新型刮式自清洗过滤器的设计与研究

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Design and Research on the New Type Self-cleaning Filters with ScraperLIU Jianhua .OUYANG Yufan .WANG Qilun(1.Xinxiang University，Xinxiang Henan 453003，China；2.Xinxiang Ky lin Machine Co.，Ltd.，Xinxiang Henan 453002，China)Abstract：Aimed at the defects on difculty of cleaning thoroughly at local place and afecting the work performance because ofthe difculty to guarantee the cylindricity of strainer for self-cleaning filters of the brush(scrap)type，the HBAF4Z-500 type of self-cleaning filters with scraper was developed to satisfy the customer of Guangzhou with requirements of a chemical plant，based on theanalysis of many filter structure from domestic and abroad.During work process，the scraper structure was always contacted with strain-er for the filters，Through application of users，it is proved that the running effect is good in industrial operation.According to identifi-cation by the Department of Science and Technology in Henan Province，the research has achieved the domestic leading leve1.Theworking principle，structure and design method of the developed new type filter are introduced.Th e design method provides the refer-ence and guidance for researching and design of automatic self-cleaning fihers。

Keywords：Scrape；Serf-cleaning；Filters自清洗过滤器是利用水压将液体中的颗粒在-定条件下自动地过滤清除并自动清洗的分离过滤装置，按清洗方式可分为吸污式、刷式 (刮式)、转臂式和反冲洗式自清洗过滤器，广泛适用于工业、农业、市政、海水淡化过程等的分离过滤。

吸污式、转臂式和反冲洗式自清洗过滤器适用于黏度不大的流体介质 ；刷式 (刮式)自清洗过滤器含有黏稠的介质等工作条件较为恶劣的环境 ，如冶金、化工、造纸等行业使用的的自清洗过滤器，因为黏附在滤网上的黏稠颗瘤靠水力冲洗很难将卡在滤网上的杂质去除，故开发-种清污彻底、运行可靠的刷式 (刮式)自清洗过滤器是非常必要的。

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，工作时要求刷子(刮刀)应和滤网接触，而目前在过滤器制造时滤网- 般采用卷制后焊接，难于保证滤网的圆柱度，造成局部清污不彻底而影响其工作性能，针对这-缺陷在分析了国内外现有过滤器结构的基础上 ，应广州某化工厂的要求 ，新乡市麒麟机械制造有限责任公司和新乡学院联合开发了 HBAF4Z-500型刮刀式 自清洗过滤器。

1 刮式自清洗过滤器的结构和工作原理目前国内外刷式 (刮式)自清洗过滤器的结构形式很多，但现有的刷式 (刮式)自清洗过滤器存在结构复杂且滤网上杂质清除不彻底的问题，为此设计了新型刮刀机构以解决清污问题，其基本结构如图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-起由过滤器出口流出，大于网孔尺寸的杂质颗粒-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，-部分则黏收稿日期：2012-06-23基金项目：企业发展项 目 (HBFZ200906)作者简介：刘建华 (1969-)，男，硕士，副教授 ，从事流体机械的研究与开发。E-mail：ljh9991jh###163.con。

第 14期 刘建华 等：新型刮式自清洗过滤器的设计与研究 ·27·附在滤网上形成滤饼，当滤网上的杂质达到-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，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-定程度后，控制箱打开过滤器底部的排污阀排除颗粒。

l- 电机及减速装置2-万向联轴节3-密封益4封头组件s-筒体6-下调整套7、8排污阀压差传感器lo-电控箱l1-滤芯组件12-清污组件l3-o型圈图 1 自动过滤器结构方案原理图2 刮刀式自清洗过滤器的设计2.1 设计参数用户提供的的设计参数如下：工作介质为水，含有黏稠性杂质；过滤精度250 Ixm；流量2 000 13 /h；设计压力 1.0 MPa；工作温度小于100℃，排污过程中所耗水量为不超过过滤出水量的1%；控制方式：可采用压差控制和定时控制、手动和自动控制功能；工作制：连续过滤，清污彻底。

2.2 结构形式选择根据用户的使用要求，由于水中含有黏稠性杂质，而且要求具有压差控制和定时控制、手动和自动控制功能，所以采用网式结构，设计成刮刀式自清洗过滤器，为更好地保证清污效果，滤网采用楔形滤网结构。

2.3 进 出口通径确定管路中介质流速按管路经济流速选取，-般与进口管路口径-致，萨口流速 ；和出口流速相等，即： 。 ；1.5～3 m/s，则过滤器进出 口通径 Di、D。 为 ：D ：D ：/ ：0.486～0.687(m)：486～'ITVi687(mm)所以选取 D，D 500 mm2.4 过滤器滤网尺寸的计算过滤器的设计流量与滤网过滤速度、实际过滤面积以及滤网的净面积系数有关，可按公式 (1)计算q：3 600fAy (1)式中：q为过滤器的设计流量 (m /h)；A为过滤器中滤网的实际使用面积 (m )；f为滤网的净面积系数，其大小与滤网目数有关； 为滤网设计流速(n s)。

HBAF4Z-500型刮式自清洗过滤器设计时取f0.7；-般的 自清洗过滤器的设计流速在 0.5～3m/s ，为保证尺寸接近于网孔尺寸的颗粒不至于在水力扰动下被挤入滤网，所以取 1 m/s；为降低压力损失和增大过滤器纳污容量以延长滤网的寿命故增大滤网面积，滤网的净流通面积应大于进口处流通面积的n倍，即A≥ 。设计中，考虑到由于水质较差、用于恶劣条件下工作的情况，选 n：6。按此结合公式 (1)的计算结果，确定滤网面积为A2 945 250(mm )。

根据结构设计，初选过 滤元件的 内径 D750(mm)，楔形钢丝截面为3×2 mm，所以过滤元件的有效长度 ：LA/，rD2 945 250/750，r1 250(mm)。为保证设备的稳定性以避免流体流动过程造成的振动对过滤性能的影响，结合考虑结构设计，取L1 580(mm)。

2.5 清污装置设计2.5.1 清污装置方案设计清污装置的关键零件是刮刀，它是清除滤网上杂质的执行元件，所以结构上保证工作过程中刮刀与滤网间无间隙存在，为适应滤网形状的变化刮刀应能沿径向伸缩，为避免杂质在径向力作用下被挤压到滤网内，刮刀和滤网间的夹角为90。；考虑到制造过程中各截面位置处圆度会有所区别，所以采用在不同高度位置处布置刮刀组件，刮刀组件结构如图2所示，刮刀布置形式如图3所示。

· 28· 机床与液压 第 41卷图2 刮刀组件结构图图3 清污装置结构图2.5.2 确定清污装置的尺寸确定最大长度尺寸 。为保证工作过程中刮刀与滤网问无间隙存在，所以最大长度尺寸 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0.000 8D (D为过滤网直径)，该 样机 中过 滤 网直 径 D 为 750 mm，弹簧YB1.8X18X52-2的自由高度 的极限偏差为 ±0.6mm 。所以最大尺寸 为：L～ D/2滤网的圆柱度误差 0.6 mm主轴和过滤网的同轴度误差0.75 mm弹簧自由高度 巩 的极限偏差为 0.6 inm376.95 mm♂构设计时取 377 IBm。

确定最小长度尺寸 此时弹簧处于压缩状态下，使刮刀和滤网间法向压力为 l0 N左右，以保证刷子和滤网接触。刮刀受离心力F 弹簧对刮刀的作用力 和滤网对刮刀的作用力 F：的联合作用；其中离心力对于杂质的清除来说，这是-个有害力，为了减小这-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 n17 r/rain” 。经计算，滤网对刮刀的作用力F 8.9 N。

最小尺寸 L D/2-滤 网的圆柱度误差 0.6mm-主轴和过滤网的同轴度误差0.75 mm-弹簧 自由高度 的极限偏差0.6 mm373.05 mlIl♂构设计时取L 373 mm，此时弹簧被压缩量为3.3 mm，符合弹簧最大变形量为4 mil 。

故选取弹簧 自由高度为 52 mm，清污装置的尺寸L377 mm。

2.5.3 清污装置的其他结构及尺寸的确定在设计时，清污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。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，清污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。

3 结束语新型刮刀式自清洗过滤器，采用自适应式刮刀机构，过滤器工作过程刮刀和滤网始终接触，有效保证了清污效果，解决了目前常规的刷式 (刮刀式)自清洗过滤器由于滤网形状所造成的清污不彻底的问题，通过用户使用证明，该新过滤器运转可靠、性能的稳定、清污彻底，使用效果良好，经河南势技厅鉴定 (鉴定号为豫科鉴委字 [2012]第 334号)达到国内领先水平。该过滤器的研究开发有助于提高我国过滤设备的设计、制造水平，有助于提升国产自清洗过滤器的国际竞争力。

该型过滤器的滤网可以根据过滤系统的过滤精度要求更换规格，在清污过程不问断供水、整个系统不需要停机，可实现在线过滤，可使用于工业、农业、市政、海水淡化过程、废水处理等固体颗粒和纤维的分离。