反沖洗過濾器結構優化設計

陳增賀 薛 冉

（山東華新建筑工程集團有限責任公司，泰安 271200）

液體過濾是工業生產和日常生活中一個必不可少的環節。反沖洗過濾器作為一種先進的過濾設備，在工業、商業和居民用水等領域應用廣泛，在保護機械設備、提高產品質量、保障生產安全等方面發揮著重要作用[1]。它具有高效、自動化和可維護性高等優點，成為處理水質問題的重要工具，在循環水系統、給水處理中扮演著不可或缺的角色，能夠有效提高水質、節約用水和減少環境污染。

隨著社會經濟的發展和人們環境保護意識的增強，社會對水質問題的關注度不斷提高，對反沖洗過濾器性能和效率的要求也日益嚴格。反沖洗過濾器的性能主要取決于其結構、材料、工藝等。其中，結構是決定反沖洗過濾器性能的關鍵因素，通過優化結構可以顯著提高設備的過濾效率、過濾精度、反沖洗效果等。反沖洗過濾器的結構優化設計，需要充分考慮實際需求。通過研究反沖洗過濾器結構，可以為工程技術實踐提供重要的理論指導和技術支持，推動反沖洗過濾器在水質問題處理和環境保護中的應用。

1 反沖洗過濾器的性能要求

反沖洗過濾器的應用范圍廣泛，適用于各種工業用水、生活用水、游泳池水等循環水系統，可廣泛應用于化工、石油、鋼鐵、造紙等行業[2]。由于采用了優質的材料和先進的制造工藝，反沖洗過濾器具有較長的使用壽命，在正常使用和維護的情況下，能保證長期穩定運行。

反沖洗過濾器的性能參數包括過濾精度、壓強損失、排污能力、反沖洗時間、流量、工作溫度和壓強、材質、防腐性能、可靠性以及維護成本。過濾精度通常為5～1 000 μm，壓強損失保持在0.1～0.5 MPa，排污速度為100～5 000 m3·h-1，反沖洗時間一般為10～30 min，流量為50～2 000 m3·h-1，工作溫度和壓強范圍需要根據實際需求確定，工作溫度通常為0～80 ℃，工作壓強通常為0.0～1.0 MPa。反沖洗過濾器常見的材質包括不銹鋼、碳鋼等，設備應能在腐蝕性環境中使用，保證長期穩定運行，具有10 年以上的使用壽命。綜合考慮這些性能要求，確保過濾器能夠正常運行并達到良好的過濾效果。

2 智能控制反沖洗過濾器的優勢與不足

目前，市場上的智能控制反沖洗過濾器呈現出一種普及化、多樣化、高效化的趨勢。由于其在實際應用中展現出自動化與高效過濾的優勢，迅速成為市場主流產品。這種過濾器能夠自動檢測水質，根據水質情況進行自動排污和反沖洗操作，不僅能有效去除水中的雜質和污染物，而且能節省水資源和降低能耗，符合現代社會對環保和可持續發展的要求[3]。

雖然智能控制反沖洗過濾器在實際應用中展現諸多優勢，但是它仍然存在一定的缺陷和不足。首先，初始購置成本較高，且維護保養成本遠大于傳統機械結構的反沖洗過濾器。其次，對過濾介質有特定要求，用戶需要選擇適合的介質以保證其過濾效果和使用壽命。再次，盡管反清洗功能是其一大亮點，但是清洗時間相對較短，可能導致清洗不夠徹底。最后，濾網無須替換雖然降低了維護成本，但是可能導致濾網堵塞或能效下降。

3 結構優化設計

基于智能化反沖洗過濾器在實際應用中的不足，從其機械結構優化角度出發，設計一種純機械且可自動化沖洗的過濾器。該過濾器由渦輪機構、無級變速機構、星輪機構、凸輪滑塊機構、過濾器和彎管組成，如圖1 所示。通過對反沖洗過濾器的機械結構進行優化，使其具有原水過濾和濾芯自動清洗排污的功能，以及成本低、集成度高、可靠性高和能適應流體速度自動沖洗等優點。

圖1 整體結構

3.1 渦輪結構設計

渦輪結構主要由殼體、渦輪、渦輪桿及其他附件組成。渦輪設計依據流體動力學原理，當流體通過渦輪時，作用在渦輪葉片上使其旋轉。渦輪轉速會隨著流體流速的增大而提高[4]。渦輪桿連接渦輪和無級變速機構，并將渦輪產生的旋轉運動傳遞給無級變速機構。流體在約束下從渦輪機構入口進入，從出口排出進入彎管。

3.2 無級變速結構設計

圖2 為無級變速結構，主要由2 個帶輪和1 個中間皮帶組成。無級變速機構基于無級變速傳動原理設計。該變速器與普通自動變速器的最大區別在于，其省去了復雜、笨重的齒輪組合變速傳動，只用2 組帶輪進行變速傳動，通過改變驅動輪與從動輪傳動帶的接觸半徑進行變速，然后將旋轉運動傳遞給星輪機構。

圖2 無級變速結構

3.3 星輪結構設計

星輪結構主要由齒圈、輸出軸、行星架及行星輪組成，如圖3 所示。星輪的作用是放大由星輪機構傳輸來的扭矩，驅動凸輪滑塊機構動作。

圖3 星輪結構

3.4 凸輪滑塊結構設計

凸輪滑塊結構主要由凸輪、凹槽、保持架及滑塊組成，如圖4 所示。凸輪在星輪機構傳遞來的扭矩的作用下進行旋轉運動。凸輪靠近滑塊面加工有凹槽。凹槽隨著凸輪的旋轉，控制滑塊做往復運動。滑塊靠近保持架一側有排液孔，排液孔隨滑塊做往復運動。

圖4 凸輪滑塊結構

3.5 過濾器結構設計

過濾器結構主要由濾網和殼體組成，如圖5 所示。濾網呈圓柱形，安裝在殼體頂端，通過密封件與殼體連接[5]。殼體頂端有排液孔，當滑塊上的排液孔通過往復運動與殼體上的排液孔不重合時，液體經彎管流入殼體，殼體約束液體經過濾網以過濾雜質，過濾后的液體通過殼體出口排出；當滑塊上的排液孔通過往復運動與殼體上的排液孔重合時，殼體內部與外界連通，濾網內的雜質隨未過濾的液體排出，達到沖洗濾網的目的。

圖5 過濾器結構

3.6 工作原理

流體從入口進入渦輪機構后，渦輪隨著流體的經過而轉動并產生扭矩。渦輪機構將扭矩傳遞給無級變速機構。流體從渦輪機構出口流出，經過彎管進入過濾器進行過濾。無級變速機構在扭矩的作用下，帶動無級變速箱內部轉動，其轉速比根據轉速的增大而增大。無級變速機構將扭矩傳遞給星輪機構，星輪機構將扭矩放大，用于驅動凸輪滑塊機構。星輪機構的轉速隨著無級變速機構傳遞來的轉速的變化而變化。凸輪滑塊機構中的凸輪在扭矩的作用下旋轉，進而控制滑塊做往復運動。過濾器通過滑塊的往復運動，重復進行過濾網內雜質的沖洗、排放，重復的快慢由流體速度決定。

4 結語

通過優化反沖洗過濾器的結構，提高了設備的性能和效率，降低了能耗和維護成本，同時提升了設備的可靠性，延長其使用壽命，為用戶提供了更好的使用體驗。未來，隨著技術的不斷進步和創新，反沖洗過濾器將面臨越來越多的挑戰和機遇，因此需要持續進行理論研究和技術創新，以滿足不同領域的水質處理需求。