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WILKERSON顆粒過濾器的工作原理
過濾器工作時，待過濾的水由水口時入，流經(jīng)濾網(wǎng)，通過出口進(jìn)入用戶所須的管道進(jìn)行工藝循環(huán)，水中的顆粒雜技被截留在濾網(wǎng)內(nèi)部。如此不斷的循環(huán)，被截留下來的顆粒越來越多，過濾速度越來越慢，而進(jìn)口的污水仍*地進(jìn)入，濾孔會越來越小，由此在進(jìn)、出口之間產(chǎn)生壓力差，當(dāng)大度差達(dá)到設(shè)定值時，差壓變送器將電信號傳送到控制器，控制系統(tǒng)啟動驅(qū)動馬達(dá)通過傳動組件帶動軸轉(zhuǎn)動，同時排污口打開，由排污口排出，當(dāng)濾網(wǎng)清洗完畢后，壓差降到zui小值，系統(tǒng)返回到初始過濾狀，系統(tǒng)正常運行。過濾器由殼體、多元濾芯、反沖洗機(jī)構(gòu)、和差壓控制器等部分組成。殼體內(nèi)的橫隔板將其內(nèi)腔分為上、下兩腔，上腔內(nèi)配有多個過濾芯，這樣充分了過濾空間，顯著縮小了過濾器的體積，下腔內(nèi)安裝有反沖 洗吸盤。工作時，濁液經(jīng)入口進(jìn)入過濾器下腔，又經(jīng)隔板孔進(jìn)入濾芯的內(nèi)腔。大于過濾芯縫隙的雜質(zhì)被截留，凈液穿過縫隙到達(dá)上腔， zui后從出口送出。過濾器采用高強(qiáng)度的楔形濾網(wǎng)，通過壓差控制、定時控制自動清洗濾芯。當(dāng)過濾器內(nèi)雜質(zhì)積聚在濾芯表面引起進(jìn)出口壓差增大到設(shè)定值，或定時器達(dá)到預(yù)置時間時，電動控制箱發(fā)出信號，驅(qū)動反沖洗機(jī)構(gòu)。當(dāng)反沖洗吸與濾芯進(jìn)口正對時，排污閥打開，此時系統(tǒng)泄壓排水，吸盤與濾芯內(nèi)側(cè)出現(xiàn)一個相對壓力低于濾芯外側(cè)水壓的負(fù)壓區(qū)，迫使部分凈循環(huán)水從濾芯外側(cè)流入濾芯內(nèi)側(cè)，吸附在濾芯內(nèi)內(nèi)壁上的雜質(zhì)微粒隨水流進(jìn)穣盤內(nèi)并從排污閥排出。特殊設(shè)計的濾網(wǎng)使得濾芯內(nèi)部產(chǎn)生噴射效果，任何雜質(zhì)都將被從光滑的內(nèi)壁上沖走。當(dāng)過濾器進(jìn)出口壓差恢復(fù)正?；蚨〞r器設(shè)定時間結(jié)束，整個過程中，物料不斷流，反洗耗水量少，實現(xiàn)了連續(xù)化，自動化生產(chǎn)。過濾器廣泛用于冶金、化工、石油、造紙、醫(yī)藥、食品、采礦、電力、城市給水領(lǐng)域。諸如工業(yè)廢水， 循環(huán)水的過濾，乳化液的再生，廢油過濾處理，冶金行業(yè)的連鑄水系統(tǒng)、高爐水系統(tǒng)，熱軋用高壓水除鱗系統(tǒng)。是一種先進(jìn)、且易操作的全自動過濾裝置。
過濾器待處理的水由入水口進(jìn)入機(jī)體，水中的雜質(zhì)沉積在不銹鋼濾網(wǎng)上，由此產(chǎn)生壓差。通過壓差開關(guān)監(jiān)測進(jìn)出水口壓差變化，當(dāng)壓差達(dá)到設(shè)定值時，電控器給水力控制閥，驅(qū)動電機(jī)信號。設(shè)備安裝后，由技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)試，設(shè)定過濾時間和清洗轉(zhuǎn)換時間，待處理的水由入水口進(jìn)入機(jī)體，過濾器開始正常工作，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)清洗時間時，電控器給水力控制閥、驅(qū)動電機(jī)信號，引發(fā)下列動作：電動機(jī)帶動刷子旋轉(zhuǎn)，對濾芯進(jìn)行清洗，同時控制閥打開進(jìn)行排污，整個清洗過程只需持續(xù)數(shù)十秒鐘，當(dāng)清洗結(jié)束時，關(guān)閉控制閥，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，系統(tǒng)恢復(fù)至其初始狀態(tài)，開始進(jìn)入下一個過濾工序。過濾器的殼體內(nèi)部主要由粗濾網(wǎng)、細(xì)濾網(wǎng)、吸污管，不銹鋼刷或不銹鋼吸嘴、密封圈、防腐涂層、轉(zhuǎn)動軸等組成。
用過濾介質(zhì)把容器分隔為上、下腔即構(gòu)成簡單的過濾器。懸浮液加入上腔，在壓力作用下通過過濾介質(zhì)進(jìn)入下腔成為濾液，固體顆粒被截留在過濾介質(zhì)表面形成濾渣(或稱濾餅)。過濾過程中過濾介質(zhì)表面積存的濾渣層逐漸加厚，液體通過濾渣層的阻力隨之增高，過濾速度減小。當(dāng)濾室充滿濾渣或過濾速度太小時，停止過濾，清除濾渣，使過濾介質(zhì)再生，以完成一次過濾循環(huán)。
液體通過濾渣層和過濾介質(zhì)必須克服阻力，因此在過濾介質(zhì)的兩側(cè)必須有壓力差，這是實現(xiàn)過濾的推動力。增大壓力差可以加速過濾，但受壓后變形的顆粒在大壓力差時易堵塞過濾介質(zhì)孔隙，過濾反而減慢。
懸浮液過濾有濾渣層過濾、深層過濾和篩濾 3種方式。
①濾渣層過濾：過濾初期過濾介質(zhì)只能截留大的固體顆粒，小顆粒隨濾液穿過過濾介質(zhì)。在形成初始濾渣層后，濾渣層對過濾起主要作用，這時大、小顆粒均被截留，例如板框壓濾機(jī)的過濾。
②深層過濾：過濾介質(zhì)較厚，懸浮液中含固體顆粒較少，且顆粒小于過濾介質(zhì)的孔道。過濾時，顆粒進(jìn)入后被吸附在孔道內(nèi)，例如多孔塑料管過濾器、砂濾器的過濾。
③篩濾：過濾截留的固體顆粒都大于過濾介質(zhì)的孔隙，過濾介質(zhì)內(nèi)部不吸附固體顆粒，例如轉(zhuǎn)筒式過濾篩濾去污水中的粗粒雜質(zhì)。在實際的過濾過程中，三種方式常常是同時或相繼出現(xiàn)。
WILKERSON過濾器是液壓系統(tǒng)中用以控制油液污染度的重要元件,它的作用是濾除油液中的固體顆粒污染物,使油液的污染度控制在關(guān)鍵液壓元件能夠耐受的限度以內(nèi),以保證液壓系統(tǒng)的工作可靠性和延長元件的壽命。由于過濾產(chǎn)品暴露的質(zhì)量問題比較嚴(yán)重,與發(fā)達(dá)*相比差距很大,過濾產(chǎn)品性能試驗日益引起用戶及生產(chǎn)廠家的重視。因此,建立WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義。
威爾克森WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng)
研制WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng),不僅能夠為開展影響過濾性能因素的研究提供條件保障,同時對液壓系統(tǒng)油液顆粒濃度的分析與在線監(jiān)測以及高精度油溫控制技術(shù)的深入研究將促使液壓系統(tǒng)性能提高。 本論文研制了一套WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng),用于對液壓WILKERSON過濾器進(jìn)行多次通過試驗、壓降流量特性試驗以及濾芯抗流動疲勞特性試驗,評定WILKERSON過濾器的各項性能指標(biāo),包括過濾精度、壓降流量特性、納污容量以及濾芯的抗流動疲勞特性。主要內(nèi)容如下：以國內(nèi)外文獻(xiàn)為基礎(chǔ),分別介紹了WILKERSON過濾器性能測試技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀,以及WILKERSON過濾器性能測試試驗臺的國內(nèi)外研究進(jìn)展。簡要介紹了研制WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng)的難點問題,闡述了課題的目的與意義、主要研究內(nèi)容及難點。從功能需求出發(fā),對WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計,包括系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)及評定參數(shù)分析、液壓回路原理設(shè)計和優(yōu)化、系統(tǒng)技術(shù)要求分析以及關(guān)鍵液壓元件的選型與設(shè)計。針對于設(shè)計制造過程中的幾個關(guān)鍵技術(shù),油路中試驗顆粒的沉降以及尺寸改變問題、試驗裝置的全電腦控制以及共同試驗基準(zhǔn)的保證問題,對其進(jìn)行了闡述并給出了解決方案。設(shè)計開發(fā)了WILKERSON過濾器性能測試監(jiān)測控制系統(tǒng),包括測控系統(tǒng)信號匯總、上下位機(jī)選型、PLC實時監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計以及上位機(jī)軟件設(shè)計。PLC實時測控系統(tǒng)軟件可以分為四個模塊：通訊模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理及過程控制模塊(含相關(guān)控制算法)以及安全保護(hù)模塊等。上位機(jī)軟件實現(xiàn)了人機(jī)交互界面設(shè)計、基于DataSocket技術(shù)與OPC服務(wù)器通訊、數(shù)據(jù)處理、試驗數(shù)據(jù)庫管理以及試驗報表創(chuàng)建等功能。結(jié)合WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點,建立液壓系統(tǒng)顆粒污染控制模型,對影響油液顆粒濃度的因素進(jìn)行了分析,得出濾器上游顆粒濃度維持穩(wěn)定的條件為保持穩(wěn)定的系統(tǒng)油液體積。在WILKERSON過濾器性能測試試驗臺上,開發(fā)了油液顆粒濃度在線監(jiān)測系統(tǒng),并進(jìn)行了油液顆粒濃度控制試驗。模型計算與試驗結(jié)果比較表明,兩者的趨勢基本一致,在一段時間后,濾器上游的顆粒濃度均能夠達(dá)到平衡狀態(tài),且在各個試驗點上都非常接近,說明污染控制模型推導(dǎo)過程中所作的假設(shè)是合理的,可以用于液壓系統(tǒng)顆粒污染物濃度變化的預(yù)測和監(jiān)控。但是在達(dá)到平衡狀態(tài)的時間上,兩者相差很大。在保持系統(tǒng)油液體積穩(wěn)定的情況下,微調(diào)污注流量,能夠很快地使濾器上游顆粒濃度維持在平衡值附近,快速地滿足試驗的要求。針對WILKERSON過濾器性能測試液壓系統(tǒng)建立了溫度被控對象以及三通比例水閥的數(shù)學(xué)模型。液壓系統(tǒng)油溫控制對象是典型的一階滯后環(huán)節(jié),具有大慣性、大滯后以及參數(shù)時變等特點。在此基礎(chǔ)上,提出了基于參數(shù)自整定PID的油液溫度控制策略,并在MATLAB/SIMULINK進(jìn)行了參數(shù)自整定模糊PID控制器的設(shè)計以及油液溫度控制的仿真分析。
威爾克森WILKERSON過濾器性能測試系統(tǒng)
仿真結(jié)果顯示,采用參數(shù)自整定模糊PID控制算法對液壓系統(tǒng)油液溫度進(jìn)行控制,油溫靜態(tài)誤差小,且控制器具有不依賴系統(tǒng)模型,對系統(tǒng)時變參數(shù)不敏感等優(yōu)點。將模糊推理規(guī)則構(gòu)造成查詢表,存儲在PLC中,通過簡單的查表與插值計算實現(xiàn)參數(shù)自整定模糊PID算法。在WILKERSON過濾器性能測試試驗臺上進(jìn)行了油液溫度控制試驗,變工況下,液壓系統(tǒng)油液溫度能有效控制在40±2℃范圍內(nèi)。