精過濾器濾芯清洗機(jī)的設(shè)計(jì)

穆洪彪 孫迎波

（杭州中法實(shí)業(yè)股份有限公司）（核工業(yè)二四二地質(zhì)大隊(duì))

精過濾器濾芯清洗機(jī)的設(shè)計(jì)

穆洪彪*孫迎波

（杭州中法實(shí)業(yè)股份有限公司）（核工業(yè)二四二地質(zhì)大隊(duì))

闡述了一種精過濾器濾芯清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。該機(jī)具有無死角、清洗效率高、操作安全、節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)。

精過濾器 濾芯 清洗機(jī) 聚酯樹脂

0 前言

在聚酯樹脂生產(chǎn)中，精過濾器是生產(chǎn)流程中的重要過濾部件，用于過濾生產(chǎn)原料中未參與反應(yīng)或管道中的固體雜質(zhì)。通常，精過濾器在使用一段時(shí)間后，就要對(duì)安裝在其內(nèi)部的一組濾芯進(jìn)行清洗。否則由于濾芯孔隙的堵塞，會(huì)減緩出料速度，降低生產(chǎn)效率。原清洗流程是把精過濾器濾芯放在氫氧化鈉溶液（NaOH）中煮，然后直接從外部用高壓水槍進(jìn)行清洗。在長(zhǎng)時(shí)間使用之后，一直感到過濾效果大不如前。經(jīng)對(duì)我公司的精過濾器的工作原理進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，從濾芯外部進(jìn)行清洗作業(yè)時(shí)，其水流方向與清洗雜質(zhì)所需要的水流方向剛好反向，所以清洗效果不佳。此外，開放式的高壓水流會(huì)飛濺到操作工身上，具有潛在的危險(xiǎn)。因此，筆者設(shè)計(jì)了本文所述的這種安全、高效的濾芯清洗設(shè)備。該濾芯清洗機(jī)具有無死角、清洗效率高、操作安全、節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)。本文闡述了這種精過濾器濾芯清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

1 精過濾器濾芯的工作原理

圖1所示為一精過濾器的結(jié)構(gòu)。

如圖1所示，液態(tài)聚酯樹脂在增壓泵的作用下，由進(jìn)料口流入精過濾器桶2內(nèi)，再經(jīng)精過濾器濾芯（以下簡(jiǎn)稱濾芯）4的過濾網(wǎng)，從濾芯內(nèi)部與濾芯安裝板9相通的小孔流入濾桶2的下部，再由出料口排出。由圖1可知，液流中的大顆粒固體雜質(zhì)會(huì)被擋在濾芯的外表面。因此當(dāng)用高壓水流再從外部沖擊這些無機(jī)物雜質(zhì)時(shí)，會(huì)有部分雜質(zhì)鑲嵌在濾芯的網(wǎng)孔中，使濾芯逐漸失去過濾功能。

2 濾芯清洗機(jī)的設(shè)計(jì)

2.1 濾芯清洗機(jī)的組成和工作原理

2.1.1 濾芯清洗機(jī)的組成

濾芯清洗機(jī)的組成如圖2、圖3所示。濾芯清洗機(jī)由高壓噴頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、濾芯縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和保護(hù)限位裝置組成。

圖1 精過濾器結(jié)構(gòu)

圖2 濾芯清洗機(jī)

2.1.2 濾芯清洗機(jī)的工作原理

高壓水（水壓p大于7 MPa）經(jīng)由清洗機(jī)的高壓噴頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)流入濾芯（9）的內(nèi)部，由高壓噴頭（10）的徑向小孔噴出，在清洗管（3）的旋轉(zhuǎn)作用下，水流可覆蓋濾芯（9）的徑向四周；定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、濾芯縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和保護(hù)限位裝置相結(jié)合，使濾芯（9）在有效過濾長(zhǎng)度內(nèi)前后移動(dòng)，進(jìn)行清洗作業(yè)。該濾芯清洗機(jī)清洗效率高、安全、節(jié)水。

圖3 齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

2.2 濾芯清洗機(jī)零部件參數(shù)的選擇和設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.2.1 高壓噴頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

高壓噴頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由高壓旋轉(zhuǎn)接頭（2）、渦輪渦桿減速電機(jī)（23）、清洗管（3）和高壓噴頭（10）等部件組成。其作用是把高壓水引入濾芯（9）的內(nèi)部，形成轉(zhuǎn)動(dòng)的徑向高壓清洗水流。

（1）渦輪渦桿電機(jī)參數(shù)的選擇

由于該臺(tái)電機(jī)只是用于克服軸承和密封圈摩擦等的微小阻力，可不需進(jìn)行功率和扭矩等方面的校核。設(shè)計(jì)要點(diǎn)：輸出軸內(nèi)徑應(yīng)能安裝清洗管，并應(yīng)滿足高壓旋轉(zhuǎn)接頭對(duì)轉(zhuǎn)速的要求。

（2）高壓旋轉(zhuǎn)接頭和高壓噴頭的選擇

高壓旋轉(zhuǎn)接頭和高壓噴頭為標(biāo)準(zhǔn)部件，可依據(jù)清洗濾芯所需水壓及流量選擇。

2.2.2 清洗管最小壁厚的校核

清洗管內(nèi)的水壓較高，為確保人身安全，可以用液壓缸的壁厚公式進(jìn)行校核。

在δ/D≤0.08時(shí)，可按薄壁圓筒的計(jì)算公式進(jìn)行校核：

式中 δ——缸筒壁厚，mm；

pmax——缸筒內(nèi)的最高工作壓力，MPa；

D——缸筒內(nèi)徑，mm；

[σ]——缸筒材料的許用應(yīng)力，MPa；

鑄鋼 [σ]=100～110 MPa；

鍛鋼 [σ]=100～120 MPa；

無縫鋼管 [σ]=100～110 MPa；

鑄鐵 [σ]=60～70 MPa。

2.3 定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要由定位座（14）、導(dǎo)向桿（13）、導(dǎo)向板（36）和與導(dǎo)向板（36）組合成一體的濾芯桶（8）等零件組成。對(duì)濾芯起徑向定位、沿導(dǎo)向桿縱向移動(dòng)的作用。

導(dǎo)向桿直徑的確定和校核按如下步驟進(jìn)行：

在這臺(tái)設(shè)備中，導(dǎo)向桿只在與濾芯桶導(dǎo)向板接觸點(diǎn)處受到桶及濾芯等零件的自重載荷，受力不大。但是為保證導(dǎo)向桿有足夠的剛度，應(yīng)按受靜載荷梁的應(yīng)力及位移計(jì)算公式進(jìn)行最大撓度校驗(yàn)，這也是對(duì)導(dǎo)向桿直徑的間接校核。

一般用途軸的撓度范圍：

ymax=（0.000 3～0.000 5）l

兩端固定受靜載荷梁的最大撓度公式為：

式中 P——導(dǎo)向桿與導(dǎo)向板接觸處的載荷，N；

l——兩只定位座間的距離，m；

a——定位座距力P作用處的距離，m；

E——材料的彈性模量，GPa；

d——導(dǎo)向桿外徑，m。

2.4 濾芯縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 濾芯縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的組成及有關(guān)參數(shù)

如圖3所示，濾芯的縱向移動(dòng)應(yīng)用齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。主要由齒輪（39）、齒條（41）、軸承座（49）、搬輪（28）等零件組成。因?yàn)辇X輪的負(fù)荷較輕，可不用進(jìn)行強(qiáng)度校核，但應(yīng)按整臺(tái)設(shè)備的布局來選擇齒輪的模數(shù)、齒寬等參數(shù)。

2.4.2 清洗時(shí)間

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定齒條移動(dòng)速度及清洗一次所需時(shí)間。一般需要四個(gè)行程，約10 s左右就可完成一只濾芯的清洗。

2.5 保護(hù)和限位裝置設(shè)計(jì)

清洗精過濾器濾芯所用水的壓力較高，一般大于7 MPa。因此，在清洗作業(yè)時(shí)應(yīng)杜絕對(duì)操作員工的傷害。在這里采用了物理防護(hù)和電子防護(hù)兩種保護(hù)措施。

物理防護(hù)是在高壓噴頭的位置安裝固定防護(hù)罩，阻擋噴射水流。電子保護(hù)裝置是在濾芯桶右端限位處安裝紅外線接近開關(guān)，用于在打開濾芯桶之前強(qiáng)制切斷高壓水流。

保護(hù)和限位裝置的組成如圖2所示， 保護(hù)和限位裝置由防護(hù)罩（7）、紅外線接近開關(guān)（33）、清洗限位桿（18）等零件組成。限位桿長(zhǎng)度的確定原則：工作時(shí)使濾芯在有效過濾長(zhǎng)度內(nèi)移動(dòng)，不可脫離防護(hù)罩（7）的保護(hù)范圍。

3 結(jié)論

闡述了一種精過濾器濾芯清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。

（1）該濾芯清洗機(jī)采用旋轉(zhuǎn)高壓噴頭設(shè)計(jì)，無死角，清洗徹底。

（2）該濾芯清洗機(jī)設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有清洗效率高、操作安全、節(jié)水等優(yōu)點(diǎn)，值得推廣。

[1]王益群，高殿榮.液壓工程師技術(shù)手冊(cè) [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009．

[2]成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：常用設(shè)計(jì)資料 [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

[3]成大先．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：軸及其聯(lián)接 [M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004．

Design of the Washing Machine for Fine Filter Element

Mu Hongbiao Sun Yingbo

Introduces the structure and working principle of a washing machine for the fine filter element.The machine has advantages of high washing efficiency without death corner,safe operation and water saving.

Fine filter;Filter element;Washing machine;Polyester resin

TQ 051.8+5

2013-06-15）

*穆洪彪，男，1968年生，工程師。杭州市，310009。