动静环式螺旋挤压过滤机的有限元分析李博范德顺*(北京化工大学机电工程学院，北京100()29)摘要：为验证动静环式螺旋挤压过滤机的可行性及其优点，运用ANSYS、CFX有限元软件对动静环式螺旋挤压过滤机结构的承载特点及过滤流场进行模拟。结果表明，相比较于传统滤网结构螺旋挤压过滤机，动棘环式螺旋挤压过滤机可以右效地避免过滤堵塞，实现自淸洗;提高了过滤间隙的流体速度，而且随物料黏度的提崗，流速增加趋势越明显。关键词：动静环式；过滤；挤压；有限元中图分类号：TK051引言螺旋挤压过滤机利用压差过滤原理对物料进行固液分离，其特性具有结构简单紧凑、连续操作、压榨力大、动力消耗小、脱水效果好、占地面积小、安装简便维护成本低等优点，广泛的运用于各个行业的固液分离和脱水，特別是造纸、制糖、食品加工、农场废料利用转化、塑料循环再利用等行业门3。但传统螺旋挤压过滤机在处理黏性较大带有颗粒的物料,特别是纤维性物料时，滤网容易被堵塞,导致过滤中断。Toyokazu等发明了一种新型的螺旋挤压过滤机⑷，在原有螺旋挤压设备的基础上进行了改进，采用动静环式转鼓结构代替常见固定式滤网结构。本文针这种动静环式螺旋挤压过滤机,结合过滤理论56〕及有限元数值模拟"8,对动静环式螺旋挤压过滤机结构的承载特点及过滤流场进行模拟，验证这种结构的可行性,分析动静环结构在克服过滤堵塞上的作用•及其对过滤机流速的影响。1动静环式螺旋挤压过滤机结构及特点1.1动静环螺旋挤压过滤机的结构动静环式螺旋挤压过滤机包括多个固立环和多个浮动坏,它们交替叠放构成大致水平延伸的阵列,组成滤筒⑷。滤浆从入料口进入后受到螺旋叶片的推送而向滤饼出口移动，压力不断增大。静环片收稿日期:2008-1()-13第一作者：男，1984年生，硕上生弟通讯联系人E-mail：fandeshijn111@sohii・com与动环片相互间隔，具有一定过滤间隙。静环山拉杆固定，动坏在偏心轴的作用下做偏心圆周运动，静环和动环之间产生有规律的错动。滤浆在压差作用下从该过滤间隙脱水,滤饼从卸料口排出。动静环示意结构如图1所示。(b)侧视图图1动静环螺旋挤压过滤机结构示意图Eig.1Siructurediagramof(hescrewpressfilterwithfixedandmovingringdrums1.2动静环螺旋挤压过滤机的特点普通螺旋挤压设备处理原料为黏性带颗粒流体时，随着过滤过稈的进行,滤网就可能被堵塞。动静环式螺杆挤压过滤机山于动静环间的相对错动，实现了自清洗。动静环螺旋挤压过滤机可以直接对低浓度物料进行过滤，省去了繁杂的预处理过程及设备。机器可实现24h无人运转，工作一段时间只需要用水从外部冲洗，并且使用清洗水暈极少,不需要技术人员作业，维修管理简单。相比较其他常见的挤压过滤设备，如表1所示,动静环式螺旋挤斥过滤机町直接处理低浓度污水,不需要沉降浓缩等预处理,具冇口清洗,低能耗，高效率等优点。表1动静环式螺旋挤压过滤机与常见过滤设备的比鮫Tabic1Comparisonofthecharacteristicsofscrewpressfilterswithfixedandmovingringdrumsandaconventionalfiltrationdevice比鮫项冃动静环式螺旋挤压过滤机带式过滤机离心过滤机低浓度污泥脱水适合不适合不适合浓缩槽的必要性不要必要必要贮存槽的必要性不要必要必要安装空间小规模大规模小规模使用电力少駅多昴多暈：使用涓洗水吊极少駅极多吊少吊噪音絞小较大较人振动较小较大较大维修简单繁朵繁杂24h运转可能不可能不可能静坏片动环片2动静环式过滤机过滤性能分析2.1动静环结构对固体颗粒物料的影响2.1.1动静环结构的承载特点由于过滤物料为固液混合物，固体粒度不均,且黏度较大,容易阻塞过滤间隙。而动静环间相对的错动対物料运动产生明显影响，结合动环运动分3种情况分析,受力情况如图2所示。(1)动坏静止时，可以理解为普通筛网结构，假设固体颗粒刚好通过过滤间隙，固体颗粒要克服最大静摩擦力"，需满足关系式F〉N|〃［+N?卩2其中N1、N2分别为两环片对固体颗粒的正压力，旳、“2则为两环片摩擦系数。图2固体颗粒在动环影响卜•的受力情况Fig.2Stressconditionsforthesolidparticlesunderlheinfluenceofthemovingrings(2)动环运动方向与F同向，固体颗粒运动需满足关系式：F〉N1“...