立式全自动隔膜压滤机的研制与应用

立式全自动隔膜压滤机的研制与应用

曹现庆张超

曹现庆张超

山东能源重装集团鲁中装备制造有限公司山东泰安271000

摘要：自动压榨过滤器集过滤与分离于一体，采用液体的动态过滤和湿滤饼的压榨相结合，过滤过程在恒压恒速下进行，具有过滤、压榨、浓缩与自动清洁功能，解决了目前对有价值的固体颗粒或液体进行回收利用，或对无用的固体颗粒进行压缩处理的设备复杂、能耗高、不能连续生产的缺陷，经过四年来的工业运行，效果良好

关键词：全自动隔膜压滤机；研制；应用

前言

为了对有价值的固体颗粒或液体进行回收利用，或对无用的固体颗粒进行压缩处理，国内外相继研制出了各种类型、结构各异的过滤与分离设备，如卧螺机、板框压滤机等。但这些设备均存在安装空间、设备投资、连续生产等方面的缺陷，针对上述缺陷，在分析了国内外许多过滤与分离设备的基础上，应某化工厂的要求，新研制出了HBAF6U200型全自动压榨过滤器。工业全自动压榨过滤器系列产品4年来的运行效果良好。该全自动压榨过滤器的研究开发提高了我国过滤设备的设计、制造水平，对提升国产自清洗过滤器的国际竞争力具有实际意义。

1全自动压榨过滤器的结构和工作原理

全自动压榨过滤器是一种新型螺旋式固液分离设备，是集过滤与分离于一体的过滤与分离机械。采用液体的动态过滤和湿滤饼的压榨相结合，过滤过程在恒压恒速下进行，具有过滤、压榨、浓缩与自动清洁功能。工作时浆料以一定的浓度送入进料口，利用螺旋轴转动浆料沿轴向推进，浆料受到轴向和径向的机械压榨作用而逐渐脱水、浓缩，通过安装在出料口的排污半球阀而排出固体颗粒，滤网内外压差过大时，通过连接在筒体上的高压喷枪从外向内清洗滤网，对高压清水难清除的介质，利用反向气吹进行清洗；对于湿黏性的介质首先利用正向气吹进行干燥处理，然后利用螺旋刮刀和反响气吹进行清洗。

1.1设计要求设计要求

实现恒压恒速过滤，过滤器过滤精度要求去除98%的固体颗粒，流量2.20×105kg/h，压力0.1MPa，过滤精度10～50μm，污染物含量400kg/h，污染物为固体酸，实现正向气吹和压榨工艺，并且考虑反吹清污，最小工作压力为0.3MPa。

1.2进出口通径确定

进料口和排液口按管路经济流速V0'选取，一般与进料管路口径一致，则过滤器进出口通径Di，D0为：

式中Q——过滤器的设计流量，m3/h。设计时选取Di=D0=200mm。

1.3过滤器滤网尺寸的计算

在对过滤器滤网尺寸计算时，需综合考虑过滤器的过滤能力、设备的稳定以避免流体流动过程造成的振动、过滤器的压降和过滤器纳污容量等因素。过滤器的过滤能力可按下式计算：QfAVf=3600

（2）式中f——滤网的净面积系数，其大小与滤网目数有关，设计中取f=0.16；A——滤网的净流通面积，m2；Vf——滤网设计流速，m/s。

同时保证设备的稳定以避免流体流动过程造成的振动，应控制设备滤网的有效长度L与滤网内径D之比λ=L/D。考虑过滤器的压降、过滤器纳污容量、延长滤网的寿命，故设计时取滤网的净流通面积A应大于进口处流通面积A0的n倍，即A≥nA0。HBAF6U200全自动压榨过滤器设计结果为：滤网面积A=815526mm2，滤网内径D=1003mm，滤网的有效长度L=1545mm。

1.4螺旋轴设计

1.4.1螺旋轴的材料和结构的选择

螺旋轴除应满足强度和刚度要求外，还应具有很好的耐磨性，螺旋轴采用焊接结构，将螺旋叶片和轴分别加工而后焊接，螺旋叶片采用Q235-A的钢板卷制，螺旋槽为变容积结构。

1.4.2转速的确定

螺旋转速取决于浆料在脱水机内所停留的时间和生产能力。圆周速度V2使物料发生翻滚，造成螺旋轴的磨损，并对颗粒输送起阻碍干扰作用。所以应避免物料发生翻滚，即限定螺旋转速。螺旋叶片上的滤渣颗粒刚好不产生垂直于输送方向的径向运动时，颗粒所受到的惯性离心力的最大值与其自身的质量m应满足mω2maxR≤mg（ωmax为螺旋的最大角速度）。

1.4.3螺旋轴直径的确定

考虑螺旋轴与螺旋叶片良好的焊接，螺旋轴材料采用20钢，结构为变径空心轴结构。螺旋轴轴径按受力最为恶劣的压榨区，即固体颗粒出口处，该处螺旋承受径向力和轴向力同时作用，考虑轴上键槽的影响，螺旋轴平均直径d按强度估算。

2系统硬件设计

2.1系统整体结构控制系统的整体结构

主要监测参数包括：管路压力、设备行程以及压榨滤液流量。PLC通过对监测信息的实时分析，进行相关的电磁阀的操作。

该控制系统的PLC实现的主要功能包括：①实现压滤机的平稳运行，在外部设置控制按钮，可以进行运行模式的切换和系统各设备的运行控制；②可以方便地通过触摸屏对压滤机的相关参数进行配置，增加系统的兼容性；③当出现异常情况时，发出报警信号；④自动对实时的管网压力、滤液流量等数据进行分析，并将分析结果作用在控制系统。

2.2PLC模块选型配

置PLC是整个控制集成系统的核心。选煤厂的工作环境较为嘈杂，存在着大量的煤尘等外界干扰，选取可靠性高的CPU尤为重要。为了增加系统的I/O通讯功能，在PLC的外围模块中增加I/O扩展模块，对PLC的I/O口进行相应的补充，扩展模块的选型主要包括：SM331模拟量输入模块、SM332模拟量输出模块、SM321数字量输入模块、SM322数字量输出模块。电源模块选用PS307-5A，PS307-10A作为冗余电源模块，这2个电源模块都具有断路、短路、欠电压、过载保护的功能，可以为PLC提供稳定可靠的电压量输入。

2.3PLC输入、输出量统计

PLC控制系统是整个控制系统的核心，可靠的硬件组态关系到整个控制系统的稳定、安全运行。通过对I/O口的输入输出量的统计，可以更好地进行CPU的硬件配置，提高工作的稳定性。数字量占整体信号传输的大部分端口，通过对0和1的选择，进行相应的系统操作。系统中的数字量主要包括：运行方式选择、故障复位急停、油缸压力继电器、运行开关、限位开关、系统故障指示、合拢拉开控制、运行控制。入料压力、排量、管网压力是连续变化的，需要进行模拟量的采集。数字量输入点数为37、输出点数为22，模拟量输入点数为3。考虑一定的系统余量，需要配置3块SM321DI16DC24V数字量输入模块，2块SM322DO16DC24V/0.5A数字量输出模块，1块SM331AI8（16位）模拟量输入模块。

2.4拉开马达电路设计

在压滤机的工作过程中，需要对过滤板件进行重复的拉开、闭合，这些操作过程都是通过拉开马达进行操作的，在拉开马达的设计中，需要考虑电机的正反转和PLC的控制灵敏度。在工作过程中，马达的工作状态有：联动、检修、手动3种，工作状态的切换可以通过PLC控制柜外部按钮实现。为了避免电机在运行过程中出现错误，在每一种运行状态下都有互锁装置，保证马达在工作过程中只能运行在一种工作情况下，在联动状态下，PLC柜上的马达正转继电器的常开触点和手动开关并联。当上位机触摸屏发出正转信号，正转继电器线圈得电，马达开启。

结束语

根据参数采集的要求，对PLC进行扩展，使其满足工业要求，介绍了全自动隔膜压滤机的设计原理，实现对压滤机的自动控制，工作可靠，操作简单。

参考文献：

［1］郑汝，吴伟伟.煤泥低温干燥提质技术的研究与应用［J］.节能，2013，32（10）：55-57.

［2］张新敏，康烨，朱学军.基于Simulink与S7-200PLC的温度控制系统设计［J］.农机化研究，2014，36（10）：196200.