外进水式微滤机结构设计

密 级公开学 号070421 毕 业 设 计(论 文) 外进水式微滤机结构设计院(系、部)：机械工程学院姓 名：班 级：环072专 业：环境工程指导教师：常俊英教师职称：讲 师 2011 年 6 月 10 日北京北京石油化工学院学位论文授权使用协议论文外进水式微滤机结构设计系本人在北京石油化工学院学习期间创作完成的作品，并已通过论文答辩。本人系作品的唯一作者，即著作权人。现本人同意将本作品收录于北京石油化工学院学位论文全文数据库。本人承诺：已提交的学位论文电子版与印刷版论文的内容一致，如因不同而引起学术声誉上的损失由本人自负。本人完全同意本作品在校园网上提供论文目录检索、文摘浏览以及全文部分浏览服务。公开级学位论文全文电子版允许读者在校园网上浏览并下载全文。注：本协议书对于非公开学位论文在保密期限过后同样适用。院系名称：机械工程学院作者签名： 学 号：0704212011 年 06 月 10 日毕 业 设 计 （论 文） 任 务 书学院（系、部） 机械 专业 环境工程 班级 环072 学生姓名 指导教师/职称 常俊英/讲师 1.毕业设计（论文）题目外进水式微滤机结构设计2.任务起止日期： 2011 年 2 月 21 日 至 2011 年 5 月 29 日3.毕业设计（论文）的主要内容与要求（含课题简介、任务与要求、预期培养目标、原始数据及应提交的成果）（1）题目简介与任务要求微滤机可以去除水中大于25100m的细小颗粒，适用于造纸、屠宰、制革、酿酒、食品、化纤等行业的污水处理领域。微滤机主要有水平转鼓和金属滤网组成，金属滤网固定在转鼓上，随转鼓一起旋转，主要用于过滤水中的固体杂质，转速一般在420rpm。滤网表面的杂质可通过卸料器卸出设备体外。按过滤杂质被拦截在滤网内外表面的不同可分为内滤式和外滤式两种过滤方式。本设计主要一种外滤式微滤机进行结构设计和三维实体模拟，并对相应的辅助设备进行设计选型。（2）预期培养目标本课题紧密结合工程实际，工作量饱满，难度适中，通过具体设计，使毕业生增强检索资料、应用文献、外语阅读及翻译能力，加强工程设计、计算与绘图能力，使用计算机进行辅助设计的能力，特别是三维建模能力，并培养毕业生独立分析与思考能力。（3） 原始数据处理量600m3/h。（4）应提交的成果 查阅10篇以上文献资料，中文文献不少于8篇，英文文献不少于20000字符，英文文献翻译5000左右汉字； 开题报告； 总体结构和主要零部件的设计图纸：3张A0图纸工作量； 三维实体模型；毕业设计论文。4.主要参考文献1 陈家庆. 环保设备原理与设计. 中国石化出版社2 闪红光. 环保设备设计选用手册-水处理设备.化学工业出版社 3 郑铭.环保设备原理 设计 应用. 化学工业出版社4 机械制图、机械设计相关书籍5.进度计划及指导安排第01周 接受题目，校内文献查阅，着手撰写开题报告；第02周 校外文献查阅，翻译与本题目有关的英文资料，撰写开题报告；第03周 撰写修改开题报告，准备开题报告；第04周 开题报告，按照规定格式上交Word打印版；第05周 复习与题目有关方面的知识，制定设计方案，根据已知条件进行设计计算；第06周 进行结构设计计算，确定总体结构设计方案；第07周 进行总体结构设计，画出总体结构设计草图；第08周 讨论修改总体结构设计，三维模拟造型；第09周 零件和总体结构三维模拟造型；第10周 计算机绘制总体结构图和主要零件图；第11周 手工绘制总体结构图、手工绘制主要零件图； 第12周 检查修改全部手工绘图，完成全部图纸工作；第13周 整理资料，并输入计算机，撰写毕业论文；第14周 整理资料，修改图纸与论文，按照规定时间上交毕业设计相关材料；第15周 根据评阅教师及指导教师的评阅意见，进一步修改图纸与论文，准备毕业答辩；第16周 整理资料，进行毕业答辩。任务书审定日期 年 月 日 系（教研室）主任（签字） 任务书批准日期 年 月 日 教学院（系、部）院长（签字） 任务书下达日期 年 月 日 指导教师（签字） 计划完成任务日期 年 月 日 学生（签字） 摘 要微滤机是一种采用过滤技术进行固液分离的净水机械。广泛应用于冷却循环水处理，废水处理的深度处理与中水回用，净化造纸用水，白水回收以及各种污废水的处理。其主要特征为处理效果良好，出水水质稳定，连续运行，承受冲击负荷能力强，全自动运行，操作及维修简便，运行费用及占地面积小等特点。根据进水方式不同，微滤机可分为：外进水式微滤机和内滤式旋转微滤机。外进水式微滤机的过滤面是滤网的外侧，水从滤网外侧流入，滤渣被截留在滤网的外侧，清水流入转鼓内，滤渣被设在转鼓内部的除污板刮除，冲洗水由转鼓内侧向外喷射。本设计对处理量600m3/h的外进水式微滤机进行了具体的结构设计和三维实体模拟，包括滤网、转鼓、除污板、集水槽、机架等零部件的详细结构设计，以及轴系的校核计算等。 关键词：微滤机，滤网，过滤桶，除污板AbstractMicrofiltration machine is a solid-liquid separation filter. It is widely used in the cooling loop water treatment, advanced treatment of wastewater and water reuse, purification of paper-making water, white water recovery and a variety of sewage wastewater treatment. The main features of the treatment works well, drainage water quality was stable, continuous operation, ability to withstand shock loading, fully automatic operation, easy operation and maintenance, operating costs and small footprint, and so on. According to water in different ways, microfiltration unit can be divided into: external and internal water filter type microfiltration unit rotary microfiltration unit. Microfiltration machine outside the water-type filter is the filters outer surface, the lateral inflow of water from the filter, the filter residue trapped in the outside water into the drum, the residue was inside the decontamination in the drum plate scraping, washing out the inside of the water jet from the drum. The design of the processing capacity of 600m3 / h of water-type microfiltration machine outside the concrete structure design and three-dimensional solid modeling, including filters, drum, decontamination plates, set tank, frame and other parts of the detailed structure of the design.Kryword: Microfiltration,filtering mat,filtering drum ,decontamination plate.目 录第一章 前 言11.1 选题背景11.2 研究意义11.3 过滤的分类11.3.1 筛网过滤器11.3.2 膜滤11.3.3 深层过滤21.4 微滤技术的原理及分类21.5 微滤机在各个领域的研究应用31.5.1 微滤机净化炼油厂循环冷却水的试验研究31.5.2 微滤机用于白水回收的实践31.5.3 微滤机在石油化工厂净水中的应用41.5.4 微滤机滤网目数与电耗及耗水量的关系4第二章 微滤机的结构分析62.1 微滤机的一般结构62.2 旋转式微滤机结构分析62.3 关于微滤机的专利82.3.1 液体微滤机82.3.2 自清洗转鼓式过滤器82.4 微滤机产品介绍92.4.1 XFJ型旋转式固液分离机92.4.2 微筛转鼓过滤器102.4.3 TAJW在线全自动微滤机112.5 一些特殊微滤机的介绍142.5.1 BAF专用微滤机142.5.2 无动力驱动自旋式微滤机15第三章 外进水式微滤机结构设计计算173.1 外进水式微滤机整体结构的确定173.2 转鼓的主体设计173.2.1 转鼓上滤网的选择173.2.2 滤网有效过滤面积的计算183.2.3过滤转速计算193.2.4 转鼓的设计193.2.5 滤网的安装213.3 轴的强度计算223.4 轴承部分的设计243.4.1 轴承的选择243.4.2 轴承润滑及润滑结构243.4.3 轴承的密封243.4.4 轴承游隙253.4.5 轴承强度校核253.4.6 轴承端盖273.5 联轴器、减速器和电机的选择273.5.1电机的功率计算283.5.2减速器的选择283.5.3 联轴器的选择283.6 法兰盘303.7 外容器设计以及密封结构设计313.7.1 容器端盖313.8 排污设备以及集水槽313.8.1 排污设备313.8.2 除污板323.8.3 集水槽333.9 机架的设计343.9.1 机架的材料选择343.9.2 机架的结构353.10 UG三维模拟37第四章 安装及经济技术分析404.1 安装的注意事项404.2 设备运行好坏的影响因素404.2.1工艺因素404.2.2机械因素404.3 技术经济分析414.3.1经济分析与评价的意义和基本原理414.3.2技术经济分析42第五章 结论与展望435.1 设计总结435.2 展望43参考文献44致谢.45声明.46第一章 前 言1.1 选题背景 微滤机净水技术在国外开发于1940-1942年。它是一种用固液分离机械过滤净水技术。微滤机广泛的应用于冷却循环水处理，废水处理的深度处理与中水回用，净化造纸用水，白水回收以及各种污废水的处理。其主要特征为处理效果良好，出水水质稳定，连续运行，承受冲击负荷能力强，全自动运行，操作及维修简便，运行费用及占地面积小等。近年来国内外特别重视微滤机的开发和研究，以提高污水处理的效率。1.2 研究意义我国对于微滤机的研究起步较晚，与国外相比产品技术水平较低，可靠性差，外观差，品种不丰富。随着水资源的日益减少，污染日益严重，国家非常重视水处理设备的开发和研究。微滤机也得到优先发展。在处理石油行业废水时，可代替砂滤也可以与砂滤串联以达到更好的经济和环保效益。对于造纸行业的废水和白水回用也有较好的去除效率。1.3 过滤的分类过滤技术根据所用介质不同分为：筛网过滤 、微孔过滤、膜滤、深层过滤。1.3.1 筛网过滤器筛网过滤器用筛网(常用尼龙筛网或不锈钢筛网)做过滤介质的过滤设备，结构简单，造价较低，在国内外灌溉系统中应用广泛。筛网过滤器主要用于过滤灌溉水中的粉粒、砂和水垢等污物，也可用于过滤含少量有机污染物的灌溉水。但是，当藻类或有机污物多时，容易被堵死，需要经常清洗。筛网过滤器多与其他类型过滤器配合并作为末级过滤器使用。筛网过滤器一般用承压外壳和缠有滤网的内芯构成，外壳和内芯等部件要求用耐压耐腐蚀的金属或塑料制造，如果用一般金属制造， 一定要进行防腐防锈处理。筛网过滤器种类繁多，按筛网过滤器的冲洗方式分为：常规筛网过滤器、直冲洗筛网过滤器，反冲洗筛网过滤器。按筛网过滤器的工作方式分为：手动筛网过滤器和自动筛网过滤器。1.3.2 膜滤膜滤以选择性透过膜为分离介质，在其两侧施加推动力，使原料组分选择性的透过膜，达到分离或提纯的目的。推动力一般有压力差、温度差、浓度差或者电位差。膜滤技术种类繁多，按膜的来源分：天然膜和人工膜（有机膜和无机膜）；按膜的组件分类：管式、毛细管式、中空纤维式、板框式和卷式；按分离机理分：多孔膜、无孔膜、载体膜。性能良好的膜应具有如下特点：（1）良好的渗透性；（2）高效的选择性；（3）一定的化学稳定性和机械强度；（4）耐污染且使用寿命长；（5）易制备和加工；（6）抗压性好；1.3.3 深层过滤所谓深层过滤工艺1，是指在过滤介质的深层进行的澄清过滤过程。它是利用滤料所提供的表面积来截留滤液中的悬浮物和胶体，并将截留物储存于床层之孔隙中的工艺过程。现在，深层过滤工艺已普遍用于饮用水处理、城市景观水体的循环净化、工业废水处理等几乎所有水处理领域。是去除水和废水中悬浮物、胶体及微生物等的最常用、最有效的处理手段之一，并且其应用范围仍在不断扩大。在深层过滤工艺技术的发展过程中，滤料和滤层结构是两个关键因素。纤维滤料以其自身的特点为拓展过滤工艺的适用范围。提高过滤效率，和降低过滤阻力创造了条件。在深层过滤理论方面人们已经取得了一定的突破。但是过滤过程的复杂性和瞬态性致使人们尚不能完全了解它的微观机理和宏观行为。所建立的数学模型都存在一定的局限性，亟待进一步的深入研究。1.4 微滤技术的原理及分类微滤又称微孔过滤，它属于精密过滤，截留溶液中的砂砾、淤泥、黏土等颗粒和贾第虫、隐孢子虫、藻类和一些细菌等，而大量溶剂、小分子及少量大分子溶质都能透过膜的分离过程。基本原理是筛分过程，操作压力一般在0.7-7kPa，原料液在静压差作用下，透过一种过滤材料。过滤材料可以分为多种，比如折叠滤芯、熔喷滤芯、布袋式除尘器、微滤膜等。一般微孔过滤可以截留0.1-100um的杂质颗粒。微滤的一个显著特点就是工艺过程简单，这是因为水通过滤网的速度比通过砂滤池快得多，水流阻力非常小，滤网从水里迅速截取悬浮物又迅速被冲洗干净。另外微滤机具有占地面积小、过滤能力大、操作方便等优点，可用于自来水厂原水过滤以去除藻类、水蚤等浮游生物，也可用于工业用水的过滤处理、工业废水中有用物质的回收(如造纸废水的白水微滤净化和纸浆回收)以及污水的最终处理等。根据进水方式不同，微滤机可分为：外进水式微滤机和内滤式旋转微滤机。外进水式旋转微滤机的过滤面是滤网的外侧，水从滤网外侧流入，滤渣被截留在滤网的外侧，清水流入转鼓内，反冲洗喷头设在转鼓内部，喷淋水由转鼓内侧向外喷射。1.5 微滤机在各个领域的研究应用1.5.1微滤机净化炼油厂循环冷却水的试验研究微滤机用途较广，凡固液分离过程都可以应用,特别是用以去除水中的藻类、悬浮物等效果更好。但微滤机的工业应用尚存在下述问题：滤网制造工艺较复杂。滤网在运转过程中不同程度地被堵塞尚无成熟的滤网清洗方法。浮游生物和非晶体物质（包括有机杂质）的检测方法较复杂，试验周期过长2。根据国内外微滤机应用和试验研究成果结合国内炼油厂的实际情况，湖南大学和抚顺石油二厂为开发扩大微滤机的应用范围，着重在下列几个方面进行了试验研究：微滤机净化炼油厂循环冷却水的可行性；微滤机代替目前炼油厂较普遍应用的旁滤池的可能性，应用微滤机过滤指数选择滤网的可靠性；滤网清洗剂及清洗方法的有效性；浮游生物和非晶体物质检测方法的正确性。经半年多的各种条件试验，上述主要问题均取得了较好的成果。得出以下结论：应用微滤机处理炼油厂循环冷却水是可行的。采用100/500国产不锈钢丝网，冲洗水压力为P=1公斤/平方厘米，滤筒转速N=3转/分，水头损失H=15-30厘米时，滤速可达60-107立方米/平方米时，出水水质接近国内通用的旁滤池出水水质，达到了部分炼厂循环水水质标准。采用8301滤网清洗剂，无论是停车拆网清洗还是不停车不拆网清洗都是可行的，清洗后的滤网的滤速接近于新网。腐蚀现象轻微，为滤网的清洗开发了一条新的途径。微滤机处理炼油厂循环冷却水具有较好的经济效益，与国内通用的旁滤池比较，以处理量10000立方米每天计，一次投资可节约6万元，经常管理费用可节约13.182万元每年。1.5.2 微滤机用于白水回收的实践石砚白麓纸业有限公司的技术人员使用2台微滤机分别处理纸板机的白水回收和新闻纸机的白水回收。在处理纸板机的白水回收时，在回收纤维效率及处理白水能力上都显示出较强的优势。首先回收纤维的效率高（进水浓度为1473.3mg/L时，网坑白水浓度为314.4mg/L），处理水量大（每小时处理水量140到200立方米）；其次，可较好的分离白水中的纤维，网坑白水也可直接回用于纸机的网部冲洗用水，纸边冲水等，而且，在后续的气浮法白水回收中絮凝剂用量可大大降低3。用于新闻纸机的白水回收，效果不理想。主要表现为网坑内白水浓度高（进水浓度为1465mg/L时，网坑白水浓度为1271mg/L），处理水量少（约为75到100立方米每小时），易堵网。分析认为当白水中的纤维以长纤维为主时，脱水速率高，滤网上的浆料滚动剥离容易，出浆浓度高，处理水量大，网坑白水浓度也低。当白水中的纤维以细小纤维为主，固液两相在滤网上分离时，脱水速率低，细小纤维附着在滤网上，易堵塞滤网微孔，且剥离困难，网笼转速略一提高，细小纤维层便无法剥离，滤网一旦堵死，便失去过滤作用。1.5.3 微滤机在石油化工厂净水中的应用 湖南大学校办工厂于1982年试制了几台微滤机在石油化工厂试用。一是在炼油厂的循环水处理中旁滤池。循环水中所含的藻类、油类及其他悬浮杂质可导致滤池的反冲洗周期短，反冲洗水量大，既造成了对环境污染，又浪费能源。二是应用在化纤厂的清洁废水。这种废水中含有大量菌藻和悬浮杂质，如用砂滤处理，4-5h就需反冲洗一次，几乎无法正常运转。通过试验证实，用微滤机代替砂滤或与其联用技术上是可行的，经济上是合理的。经粗略估算，微滤机与砂滤池比较，在出水水质相同或相近似的情况下，滤速可提高4-6倍，且操作简单，管理方便，一次投资和经常管理费用低。以处理水量50000立方米每天的规模计，一次投资就可节约50%。具有较好的经济效益和环境效益4。微滤机净水技术在石油化工厂应用在技术上是可行的，可以用来净化循环水，也可用来处理清洁废水。它可以代替砂滤，也可与砂滤串联使用。微滤机净水技术在石油化工厂应用在经济上是合理的。与砂滤技术比较，一次投资可节约50%，反冲洗水量可节约75%，经常管理费用低，有较好的经济效益和环境效益。1.5.4 微滤机滤网目数与电耗及耗水量的关系中国水产科学研究院研究了微滤机滤网目数与电耗和水耗之间的关系5。转鼓式微滤机的电耗由两部分组成，一是电动机通过减速机带动转鼓转动，二是反冲洗水泵消耗的功率。转鼓转动的电耗在转鼓式微滤机运行中基本上是稳定的，随着滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，电耗也就会因反冲洗次数的增加而上升。耗水量也是评价转鼓式微滤机性能的一个重要指标，其与反冲洗次数成正比。随着滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，耗水量也随之上升(表1-1)。表1-1 不同滤网规格（目数）下的反冲洗次数与电耗及耗水量的关系项目滤网规格（目数）150170200250325反冲洗次数（次/d）反冲洗耗电(kWh/d)减速机耗电(kWh/d)微滤机总耗电(kWh/d)耗水(m3/d)26.433.650.4103.2158.40.2460.3140.4700.9631.4796.4326.4326.4326.4326.4326.6786.7466.9027.3957.9110.881.121.683.445.28第二章 微滤机的结构分析2.1 微滤机的一般结构 微滤机主要由水平转鼓和金属滤网组成，转鼓和滤网安装在水池内，水池内还设有隔板。转鼓转动的圆周速度一般为30m/min，2/3的转鼓浸在池水中。滤网用含钼的不锈钢丝制成，孔径有23m，35m，60m，100m等几种。如图2.1所示，污水从转鼓的空心轴管通过金属网孔过滤后流入水池。截留在网上的悬浮物，随着冲洗水进入转鼓内的集渣斗中，随同冲洗水一起从空心轴出口排出。反冲洗水从反冲洗设备入口进入转鼓内对转鼓进行冲洗，冲洗后的水通过反冲洗排水管与处理后的污水一起进入集水槽。微滤机的过滤操作及冲洗过程均为自动进行。微滤机的优点是设备结构紧凑，处理污水量大，操作方便，占地较小。缺点是滤网的编织比较困难6。图2.1 微滤机结构简图1-冲洗水；2-水池；3-进水渠；4-空心轴；5-反冲洗设备；6-集渣斗槽；7-反冲洗排水管；8-集水渠2.2 旋转式微滤机结构分析转鼓式微孔过滤机(简称微滤机)操作是一个连续过滤过程（如图2.2）。要处理的水由过滤机的水斗和与水斗相连的转鼓开口端，进入转鼓内，转鼓缓慢旋转， 滤液穿过滤网进入槽体内7。在滤层未完全形成前穿过滤网的滤液为浊液，纤维浓度较高，越过浊液侧堰板，由浊液出口排出，返回水斗。随着悬浮固体物在滤网内不断堆积， 形成滤层，进一步提高介质的过滤效率。通过滤层和滤网的澄清液越过清液侧堰板，由清液出口排出。滤层到达鼓的顶部时就被鼓外气嘴喷出的空气反吹至鼓内收集槽内排出。滤网经清洗后进入下一循环。图2.2 旋转式微滤机的工作原理旋转式微滤机由槽体、转鼓装置、接水斗、卸料装置、传动装置、喷水装置、托轮装置、密封装置等部分组成。槽体由不锈钢板和碳钢加强筋拼焊而成。左侧进浆斗上部设有溢流口，当水量过大时，多余的水由此溢流出去。槽体内清、浊液两侧都设有可调节高低的堰板，转动调节螺杆，可调节液位及清、浊液流量比例。转鼓主要由鼓体及6 块滤网片组成。可准备一套备用滤网片，先安装好滤网，需换网时可直接更换滤网片。转鼓的一端通过轴支撑于安装在槽体上的轴承座内，另一端放在2 个托轮上。接料斗为斜锥形，位于鼓内，一端用法兰固定于槽体上，另一端通过尼龙滑动轴承，支撑于转鼓轴上。卸料装置为空气卸料，可使回收的纤维具有较高的浓度。喷气嘴置于滤面上方，空气由离心风机送入卸料风管中，经喷嘴两侧的窄缝吹于滤网上，将网内的纤维剥离。转动卸料风管，可调节喷嘴和滤网间的相对位置。在处理不需回收的水中固形物时( 如处理河水) ，也可采用水喷嘴卸料。传动装置由电磁调速电机( 或变频电机) 通过三角皮带、减速机、联轴器带动转鼓旋转。喷水装置由水泵、管件及3 根喷水管组成。其中2 根水管装在转鼓外，1 根装在转鼓内。鼓外的2 根喷水管中，位于前面的( 按转鼓旋转方向) 1 根起卸料作用，当使用空气卸料时关闭。位于后面的内外2 根喷水管起清洗滤网的作用。3 跟喷水管上均装有自清洗式喷嘴，喷水管中装有清洗喷嘴的刷子，由喷水管一端的手轮转动。主要清洗微滤机本身的清洗水，由水泵从槽内抽取，必要时也可采用外接清水。2 个托轮位于转鼓开口的一端( 进水口) 的两侧，起支撑转鼓的作用， 通过调节螺栓可微调托轮的中心位置，便于调节转鼓的对中位置。转鼓开口一端( 进水口) 与槽体之间设有密封装置，由调节螺栓紧，将转鼓内处理水与鼓外清滤液隔开。2.3 关于微滤机的专利2.3.1 液体微滤机由中国人李勇申请发明。结构如图2.3所示8。图2.3 液体微滤机 液体流入装有滤网的滚筒过滤后流出，在过滤的同时液体中的浮游物不断被清除，其特征是:轴管(16)支撑在机座(1)上，由过滤筒端盖(4，18)，轴承(3)、盖板(2)、滤网(17)组成的过滤筒装在轴管(16)的一头，在轴管(16)的另一头装有叶轮(10)等。由于利用液体的落差冲击叶轮带动过滤筒旋转以及利用毛刷清洗滤网，实现了无能耗运转，自动清洗，无人管理。该机具有成本低、效率高等特点，广泛适应于各种液体处理，特别是自来水、废水处理及水中物资回收。2.3.2 自清洗转鼓式过滤器由美国人Daniel申请发明。结构如图2.4所示9。它的自动清洗由容器壁上的除污板来实现，除污板刮掉滤渣后由转鼓内的液体带着滤渣通过排水口排出转鼓，实现转鼓的自动清洗。图2.4 自清洗转鼓过滤器2.4 微滤机产品介绍2.4.1 XFJ型旋转式固液分离机唐山中通环保机械有限公司制造XFJ600-1600B型旋转式固液分离机，其外形如图2.5所示：1.技术参数：网筒直径600-1600mm，栅网间隙0.2-2.0mm，转速6r/min，电机功率0.37-2.2kW。2.结构型式：该设备滤网采用了倒梯形断面的不锈钢栅网，增强了滤网的抗腐蚀能力，不宜堵塞，带反冲洗装置。采用内进水形式，出渣端较长，大大降低了悬浮物的含水率。常用于造纸废水、啤酒废水、皮革废水、纺织化纤废水及颗粒状的悬浮物的去除。图2.5 XFJ型旋转式固液分离机2.4.2 微筛转鼓过滤器Emperor Aquatics有限公司设计的微筛转鼓过滤器10。其结构和基本原理如图2.6和2.7所示： 图2.6 整体机型图2.7 转鼓过滤器的工作原理 如图2.7所示：a.这个转鼓实际上是一个由过滤板组成的框架。该过滤板是用聚酯或者不锈钢做的，其孔径在微米级别。b.固体废物颗粒通过转鼓过滤机进入转鼓内部。c.小于孔径的固体废物颗粒被捕捉在过滤器筛网上。d.水穿过滤网。e.一个浮球液位开关，液位到达一定值则启动开关将过滤网冲洗干净。f.收集在屏幕上的固体废物颗粒被冲洗下来进入收集槽，然后被排出转鼓2.4.3 TAJW在线全自动微滤机 由上海同昂环保科技发展有限公司制造的这个微滤机是针对现有的微滤机存在易堵塞、易破损、维修维护工作量大、二次投资多等问题而设计研制。该吸收了国外先进技术，针对我国的一些特殊行业而开发的一种新型截污过滤设备11。广泛应用于需要进行固液分离的各种场合，如城市生活污水、造纸、纺织、印染、化工、冶金废水、循环水等的细小物质进行截污过滤，能够实现废水封闭循环重复使用的目的。1.清洗方式：本设备针对现有的自清洗清洗微滤机设备存在的一些缺陷，同时设置转刷式和吮吸式两套清洗装置，以保证清洗更彻底，保证设备能够适应更多的工作环境，其清洗工作方式如下：水由进水口进入微滤机，首先经过粗滤芯组件滤掉较大颗粒的杂质，然后到达细滤网，通过细滤网滤除细小颗粒的杂质后，清水由出水口排出。在过滤过程中，细滤网的内层杂质逐渐堆积，它的内外两侧就形成了一个压差。当这个压差达到吮吸清洗预设值时，将开始自动清洗过程：排污阀打开，主管组件的水力马达室和水力缸释放压力并将水排出；水力马达室及吸污管内的压力大幅下降，由于负压作用，通过吸嘴吸取细滤网内壁的污物，由水力马达流入水力马达室，由排污阀排出，形成一个吸污过程。当水流经水力马达时，带动吸污管进行旋转，由水力缸活塞带动吸污管作轴向运动，吸污器组件通过轴向运动与旋转运动的结合将整个滤网内表面完全清洗干净。微滤机进水工作，若滤网压差值在转刷清洗设定值内，则设备继续进行反清洗，此时电控器给水力控制阀、驱动电机信号，引发下列动作：电动机带动刷子旋转，对滤芯进行清洗，同时控制阀打开进行排污，该清洗过程只需持续数十秒钟，当清洗结束时，关闭控制阀，电机停止转动，系统恢复至其初始状态，开始进入下一个过滤工序。排污阀在清洗结束时关闭，增加的水压会使水力缸活塞回到其初始位置，微滤机开始准备下一个冲洗周期。在清洗过程中，微滤机正常的过滤工作不间断。本公司的在线式全自动微滤机工作方式可分为手动式和自动式，或同时有手动和自动工作方式。表2-1 技术参数：流量范围0-600m3/h工作压力0-1.0MPa过滤精度50-3000m压力损失0.02-0.04MPa工作温度5-750C进出口管径DN100-1000mm排污阀通经DN40-80mm反冲洗时间0-100s可调压差范围0.013-0.15MPa清洗机构转速0-14r/min电机功率0.15-1.5Kw工作方式手动，自动设备材质滤网为不锈钢。壳体为A3钢，做防腐处理2.性能特点：(1) 单台流量大，并联无限大。(2) 电动或手动控制自清洗，可选择多种控制方式，经济实用。(3) 高质量的不锈钢楔形网，过滤精度从 3500m 至130m，特制可达100m。(4) 采用最优设计，结构形式简洁、实用，并可根据现场条件设计结构。(5) 清洗方法简单有效，不锈钢刷式与吮吸式清洗，反清洗时不断流。(6) 不仅能去除各种悬浮固体，还能清除各种油污，不糊网。(7) 使用寿命长，滤筒防腐处理，传动机构采用不锈钢。(8) 压力大，密封效果好。3.控制方式：微滤机控制分为手动和自动控制，自动控制由时间和差压双重控制。控制终端采用优先原则。即时间和差压那个先达到微滤机都开始执行清洗程序。4.附图：图2.8 设备外形图2.5 一些特殊微滤机的介绍 2.5.1 BAF专用微滤机图2.9 BAF专用微滤机回转式专门去除污水中细小砂粒和悬浮物的设备，取代细格栅机、初沉池。该设备的滤缝精细至1mm，有效阻挡了细小砂粒和固体悬浮物，保证了后续处理工艺的顺行；外进水内出水的方式提高了设备的工作效率。不堵塞、易冲洗；固液分离的过滤方式简化了细小砂粒和悬浮物的再处置，操作简便，节省人力。图2.10 BAF专用微滤机平板式该设备是根据国内外传统固液分离设备的特点，结合污水处理厂运行经验进行改良创新的一种新型固液分离设备。将污水中1.5mm细小悬浮物拦截分离出来，拦截的栅渣通过传输、压榨设备进行收集。优点：截留效率高，有效减少投加药量，延长滤池反冲洗周期，提高总氮去除效率，降低运行能耗、节约运行成本。2.5.2 无动力驱动自旋式微滤机目前，公知的微滤机动力驱动普遍采用电动机、减速器、加链条或齿轮驱动，在极度潮湿的环境中处理海水极易受到腐蚀致使微滤机无法正常工作，维修量大，设备耗能高。而这个无动力驱动自选式微滤机，在微滤机外侧安装一个水轮，当水轮的水斗注水后在重力的作用下转动，达到带动微滤机滚筒筛架和筛网旋转驱动的目的，但驱动水轮必须有一台水泵向水斗注水，这是对能源的一种浪费和消耗，与此同时被处理的污水的一部分势能又白白的被浪费。图2.11 无动力驱动自旋式微滤机这种微滤机非常适合用于工厂化养殖厂循环水的处理，去除包括鱼粪、残饵及其他污物，是提高水处理的效率，减轻生物处理负荷不可缺少的一环。并且在养殖厂可以更好的利用污水本身的势能来驱动本设备。第三章 外进水式微滤机结构设计计算3.1 外进水式微滤机整体结构的确定因为国内目前这类机器较少，应用实例也比较少见，所以本设计以美国专利自清洗转鼓过滤器为参考。其结构如图3.1所示：图3.1 自清洗转鼓过滤器3.2 转鼓的主体设计 3.21 转鼓上滤网的选择 在转鼓的周围附有一层滤网，滤网主要起到过滤的作用。常用的旋转滤网大致分为三类：板框型旋 转滤网、圆筒型旋转滤网和连续旋传送带型旋转滤网。滤网可用不锈钢丝、尼龙丝、铜丝或者镀锌钢丝编制而成，如图3.2所示的为不锈钢滤网。网眼的大小一般为0.0110mm。转鼓的转速非常小，大约是420r/min。图3.2 滤网本次设计中采用的是国家标准GB/T19628.2工业用金属丝网和金属编织网网孔尺寸与金属丝直径组合选择指南中的网孔直径为0.045mm的金属网，金属丝的直径是0.032mm，开孔率为34%，单位面积网重为0.17Kg/m3。不锈钢的密度为7900Kg/m3。常用的转鼓直径在0.5m-3m之间，根据处理水量的大小来确定转鼓的直径，经过对多家微滤机设备的参考，发现一般处理量在1000以下时，转鼓直径在1m-2m之间，本次设计中选取转鼓直径为1.5m，长为2m。所以滤网的D=1.5m，L=2m。滤网面积为DL=3.141.52=9.42。滤网重量为9.420.17=1.6014。3.2.2 滤网有效过滤面积的计算 根据资料滤速一般在80-120m/h之间，本设计中取100m/h。处理量600m3/h，约为14400m3/d；有效处理面积=600/100=6m2；浸没深度超过一半，设为3/4D，=；弧长公式；=9m2 (3-1)式中：D转鼓直径，m；L转鼓长度，m。取D=1.5m，L=2m。=3.141.52=9.42 m29 m2满足要求。图3.3 有效面积简图3.2.3过滤转速计算滤网转速一般在4-20r/min，由于微滤机转速一般较慢，这里取4r/min。则转速v=0.314 m/s。 3.2.4 转鼓的设计水平转鼓属于设备中应用最广的圆筒形容器，其结构由圆筒形壳体与各种形状的封头组成，主要受液柱静压力，因此采用内压容器的设计方法进行设计，主要包括筒体的强度计算和封头的设计12。计算厚度 （3-2） 式中：圆筒的计算厚度，；圆筒的计算压力，；圆筒的内直径，亦称压力容器的公称直径，；钢板在设计温度下的许用应力，；焊接接头系数。转鼓的计算压力取正常大气压0.1，圆筒内直径取1.5，材料使用Q235B号钢板，查GB-150得强度极限=375，许用应力为=，许用应力应乘以一个焊缝系数，取1。把数据代入得：小于3。根据国家标准GB-150规定，壳体加工成形后不包括腐蚀裕量的最小厚度对碳素钢、低合金钢制容器不小于3mm，所以取3mm。钢板或钢管的厚度负偏差按钢材标准的规定。当钢材的厚度负偏差不大于0. 25 mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可忽略不计。为防止容器元件由于腐蚀、机械磨损而导致厚度削弱减薄，应考虑腐蚀裕量，具体规定如下：a)对有腐蚀或磨损的元件，应根据预期的容器寿命和介质对金属材料的腐蚀速率确定腐蚀裕量；b)容器各元件受到的腐蚀程度不同时，可采用不同的腐蚀裕量；c)介质为压缩空气、水蒸汽或水的碳素钢或低合金钢制容器，腐蚀裕量不小于1 mm。圆筒的名义厚度为 （3-3）式中：钢板负偏差，腐蚀裕量，为圆整值。所以转鼓的壁厚为4mm。又因为考虑到Q-235B钢的最小尺寸为6mm，所以综上所述转鼓的壁厚为6mm。转鼓的长L=2，体积为。转鼓上面设置一些圆孔以使水流通过，圆孔的开孔率大约为50%，所以转鼓重量为:。圆筒封头采用圆形平板封头设计，设计厚度为： （3-4）式中:k结构特征系数，周边固定时取0.188。封头重量为其中，出水端封头重量为。所以整个转鼓重量为。3.2.5 滤网的安装 为了便于安装，滤网在截取的时候其两边各留出一小段长度。使其在转鼓上包裹时可以由一部分重叠。为了使滤网能充分得到利用，在转鼓外侧焊接上五条厚度为2mm，宽度为40mm的钢箍，并且在钢箍上打上螺纹孔，在滤网重叠的部分按上螺钉将滤网固定住。如下图所示。图3.4 滤网的安装示意图3.3 轴的强度计算出水管出水流速设定为3.5m/s，设计流量为600，出水管截面积为，出水管内径为，d=252mm。所以设计采用工艺管道安装设计中的外径为273.1mm，壁厚为8.0mm的管道。如图3.5所示，主轴受到的扭矩为T=9.55106P=21.01kN，受到的弯矩主要为转鼓的重力F=mg=6409.8=6.3kN引起，所以主轴主要受到扭矩。图3.5 主轴受力简图对于只传递转矩的圆截面轴，其强度条件为 （3-5）式中：轴的扭切应力，MPa： 转矩，； 抗扭截面系数，； P传递的功率，kW； n轴的转速，r/min； d轴的直径，mm； 许用扭切应力，MPa。因为采用的是空心轴，所以对圆截面轴，其中a=d/D（d空心轴内径，D空心轴外径），取最薄处，d=257mm，D=266mm。所以WT=0.026D3，代入上式得。对于既传递扭矩又承受弯矩的转轴，也可以用上式初步估算轴的直径，但必须把轴的许用扭切应力适当降低，以补偿弯矩对轴的影响。将降低后的许用应力代入上式，并改写为设计公式（3-4） （3-6）表3-1 常用材料的值和C值轴的材料Q235，20354540Cr，35SiMn12-2020-3030-4040-52C160-135135-118118-107107-98选用材料40Cr，35SiMn，小于52MPa，符合标准。将C值代入公式（3-4）验算合格。所以可以采用40Cr，35SiMn作为空心轴的材料。由于空心轴的轴径过大，所以在前端封口后焊接一段轴径较小的实心轴与联轴器连接。选取实心轴的直径为100mm，材质为45#钢。50H7/m630-50H7/k6(4)选择的C型联轴器参数为d=90，D=235，L1=120，L2=136，L=281，M=68.0Kg ，材料选用不锈钢0Cr18ni9。联轴器的标记表3-4 材料代号材料牌号HT250ZG270-50020350Cr18Ni91Cr18Ni12Mn2Ti代号HTZG2035304316所以这个联轴器标记为HG 21570 95 联轴器 C90-304。3.6 法兰盘本设备一共需要3处法兰盘，其中进水管处选用DN300的法兰盘。排水槽出水口选用DN150的法兰盘。容器出水口选用DN450的法兰盘。选取的法兰盘外型如图3.10所示。图3.10 法兰管的示意图3.7 外容器设计以及密封结构设计外圆筒的壁厚计算同转鼓的壁厚计算，取4mm。考虑到外圆筒需要承受整个设备的重量，所以取厚度为8mm。3.7.1 容器端盖 容器端盖与圆筒之间采用螺钉连接，端盖为铸造件，厚度为40mm。图3.11 端盖结构简图图3.12 容器密封示意图如图3.11和图3.12所示，端盖中间可以安装轴承。轴承与端盖，端盖与容器之间均用密封圈进行密封，防止容器内的水进入轴承或者溢出容器15。3.8 排污设备以及集水槽 3.8.1 排污设备本设计中的排污系统参考美国专利6808076B2。在过滤器的正常运行中，固体颗粒会在过滤过程中逐渐积累形成一层过滤垫57，积累一段时间后会逐步减少转鼓内的空隙阻碍液体的流通。因此这个层过滤垫必须定期去除表层，这层表层通常被称为“滤饼”，以恢复