全自动立式过滤机的设计.doc

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湘潭大学兴湘学院

毕业设计说明书

题目：

全自动立式过滤机的设计

专业：

机械设计制造及其自动化

学号：

姓名：

指导教师：

完成日期：

2012年5月20日

47

湘潭大学兴湘学院

毕业论文（设计）评阅表

学号姓名周玲专业机械设计制造及其自动化

毕业论文（设计）题目：

全自动立式过滤机的设计

评价项目

评价内容

选题

1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；

2.难度、份量是否适当；

3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。

能力

1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；

2.是否有综合运用知识的能力；

3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；

4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；

5.工科是否有经济分析能力。

论文

（设计）质量

1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；

2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；

3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。

综

合

评

价

该选题符合培养目标，基本达到综合训练的目的，难度分量、适当，具有查阅文献、综合归纳资料的能力和计算机应用的能力，图纸基本符合国家标准，说明书内容完整，具有一定的实际应用价值。

评阅人：

2012年5月日

目录

1绪论 2

1.1设计意义 2

1.2国外过滤技术现状与国内过滤技术现状的对比 3

1.3国内过滤技术的发展趋势 4

1.4国内外过滤机的研发现状以及发展趋势 4

1.5过滤机研制趋势 6

2过滤机设计 7

2.1电机的选择 7

2.2过滤部分的设计 7

2.3过滤桶的设计 7

2.4过滤盘的设计 8

2.5内压薄壁圆筒的厚度计算 9

2.6椭圆封头的厚度计算 10

2.7传动部件设计 11

2.8带传动的设计 11

2.9小带轮的设计 13

2.10大带轮的设计 14

2.11空心轴的设计 16

2.12轴承的选择 18

3控制部分的设计 19

3.1过滤机对控制部分的要求 19

3.2控制系统简介及选型 20

3.3PLC程序设计 22

4结束语 36

致谢 36

参考文献 37

附录：

英文资料及翻译 38

全自动立式过滤机的设计

摘要：

研究开发一台处理量为80m3/h、工作压力为1.6Mpa、过滤总面积为10m2、过滤精度为5μm—200μm、电动机功率为5.5KW、工作温度为-5℃—105℃的全自动立式过滤机。

该过滤机能实现过滤元件的自清洗，体积较小，过滤效率高，自动化控制，适合于各类工业生产。

本文给出了该过滤机的整体设计方案以及设计图纸，包括一些重要组成部件的设计计算过程，并且对过滤机元件的过滤机理进行了分析，利用过滤过程中的压降模型，实现对过滤器控制系统的控制条件的设计。

关键词：

过滤机；自动化；盘片；硅藻土；可编程序控制器

Automaticverticalfiltermachinedesign

Abstract:

Researchanddevelopmentaautomaticverticalfilterofatreatmentvolumeis80m3/h,workingpressureupto1.6Mpa,filteringareais10m2,filteringprecisionis5μm-200μm,motorpower5.5KW,workingtemperatureof-5℃-105℃.Thefiltercanrealizetheselfcleaningfilterelementwithoutstopping,smallsize,highefficiencyoffiltering,automaticcontrol,suitableforallkindsofindustrialproduction.Thispaperpresentstheoveralldesignandfilterdesigndrawings,includingsomeimportantcomponentsdesigncalculationprocess,andthefilterelementofthefiltermechanismisanalyzed,usingthefiltrationprocessofpressuredropmodel,realizestothefiltercontrolsystemcontroldesign.

Keywords:

filter;automation;ProgrammableController

1绪论

1.1设计意义

首先，地球可直接被人类利用的水资源匮乏的现状，是此推动此课题研究的根本原因。

地球上的水尽管数量巨大，但是能直接为人们生产生活所利用的淡水资源仅占全球水资源的3%。

人类目前比较容易利用的淡水资源，主要是河流水、淡水湖泊水以及浅层地下水。

这些淡水储量只占全部淡水的0．3％，占全球总水量的十万分之七。

水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。

因此，节约用水以及提高水资源的利用率就十分重要了。

水资源的重复利用能达到提高水资源利用率的目的。

与此同时，过滤与分离技术能有效的对污水进行处理，实现水资源的重复利用。

因此，研究设计过滤机就具有十分重要的现实意义。

其次，过滤机在化工、石油、制药、轻工、食品、选矿、煤炭和水处理等部门有广泛的应用，是本课题研究的主要原因。

由于过滤机广泛的应用于各个工业生产过程中，因此，研究设计适应当今市场需要的过滤机的任务就显得十分迫切。

最后，传统过滤方法以及过滤设备存在的诸多问题，是进行该项课题研究的直接原因。

随着工业水平不断进步，经济不断发展，人们对过滤设备的要求不断提高。

传统过滤方法和过滤设备需要投入大量的人力，无法实现自清洗，占地面积大，自动化程度很低，过滤效率也不高。

无法适应人们不断提高的对过滤设备的要求。

因此，设计研究了此全自动立式过滤机。

该全自动立式过滤机，在传统过滤机的设计基础上，进行了改进。

使其在不停车的情况下实现过滤元件的自清洗过程。

过滤部分，采用多个过滤盘叠加布置，在同等过滤面积情况下，有效的利用空间，缩小了过滤机的体积。

应用可编程控制器对过滤器各种工作模式进行自动控制，实现了过滤器工作过程的自动化，智能化，无人化，有效提高了过滤机的工作效率。

1.2国外过滤技术现状与国内过滤技术现状的对比

国外对液体过滤关注的重点是传统过滤与分离机械在各个工业领域上的应用，特别是难过滤物料（高黏度、高分散、极细小、不定形、高可压缩物料）的分离。

在分离对象上，国外液体过滤技术的发展已从过去单纯研究研究牛顿流体，发展到所处理的物料几乎都是非牛顿流体。

一些难过滤物料由于技术的进步变得更难过滤，体现在高可压缩性、高粘度性和高分散性。

在处理的固相中，不仅仅是单纯的固体颗粒，而是包括硬颗粒、超微细颗粒、软颗粒、胶体以及胶状物（不定形固体）以不同形态存在的固相液态混合，上述固相物质甚至可以几种形态同时存在。

在处理的固相颗粒范围上，已经大大拓宽了液体过滤的分离领域。

在基础理论研究方面，重视用基础理论指导应用开发，因此理论与应用结合得较好。

研制出的产品的性能层次高。

更注重于过滤与分离工程的应用，注重应用技术的开发研究。

在规格大型化方面，国外分离机械产品的技术参数一般都高于我国，并继续向高参数、大容量方向发展。

由于参数高，容量大，同规格产品国外产品的处理能力和分离效率普遍高于我国。

在功能集成化方面，国外在机器结构上多采用复合技术，从而使派生品种和系列增多，满足不同用途的需要，同时加快了更新换代速度，提高了应变能力。

将多种功能集中于一种机器，以满足各种工艺要求。

在品种多样化方面，国外许多生产液体过滤机械的厂商大多都不只是生产一种机械，而是生产多种过滤与分离设备。

在用途专业化方面，出现了为满足某个应用领域的要求而衍生出很多新的机型。

以制药专业为例，为满足制药行业推行GMP规范的要求，是极其的外形及内部结构的设计尽量简化，设置在线清洗及特殊密封设计，以满足卫生、防交叉污染要求。

1.3国内过滤技术的发展趋势

l加强颗粒表面结构、颗粒行为的研究（如不均一性、相互作用、表面自由能、润滑性及表面的改性等）及在固液两相分离中的应用（机械、化学、物理的改性）研究。

l加强工业悬浮液的液体动力学研究。

l加强流变学在改变工业悬浮液性质中的应用研究。

l加强聚团动力学及其在絮凝、凝聚及高分散、微细颗粒分离中的应用研究。

l加强具有复合作用的新型过滤介质的开发研究。

l加强高黏度的过滤分离技术（特别是纳米过滤技术）的研究。

l加强多相物料分离技术研究，如多种形状的固相分离，硬颗粒、软固体、胶状物、不定形固相、超微细颗粒以及上述固相物料几种同时并存的液固两相分离。

l加强集成工艺技术研究，包括液体过滤过程的上、下游工艺及过滤分离集成工艺应用技术的研究不能再局限于机械本身，要更关注基础或应用基础的研究（如计算流体力学）、液体过滤过程的强化技术、颗粒分离工艺及模拟技术。

1.4国内外过滤机的研发现状以及发展趋势

过滤机可分为真空和加压两类，真空类常用的有转筒、圆盘、水平带型等，加压类常用的有压滤、压力容器、压榨、动态过滤和旋转型等。

随着能源短缺、资源贫化、水资源和环保问题的日益突出，过滤行业得到前所未有的关注，迎来了蓬勃发展的春天。

过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤机、真空过滤机、加压过滤机三类。

重力过滤机是借助悬浮液的重力和位差，在过滤介质上形成的压力作为过滤的推动力，一般为间歇操作。

单纯的重力过滤机现在几乎不存在，它主要是将工作原理与真空过滤机以及加压过滤机相结合使用。

真空过滤机是在滤液出口处形成负压作为过滤的推动力。

这种过滤机又分为间歇操作和连续操作两种。

间歇操作的真空过滤机可过滤各种浓度的悬浮液，连续操作的真空过滤机适于过滤含固体颗粒较多的稠厚悬浮液。

真空过滤机主要包括转筒过滤机、圆盘过滤机、水平带式真空过滤机。

折带外滤圆筒真空过滤机是转筒过滤机的代表，主要部件有筒体、分配头、了浆槽、搅拌器、滤液缸及传动机构等，其利用真空泵抽真空产生的负压作为过滤推动力，负压极限为—101kPa。

筒体转动是滤室相继经过过滤、脱水、卸饼和滤布清洗区，去过程包括吸滤和吸干，吸滤只吸出矿浆中水份，吸不干吸出滤饼中水份且抽吸大量空气，空气置换滤饼中水份，滤液经滤缸重力排液装置排出，因滤液的排出是利用滤液缸中水柱的静压力克服大气压的原理使滤液自流排出，滤液缸分离隔板下端与水封箱水面高差须保持在10米左右。

它的产能主要取决于过滤介质和真空装置，滤饼在被吸干过程中，由于体积收缩，形成无数裂缝，大量空气从裂缝中通过产生“短路”现象，造成能耗高、生产成本高和效率低。

滤布圆盘真空过滤机作为圆盘过滤机的代表，主要由分配头、主轴、给料与卸料、搅拌、传动、真空和自动润滑等装置组成，工作原理与转筒过滤机相似