利用旋扣式结构实现长金属滤袋对接

黄武振　黄雪鹏　李泱　童欣　黄煌辉　张翔

【摘 要】近年来，随着我国对金属材料的深入研究，在煤化工、冶金等行业，金属滤袋被广泛使用。随着电袋技术在煤电行业的快速发展，人们也慢慢开始探索将长金属滤袋运用于煤电行业的电袋除尘器中。金属滤袋不可折叠，因此各节的滤袋与袋笼必须在厂内整体焊接成型再运往现场对接安装。当前，金属滤袋的对接采用螺纹，容易造成螺纹卡死和同轴度等问题，而法兰盘对接，因为螺栓数量多，导致效率不高。为了解决这一系列问题，特提出利用旋扣式结构来实现长金属滤袋的对接。

【关键词】长金属滤袋；同轴度；方便快速拆卸；石棉橡胶垫片

1 技术背景与研发目的

随着我国重化工工业（电力、建材、冶金、煤化工等）迅速发展，环境污染问题也越来越严重。就拿煤化工工业来说，燃烧煤炭锅炉的烟气排量很大，企业为不让烟气直接排放到空气中，污染环境，需要花费较大的人力、物力来除尘。为了降低企业废气处理成本，长金属滤袋是目前大多数企业的首选。金属滤袋耐高温、耐腐蚀，可以响应我们国家可持续发展的战略号召，并且金属滤袋可以回收重复使用。近几年，随着电袋技术在煤电行业中快速发展，电袋除尘技术也渐渐地被广泛应用于企业除尘。因为电袋除尘成本低、效率高、排放到大气中的对环境污染的成分溶度低[1]。

长金属滤袋不同于普通的长化纤滤袋，长化纤滤袋可以折叠，所以它与袋笼的连接安装可以直接在现场进行，其对接是依靠每段袋笼的扩张成型，实现与袋笼连接。但是，金属滤袋是不可以折叠，故它的每一段滤袋需要先在厂里整体焊接成型，再运往现场安装。目前，金属滤袋对接有两种。一是采用螺纹连接，但是螺纹结构在旋紧过程中会出现因为同轴度难以保证，造成螺纹卡死现象。二是采用法兰结构，但是工作效率因为要旋紧较多的螺栓，而大大地降低了工人安装的效率。

为了让企业减少废气排入大气中，同时也减少企业处理废气的资金投资，就针对长金属滤袋（可重复使用、可回收的材料）在处理烟气中的对接问题，设计了一个旋扣式对接结构，来实现长金属滤袋快速对接。旋扣式对接结构主要特点：一是能保证两节长金属滤袋对接过程中的同轴度问题，二是能提高安装过程中的效率。

2 设计思路、结构原理与结构尺寸设计

设计思路：在两长金属滤袋对接安装过程中，首先要保证两长金属滤袋能够在高温烟气（400℃）下工作，故所选的材料应该能够耐高温，耐腐蚀；其次两金属滤袋在对接口使用阶梯止口结构，在阶梯处放一个耐高温、耐腐蚀、柔软性及回弹性好等优点的石棉橡胶垫片（型号：G2184 压力：4.0MPa 温度：400°C 抗拉强度：14.0 MPa）[2]，在保证金属滤袋在对接过程中的同轴度同时，也使对接处不会产生漏气，漏灰，保证其气密性；最后，长金属滤袋对接接头利用三个旋扣式的接头，实现对接过程中，能实现快速安装与拆卸，方便工人检查安装是否到位，为了防止因为振动使接头松动，加一个防松的长销。

结构原理：如图2所示，通过对上端连接头Ⅰ与下端连接头Ⅳ施加周向力偶，使其利用下端连接头Ⅳ的斜面与上端连接头Ⅰ紧密锁合在一起，达到旋紧的效果。在旋紧过程中，阶梯止口Ⅱ和Ⅵ，通过挤压石棉橡胶垫片Ⅴ，增大两金属滤袋对接口处的预紧力，从而减小接口处漏气和漏灰。在旋紧后，将加工好的带有螺钉头的销插入，防止因为周向振动，而使已经旋紧的上下两连接头松动[3]。

结构尺寸设计：

假设金属滤袋对接头处的半径为R，连接头处沿径向的最小厚度为b，该处截面近似看成矩形（如图3所示），其高度为h，在不考虑外界环境、温度等因素的影响条件下，由于振动使周向发生转动，此时所产生的力偶记为M。

（1）对于销的直径设计 已知销的许用切应力为，销的直径为d。由得：，由此可以求出销的最小直径[4]。

（2）连接头处最小尺寸的设计 已知连接处的许用拉应力，上下两连接头受到轴向力F. 由 可设计出最小截面的尺寸大小。

3 设计结构的推广点

该设计结构与传统的法兰盘连接结构和螺纹连接结构的相比较：

（1）该结构能够较好地保证两金属滤袋对接过程中的气密性。因为传统的螺纹连接结构常常因为预紧力不足，使对接过程中密封性得不到保障。而旋扣式结构利用直口结构与综合性能较为理想且经济的石棉橡胶相配合使用，解决了这一问题。

（2）该结构在对接过程中，能保证两长金属滤袋对接的同轴度，且该结构不会大幅度地减小对接处的通流截面面积，因此该结构能减少气体在流经滤袋对接处的阻力。

（3）该结构能方便工人安装、拆卸与检测。旋扣式的结构，是利用斜面的结构，当施加以较小的力，就能使两金属滤袋对接处利用形锁合与力锁合连接在一起，使两节金属滤袋轻松对接。若需要拆卸，只需将已栓好的销拔起，施加一反向力偶，便能轻松拆卸，在拆装过程中，不破坏连接结构，具有多次利用的功能[4]。

（4）该结构相对于传统的法兰盘连接结构，提高工人的安装效率，传统法兰盘连接过程中，需要工人旋紧较多数量的螺栓，而该设计结构仅需要将两根金属滤袋对接口施加一力矩，再加上防松动的销，就能达到所需要的效果，减少安装过程中人力投资，达到省时，省事效果。

（5）该设计结构比较简单，仅用旋扣式结构，原理浅显易懂，造价较低，且能在高温、高压、有腐蚀性等较为恶劣的环境下工作，拆卸不对材料结构造成破坏，降低成本，节约环保，易于推广。

4 结束语

本设计是根据传统长金属滤袋对接结构存在的问题，加以修改与优化。在一定程度上解决了长金属滤袋利用传统螺纹对接方式的同轴度、气密性等问题以及法兰盘对接的效率低的缺陷，但是该设计结构还有较大待提高、待优化的空间，希望本结构能够为研究金属滤袋对接结构的人员提供一些思路

【参考文献】

[1]苏娜，杨延安，左彩霞，阳清.金属纤维毡滤袋在高温烟气除尘领域的优势[J].中国环保产业，2016，0（2）

[2]李国蒙，刘美红，蒋超，蒋仕飞，魏明福.非石棉橡胶垫片受工作介质压力影響的性能研究[J].新技术新工艺，2014（3）.

[3]贺青奇，吴越，董亮，文勇.压力管道法兰连接密封实践[J].水利水电工程设计，2008，27（3）.

[4]刘鸿文主编.材料力学.北京：高等教育出版社，1991.

[5]李柱国.机械原理与设计[M].北京：机械工业出版社，2003.

[责任编辑：朱丽娜]