反冲洗过滤器结构优化设计

陈增贺 薛 冉

（山东华新建筑工程集团有限责任公司，泰安 271200）

液体过滤是工业生产和日常生活中一个必不可少的环节。反冲洗过滤器作为一种先进的过滤设备，在工业、商业和居民用水等领域应用广泛，在保护机械设备、提高产品质量、保障生产安全等方面发挥着重要作用[1]。它具有高效、自动化和可维护性高等优点，成为处理水质问题的重要工具，在循环水系统、给水处理中扮演着不可或缺的角色，能够有效提高水质、节约用水和减少环境污染。

随着社会经济的发展和人们环境保护意识的增强，社会对水质问题的关注度不断提高，对反冲洗过滤器性能和效率的要求也日益严格。反冲洗过滤器的性能主要取决于其结构、材料、工艺等。其中，结构是决定反冲洗过滤器性能的关键因素，通过优化结构可以显著提高设备的过滤效率、过滤精度、反冲洗效果等。反冲洗过滤器的结构优化设计，需要充分考虑实际需求。通过研究反冲洗过滤器结构，可以为工程技术实践提供重要的理论指导和技术支持，推动反冲洗过滤器在水质问题处理和环境保护中的应用。

1 反冲洗过滤器的性能要求

反冲洗过滤器的应用范围广泛，适用于各种工业用水、生活用水、游泳池水等循环水系统，可广泛应用于化工、石油、钢铁、造纸等行业[2]。由于采用了优质的材料和先进的制造工艺，反冲洗过滤器具有较长的使用寿命，在正常使用和维护的情况下，能保证长期稳定运行。

反冲洗过滤器的性能参数包括过滤精度、压强损失、排污能力、反冲洗时间、流量、工作温度和压强、材质、防腐性能、可靠性以及维护成本。过滤精度通常为5～1 000 μm，压强损失保持在0.1～0.5 MPa，排污速度为100～5 000 m3·h-1，反冲洗时间一般为10～30 min，流量为50～2 000 m3·h-1，工作温度和压强范围需要根据实际需求确定，工作温度通常为0～80 ℃，工作压强通常为0.0～1.0 MPa。反冲洗过滤器常见的材质包括不锈钢、碳钢等，设备应能在腐蚀性环境中使用，保证长期稳定运行，具有10 年以上的使用寿命。综合考虑这些性能要求，确保过滤器能够正常运行并达到良好的过滤效果。

2 智能控制反冲洗过滤器的优势与不足

目前，市场上的智能控制反冲洗过滤器呈现出一种普及化、多样化、高效化的趋势。由于其在实际应用中展现出自动化与高效过滤的优势，迅速成为市场主流产品。这种过滤器能够自动检测水质，根据水质情况进行自动排污和反冲洗操作，不仅能有效去除水中的杂质和污染物，而且能节省水资源和降低能耗，符合现代社会对环保和可持续发展的要求[3]。

虽然智能控制反冲洗过滤器在实际应用中展现诸多优势，但是它仍然存在一定的缺陷和不足。首先，初始购置成本较高，且维护保养成本远大于传统机械结构的反冲洗过滤器。其次，对过滤介质有特定要求，用户需要选择适合的介质以保证其过滤效果和使用寿命。再次，尽管反清洗功能是其一大亮点，但是清洗时间相对较短，可能导致清洗不够彻底。最后，滤网无须替换虽然降低了维护成本，但是可能导致滤网堵塞或能效下降。

3 结构优化设计

基于智能化反冲洗过滤器在实际应用中的不足，从其机械结构优化角度出发，设计一种纯机械且可自动化冲洗的过滤器。该过滤器由涡轮机构、无级变速机构、星轮机构、凸轮滑块机构、过滤器和弯管组成，如图1 所示。通过对反冲洗过滤器的机械结构进行优化，使其具有原水过滤和滤芯自动清洗排污的功能，以及成本低、集成度高、可靠性高和能适应流体速度自动冲洗等优点。

图1 整体结构

3.1 涡轮结构设计

涡轮结构主要由壳体、涡轮、涡轮杆及其他附件组成。涡轮设计依据流体动力学原理，当流体通过涡轮时，作用在涡轮叶片上使其旋转。涡轮转速会随着流体流速的增大而提高[4]。涡轮杆连接涡轮和无级变速机构，并将涡轮产生的旋转运动传递给无级变速机构。流体在约束下从涡轮机构入口进入，从出口排出进入弯管。

3.2 无级变速结构设计

图2 为无级变速结构，主要由2 个带轮和1 个中间皮带组成。无级变速机构基于无级变速传动原理设计。该变速器与普通自动变速器的最大区别在于，其省去了复杂、笨重的齿轮组合变速传动，只用2 组带轮进行变速传动，通过改变驱动轮与从动轮传动带的接触半径进行变速，然后将旋转运动传递给星轮机构。

图2 无级变速结构

3.3 星轮结构设计

星轮结构主要由齿圈、输出轴、行星架及行星轮组成，如图3 所示。星轮的作用是放大由星轮机构传输来的扭矩，驱动凸轮滑块机构动作。

图3 星轮结构

3.4 凸轮滑块结构设计

凸轮滑块结构主要由凸轮、凹槽、保持架及滑块组成，如图4 所示。凸轮在星轮机构传递来的扭矩的作用下进行旋转运动。凸轮靠近滑块面加工有凹槽。凹槽随着凸轮的旋转，控制滑块做往复运动。滑块靠近保持架一侧有排液孔，排液孔随滑块做往复运动。

图4 凸轮滑块结构

3.5 过滤器结构设计

过滤器结构主要由滤网和壳体组成，如图5 所示。滤网呈圆柱形，安装在壳体顶端，通过密封件与壳体连接[5]。壳体顶端有排液孔，当滑块上的排液孔通过往复运动与壳体上的排液孔不重合时，液体经弯管流入壳体，壳体约束液体经过滤网以过滤杂质，过滤后的液体通过壳体出口排出；当滑块上的排液孔通过往复运动与壳体上的排液孔重合时，壳体内部与外界连通，滤网内的杂质随未过滤的液体排出，达到冲洗滤网的目的。

图5 过滤器结构

3.6 工作原理

流体从入口进入涡轮机构后，涡轮随着流体的经过而转动并产生扭矩。涡轮机构将扭矩传递给无级变速机构。流体从涡轮机构出口流出，经过弯管进入过滤器进行过滤。无级变速机构在扭矩的作用下，带动无级变速箱内部转动，其转速比根据转速的增大而增大。无级变速机构将扭矩传递给星轮机构，星轮机构将扭矩放大，用于驱动凸轮滑块机构。星轮机构的转速随着无级变速机构传递来的转速的变化而变化。凸轮滑块机构中的凸轮在扭矩的作用下旋转，进而控制滑块做往复运动。过滤器通过滑块的往复运动，重复进行过滤网内杂质的冲洗、排放，重复的快慢由流体速度决定。

4 结语

通过优化反冲洗过滤器的结构，提高了设备的性能和效率，降低了能耗和维护成本，同时提升了设备的可靠性，延长其使用寿命，为用户提供了更好的使用体验。未来，随着技术的不断进步和创新，反冲洗过滤器将面临越来越多的挑战和机遇，因此需要持续进行理论研究和技术创新，以满足不同领域的水质处理需求。