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刮刀式自清洗过滤器刮刀机构的设计

                                 刮刀式自清洗过滤器刮刀机构的设计
                                             刘建华1,王启伦2
    (  1. 新乡学院,河南新乡453003; 2. 新乡市麒麟机械制造有限公司,河南新乡453002)
    摘要: 刮刀式自清洗过滤器是一种新型的过滤设备,其关键部件是刮刀机构,而目前市场上现有的刮刀机构往往难于彻底清污,针对刮刀机构的这一缺陷,应广州某化工厂的要求,在分析了国内外许多刮刀机构结构的基础下,联合开发了新型刮刀机构,工作过程中保证刮刀机构始终与滤网接触,能有效彻底地清除沉积在滤网上的杂物,通过用户使用证明,使用效果良好。文中介绍了刮刀式自清洗过滤器的工作原理、刮刀机构的结构和设计方法。
    关键词: 刮刀机构; 结构设计; 过滤器; 自清洗
    中图分类号: TH137. 8; TQ051. 85 文献标志码: A doi: 10. 3969 /j. issn. 1005 - 0329. 2012. 12. 010
    1· 引言
    自清洗过滤器是一种20 世纪70 年代末发展起来的新型过滤器,具有自我清洗、压力损失小等优点[1]。目前已开发出多个系列的产品,如吸污式自清洗过滤器、刷式( 刮式) 自清洗过滤器、转臂式自清洗过滤器和反冲洗式自清洗过滤器,其中对要求在含有黏稠的介质进行过滤时刷式( 刮刀式) 自清洗过滤器具有明显的优势,所以其最适合用于如冶金、化工、造纸等行业工作条件较为恶劣的环境使用[2,3]。
    刷式( 刮式) 自清洗过滤器利用刷子( 刮刀)来清除过滤元件上的黏稠颗粒,所以刷子( 刮刀)机构作为刷式( 刮式) 自清洗过滤器的关键部件,其清污效果主要取决于刷子( 刮刀) 机构的结构,目前市场上存在的刷子( 刮刀) 自清洗过滤器难于保证局部清污彻底,针对这一缺陷在分析了国内外现有过滤器结构的基础上[4 ~ 7],应广州某化工厂的要求,笔者联合开发了HBAF4Z - 500 型刮刀式自清洗过滤器,本文将详细介绍刮刀式自清洗过滤器的工作原理、刮刀机构的结构和设计方法。
    2· 刮式自清洗过滤器的结构和工作原理
    刷式( 刮式) 自清洗过滤器的结构形式很多[8],设计的新型刷式( 刮式) 自清洗过滤器的基本结构如图1 所示。当被滤介质进入过滤器后,小于网孔尺寸的杂质颗粒穿过滤网随过滤后的介质一起由过滤器出口流出,大于网孔尺寸的杂质颗粒一部分在重力和水力旋流作用下直接沉积在过滤器筒体底部,一部分则黏附在滤网上,当滤网上的杂质达到一定厚度时滤网内外的压差增大,压降损失增大,当压降损失超过过滤系统工艺要求的损失时,压差传感器发出信号给控制箱,启动电机,刮刀开始运转在刮、剪的共同作用下清除滤网上的杂物,刮刀机构结构如图2 所示。
    
    清污过程中刮刀在离心力和弹簧力的共同作用下保持刮刀始终和滤网相接触,且刮刀和滤网间法向力较小( 接近于0) ,在刮刀和滤网间的切向力作用下将杂质清除,同时避免杂质在法向力作用下被挤压到过滤网上,刮刀清除掉的颗粒也在重力和水力旋流作用下沉积在过滤器筒体底部,筒体底部的颗粒积聚到一定程度后,控制箱打开过滤器底部的排污阀排除颗粒。
    3· 刮刀机构的设计
    3. 1 刮刀机构的设计方案
    刮刀作为清除滤网上杂质的执行元件,首先应保证杂质清除彻底,所以结构上保证工作过程中刮刀与滤网间无间隙存在,且刮刀和滤网间的夹角为90°,以免杂质在径向力作用下被挤压到滤网内; 其次要保证工作过程中刮刀能灵活运转,故结构上使刮刀能沿径向伸缩,且不应出现锈蚀等现象,设计的刮刀机械结构,如图2所示。
    为保证刮刀运转灵活,且运转准确,所以尽量简化刮刀机构的结构和运动状态,采用一对水润滑轴承支撑,刮刀仅做圆周运动,即设计成周向刮刀结构,即长条状的刮刀围绕滤网轴线周向旋转来清除滤网内侧污物。刮刀组件结构如图3 所示。
    
    3. 2 刮刀机构的结构尺寸的确定
    3. 2. 1 最大尺寸Lmax确定
    为保证工作过程中刮刀与滤网间无间隙存在,所以最大尺寸Lmax按加工、安装极限尺寸确定,此时弹簧处于自由状态下,在离心力作用下保证刷子和滤网接触,利用锥销来限定刷子径向位置。根据行业的制造水平状况,在经济加工精度下过滤网的圆柱度误差应小于0. 0008 D( D 为过滤网直径) ,该样机中过滤网直径D 为750mm,弹簧YB1. 8X18X52 - 2 的自由高度H0的极限偏差为± 0. 6mm[9]。所以最大尺寸L max为:
    Lmax = D + δ + δ1 + Ho
    式中δ ———滤网的圆柱度误差mm,δ = 0. 6mm
    δ1 ———主轴和过滤网的同轴度误差,mm,δ 1 = 0. 75mm
    Ho———弹簧自由高度的极限偏差,mm,Ho = 0. 6mm
    代入数据计算得Lmax = 376. 95mm,结构设计时取Lmax = 377mm。
    3. 2. 2 最小尺寸L min确定
    此时弹簧处于压缩状态下,使刮刀和滤网间法向压力为10N 左右,以保证刷子和滤网接触。刮刀受离心力Fc 、弹簧对刮刀的作用力F 2和滤网对刮刀的作用力F 2的联合作用; 其中离心力对于杂质的清除来说,这是一个有害力,为了减小这一有害的离心力,必须严格限制刮刀的转速,该样机设计时选取n = 17r /min[10 ~ 13]。经计算滤网对刮刀的作用力F 2 = 8. 9N,最小尺寸Lmin为:
    Lmin = D - δ - δ1 - Ho
    代入数据计算得: Lmin = 373. 05mm,结构设计时取Lmin = 373mm,此时弹簧被压缩量为3. 3mm,符合弹簧最大变形量为4mm[9]。
    故选取弹簧自由高度为52mm,清污装置的尺寸L = 377mm。
    3. 2. 3 刮刀装置的其它结构及尺寸的确定
    在设计时刮刀装置的其它结构及尺寸主要从降低装配和加工难度、降低制造成本角度考虑,如为保证其运转的灵活性支撑机构采用聚四氟乙烯材质制造的水润滑轴承,刮刀装置和减速器轴间采用万向联轴节联接以补偿相关装配、制造零件间的同轴度要求。
    4· 结语
    本文介绍的刮刀机构为自适应式刮刀机构,能自动适应滤网结构形状的变化,采用滑轨机构和弹簧原件使刮刀能沿径向灵活移动,保证过滤器工作过程刮刀和滤网之间始终处于紧密贴合状态,有效保证了清污效果,彻底清除黏附在滤网内表面上的杂物,使滤网不至于被堵塞,并降低压力损伤。刮刀沿轴向位置固定,且轴向均布,工作时仅做圆周运动,保证刮刀运行的可靠性以及滤网上各位置的杂物均匀清除,减少压力损失。经过广州某化工厂使用证明该刮刀机构结构合理、运行可靠,能彻底清除滤网上的杂物,尤其对被虑介质中含有黏稠性杂物时优越性更为明显。与市场上现有的刮刀式过滤器相比,适应性更强。该刮刀机构的研究开发有助于提高我国过滤设备的设计、制造水平。
参考文献
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