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反冲洗过滤器

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压载水专用全自动反冲洗卧式过滤器结构设计

发布时间:2017-06-28 15:46:44 4年前 热度:1472 ℃

0    引言

在船舶航行过程中加装的水及其悬浮物称为 船舶压载水,主要用于控制船舶在空载情况下的稳 定性。压载水的危害主要包括以下3个方面:生态 影响、健康影响和经济影响。因此,为了加强管理 船舶压载水的排放,国际海事组织IMO为此专门制 定相关法规来约束。我国作为航业大国、IMO A类 理事国及公约当事国之一,必须拥有一套自主知识 产权的压载水处理技术。因此,发展本国的船舶压 载水处理技术,拥有一套具有完全自主知识产权和 具备国际领先水平的船舶压载水处理系统有非常 重要的意义[1_3]

在综合分析和比较国内外现有的船舶压载水 处理系统中压载水过滤技术的前提下,提出一种安 全、高效、经济、环保的处理方法,希望能够为船舶 压载水处理技术方面提供一些相关的支持和探索。

1    全自动反冲洗过滤器结构

1.1 反冲洗过滤器技术参数

表1为过滤器设计的技术参数,处理流量为 300 m3/h,当海水过滤介质通过该过滤器后,介质 中大于50 pm的颗粒和生物体被滤网截止,随着过

滤的继续进行,滤网上的过滤杂质会慢慢积累形成 滤饼,为了防止滤饼增厚影响滤网的过滤效能,设 计通过在进出口设定压差传感器,当压差传感器的 压差在0.48 kPa时,过滤自动进行反冲洗自动压差 在0.48 kPa以下,当压差达到0.6 kPa时,发出报 警信号,从而保证过滤器的安全。

表1过滤器设计的技术参数

1.2反冲洗过滤器结构

过滤器结构如图1所示,主要由反冲洗结构、滤 网、筒体、丝杆驱动机构等部件组成。过滤器实现 双级过滤功能,由2个过滤室组成,一级过滤室由粗 滤网构成,二级过滤室由细滤网及排污装置组成。 吸嘴在其轴线上按一定距离均布着若干个吸污管, 吸污轴与排污腔相通。排污阀设置在排污腔外,在 进出管口分别装有压力传感器用来监控压差,把压 差信号传人PLC控制器中分析,若达到压差反冲洗 设定值〇. 48kPa,则排污阀打开,在排污阀打开时, 过滤器内部水压与外部大气之间形成的压差使吸 嘴产生强劲吸力,高速的水流将杂质携人排污管, 通过排污阀排出。吸嘴由一个连有丝杆螺母装置 机构的双向电机驱动,按照固定的转速作螺旋式的 运动,这样几个吸嘴就能吸遍整个滤网内表面。螺 旋机构运动达到设定值20 3后,排污阀关闭,从而 完整地完成一次反冲洗过程,但压差设定值达到 0.48 kPa吸嘴却为进行反冲洗时,压差会继续变 大,当压差值增加到〇. 6 kPa时,控制系统就会接通 警报电路,从而保证过滤器的安全运行,如此循环 即可达到设计要求[4_6]

图1反冲洗结构过滤器结构

2    反冲洗过滤器结构设计

压载水专用反冲洗过滤器主要由粗细滤芯、筒 体、吸污轴、封头、压载水进出口、排污阀、丝杠螺旋

《机械与电子》2015(8)

机构及其驱动装置等部件组成>8]

2.1过滤器滤芯的选型与设计

滤材采用的是316L不锈钢,该材料有耐腐蚀、 机械强度大、化学性质稳定和造价经济实惠等优 点。为实现50(^11!的过滤精度,滤网目数为80X 400,不锈钢丝编织滤网。

2.1.1 有效过滤面积A的确定 有效过滤面积为:

Q为过滤器的设计流量滤面积^为过滤速度; /为滤网的净面积系数。设计中,Q取值为300 m3/ s,u的取值为1. 5 m/s,/的取值为0. 07,计算得

2.2过滤器筒体的设计

筒体厚度为:

A是计算压力,取值为110 MPa,A是筒体内 径,取值为400 mm; [ff]1是许用应力,取值为118

MPa,/>为筒体设计压力,取值为1. 1 MPa;0焊接 接头系数,取值为0.85。将各值带人式(5)得5=2.

2 mm,对于低合金钢制的容器规定腐蚀余量应不小

于3 mm,所以取名义厚度为6. 0 mm。

2.3筒体的强度校核

根据圆筒筒壁应力校核公式可得水压试验时 的应力为:

夂为筒体有效厚度,取值为3. 7 mm,即

因此筒体厚度满足水压试验时强度要求。 2.4吸污轴结构的确定 外径为:

2. 1.2 过滤元件内径D和有效长度的确定 过滤元件内径为:

316L钢制容器在常温水压试用时的许可压力

rad/s2。从图3中可以看出B1的轴向位移在20 s 内是90 mm,速度为4. 5 mm/s完全符合设计的 要求。

图2运动仿真过程

3.2 设计虚拟样机

结合SimMechanics螺旋丝杆运动学仿真结 果,利用Cre2. 0三维设计软件对过滤器进行三维 模型设计,3D虚拟样机如图6所示。

图6 3D样机

T为轴传递的额定扭矩;[r]为轴材料的许用剪

应力,[r] = f^〜轴材料的抗拉强度,查《机械材料

手册》可知316L的为480 MPa;w为排污轴的内径 心与外径d之比,取0.93。

T=T,+T2 + T3    (9)

T,负载扭矩;T2惯性扭矩;T3摩擦力矩。

2.4. 1惯性扭矩计算 由转动惯量定理可知:

•/为转动惯量,a为角加速度,通过Pro/E对其 三维建模可估算其质量属性m = 8. 12 kg,r=60 mm,J = 14 616 kg . m2    为启动时间,一般为2〜

3 s,在此取 2 s,〇)=7rw/30,” = 27 r/min,所以 a = 1. 41 rad/sz计算得 T2=20 663 N • mm。

2.4.2负栽扭矩和摩擦力矩计算

通过CFD软件对吸嘴在流场中的受力分析,可 知排污轴在反清洗运转时受到的流体作用的负载 扭矩乃=80 N • mm,相比惯性力矩太小可忽略不 计。在运转时还受到支撑部位的摩擦力,因设计采 用机械轴封摩擦力很小可忽略不计,因此总扭矩T =20 663 N . mm,代入式(12)得:

d = 24. 26 mm<60 mm,符合设计要求。

3反冲洗机构建模与仿真

依据反冲洗机构的结构形式,应用Pro/E对其 虚拟样机建模和利用Matlab/Simulink中的Sim-Mechanics工具箱对其进行运动学仿真,检测吸嘴 在滤网上轨迹曲线,验证机构设计的合理性。

3.1    基于SIMMECHANICS机构仿真

参数设定好后就可进行仿真。根据反冲洗时 间将“Simulation Stop time”设置为20 s。单击运行 即可看到图2过滤器三维动画仿真过程图。

刚体B1的轴向位移、轴向速度变化曲线如图3 所示,角速度的单位为rad/s,角加速度的单位为 • 24 •

刚体B2的角速度变化如图4所示,从图中可 以看出,刚体B2处的角速度不发生变化,属于匀速 转动,末端执行器的运动轨迹如图5所示。末端轨 迹线为螺旋曲线,末端位移为170 mm,从图5可以 看出,符合吸嘴设计的运动轨迹,从而进一步说明 了螺旋丝杆机构设计的合理性。

4 滤网压损

当压载水通过多孔介质滤网层时,其流速和压 降成线性关系,并且满足达西定律〜1!)]。达西定律 是由法国水力学家达西在1852〜1855年通过大量 实验得出的,则该流动可表述为:

e为过滤介质的孔隙度;为科泽尼系数;s。 为过滤介质比面。

将数据带人,可计算得滤网内外表面的压差 △P1 为 0.011 MPa。

5 过滤器流场仿真

应用Gambit 2. 3. 16建立过滤器内流体流场的 三维模型,边界条件人口 inlet类型为VELOCITY_ INLET,出口 OUTLET 类型为 OUTFLOW。经过 fluent求解器反复迭代计算后得到其Z =0平面速 度矢量图7和压力云图8,从图7屮可以看出,进水 口垂直对面的地方压力最高,中部压力最小。

图8 Z=〇平面速度矢量图 从图8的速度分布图上可以看出流体在从入口 进人后,速度方向发生了变化,速度值也逐渐减小。 流体刚进人过滤器时,由于速度值较大,人口处的 压力值相对较低,当流体到达最顶端,流体速度和

方向变化最大,所以该处的压力值就最大。当流体 在过滤器内往两边旋转后,速度值比较稳定,当碰 到两端面时,速度和方向又发生很大的波动,因此 过滤器的左上部分和右上部分的压力比较集中。

通过Huent流体仿真软件计算得进出口压差 />2=4. 8 kPa,因此过滤器内总体压损+/>2 = 0. 158 kPa;设计要求的压损最大值为0, 38 kPa,因 而压损值完全符合设计要求。

6 结束语

确定过滤器总体反冲洗过滤方案为吮吸式自 动反冲洗。过滤器由粗滤网、细滤网、排污阀、反冲 洗机构等组成,反冲洗机构由吸嘴、排污轴、丝杆、 螺套、导套、蜗轮蜗杆箱等零部件组成。对过滤器 内的流场和压损仿真,通过达西流体理论公式计算 滤网的压损,在应用流体仿真软件对过滤器筒体内 的流场进行速度场仿真,理论分析和压损仿真表 明,设计的过滤器符合设计要求。

参考文献:

[1] 李世信,王学忠.丨MO海上环境保护委员会第45届会 议[J]•中国船检,2000 (6) :45-48

[2] 翁石光.船舶压载水对生态环境的威胁及其对策的探 讨[J].航海技术.2005(5) :67 - 68.

[3] 吴春杰,杨玉峰,俞健康.浅析船舶压载水的污染及对 策[J].中国水运,2007,7 (4) :27-28.

[4] 杜清华.UV/03船舶压载水灭菌系统研究[D].哈尔 滨:哈尔滨工业大学,2006.

[5] 唐立夫,王维一,张怀清.过滤机[M].北京:机械工业 出版社,1984.

[6] 陈蕊娜.超声波自动反冲洗过滤器的设计与机理研究 [D],大连:大连交通大学,2008.

[7]    徐灏.机械设计手册1[M].北京:机械工业出版 社,2003.

[8] 李福宝,李勤.压力容器及过程设备设计[M]•北京:化 学工业出版社,2010.

[9] 刘飞,刘焕芳,郑铁刚.等.微灌用自吸式自动过滤器滤 网内外工作压差的设置研究[J].中国农村水利水电, 2010(4) .-50-53.

[10] 张凯.Fluent技术基础与应用实例[M].北京:清华 大学出版社.2010.


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