī)理有了進(jìn)一 步的認(rèn)識。 過濾器的迅速發(fā)展是與軍事工業(yè)和電子工業(yè)的發(fā)展緊密相關(guān)的。在第一次世界大戰(zhàn) 期間，由于各種化學(xué)毒劑的使用，以石棉纖維過濾紙作為濾煙層的軍用防毒面具應(yīng)運(yùn)而 生。玻璃纖維過濾介質(zhì)用于空氣過濾于 1940 年 10 月在美國取得專利。50 年代，美國對 玻璃纖維過濾紙的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了深入的研究，使空氣過濾器得到了改善和發(fā)展。60 年 代，HEPA 過濾器問世；70 年代，采用微細(xì)玻璃纖維過濾紙作為過濾介質(zhì)的 HEPA 過濾 器，對 0.1 微米粒徑的粒子過濾效率高達(dá) 99.9998%。八十年代以來，隨著新的測試方法 的出現(xiàn)、使用評價(jià)的提高及對過濾性能要求的提高，發(fā)現(xiàn) HEPA 過濾器存在著嚴(yán)重的問 題,于是又產(chǎn)生了性能更高的 ULPA 過濾器。目前，各國仍在努力研究，估計(jì)不久就會出 現(xiàn)更先進(jìn)的空氣過濾器。 過濾器本身的設(shè)計(jì)也取得了顯著進(jìn)展，其中最重要的是分隔板的去除，即無隔板過 濾器的發(fā)展。無隔板過濾器不僅消除了分隔板損壞過濾介質(zhì)的危險(xiǎn)，而且有效地增加了 過濾面積，提高了過濾效率，并降低了氣流阻力，從而減少了能量消耗。此外，空氣過 濾器在耐高溫、耐腐蝕以及防水、防菌等方面也取很大的進(jìn)展，滿足了一些特殊的需求。 70年代前后是精密過濾器飛躍發(fā)展時(shí)期，美、英、德、法和日本都有自己牌號的精 密過濾器，并紛紛在國際市場上競爭。影響最大的是美國公司，其次是德國公司，他們 分布于世界各地，從事精密過濾器濾膜和精密過濾器濾器的生產(chǎn)，科研和銷售等工作。 六十年代，我國一些科研部門對精密過濾器進(jìn)行了小規(guī)模的試驗(yàn)和應(yīng)用，但基本上 沒有形成工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)能力。70年代末期，上海醫(yī)藥工業(yè)研究院等單位對精密過濾器 進(jìn)行了教系統(tǒng)的研究。迄今為止，國內(nèi)已有了商品化的精密過濾器，其中生產(chǎn)最多的品 種是混合纖維素濾膜。耐溶劑、耐溫和耐酸堿等方面的濾膜——特種多孔濾膜已被研制 和先后投產(chǎn)的有聚砜酰胺精密過濾器膜、N 型聚酰胺精密過濾器膜、聚四氟乙烯精密過濾 器膜、核孔膜及其他優(yōu)質(zhì)精密過濾器濾膜等。 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 1 至于精密過濾器的形式，除板式以外，還制成了摺疊式筒型，可謂品種繁多、五花 八門，基本已滿足了國內(nèi)各方面的需要。當(dāng)然和國外相比，我國的產(chǎn)品無論是在質(zhì)量方 面還是在數(shù)量方面，都還存在一定的差距，有待進(jìn)一步的提高和創(chuàng)新。 精密過濾器主要用于分離各種流體中尺寸為0.1-10μm 的微生物和微粒子。在實(shí)驗(yàn)室 中，精密過濾器過濾時(shí)檢查有形微細(xì)雜質(zhì)的重要工具。主要用途如下： 1、用于微生物檢測，例如對飲用水中大腸菌群、游泳池水中假單胞族菌和鏈球菌、 啤酒中酵母和細(xì)菌，軟飲料中酵母、醫(yī)藥制品中細(xì)菌的檢測和空氣中微生物的檢測等。 2、用于微粒子檢測，例如對注射劑中不溶性異物、石棉粉塵，航空染料中的微粒子， 水中懸浮和排氣中粉塵的檢測，鍋爐用水中鐵分的分析及放射性塵埃的采樣等。 在流體凈化、分離雜質(zhì)、貴重物料回收等領(lǐng)域取得了最大的工藝效益和經(jīng)濟(jì)效益， 被廣泛應(yīng)用于石油化工、精細(xì)化工、化纖工業(yè)、制藥工業(yè)及航空、電子、食品、飲料等 行業(yè)。 主要用途如下： 1、納濾（NF） 、超濾（UF） 、反滲透（RO ） 、電滲析（EDI）等系統(tǒng)保安過濾； 2、醫(yī)藥針劑、大輸液、滴眼液、中草藥藥液等過濾，生物制劑提取、提純、濃縮； 3、電子、微電子、半導(dǎo)體工業(yè)用高純水預(yù)過濾； 4、油田回注水、鍋爐補(bǔ)給水、化學(xué)試劑、液體有機(jī)制品、高純化學(xué)品、濃藥等過濾； 5、飲用純凈水、礦泉水、果汁、茶飲料、保健飲品過濾； 6、白酒、葡萄酒、啤酒、黃酒及其他果酒的過濾，純生啤酒除菌過濾； 7、生產(chǎn)、生活廢水處理及中水循環(huán)再利用過程中的預(yù)處理過濾或保安過濾； 8、其他如生物工程、油類精制、印染、紡織行業(yè)的給水及廢水處理、科研實(shí)驗(yàn)過濾 等。 1.3 過濾器的未來展望 在如今這個(gè)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越迅速的時(shí)候，有多少人會注意到環(huán)境污染的嚴(yán)重性 呢？好在有我們的過濾器出現(xiàn)和運(yùn)用，為我們解決了困擾多年的污染問題，還提醒了我 們環(huán)境保護(hù)的重要性，而設(shè)備未來的發(fā)展也是很值得期待的 [2]。 可以說，過濾器的出現(xiàn)使得我們國家多年來長期存在的污染肆意的難題得到了完美 的解決，它利用自身的先進(jìn)的濾網(wǎng)將水中的懸浮物、顆粒物、細(xì)菌等有害物質(zhì)進(jìn)行有效 阻擋，從而使水質(zhì)得到一定程度的凈化，并且能夠達(dá)到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過它處理凈 化的中水可以用來灌溉、洗車，大大節(jié)省了有限的淡水資源。 事實(shí)證明，提高水資源的使用率才是節(jié)省的根本辦法，我國的南方地區(qū)常年多雨， 大范圍的降雨經(jīng)常給當(dāng)?shù)厝嗣駧碇T多不便，但是自從有效利用了高效過濾器之后，專 家們從雨水中得到了可用的再生水資源，這一發(fā)現(xiàn)不僅解決了雨水排放不利的問題，同 時(shí)也為我們的社會開發(fā)了新的水資源。 全球范圍內(nèi)的水質(zhì)污染給我們的生活帶來了巨大的影響，污水不僅污染了我們的環(huán) 境，更會對我們的身體健康造成傷害，近來年由于水污染而引起的疾病也是屢見不鮮。 高效過濾器出現(xiàn)成功吸引了我們的眼球，不僅解決了困擾我們多年的污水泛濫問題，同 時(shí)還能在一定程度上緩解水資源的重負(fù)，因此得到了一致的好評。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 由于我國的環(huán)保產(chǎn)業(yè)起步比較晚，基礎(chǔ)也很是薄弱，因此以往人們對環(huán)保的概念還 不是很清晰，但是如今隨著經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)增長，人民生活水平的不斷改善，大家也開 始越來越重視環(huán)保的概念。我們國家的中央財(cái)政在環(huán)境保護(hù)方面的支出也是逐年增加， 這不得不說是一個(gè)很好的現(xiàn)象。在環(huán)保事業(yè)的發(fā)展中，必不可缺的無疑是高效率的過濾 設(shè)備了。 過濾器對城市的污水進(jìn)行一定的處理并且促進(jìn)了水的循環(huán)利用，這個(gè)階段即將成為 凈化設(shè)備市場發(fā)展的高峰時(shí)期。因?yàn)槲覀兌贾溃袊牡娣e還是相當(dāng)少的，一些 偏遠(yuǎn)城鎮(zhèn)的供水問題還不能得到有效的解決，情況令人堪憂。越來越多地區(qū)的供水量及 供水安全問題的逐漸得到了各方面的重視和關(guān)心，國家把這兩個(gè)問題提到至關(guān)重要位置， 可見水處理行業(yè)將成為中國未來幾年發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。 我們經(jīng)常說的工業(yè)水處理包括了工業(yè)用水處理、工業(yè)用水重復(fù)水處理和工業(yè)廢水處 理三大類，高效過濾器很對這三個(gè)方面在自身的技術(shù)上做出了巨大的改革，使其能更加 適應(yīng)環(huán)境與時(shí)代的發(fā)展。除了一些基本的污水處理領(lǐng)域，過濾器還將運(yùn)用到海水淡化、 中水循環(huán)利用和終端水處理等更多細(xì)節(jié)化的領(lǐng)域去，這其中無不蘊(yùn)含著驚人的市場潛力 和發(fā)展的空間。這一系列的措施都使得設(shè)備的特性被發(fā)揮到了極致，它的未來十分值得 期待。 現(xiàn)在人們開始越來越清晰的認(rèn)識到如何利用雨水帶來節(jié)水、防洪、環(huán)境方面的巨大 收益，尤其在一些北方城市已經(jīng)開始逐步實(shí)現(xiàn)雨水的循環(huán)再利用。此時(shí)就更需要一些專 業(yè)的過濾設(shè)備來推進(jìn)這項(xiàng)工程的發(fā)展。過濾器作為新型的過濾設(shè)備，在解決水污染的問 題方面可是很有一套的，到目前為止它已經(jīng)廣泛運(yùn)用于飲用水的處理、循環(huán)水處理、工 業(yè)水處理、采礦業(yè)水處理等各行各業(yè)。 隨著人們的環(huán)保意識的日益加強(qiáng)，大家也開始逐漸意識到水資源的寶貴，水是我們 的生命之源，同時(shí)水也不是用之不竭的，如何對其進(jìn)行有效的保護(hù)是目前環(huán)境保護(hù)工程 中的重點(diǎn)。過濾器就是我們國家用來保護(hù)水資源的有利屏障。 大家都知道我國一直是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，加上水污染嚴(yán)重、地下水超采等一系 列問題，使得我們所面臨的局勢越來越危急，如何有效保護(hù)水資源成了我們迫在眉睫的 任務(wù)，也是不容忽視的。而過濾器設(shè)備的出現(xiàn)無疑是給這種緊張的情況帶來了一絲緩和 的希望，它采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)原材料制作而成，結(jié)構(gòu)新穎獨(dú)特、工作強(qiáng)度高、使用壽命長， 擯棄了傳統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜的安裝使用程序，采用簡單快捷的使用方式。 1.4 本文的基本構(gòu)想與要求 我所設(shè)計(jì)的復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器，可以運(yùn)用于很多領(lǐng)域。它占地面積很小，過濾 效率高。所以我在選擇零件上會偏向易于單件加工、生產(chǎn)簡單、容易維修的零件。 基本要求如下： (1) 全面了解復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器的結(jié)構(gòu)及其工作原理。 (2) 計(jì)算相關(guān)參數(shù)，對整體進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)過濾器的機(jī)構(gòu)尺寸。 (3) 主要機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇完畢之后，利用 AutoCAD[3]進(jìn)行二維模型的建立。首先，完成 裝配圖。其次，拆分主要零件，作出零件圖。 (4) 根據(jù)二維圖紙，利用 UG 建立三維模型并進(jìn)行運(yùn)動仿真。首先，完成各部分的零 件圖；其次，把各個(gè)零件圖進(jìn)行裝配；最后進(jìn)行運(yùn)動仿真。 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 3 2 過濾器總體設(shè)計(jì)方案 2.1 過濾器設(shè)計(jì)概述 2.1.1 過濾器簡介 復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器主要由三部分組成：過濾容器、支承網(wǎng)籃和過濾袋。根據(jù)流 量要求可在單機(jī)里使用多個(gè)濾袋，液體從過濾容器側(cè)面或者下面進(jìn)液口進(jìn)入，由被網(wǎng)籃 支撐的濾袋上方?jīng)_入濾袋中，濾袋因液體的沖擊和均勻的壓力面展開，使得液體物料在 整個(gè)過濾袋內(nèi)表面得到均勻分布，透過濾袋的液體沿著金屬支承網(wǎng)籃壁，由過濾器底部 出液口排出。濾出顆粒雜質(zhì)被截留在過濾袋內(nèi)，完成過濾過程。每只濾袋都有單獨(dú)的鎖 緊裝置，絕無側(cè)漏機(jī)會。復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器因體積較大，頂蓋重量重，一個(gè)工人難 以操作，在此過濾器加上搖臂裝置，可降低人工成本。復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器操作簡單、 方便，占地面積較小，安裝十分簡單；過濾精度高，適用于任何細(xì)微顆?；驊腋∥?，過 濾范圍可從 1～800 微米；有效過濾面積大，一個(gè)濾袋過濾功能相當(dāng)于同類型濾芯 5～10 倍，可大大降低成本； 設(shè)計(jì)流量可以滿足 1～1000m 3/h 要求，成本造價(jià)低；用途廣泛， 可用于粗濾或精濾； 單位過濾面積的處理流量較大，過濾阻力較小，過濾效率高。 2.1.2 過濾器結(jié)構(gòu) 復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器設(shè)計(jì)采用立式結(jié)構(gòu)，是一種壓力式過濾裝置，主要有過濾筒 體、過濾筒蓋和快開機(jī)構(gòu)、不銹鋼濾袋加強(qiáng)網(wǎng)等主要部件組成，過濾器加上搖臂裝置， 能快速方便的開啟上封頭。上封頭和筒體采用法蘭連接，能更好的防止側(cè)漏，下封頭與 筒體采用焊接連接。筒體內(nèi)部的過濾裝置進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)能更好的利用空間，提高單位過 濾面積的處理量，過濾效率高。根據(jù)需求選擇合適的支腳，對抗震有很大的幫助。 2.1.3 過濾器工作原理 復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器是一種結(jié)構(gòu)新穎、體積小、操作簡便靈活、節(jié)能、高效、密閉 工作、適用性強(qiáng)的多用途過濾設(shè)備。復(fù)合型袋式精細(xì)過濾器常設(shè)置在壓力過濾器之后， 用于去除液體中細(xì)小的微粒，以滿足后續(xù)工序?qū)M(jìn)水的要求。濾液由過濾機(jī)外殼的旁側(cè) 入口管流入濾袋，濾袋本身是裝置在加強(qiáng)網(wǎng)籃內(nèi)，液體滲透過所需要細(xì)度等級的濾袋即 能獲得合格的濾液，雜質(zhì)顆粒被濾袋攔截，從而達(dá)到固液分離。該機(jī)更換濾袋十分方便， 過濾基本無物料消耗。 2.1.4 過濾器有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù) 該過濾器工作壓力為 0.5MPa，設(shè)計(jì)壓力為 0.6MPa，工作溫度為 25℃，設(shè)計(jì)溫度為 80℃。主要受壓元件材質(zhì) 06CrNi10，牌號 S30408Ⅱ，標(biāo)準(zhǔn) NB/T47010-2010。設(shè)備最大處 理量為 145m3 /h，過濾精度為 5μm，濾件材質(zhì)為聚酯，過濾面積 3m2。 2.2 過濾器的特性 2.2.1 主要特征 （1）設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，占用工作液少，減少投資運(yùn)營成本； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 （2）過濾量大，壓降小，過濾精度高，性能穩(wěn)定，濾袋清洗周期長，濾袋可重復(fù)使 用； （3）袋式過濾器采用積木式裝卸，固定壓緊裝置，密封性能好，這樣對清洗修理方 便，節(jié)省維修成本。 2.2.2 安裝步驟 1、徹底清洗過濾器殼體。2、外殼進(jìn)出口與過濾系統(tǒng)管路相連，連接時(shí)注意方向，確 保濾芯為外側(cè)進(jìn)水、內(nèi)側(cè)出水狀態(tài)。3、將濾芯開口一端的塑料袋打開，檢查O 形圈是否 完好、就位。4、用合適的的濕潤劑(例如水)濕潤O 形圈和濾芯座插孔。5、手握濾芯靠近 O形圈的一端，垂直將濾芯插口完全插入濾芯座插孔。 6、將所有的濾芯插好后，去掉濾 芯包裝袋，再扣上壓板固定，然后將金屬罩殼安裝好。7、打開外殼頂部的放氣閥。8、 稍微打開入口閥，使液體進(jìn)入殼體，直到液體從殼體頂部的放氣閥益出，此時(shí)關(guān)閉放氣 閥。9、緩慢調(diào)節(jié)打開下游出口閥，直至完全打開。10、緩慢調(diào)節(jié)打開入口閥，直至完全 打開此時(shí)過濾器上、下游之間的壓力降為0.02Mpa(確定流量下的初始壓降)。 2.2.3 應(yīng)用 在化工石油領(lǐng)域：可以過濾潤滑油、航煤等油品、分離從苯中的聚合物、回收催化 劑、過濾催化油漿、過濾開桶后的原料、成品灌裝前的保安過濾、攔截碳墨和助濾劑、 濾清樹脂、丙烯酸和黏膠乳劑、泵前保護(hù) [4]。 在涂裝行業(yè)：電泳漆過濾、超濾的保護(hù)過濾、脫脂工藝過濾、磷化液體的過濾、電 泳漆除油、過濾清洗液、過濾金屬漆、清漆等。 在樹脂涂料油墨行業(yè)：樹脂等原料過濾、清除涂料中的纖維、凝膠、過濾溶劑、過 濾研磨細(xì)度不達(dá)標(biāo)顆粒、清除混合反應(yīng)后的顆粒雜質(zhì)、清除膠性涂料的凝結(jié)塊、清除涂 料中的油份。 食品飲料行業(yè)：攔截造糖中的碳墨和助濾劑、食用油拋光、灌裝前的保安過濾、各 種工藝用水、糖漿等原料的過濾、去除調(diào)和工藝中產(chǎn)生的雜質(zhì)、濾除飲料中的懸浮物、 沉積物。 在水處理和膜工業(yè)：HVAC系統(tǒng)凈化、清除水管中的水垢或鈣化物、原水的濾清、過 濾處理廢水的化學(xué)品、超濾膜、RO膜的前置保護(hù)、阻攔絮狀物、膠狀物、膜法提純液的 預(yù)過濾、攔截離子交換樹脂。 2.3 過濾器的參數(shù)計(jì)算 2.3.1內(nèi)筒體內(nèi)壓計(jì)算 （1）計(jì)算條件 計(jì)算壓力 Pc=0.6MPa，設(shè)計(jì)溫度 t=80℃，內(nèi)徑 Di=500mm，材料為 0Cr18Ni9（板材） ，試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [σ]=137.00MPa，設(shè)計(jì)溫度許用應(yīng)力 ?σ?t =137.00MPa，試驗(yàn)溫度下屈服點(diǎn) σs=205.00MPa，鋼板負(fù)偏差 C1=0.60mm，腐蝕裕量 C2=0.00，焊接接頭系數(shù) Φ=0.85，名義厚度 δn=5mm。 （2）厚度計(jì)算 計(jì)算厚度可按下列公式計(jì)算: m29.60.85.1372][2?????ctiPD??? （2.1） 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 5 有效厚度 m4.06.521 ????Cne? （2.2） 壓力試驗(yàn)時(shí)應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)類型：液壓試驗(yàn) 試驗(yàn)壓力值計(jì)算公式如下： ??PaPtT M75.0136.025.1???? （2.3） 壓力試驗(yàn)允許通過的應(yīng)力水平[σ] T ??asT50.849.0? （2.4） 試驗(yàn)壓力下圓筒的應(yīng)力 PaaDPeiT M57.085.042)(7.2)( ????????? （2.5） 因?yàn)?σT≤[σ]T 所以校核合格 （3）壓力及應(yīng)力計(jì)算 最大允許工作壓力計(jì)算公式如下： ?? PaDPei tw M03.24.508137.2)( ?????????????? （2.6） 設(shè)計(jì)溫度下計(jì)算應(yīng)力： aaeict 9.424.2)(7.2)( ????? （2.7） 校核條件 ?σ?tΦ≥σ t 結(jié)論： 合格 2.3.2 內(nèi)筒封頭內(nèi)壓計(jì)算 （1）計(jì)算條件 計(jì)算壓力 Pc=0.6MPa，設(shè)計(jì)溫度 t=80℃，內(nèi)徑 Di=500mm，曲面高 度 hi=125mm，材料為 0Cr18Ni9（板材） ，試驗(yàn)溫度許用應(yīng)力 [σ]=137.00MPa，設(shè)計(jì)溫度 許用應(yīng)力 ?σ?t =137.00MPa，鋼板負(fù)偏差 C1=0.50mm，腐蝕裕量 C2=0.00，焊接接頭系數(shù) Φ =1.00。 （2）厚度計(jì)算 形狀系數(shù) 125 061261??????????????????????????????ihDK （2.8） 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 計(jì)算厚度 m10.6.058.13725.0][2 ???????ctiPDK??? （2.9） 有效厚度 5.4m05.21 ????Cne? （2.10） 最小厚度 min=2.00mm 名義厚度 ?n=5.00mm 結(jié)論：滿足最小厚度要求 （3）壓力計(jì)算 最大允許工作壓力 ?? PaKDPei tew M45.2.4501137.25.02?????????????? （2.11） 結(jié)論：合格 2.3.3 法蘭計(jì)算 （1）計(jì)算條件 設(shè)計(jì)壓力 p=0.60MPa，計(jì)算壓力 Pc=0.60MPa，設(shè)計(jì)溫度 t=80℃。殼體的許用應(yīng)力[σ] n=137.0MPa， n t[]?=137.0MPa，材料名稱 0Cr18Ni9。法蘭的許用應(yīng)力[σ] n=137.0MPa， t=119.8MPa，螺栓的許用應(yīng)力[ σ] n=117.0MPa， n t[]?=108.0MPa，材料名稱 35。螺栓公稱直徑 dB=20.0mm，螺栓根徑 dd=17.3mm，數(shù)目為 20 個(gè)。 墊片結(jié)構(gòu)尺寸 Di=510.0mm，D b=590.0mm，D 內(nèi) =504.0mm，D o=630.0mm，D 外 =544.0MPa， l=8.0mm，如圖 2.1 所示。 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 7 圖 2.1 墊片結(jié)構(gòu) （2）螺栓受力計(jì)算 預(yù)緊狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wa Wa= πbDG y = 504297.3N （2.12） 操作狀態(tài)下需要的最小螺栓載荷 Wp Wp = Fp + F = 183130.0N （2.13） 所需螺栓總截面積 Am Am = max (Ap ,Aa ) = 4310.2mm2 （2.14） 實(shí)際使用螺栓總截面積 Ab Ab = 42根dn?? = 4698.0mm2 （2.15） 墊片最小寬度 Nmin Nmin = ??GyD28.6?= 4.4 （2.16） （3）彎矩計(jì)算 外壓 Mp 力矩計(jì)算 Mp = FD (LD - LG )+FT(LT-LG ) （2.17） 內(nèi)壓 Mp 力矩計(jì)算 Mp = MD+MG+MT （2.18） 式（2.17）中 FD = 0.785 i2pc= 122507.1N，L D= 0.5(Db -Di)= 40.0mm，L G= 0.5 ( Db - DG ) = 31.0mm，F(xiàn) T = F-FD = 8799.6N，L T= 35.5mm。 式（2.18）中 FG = Fp = 51730.6N， ，M G= FG LG = 1603678.1N.mm，M D= FD LD = 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 4900284.0N.mm，M T= FT LT = 312389.0N.mm。 由式（2.18）計(jì)算可得：M p = 6816351.0N..mm 越緊力矩 Ma 計(jì)算 Ma= W LG （2.19） 式（2.19）中 W=Wa= 526980.1N，L G= 0.5 ( Db - DG ) = 31.0mm。 由式（2.19）計(jì)算可得：M a= 16336671.0N.mm 計(jì)算彎矩 Mo= Mp 與 ft[]?中大者，可得 Mo=14279681.0N.mm。 （4）螺栓間距校核 實(shí)際間距 （2.20）mnDLb7.92?? 最小間距 ?min46.0mm （2.21） 最大間距 ??)5.0(62fBaxdL? 116.8mm （2.22） （5）輸入法蘭厚度 δf = 48.0 mm， 法蘭應(yīng)力校核，如表 2-1 所示。 表 2-1 法蘭應(yīng)力校核 計(jì)算值 許用值 剪應(yīng)力校核結(jié)論?lDWia1?? 41.11MPa n1][8.0???校核合格lip2 14.29MPa t][.2校核合格 （7）計(jì)算結(jié)果 （2.23）??mDYMitfOfn7.46??? 結(jié)論：校核合格 2.3.4 開口補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 （1）接管 N1、N2 計(jì)算條件 接管 N1、N2 的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，計(jì)算方法按照 GB150-1998 等面積補(bǔ)強(qiáng)法，如圖 2.2 所示。 計(jì)算壓力 pc=0.6MPa，設(shè)計(jì)溫度=80℃ ，殼體型式為圓形筒體，殼體材料名稱及類型為 0Cr18Ni9 板材。 殼體開孔處焊接接頭系數(shù) φ=0.85，殼體內(nèi)直徑 Di=500mm，殼體開孔處名義厚度 δn=5mm，殼體厚度負(fù)偏差 C1=0.5mm，殼體腐蝕裕量 C2=0mm，殼體材料許用應(yīng)力[σ] t=137MPa。 接管實(shí)際外伸長度為 150mm，接管實(shí)際內(nèi)伸長度為 0mm，接管焊接接頭系數(shù)為 1， 接管腐蝕裕量為 0，接管厚度負(fù)偏差 C1t =0.562mm，接管材料許用應(yīng)力[σ] t=137MPa，接 過濾器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動仿真 9 管材料名稱及類型為 0Cr18Ni9 管材。 圖 2.2 接管簡圖 1 （2）接管 N1、N2 的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，如表 2-2 所示。 表 2-2 開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 1 參數(shù) 數(shù)據(jù) 參數(shù) 數(shù)額 殼體計(jì)算厚度 δ 1.291mm 接管計(jì)算厚度 δt 0.176 mm 補(bǔ)強(qiáng)圈強(qiáng)度削弱系數(shù) frr 0 接管材料強(qiáng)度削弱系數(shù) fr 1 開孔直徑 d 81.12mm 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)有效寬度 B 162.2 mm 接管有效外伸長度 h1 19.11mm 接管有效內(nèi)伸長度 h2 0 mm 開孔削弱所需的補(bǔ)強(qiáng)面積 A 104.8mm2 殼體多余金屬面積 A1 260.3 mm2 接管多余金屬面積 A2 143.8mm2 補(bǔ)強(qiáng)區(qū)內(nèi)的焊縫面積 A3 20.25 mm2 因?yàn)?A1+A2+A3=424.3 mm2 ，大于 A，所以不需另加補(bǔ)強(qiáng)。 結(jié)論：補(bǔ)強(qiáng)滿足要求，不需另加補(bǔ)強(qiáng)。 （3）接管 N3 計(jì)算條件 接管 N3 的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算，計(jì)算方法按照 HG20582-98 等面積補(bǔ)強(qiáng)法，如圖 2.3 所示， 計(jì)算條件如下。計(jì)算壓力 pc=0.6MPa，設(shè)計(jì)溫度=80 ℃，殼體型式為橢圓形封頭，殼體材 料名稱及類型為 0Cr18Ni9 板材。 殼體開孔處焊接接頭系數(shù) φ=1，殼體內(nèi)直徑 Di=500mm，殼體開孔處名義厚度 δn=5mm，殼體厚度負(fù)偏差 C1=0.5mm，殼體腐蝕裕量 C2=0mm，殼體材料許用應(yīng)力[σ] t=137MPa。 橢圓形封頭長短軸之比為 2，接管實(shí)際外伸長度為 120mm，接管實(shí)際內(nèi)伸長度為 0mm，接管焊接接頭系數(shù)為 1，接管腐蝕裕量為 0，接管厚度負(fù)偏差 C1=0.438mm，凸形 封頭開孔中心至封頭軸線的距離為 160mm，接管軸線與殼體表面法線的夾角為 22.61 度， 接管材料許用應(yīng)力[σ] t=137MPa，接管材料名稱及類型為 0Cr18Ni9 管材。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 2.3 接管簡圖 2 （4