一种智能清洁压滤机及其清洁方法

技术领域

本发明涉及一种压滤机及其清洁方法，具体涉及一种智能清洁压滤机及其清洁方法，属于压滤机技术领域。

背景技术

现有技术中，压滤机的滤室通常是由相邻两块凹陷的滤板构成，其主要优点是更换滤网或者滤布较为方便，但存在过滤效率低、效果不理想以及滤板易损坏等缺点。

第一，在压滤机完成固液分离后，打开滤板，位于两个滤板之间的滤饼便可被卸下，但是随着长时间使用，滤板两侧的滤网会残留部分滤渣，若滤网一旦被堵塞，则会影响滤液穿过，从而影响固液分离效果，因此，在打开滤板卸下滤饼后，需要对滤板两侧的滤网及时进行清洁，现有技术中的压滤机并不配备主动清洁装置，清洁滤网的步骤影响压滤机的整体生产效率。

第二，由于压滤机内滤板的工作环境恶劣，滤板服役过程中受到滤料、水流的高速高压冲刷以及滤板两侧压力不均衡等负面影响，易出现不同程度的损伤。若不及时更换损坏的滤板，则可能会对整个压滤机造成进一步的损伤。然而在实际生产中，无法实时掌握滤板的受损情况，仅能依靠操作人员的经验排查损坏的滤板。

发明内容

基于以上背景，本发明的目的在于提供一种智能清洁压滤机，实时可靠的监测压滤机内滤板的堵塞情况和健康状态，并根据滤板堵塞情况智能清洁滤板，以及根据滤板健康状态及时报警。

本发明的另一目的在于提供一种上述智能清洁压滤机的清洁方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种智能清洁压滤机，包括压滤机本体、清洗单元和监测单元；

所述压滤机本体包括第一驱动件、至少两个支撑板和若干滤板，所述滤板可滑动的设置在至少两个支撑板之间，所述第一驱动件与其中一个支撑板固定连接，第一驱动件用于驱动滤板进行相对于支撑板的滑动；

所述清洗单元包括清洗支架、滑板、第二驱动件和若干清洗管，所述清洗支架两端分别与至少两个支撑板固定连接，所述滑板可滑动的设置在清洗支架两端之间，且所述滑板的滑动方向垂直于所述滤板的滑动方向，所述第二驱动件与清洗支架固定连接，第二驱动件用于驱动滑板进行相对于清洗支架的滑动，若干所述清洗管固定设置在滑板底部，且若干清洗管沿滤板排列方向间隔设置，每个清洗管位于相邻两个滤板之间，所述清洗管的两侧均设有若干沿清洗管延伸方向间隔排列的喷头；

所述监测单元包括光纤光栅传感模块和控制模块，所述光纤光栅传感模块用于监测滤板的应力变化及温度变化，所述控制模块分别与所述光纤光栅传感模块和所述清洗单元电性连接，控制模块用于根据光纤光栅传感模块监测的滤板的应力变化和温度变化判断滤板的堵塞情况和应变损伤，并当堵塞情况超过第一预设阈值时启动清洗单元清洗滤板，以及当应变损伤超过第二预设阈值时进行报警。

作为优选，所述压滤机本体还包括推板、止动板和若干固定柱，所述推板与所述第一驱动件的输出端固定连接，所述止动板与远离第一驱动件的一个支撑板固定连接，若干所述固定柱设置在至少两个支撑板之间，固定柱的两端分别与至少两个支撑板固定连接，推板和滤板均套设于固定柱外部。

作为优选，所述固定柱的数量为三个，其中两个固定柱分别贯穿邻近滤板一侧的滤板上部和滤板下部，其中另一个固定柱贯穿邻近滤板另一侧的滤板下部。

作为优选，所述清洗支架包括主支架和固定座，所述主支架沿滤板排列方向延伸，所述固定座的延伸方向垂直于主支架的延伸方向，固定座表面设有滑槽，所述滑槽底部凹陷形成贯穿固定座的通槽，所述滑板能够沿滑槽滑动，滑板底部设有管架，清洗管顶端通过管架与滑板底部固定连接。

作为优选，所述固定座表面还设有若干限位块，所述限位块相对设置且分别位于固定座两端，至少部分所述限位块位于所述滑槽上方，所述滑板位于相对设置的限位块之间。

作为优选，所述清洗单元还包括水泵和进水管，所述清洗管内设有进水通道，所述水泵通过进水管连通每个清洗管的进水通道，每个喷头均与进水通道连通。

作为优选，所述光纤光栅传感模块包括光源、外贴式光纤光栅传感器、光纤耦合器和光纤光栅解调仪，所述光源产生的连续调频激光信号通过引线进入外贴式光纤光栅传感器的光纤光栅，所述外贴式光纤光栅传感器均匀间隔的分布于滤板的外框上，所述外贴式光纤光栅传感器通过光纤依次连接光纤耦合器和光纤光栅解调仪。

作为优选，所述外贴式光纤光栅传感器用于根据波长变化而监测被测物的应力变化及温度变化，所述波长变化的计算采用以下数学表达式：

式中，ε为应变，p

作为优选，所述控制模块包括智能分析子模块、堵塞分析反馈子模块、健康预警子模块和显示子模块，所述智能分析子模块用于构建运行滤板力学仿真模型及将分析数据传输给堵塞分析反馈子模块和健康预警子模块，所述堵塞分析反馈子模块用于设定第一预设阈值、加载分析堵塞数据及启动清洗单元，所述健康预警子模块用于设定第二预设阈值和监测应变损伤并进行报警。

一种上述智能清洁压滤机的清洁方法，该方法包括以下步骤：

构建滤板力学仿真模型，分析滤板工作时的受力状态，找出位于滤板外框的应力变化敏感点，根据应力变化敏感点确定光纤光栅传感模块的布设位置及布设方向，并收集滤板的材料学数据、历史工况数据、以及结合实验数据模拟发生不同类型以及不同部位的损伤时滤板各部位的应变，建立滤板损伤数据库；

使用热固性树脂将光纤光栅传感模块的外贴式光纤光栅传感器粘贴于滤板外框的布设位置；

运行智能清洁压滤机，通过光纤光栅传感模块持续采集滤板的应力变化和温度变化，从而判断滤板的堵塞情况，当堵塞情况超过第一预设阈值时启动清洗单元清洗滤板；

根据滤板的应力变化和温度变化，确定滤板的实时应变场和温度场，结合滤板损伤数据库，判断滤板的应变损伤，预测滤板的剩余寿命，当应变损伤超过第二预设阈值时进行报警。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的一种智能清洁压滤机，根据监测的滤板堵塞情况智能清洁滤板，其清洗单元的清洗管能够稳定的插入相邻两个滤板之间，对滤板进行移动式冲刷清洗，提升清洗效果；

本发明采用外贴式光纤光栅传感器，可在现有滤板成品上直接粘贴布排，无需重新设计模具及成型工艺，方便对现有压滤机成品的改造，能够快速应用于不同型号规格和用途的滤板，实现实时可靠的监测压滤机内滤板的堵塞情况和健康状态；

本发明通过监测滤板边框的应变与温度情况，能够建立整体的应变温度场，并利用模型进行展示，且根据健康状态进行及时预警，有效避免了滤板损坏可能导致的财产损失，同时提高了设备的应用效率，具备显著的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明智能清洁压滤机的内部结构示意图；

图2是本发明智能清洁压滤机的局部立体结构示意图；

图3是本发明中监测单元的示意图；

图4是本发明智能清洁压滤机的实施流程图；

图5是本发明中监测单元的应变测试结果图；

图6是本发明中监测单元的温度测试结果图；

图7是本发明中滤板在仿真软件的实时可视化图。

图中：1、第一驱动件；2、支撑板；3、滤板；4、推板；5、止动板；6、固定柱；7、集液槽；8、清洗支架；9、滑板；10、第二驱动件；11、清洗管；12、管架；13、喷头；14、光纤光栅传感模块；15、智能分析子模块；16、堵塞分析反馈子模块；17、健康预警子模块；18、显示子模块；801、主支架；802、固定座；803、滑槽；804、通槽；805、限位块；1001、驱动电机；1002、齿轮。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明，均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件，其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。

以下结合附图对本发明的实施例做出详细说明，在下面的详细说明中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本发明的实施例的全面理解。然而，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被本领域技术人员所实施。

如图1所示，本发明的实施例公开了一种智能清洁压滤机，包括压滤机本体、清洗单元和监测单元，压滤机本体用于固液分离，清洗单元用于清洗残留于滤板3上的滤渣，监测单元用于监测滤板3情况和进行控制。

压滤机本体包括第一驱动件1、两个支撑板2和多个滤板3。滤板3可滑动的设置在两个支撑板2之间，相邻滤板3的外侧壁通过钢索锁链连接，从而限制滤板3的最大行程。第一驱动件1为液压缸，第一驱动件1与其中一个支撑板2固定连接，第一驱动件1用于驱动滤板3进行相对于支撑板2的滑动。两个支撑板2之间的底部设置集液槽7，用于收集压滤过程中流出的滤液。

压滤机本体还包括推板4、止动板5和三个固定柱6，推板4与第一驱动件1的输出端固定连接，止动板5与远离第一驱动件1的一个支撑板2固定连接。三个固定柱6设置在两个支撑板2之间，每个固定柱6的两端分别与两个支撑板2固定连接，推板4和滤板3均套设于固定柱6外部。三个固定柱6支撑滤板3，保证了滤板3的稳定移动。其中两个固定柱6分别贯穿邻近滤板3一侧的滤板3上部和滤板3下部，其中另一个固定柱6贯穿邻近滤板3另一侧的滤板3下部。这样的设计方便清洗单元从滤板3侧部进入两个滤板3之间的空间，从而对滤板3进行清洗。

如图2所示，清洗单元包括清洗支架8、滑板9、第二驱动件10和多个清洗管11。清洗支架8两端分别与两个支撑板2固定连接。清洗支架8包括主支架801和固定座802，主支架801沿滤板3排列方向延伸，固定座802的延伸方向垂直于主支架801的延伸方向，固定座802表面设有滑槽803，滑槽803底部凹陷形成贯穿固定座802的通槽804，滑板9能够沿滑槽803滑动，滑板9底部设有管架12，清洗管11顶端通过管架12与滑板9底部固定连接。滑板9可滑动的设置在清洗支架8两端之间，且滑板9的滑动方向垂直于滤板3的滑动方向。固定座802表面还设有四个限位块805，限位块805两两相对设置且分别位于固定座802两端，至少部分限位块805位于滑槽803上方，滑板9位于相对设置的限位块805之间，从而防止滑板9脱离滑槽803，提升滑动稳定性。

第二驱动件10与清洗支架8固定连接，第二驱动件10用于驱动滑板9进行相对于清洗支架8的滑动。第二驱动件10包括驱动电机1001和固定连接驱动电机1001输出端的齿轮1002，滑板9表面设有齿牙，从而与齿轮1002能够啮合配合。

清洗管11的数量根据滤板3数量设置，若滤板3数量为N，则清洗管11数量为N-1，多个清洗管11固定设置在滑板9底部，且多个清洗管11沿滤板3排列方向间隔设置。每个清洗管11位于相邻两个滤板3之间。每个清洗管11的两侧均设有多个沿清洗管11延伸方向间隔排列的喷头13。清洗单元还包括水泵和进水管，清洗管11内设有进水通道，水泵通过进水管连通每个清洗管11的进水通道，每个喷头13均与进水通道连通。

清洗时，第二驱动件10驱动滑板9相对于清洗支架8往复运动，从而使每个清洗管11都在两个滤板3之间往复运动，每个清洗管11两侧的多个喷头13喷射水至滤板3冲刷滤渣，实现对于滤板3的清洗。

如图3所示，监测单元包括光纤光栅传感模块14和控制模块。光纤光栅传感模块14用于监测滤板3的应力变化及温度变化。控制模块分别与光纤光栅传感模块14和清洗单元电性连接，控制模块用于根据光纤光栅传感模块14监测的滤板3的应力变化和温度变化判断滤板3的堵塞情况和应变损伤，并当堵塞情况超过第一预设阈值时启动清洗单元清洗滤板3，以及当应变损伤超过第二预设阈值时进行报警。

光纤光栅传感模块14包括光源、外贴式光纤光栅传感器、光纤耦合器和光纤光栅解调仪，光源产生的连续调频激光信号通过引线进入外贴式光纤光栅传感器的光纤光栅，外贴式光纤光栅传感器均匀间隔的分布于滤板3的外框上，外贴式光纤光栅传感器通过光纤依次连接光纤耦合器和光纤光栅解调仪。其中，外贴式光纤光栅传感器用于根据波长变化而监测被测物的应力变化及温度变化，波长变化的计算采用以下数学表达式：

式中，ε为应变，p

其中，外贴式光纤光栅传感器为封装贴片结构，封装贴片以玻璃纤维增强环氧树脂复合材料为基板，内含有光纤光栅及传导光纤，通过真空辅助灌注液态树脂工艺封装而形成坚固的结构。具体的，本实施例中选用碳/酚醛多环氧树脂(T300/648)预浸料作为封装材料，封装工艺流程为：整个固化装置放置于温度变化可控制范围为室温～300℃的温控箱中，按纤维与主轴方向分别为0°，α，0°，0°，α，0°把预浸料裁剪成6块40mm×15mm的片状，先将0°，α，0°角度的3块铺好压实，平铺放在阴模板上，然后把光纤光栅一端熔接上一段光纤，通过温控箱的温度计插孔接入到光谱仪，从而监测整个制作过程中的波长变化和形状。光纤光栅的外层套上两段塑料保护套，两段保持约2cm的距离，将裸栅部分铺放在预浸板上，保证光纤光栅与预浸板的纤维0°方向严格一致，再在上面铺一层同样已经按0°，α，0°铺层顺序铺好压实的预浸板，整个预浸料铺层顺序依次按0°/α/0°/0°/α/0°方式铺好压实。其中0°表示与光栅同向的预浸板纤维主轴(纵轴)方向，α表示预浸料碳纤维与光栅的夹角。此时两个夹具固定于光栅的两端，对光栅进行张拉。按照上述方式铺放在阴模压实后，温控箱开始加温到80～100℃进行预热，预热时间为30～60min左右。接着把阳模压紧预浸料，同时加压加温到120℃左右预压，保温时间为60min左右。预压过后加全压(3个标准大气压)并升温，升温到170℃左右热压固化，保温时间60～120min，自然冷却后进行脱模，把封装好的传感器裁剪，打磨成40mm×10mm的片状，再对边缘进行加工处理。

控制模块包括智能分析子模块15、堵塞分析反馈子模块16、健康预警子模块17和显示子模块18，智能分析子模块15用于构建运行滤板3力学仿真模型及将分析数据传输给堵塞分析反馈子模块16和健康预警子模块17，堵塞分析反馈子模块16用于设定第一预设阈值、加载分析堵塞数据及启动清洗单元，健康预警子模块17用于设定第二预设阈值和监测应变损伤并进行报警。

该智能清洁压滤机的具体实施流程如图4所示，实施流程包括以下步骤：

安装压滤机本体、清洗单元和部分监测单元；

确定滤板3监测部位并建立力学仿真模型，使用力学仿真软件进行分析，并结合FE-SAFE、PreSys等软件进行疲劳分析，确定光纤光栅传感器的布设位置及方向，以及结合实验数据建立滤板3的损伤指纹库；

使用热固性树脂，如环氧树脂或不饱和聚酯，将光纤光栅传感器粘贴于滤板3边框，选择适当的光纤连接光纤光栅传感器、光源、光纤光栅解调仪以及光纤耦合器；

加载滤板3损伤分析软件和滤板3损伤数据库，调试通信与数据交换，连接服务端计算机与光纤光栅解调仪，确保有效通信；

加载滤板3三维模型，提取力学仿真模型映射关系；

设置第一预设阈值和第二预设阈值，准备完毕。

使用前，可先进行应变测试和温度测试，应变测试的条件为，光纤采用通信用单模光纤，光栅接头采用通用的光纤FC/APC跳线头，中心波长识别与采集系统采用武汉理工光科公司生产的光纤布喇格光栅解调仪(BGD-4L20)，其主要技术指标为：波长分辨率为10-12，扫描范围为1285～1315nm，扫描频率为50Hz，测试结果如图5所示。温度测试的条件为，温度控制设备使用了重庆万达仪器有限公司生产的WGD-4005型数显电热高低温试验箱，温度波动范围1℃，温控范围为-40～150℃，波长解调则同时使用解调仪和光谱仪(ANDO AQ-6317B)读取峰值波长值，光谱仪起监测作用。温度变化从20℃升温至60℃，然后降温到20℃为一个循环。温度每变化10℃记录一个反射波长值，测试结果如图6所示。将图5和图6的测试结果导入力学仿真软件，即可实现如图7所示的滤板3应变及温度的实时可视化。

本发明的实施例还公开了一种上述智能清洁压滤机的清洁方法，该方法包括以下步骤：

构建滤板3力学仿真模型，分析滤板3工作时的受力状态，找出位于滤板3外框的应力变化敏感点，根据应力变化敏感点确定光纤光栅传感模块14的布设位置及布设方向，并收集滤板3的材料学数据、历史工况数据、以及结合实验数据模拟发生不同类型以及不同部位的损伤时滤板3各部位的应变，建立滤板3损伤数据库；

使用热固性树脂将光纤光栅传感模块14的外贴式光纤光栅传感器粘贴于滤板3外框的布设位置；

运行智能清洁压滤机，通过光纤光栅传感模块14持续采集滤板3的应力变化和温度变化，从而判断滤板3的堵塞情况，当堵塞情况超过第一预设阈值时启动清洗单元清洗滤板3；

根据滤板3的应力变化和温度变化，确定滤板3的实时应变场和温度场，结合滤板3损伤数据库，判断滤板3的应变损伤，预测滤板3的剩余寿命，当应变损伤超过第二预设阈值时进行报警。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。