利用旋扣式結構實現長金屬濾袋對接

黃武振　黃雪鵬　李泱　童欣　黃煌輝　張翔

【摘 要】近年來，隨著我國對金屬材料的深入研究，在煤化工、冶金等行業，金屬濾袋被廣泛使用。隨著電袋技術在煤電行業的快速發展，人們也慢慢開始探索將長金屬濾袋運用于煤電行業的電袋除塵器中。金屬濾袋不可折疊，因此各節的濾袋與袋籠必須在廠內整體焊接成型再運往現場對接安裝。當前，金屬濾袋的對接采用螺紋，容易造成螺紋卡死和同軸度等問題，而法蘭盤對接，因為螺栓數量多，導致效率不高。為了解決這一系列問題，特提出利用旋扣式結構來實現長金屬濾袋的對接。

【關鍵詞】長金屬濾袋；同軸度；方便快速拆卸；石棉橡膠墊片

1 技術背景與研發目的

隨著我國重化工工業（電力、建材、冶金、煤化工等）迅速發展，環境污染問題也越來越嚴重。就拿煤化工工業來說，燃燒煤炭鍋爐的煙氣排量很大，企業為不讓煙氣直接排放到空氣中，污染環境，需要花費較大的人力、物力來除塵。為了降低企業廢氣處理成本，長金屬濾袋是目前大多數企業的首選。金屬濾袋耐高溫、耐腐蝕，可以響應我們國家可持續發展的戰略號召，并且金屬濾袋可以回收重復使用。近幾年，隨著電袋技術在煤電行業中快速發展，電袋除塵技術也漸漸地被廣泛應用于企業除塵。因為電袋除塵成本低、效率高、排放到大氣中的對環境污染的成分溶度低[1]。

長金屬濾袋不同于普通的長化纖濾袋，長化纖濾袋可以折疊，所以它與袋籠的連接安裝可以直接在現場進行，其對接是依靠每段袋籠的擴張成型，實現與袋籠連接。但是，金屬濾袋是不可以折疊，故它的每一段濾袋需要先在廠里整體焊接成型，再運往現場安裝。目前，金屬濾袋對接有兩種。一是采用螺紋連接，但是螺紋結構在旋緊過程中會出現因為同軸度難以保證，造成螺紋卡死現象。二是采用法蘭結構，但是工作效率因為要旋緊較多的螺栓，而大大地降低了工人安裝的效率。

為了讓企業減少廢氣排入大氣中，同時也減少企業處理廢氣的資金投資，就針對長金屬濾袋（可重復使用、可回收的材料）在處理煙氣中的對接問題，設計了一個旋扣式對接結構，來實現長金屬濾袋快速對接。旋扣式對接結構主要特點：一是能保證兩節長金屬濾袋對接過程中的同軸度問題，二是能提高安裝過程中的效率。

2 設計思路、結構原理與結構尺寸設計

設計思路：在兩長金屬濾袋對接安裝過程中，首先要保證兩長金屬濾袋能夠在高溫煙氣（400℃）下工作，故所選的材料應該能夠耐高溫，耐腐蝕；其次兩金屬濾袋在對接口使用階梯止口結構，在階梯處放一個耐高溫、耐腐蝕、柔軟性及回彈性好等優點的石棉橡膠墊片（型號：G2184 壓力：4.0MPa 溫度：400°C 抗拉強度：14.0 MPa）[2]，在保證金屬濾袋在對接過程中的同軸度同時，也使對接處不會產生漏氣，漏灰，保證其氣密性；最后，長金屬濾袋對接接頭利用三個旋扣式的接頭，實現對接過程中，能實現快速安裝與拆卸，方便工人檢查安裝是否到位，為了防止因為振動使接頭松動，加一個防松的長銷。

結構原理：如圖2所示，通過對上端連接頭Ⅰ與下端連接頭Ⅳ施加周向力偶，使其利用下端連接頭Ⅳ的斜面與上端連接頭Ⅰ緊密鎖合在一起，達到旋緊的效果。在旋緊過程中，階梯止口Ⅱ和Ⅵ，通過擠壓石棉橡膠墊片Ⅴ，增大兩金屬濾袋對接口處的預緊力，從而減小接口處漏氣和漏灰。在旋緊后，將加工好的帶有螺釘頭的銷插入，防止因為周向振動，而使已經旋緊的上下兩連接頭松動[3]。

結構尺寸設計：

假設金屬濾袋對接頭處的半徑為R，連接頭處沿徑向的最小厚度為b，該處截面近似看成矩形（如圖3所示），其高度為h，在不考慮外界環境、溫度等因素的影響條件下，由于振動使周向發生轉動，此時所產生的力偶記為M。

（1）對于銷的直徑設計 已知銷的許用切應力為，銷的直徑為d。由得：，由此可以求出銷的最小直徑[4]。

（2）連接頭處最小尺寸的設計 已知連接處的許用拉應力，上下兩連接頭受到軸向力F. 由 可設計出最小截面的尺寸大小。

3 設計結構的推廣點

該設計結構與傳統的法蘭盤連接結構和螺紋連接結構的相比較：

（1）該結構能夠較好地保證兩金屬濾袋對接過程中的氣密性。因為傳統的螺紋連接結構常常因為預緊力不足，使對接過程中密封性得不到保障。而旋扣式結構利用直口結構與綜合性能較為理想且經濟的石棉橡膠相配合使用，解決了這一問題。

（2）該結構在對接過程中，能保證兩長金屬濾袋對接的同軸度，且該結構不會大幅度地減小對接處的通流截面面積，因此該結構能減少氣體在流經濾袋對接處的阻力。

（3）該結構能方便工人安裝、拆卸與檢測。旋扣式的結構，是利用斜面的結構，當施加以較小的力，就能使兩金屬濾袋對接處利用形鎖合與力鎖合連接在一起，使兩節金屬濾袋輕松對接。若需要拆卸，只需將已栓好的銷拔起，施加一反向力偶，便能輕松拆卸，在拆裝過程中，不破壞連接結構，具有多次利用的功能[4]。

（4）該結構相對于傳統的法蘭盤連接結構，提高工人的安裝效率，傳統法蘭盤連接過程中，需要工人旋緊較多數量的螺栓，而該設計結構僅需要將兩根金屬濾袋對接口施加一力矩，再加上防松動的銷，就能達到所需要的效果，減少安裝過程中人力投資，達到省時，省事效果。

（5）該設計結構比較簡單，僅用旋扣式結構，原理淺顯易懂，造價較低，且能在高溫、高壓、有腐蝕性等較為惡劣的環境下工作，拆卸不對材料結構造成破壞，降低成本，節約環保，易于推廣。

4 結束語

本設計是根據傳統長金屬濾袋對接結構存在的問題，加以修改與優化。在一定程度上解決了長金屬濾袋利用傳統螺紋對接方式的同軸度、氣密性等問題以及法蘭盤對接的效率低的缺陷，但是該設計結構還有較大待提高、待優化的空間，希望本結構能夠為研究金屬濾袋對接結構的人員提供一些思路

【參考文獻】

[1]蘇娜，楊延安，左彩霞，陽清.金屬纖維氈濾袋在高溫煙氣除塵領域的優勢[J].中國環保產業，2016，0（2）

[2]李國蒙，劉美紅，蔣超，蔣仕飛，魏明福.非石棉橡膠墊片受工作介質壓力影響的性能研究[J].新技術新工藝，2014（3）.

[3]賀青奇，吳越，董亮，文勇.壓力管道法蘭連接密封實踐[J].水利水電工程設計，2008，27（3）.

[4]劉鴻文主編.材料力學.北京：高等教育出版社，1991.

[5]李柱國.機械原理與設計[M].北京：機械工業出版社，2003.

[責任編輯：朱麗娜]