超声波自动反冲洗过滤器的设计与机理研究

摘要

在能源紧张的今天，石油行业的生产尤其重要。在石油的开采及加工过程中会产生大量的污水，这些污水富含有机污染物，在自然界中很难降解，如果不加以处理便排放到自然界中，会给环境造成巨大的破坏。因此必须用过滤器滤去污水中的悬浮固体颗粒和油渍，处理后的污水不仅可以达到排放的标准，而且还可以重新利用于石油行业。石油行业污水的杂质、悬浮物粒径非常小，常用过滤方法不能有效去除，尤其老式分离器存在排污不彻底、杂物堵塞滤网等现象，滤芯的清洗效果不理想，频繁地更换滤芯不仅影响了过滤的效率，而且造成了材料的浪费和成本的增加。因此急需设计一种过滤精度高、清洗效果好的高效过滤器。针对这一工程需要，本文设计了一款结构形式合理、过滤精度较高的新型超声波自动反冲洗过滤器。 论文的主要工作包括超声波自动反冲洗过滤器的本体设计、电气控制系统的设计、过滤机理分析、流场动力学特性分析及过滤器结构优化四部分。本体设计采用超声波反冲洗技术，使堵塞在罐内过滤元件上的污物微粒被振动脱落，并通过反清洗排渣系统排污，保证每个过滤元件反冲洗彻底，使过滤元件性能恢复如初。电气控制系统采用PLC控制，通过差压控制器监测浊水腔和清水腔的压力差，当压力差达到设定值时，差压控制器输出信号，由电控柜控制反冲洗机构启动或关闭，利用超声波振动，清除深层沉积杂质，实现自动反冲洗。以达西方程为基础分析了超声波反冲洗过滤器的过滤机理。采用流体动力学软件FLUENT对过滤器内部的动力学特性进行了模拟和分析，从边界条件和结构两方面研究了二者变化对流场的影响，根据分析结果提出了改进措施，明显地提高了过滤效率和过滤稳定性。

目录

文摘

英文文摘

声明

绪 论

第一章超声波自动反冲洗过滤器的本体结构设计

1.1超声波自动反冲洗过滤器工作原理

1.2超声波自动反冲洗过滤器的本体结构设计

1.2.1过滤元件选择

1.2.2过滤器水力设计

1.2.3过滤器主要部件设计

1.3超声波清洗结构设计

1.3.1超声波结构的安装

1.3.2超声波功率设计

1.3.3超声波频率设计

1.3.4超声波振子的安装

1.3.5超声波发生器

1.3.6超声波声场均匀化

1.4超声波自动反冲洗过滤器三维结构设计

本章小结

第二章超声波自动反冲洗过滤器过滤机理分析

2.1过滤原理

2.1.1概述

2.1.2过滤机理

2.1.3过滤基础理论

2.2超声波自动反冲洗过滤器过滤机理分析

2.2.1过滤器过滤介质压降

2.2.2过滤器滤饼压降

2.2.3过滤器总压降计算

本章小结

第三章超声波自动反冲洗过滤器的控制系统设计

3.1管路系统设计

3.1.1管路的设计

3.1.2阀门的选用

3.2过滤系统电气控制系统设计

3.2.1 PLC简介

3.2.2 PLC的选择

3.2.3主机单元的选择

3.2.4数字扩展模板的选择

3.3电气原理

3.3.1主回路接线

3.3.2步进电机控制原理

3.3.3 PLC原理

3.4梯形图

3.5 IO端子接线设计

3.6控制面板设计

本章小结

第四章计算流体动力学基本理论

4.1计算流体动力学概述

4.2流体控制方程

4.2.1质量守恒方程

4.2.2动量守恒方程

4.2.3能量守恒方程

4.2.4组分质量守恒方程

4.3过滤数学模型

本章小结

第五章滤芯二维流场动力学特性分析

5.1分析模型建立

5.1.1模型网格划分

5.1.2假设条件

5.1.3边界条件

5.2结果分析

5.3优化模拟试验

5.3.1边界条件的优化模拟

5.3.2过滤器局部结构的优化模拟

本章小结

第六章 超声波自动反冲洗过滤器三维流场动力学特性分析

6.1分析模型的建立

6.1.1模型介绍及网格划分

6.1.2假设条件

6.1.3边界条件

6.2迭代计算

6.3结果分析

6.4优化模拟实验

6.4.1边界条件的优化模拟

6.4.2结构优化

本章小结

结 论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢