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盘式真空过滤机自年从前苏联引入国内，最初应用在选煤厂的煤泥过滤工艺流程。由于具有占地面积小、操作简单、处理能力大、运行稳定等优势，广泛应用于各个行业的固液分离工艺流程。近年来，随着国家对资源、能源有效利用率的要求越来越高，对环境保护和水处理的要求也越来越严格，因此有大量的固液分离问题需要解决。根据各种不同的物料性质，对盘式真空过滤机内部结构进行专门的匹配设计，可达到较好的过滤效果，其应用的过滤领域也可得到拓展。同时，近些年，过滤介质材料、生产加工工艺及自动化程度的发展，也极大地促进了盘式真空过滤机的技术发展。
1 原理及结构组成
盘式真空过滤机主要利用负压在滤板两侧形成压力差，浆液中的固体颗粒吸附在过滤介质表面形成滤饼，滤液穿过过滤介质经中心轴内部排出，达到固液分离的目的。完整的盘式过滤机真空过滤系统主要分为主机和辅机两部分(见图1)，主机部分包括分配头、主轴、滤板、槽体、轴端密封；辅机部分主要包括真空受液槽或自动排液装置、真空系统、压缩空气系统，部分设备的辅件中还含有集气罩和操作平台。
1.分配头 2.主轴 3.滤板 4.槽体 5.轴端密封 6.传动装置 7.真空受液槽或自动排液装置 8.压缩空气系统 9.真空系统
图1 盘式过滤机系统组成
2 存在问题及主要技术改进
2.1 主轴流道的改进
2.1.1 设备工况
(1)传统的盘式过滤机主轴流道为圆形管(见图2)，通过管夹固定在中间回转的主轴上。其优点为：制作加工简单，生产成本较低，钢管型流道易拆卸更换。目前主要适用于浆液中所含固体颗粒硬度较大，且流道磨损严重的工况。
图2 圆管形式的主轴流道
(2)由于圆管规格较少，流道面积受到管径的限制，过滤性能的匹配性差。每根圆管流道上沿轴向固定多块滤板，在回转过程中，滤饼的负荷极易造成钢管扭曲，致使圆管主轴流道稳定性差，不可高速旋转运行。
2.1.2 技术改进
(1)主轴流道采用异形轴结构(见图3)。流道与回转主轴在设计上为整体焊接，刚性大，稳定性好。在相同轴径的情况下，流道开口面积越大，滤液排出率越高。
图3 异型轴形式的主轴流道
(2)扇形的流道截面可将滤板布置得更紧密，每圈滤盘扇形板数量越多，过滤盲区越小，过滤效果越好。
(3)根据浆液性质，对流道的内部进行特殊的结构设计，使其与滤板的有效过滤面积和运行需求达到最佳的匹配。
(4)合成材料及其成型技术的发展日益可靠，可根据主轴流道截面尺寸设计耐磨套嵌入流道内部(见图4)，耐磨性更好，使用寿命长，方便更换。
通过以上技术改进方式，既能获得较佳的过滤效果，又提高了盘式过滤机的浆液适用性。
图4 带耐磨套的主轴流道
2.2 过滤介质的改进
盘式真空过滤机的过滤介质主要有2种：一种以多孔性固体为过滤介质，即滤板为陶瓷滤板；另一种以滤板为过滤骨架，上面覆盖过滤介质，即滤布。
2.2.1 设备工况
(1)以陶瓷滤板为过滤介质的盘式真空过滤机于20世纪80年代中期，由芬兰OutoKumpuMintec公司研制成功。其过滤机理是利用陶瓷滤板上的微孔产生的毛细效应，将浆液中游离的水排入滤板内部的流道，通过主轴流道排出。在负压作用下，微孔中的水分不会全部排空，从而阻止了气体逸出，形成无空气消耗的过滤过程。通过该过滤方式，真空度高，损失量最小，比传统滤布式过滤机节能效果明显。
(2)陶瓷过滤机虽能耗低，滤液含固量低，但陶瓷滤板上均布的微孔在运行时极易堵塞。通常运行几小时后需要停机，用硝酸和超声波进行2~3h的清洗，致使设备有效工作时间缩短。
(3)陶瓷滤板对于过滤物料的性质有一定局限性。粒径过细且具有水凝性的物料会造成滤板衰减严重，需要频繁更换陶瓷滤板，运行备件费用昂贵。
2.2.2 技术改进
(1)滤布作为表面型过滤介质，在工作时表面截留住滤饼，对过滤效果有着十分重要的影响。为达到较好的过滤效果和使用寿命，滤布(见图5)一般选用工作表面光滑、孔眼较大，非工作表面孔眼较小，滤布的立体孔隙呈倒三角形结构。在套装方式上，设置若干层滤布，进行改进优化。
图5 40倍显微镜下的滤布
(2)在一般情况下，过滤开始阶段会有少量小于滤布孔隙直径的颗粒穿过滤布混入滤液中，但大颗粒很快在滤布通道的入口发生架桥现象，使小颗粒受到阻拦且在滤布表面沉积形成滤饼。最新的过滤方式为：在运行过程中，使这层形成架桥现象的滤饼始终存在于滤布表面，辅助盘式过滤机的过滤，可获得更清澈的滤液。利用待被过滤的浆液用作辅助过滤层，可减少空气进入到盘式过滤机真空系统内部，大大降低了真空的消耗量。
(3)运行几个周期后，堵塞的辅助过滤层通过压缩空气反吹或者冲洗水清洗移除，再进入浆液重新形成新的辅助过滤层。倒三角形结构的滤布可在内部压缩空气反吹时，保证较高的卸饼率和再生效果。
2.3 搅拌装置的改进
2.3.1 设备工况
(1)传统的盘式真空过滤机槽体结构为整体连通的形式，为了保证浆液均匀悬浮在槽体内部，设置有桨叶式或摆臂式的搅拌装置，但机械搅拌装置存在故障率高、密封性差、漏料等问题。同时单独的搅拌装置的存在限制了过滤机的大型化发展。
(2)滤盘直径越大，槽体越深，浆液式或者摆臂式的机械搅拌装置布置在槽体底部，很难搅动上层浆液。因此，新型的过滤机势必要取消独立的搅拌装置。
2.3.2 技术改进
(1)根据不同的浆液性质，将对应每盘滤板的槽体设计为单槽结构，增加布料装置。
(2)进料时，浆液冲击到旋转的滤板上，达到了对浆液的搅拌效果。针对沉降速度较大的物料，可分析其沉降速度与过滤时间，设计槽体内部结构，达到盘式过滤机自搅拌的目的。
秘鲁首钢铁精矿的过滤采用洛阳矿山机械工程设计研究院设计的GPYK-60型矿用盘式过滤机，取消了独立的搅拌装置，现已稳定运行近2年。
2.4 部件密封性的改进
2.4.1 设备工况
盘式真空过滤机的密封性设计主要分为两个方面，一方面，为了提高真空的有效利用率，通过对各部件的连接处设计达到真空系统的密封；另一方面，为了提高设备的处理量，需要保证滤板有较高的浸没率，旋转的主轴与槽体处轴密封。
2.4.2 技术改进
(1)滤板与中心轴安装处通过密封圈端面密封，仿S钩结构双侧螺栓压紧，既拆卸方便，又可保证此处的密封性，无真空泄露，避免浆液从此处进入中心轴流道，造成滤液固含量升高。旋转的主轴与固定的分配头形成动静配合，特殊的分配头密封装置保证此处动静配合面的密封性。优化分配垫材质和分配头内部结构，增强其耐磨性与密封性。
(2)主轴与槽体处采用机械式综合密封，可使滤盘的浸没率达到50%以上。主轴密封相对于槽体的位置是浮动的，即使主轴沿轴向有一定移动，亦可保证运行过程中主轴的密封效果。
2.5 滤饼洗涤的改进
2.5.1 设备工况
滤饼是具有一定厚度的颗粒状物质的堆积体，对液体有一定的渗透性。为了回收滤饼带液中的有价成分或者去除滤饼带液中的杂质，需对滤饼进行洗涤。传统的滤饼洗涤方式有置换淋洗和加水浆化再过滤。为了达到较好的洗涤、过滤效果，置换洗涤需要消耗大量的洗液，同时需要较长的吸干时间，所以盘式真空过滤机较少应用在该领域。多级浆化洗涤不仅需要消耗大量的水，还须增加多台过滤机和辅助设施，投资较大，能耗较高。
2.5.2 技术改进
(1)根据浆液性质和滤饼洗涤方式，综合盘式真空过滤机的结构特点，通过对分配盘布置区域的设计，在吸干区布置洗涤管道，各真空系统独立，整体的设备部件进行匹配设计，达到对滤饼进行洗涤的目的。
(2)专门用于洗涤的真空盘式过滤机，在达到相同的洗涤效果时，与传统的洗涤滤饼方式相比，所用洗涤水量更少。在连续作业时，根据系统设计不同，可实现多级错流、多级逆流洗涤，滤饼洗涤效果更好，减少浆化槽数量，大大节省了投资成本。
目前，洗涤型盘式真空过滤机在电力行业脱硫石膏、化工行业氨代钠废水处理、氧化铝行业赤泥洗涤等方面，均有试验性应用。
3 结论
针对不同的浆液性质，对盘式真空过滤机进行系统化的改进与优化设计，通过各个部件与运行方式的合理匹配，在降低能耗和过滤效果上也得到了提升。该改进方法具有维护简单、过滤效率高、过滤效果好、洗涤耗水量低等实际应用效果，目前在各个过滤机使用领域得到广泛应用。
引文格式：
[1]王纪瑞，霍华，张孟辉，代朝磊，韩宏武，申飞.盘式真空过滤机的技术改进[J].矿山机械,,46(09):54-57.矿山机械
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