introductory

Plate and frame filter presses是一種問歇操作的加壓過濾設備，由交替的方形濾框和濾板組成，框與板之間緊夾著濾布。當主油缸活塞杠伸出、壓緊濾板并形成全部濾室，每個濾框被左右兩塊濾板夾住，形成一組濾室。廣泛應用于冶金、化工、制藥、煤炭等工業部門，以濾布為過濾介質，作為對含有不同濃度過濾介質的固液二相分離。濾板是板框式filter press主要的過濾部件，由于板框式壓濾機是間歇操作的，需要不斷的加載和卸載，使得濾板承受疲勞載荷，加之承載環境較差，濾板在使用中，在不同程度上存在斷裂現象，即“炸板”。

炸板的主要原因有以下幾個方面

1)中央進料口堵塞，造成板的兩側壓力加大引起板彎曲。

2)除去生產質量不合格的因素外，在濾板的設計上存在諸如結構尺寸不合理不能滿足承載要求，凸臺和開孑L的位置不當引起局部的應力集中等問題。

3)壓濾機整體結構的因素。例如大梁承載后因剛度不夠而容易向下彎曲，這樣濾板就會受力不均，且下部可能出現張口，過濾時漏液，使得濾板兩側形成壓差。

4)生產過程中具體操作不當。例如操作人員違反操作規程，以及卸渣時對濾板的檢查清理不夠，都容易造成濾板問壓差過大。從而造成斷裂損壞。

壓濾板的受力分析

雖然導致濾板斷裂的原因很多，但其根本原因是濾板所承受的兩邊壓力不相同，出現了壓力差，此時濾板就會受到側壓力。濾板受到了側壓力，就會產生內應力，如果內應力大于濾板材料的許用應力時，濾板中間部位的板芯就會開裂損壞。本文采用常規經驗公式、彈性力學的變分法和使用有限元軟件ANsYA9．0分別對壓濾板的受力情況進行分析和比較。

濾板受力情況分析

濾板的四側邊框較厚，中間部位是帶有淺槽(瀝水槽)的板芯，板芯厚度比板框小，每塊濾板被左右兩塊濾板框緊緊夾住，對于濾板中間部位的板芯來說，可視為周邊固定。當濾板受到側壓力時，濾板材料為聚丙烯，其剛度、強度均優于其它塑料，且具有無毒、質量輕、耐酸堿等特點。由生產廠家對其進行物理性能與力學性能測試…，密度為0．9989/m3，硬度為4．7N/mm2，拉伸強度為35．6MPa，彈性模量為1700MPa，泊松比為0．4，屈服極限38MPa。

用簡化公式計算

濾板的最大應力和最大擾度從壓力平衡的觀點來講，壓濾機濾板兩側受力應當相等，但實際上并不如此，尤其在壓濾機剛開始時，濾板兩側所受壓力不相同，存在有側壓力，則濾板所受的彎曲載荷為濾板兩側的壓強。

用變分法計算

板的擾度壓濾板的厚度尺寸比板的長度與寬度尺寸小很多，屬于薄板范疇，可以用彈性力學方法進行分析。

有限元分析

由于軟件與Ansys有限元軟件具有無逢連接功能，所以濾板的模型在Pr0/e中建立。然后倒入Ansys中建立濾板的有限元模型。采用solid單元對濾板進行網格劃分，在建立有限元模型的過程中，忽略了對計算結果影響不大的結構特征。

使用Ansys9.0求解后的濾板應力云圖，從圖中可知最大應力發生在濾板兩側，這是由于側壓力產生的彎曲造成的。最大應力為11.8MPa。濾板的最大位移發生在濾板的中央，最大擾度為17.6mm。

reach a verdict

1.上述三種方法對濾板進行力學分析都是可行的：

(1)簡化公式計算比較快捷，但對實際情況簡化較多，有較大誤差。

(2)彈性力學變分法求解起來比較困難，并且它要求濾板的形狀規則，計算結果是比較精確的。但是遇到形狀復雜的濾板，彈性力學的方法便無能為力了。

(3)用有限元軟件Ansys對濾板進行力學分析是比較好的一種方法，可以計算較復雜的情況。但是邊界條件很難把握，并且網格質量都會影響計算結果。

2.簡化公式法計算出的最大應力和最大變形量偏大，有限單元法計算結果偏小，變分法的計算結果居中，但是三種方法對濾板的計算結果是比較接近的，變形量的最大偏差小于10％，以上三種方法可以互相驗證，根據濾板的實際情況靈活應用。

3.為了防止壓濾板損壞可采用以下具體措施

(1)設計濾板厚度及選用材料時，要充分考到側壓力的影響；

(2)提高濾框濾板的加工質量，降低各濾室空間差異；

(3)濾液在過濾時須攪拌均勻；

(4)在卸料時要及時把濾渣清除干凈。

4.對濾板采用不同方法進行結構分析計算及其比較探討，可為壓濾機設計、制作提供較實用的設計依據，也為今后的進一步研究奠定了一定的基礎。