叠片过滤器过滤叠片的设计要点及结构优化

叠片过滤器过滤叠片的设计要点及结构优化

摘要：叠片是叠片过滤器中一个非常关键的部件，本文主要介绍了过滤叠片设计的理论依据、参数计算、结构设计的要点，并通过软件对叠片之间进行流场分析，进一步优化叠片的结构。

关键词：叠片；过滤器；结构设计；

The designing key of the disc in the discs-type filter

and structure optimizing

Zhang-Zhihai

(Guang Dong Lian su technology and industry Co. , Ltd, Shunde 528300)

Abstract:Disc is the very important part of the discs-type filter. This article introduce the disc designing points including the theory、parameter、structure that affect the filtration result.In addition, optimize thedisc structure depending on the result of the water field analyzing by the Fluent software.

Key words:disc; filter; structure design;

概述

水资源是人类不可替代的重要资源，水污染是世界各国共同关心并探讨解决的问题。污水处理需要使用各种过滤设备，叠片过滤器与其他过滤装置相比，具有过滤精度高、截留杂质的能力强、使用寿命长等优点，因此被广泛应用于工业污水处理、农业灌溉系统等领域中。

叠片是叠片过滤器中一个非常关键的部件，它是两边刻有大量一定微米尺寸沟槽的塑料圆环薄片。由一系列这样结构的塑料片叠压在内撑上并压紧，叠片之间的沟槽交叉，从而制造出拥有一系列独特过滤通道的深层过滤单元。本文主要介绍了在设计过滤叠片时应注意的问题：包括过滤精度计算、叠片不同沟槽截面尺寸对过滤效果的影响等。通过理论计算和软件分析，找到一种制造成本较低、过滤效率高且易于清洗的较佳叠片形状和结构方式。

2、过滤叠片的设计要点

（1）目数的定义：一般定义是指在1英寸*1英寸的面积内的筛网，物料能通过该筛网，筛网的孔数即定义为目数。

对于叠片滤芯这种立体结构的过滤单元，双面三角形沟槽叠片的目数可以由定义等效的引申得到：

其中：m-叠片的数目ｎ叠片单面上沟槽数量ｔ叠片的厚度ｄ0—圆环叠片的内径

（2）过流量的计算

在过滤面积一定的情况下，过流量跟过滤精度密切相关，过滤精度越高，单位时间的流量就越少。一般情况下，只要给定过滤精度和滤芯尺寸，就可以推算出过滤系统的过流量。

其中：a-沟槽的宽度b-沟槽的深度n-每块叠片单面上沟槽的数量m-叠片的数目

q-单位滤槽表面积过流量

3、叠片结构对过滤效果的影响

三角形沟槽是叠片设计中最常用的滤槽结构方式，三角形沟槽的开口角度、沟槽的深度等因素，对叠片滤芯的过滤精度和效率、压力损耗、水流速度变化等有很大的影响。其中，三角形的开口角度对过滤效果有很大的影响，下面我们来讲述一下。

为了找出最合适的角度，对相同精度的三角形沟槽叠片进行模拟分析，选择3种情况：

L=100um，α=30°，h=187um;

L=100um, α=60°，h=87um;

L=100um, α=120°，h=29um;

其中，L是过滤槽的宽度；α为槽的开口角度；h为过滤槽的深度。

假设过滤液由外向内流过过滤通道，使用流体力学分析软件Fluent中的多相流混合模型，将3种工况叠片的模型网格导入Fluent中，定义流体的物理性质，然后设定边界条件，可得到模拟计算后的结果如图1所示：

图1：不同角度沟槽混合液压力和水速度曲线图

通过对比过滤精度相同、但开口角度不同的的叠片的混合液压力曲线图，我们可以看出：在相同的条件下，流经60度叠片的水流压力梯度变化相对均匀，并且在相同截面处压力损失比其他叠片要小。

各个模型的水速度曲线图表明，在相同的条件下，相同截面处60度模型速度的变化范围明显小于其他模型。

4、过滤叠片结构的优化

（1）圆环状沟槽过滤叠片

由于三角形沟槽的叠片模具加工相对复杂，且过滤线的长度短。假如将叠片的一面做成”S”形的连续突台，另一面做成同心圆环形沟槽，不仅能增加过滤线的长度和交叉点的数量，而且大大减低模具加工的费用和时间。

（2）锥形三角形过滤叠片

双面三角形滤槽叠片堆叠时容易错位，杂质就在滤芯内部的错位叠片上堆积，造成网孔的堵塞。同时因为叠片与水流方向成交角，导致反冲洗时不彻底。锥形三角形过滤叠片具有独特的锥形角，利用顺水流方向的反冲洗，能更有效的清洗过滤器内的杂质。同时，锥形叠合，叠片的内外侧自动对齐，叠层内外侧光滑，减少了杂质在滤芯内部的堆积造成网孔的堵塞。

5、结语

在叠片过滤器过滤叠片的设计过程中，要根据系统的综合因素选择叠片过滤槽的形式和结构。模拟混合液的流场分析结构告诉我们，叠片结构对过滤效果主要的影响因素有：沟槽的开口角度、沟槽的宽度和沟槽的方向等。在实际的开发设计过程中，要结合系统的过流量、过滤精度、工作压力，还有模具开发成本等条件来选择合适的叠片结构。锥形过滤叠片有其独特的优势，在突破某些技术难点后必然会得到广泛的应用。

参考文献

[1] 王福军. 计算流体动力学分析—CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2004.

[2] 杨景芳.流体力学基础[M].大连：大连理工大学出版社，1994.

[3] 丁启圣，王唯一等.新型实用过滤技术.北京：冶金工业出版社，2000.