板框压滤机滤板受力分析计算

引言

板框式压滤机是一种问歇操作的加压过滤设备，由交替的方形滤框和滤板组成，框与板之间紧夹着滤布。当主油缸活塞杠伸出、压紧滤板并形成全部滤室，每个滤框被左右两块滤板夹住，形成一组滤室。广泛应用于冶金、化工、制药、煤炭等工业部门，以滤布为过滤介质，作为对含有不同浓度过滤介质的固液二相分离。滤板是板框式压滤机主要的过滤部件，由于板框式压滤机是间歇操作的，需要不断的加载和卸载，使得滤板承受疲劳载荷，加之承载环境较差，滤板在使用中，在不同程度上存在断裂现象，即“炸板”。

炸板的主要原因有以下几个方面

1)中央进料口堵塞，造成板的两侧压力加大引起板弯曲。

2)除去生产质量不合格的因素外，在滤板的设计上存在诸如结构尺寸不合理不能满足承载要求，凸台和开孑L的位置不当引起局部的应力集中等问题。

3)压滤机整体结构的因素。例如大梁承载后因刚度不够而容易向下弯曲，这样滤板就会受力不均，且下部可能出现张口，过滤时漏液，使得滤板两侧形成压差。

4)生产过程中具体操作不当。例如操作人员违反操作规程，以及卸渣时对滤板的检查清理不够，都容易造成滤板问压差过大。从而造成断裂损坏。

压滤板的受力分析

虽然导致滤板断裂的原因很多，但其根本原因是滤板所承受的两边压力不相同，出现了压力差，此时滤板就会受到侧压力。滤板受到了侧压力，就会产生内应力，如果内应力大于滤板材料的许用应力时，滤板中间部位的板芯就会开裂损坏。本文采用常规经验公式、弹性力学的变分法和使用有限元软件ANsYA9．0分别对压滤板的受力情况进行分析和比较。

滤板受力情况分析

滤板的四侧边框较厚，中间部位是带有浅槽(沥水槽)的板芯，板芯厚度比板框小，每块滤板被左右两块滤板框紧紧夹住，对于滤板中间部位的板芯来说，可视为周边固定。当滤板受到侧压力时，滤板材料为聚丙烯，其刚度、强度均优于其它塑料，且具有无毒、质量轻、耐酸碱等特点。由生产厂家对其进行物理性能与力学性能测试…，密度为0．9989/m3，硬度为4．7N/mm2，拉伸强度为35．6MPa，弹性模量为1700MPa，泊松比为0．4，屈服极限38MPa。

用简化公式计算

滤板的最大应力和最大扰度从压力平衡的观点来讲，压滤机滤板两侧受力应当相等，但实际上并不如此，尤其在压滤机刚开始时，滤板两侧所受压力不相同，存在有侧压力，则滤板所受的弯曲载荷为滤板两侧的压强。

用变分法计算

板的扰度压滤板的厚度尺寸比板的长度与宽度尺寸小很多，属于薄板范畴，可以用弹性力学方法进行分析。

有限元分析

由于软件与Ansys有限元软件具有无逢连接功能，所以滤板的模型在Pr0/e中建立。然后倒入Ansys中建立滤板的有限元模型。采用solid单元对滤板进行网格划分，在建立有限元模型的过程中，忽略了对计算结果影响不大的结构特征。

使用Ansys9.0求解后的滤板应力云图，从图中可知最大应力发生在滤板两侧，这是由于侧压力产生的弯曲造成的。最大应力为11.8MPa。滤板的最大位移发生在滤板的中央，最大扰度为17.6mm。

结论

1.上述三种方法对滤板进行力学分析都是可行的：

(1)简化公式计算比较快捷，但对实际情况简化较多，有较大误差。

(2)弹性力学变分法求解起来比较困难，并且它要求滤板的形状规则，计算结果是比较精确的。但是遇到形状复杂的滤板，弹性力学的方法便无能为力了。

(3)用有限元软件Ansys对滤板进行力学分析是比较好的一种方法，可以计算较复杂的情况。但是边界条件很难把握，并且网格质量都会影响计算结果。

2.简化公式法计算出的最大应力和最大变形量偏大，有限单元法计算结果偏小，变分法的计算结果居中，但是三种方法对滤板的计算结果是比较接近的，变形量的最大偏差小于10％，以上三种方法可以互相验证，根据滤板的实际情况灵活应用。

3.为了防止压滤板损坏可采用以下具体措施

(1)设计滤板厚度及选用材料时，要充分考到侧压力的影响；

(2)提高滤框滤板的加工质量，降低各滤室空间差异；

(3)滤液在过滤时须搅拌均匀；

(4)在卸料时要及时把滤渣清除干净。

4.对滤板采用不同方法进行结构分析计算及其比较探讨，可为压滤机设计、制作提供较实用的设计依据，也为今后的进一步研究奠定了一定的基础。