超声波自动反冲洗过滤器的设计与机理研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1 项目研究意义
• 2 过滤技术及过滤设备发展现状
• 3 自清洗过滤设备发展现状
• 4 超声波清洗技术
• 5 本文的研究工作和内容
• 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 超声波反冲洗结构设计
• 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 结构的优化模拟
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 自动控制梯形图
• 附录B 手动控制梯形图
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢