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摘 要 随着我国工业的快速发展，2019年生态环境部门等五部委联合印发的《关于推进实施钢铁行业超低排放的意见》中进一步限制污染物的排放浓度[1]。滤筒除尘器具有除尘效率高、经济效益好、性能稳定、压力损失低、占地面积小等优点，大多数企业开始转向有着更高除尘能力、较小的运行费用的滤筒除尘器[2]。折叠滤筒作为滤筒除尘器的主要过滤元件，而骨架是维持滤筒结构的重要部件。然而，如何生产制造出合格的骨架让其在恶劣的环境下能正常运作，对于大气污染的防治和治理有着重大意义和深远影响。鉴于此，本文以不同生产工艺制造的骨架为研究对象，对各类骨架的抗压能力进行了实验测试以及数据分析后发现无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架是最有优势的。
关键词 无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架；骨架；滤筒除尘器；抗压能力；
1 引言
自2013年，中国各大城市中多次出现雾霾现象，“雾霾”一度成为 2013 年度关键词。2017年，在十二大第五次会议上，李克强总理在政府工作报告中提出了“坚持打好蓝天保卫战”[3]。随着国民经济的快速发展和城市化进程的不断加快，我国大气污染的状况和性质正在发生显著变化-大气颗粒物己成为我国大部分城市的首要大气污染物。在探索大气颗粒物的研究进程中，人们逐渐认识到 PM10（可吸入颗粒物）和PM2.5（细颗粒物）对人类健康和环境危害最为严重。流行病学和毒理学研究认为，PM10、PM2.5 能够通过呼吸进入人体，并穿透肺泡进入血液循环，严重影响大脑与心脏等人体重要器官，直接威胁我们的生命与健康[4]。并且，长期以来我国工业烟（粉）尘的职业危害严重，涉及煤炭开采、冶金化工、建材等众多行业和部门，对从业人员的生命与健康造成了严重威胁。
2.1 折叠滤筒骨架
折叠滤筒是对粉尘颗粒物进行过滤的细长型筒状元件，折叠滤筒设计为一体式的结构，包括头部开口端盖、底部封闭端盖，两端盖之间密封连接有筒状折叠结构的滤材和内撑骨架；其主要利用滤料表面的PTFE膜拦截含尘气流当中的粉尘颗粒物。长时间经负压风机抽吸烟尘过滤后，滤筒表面积灰较多，单位时间的空气过滤量下降,因此需要高压气体脉冲反吹对堆积滤筒表面的积灰进行喷吹清理。由于滤筒采用的滤料必须经过硬挺处理才可以保持呈折叠结构，使用过程中需要借助骨架的支撑力来缓解气流和高压气体对滤料产生的作用力。
2.2 折叠滤筒骨架类别
折叠滤筒通常采用金属材料制作，根据制作工艺的区别，目前市场中比较常见有以下四种不同制作工艺的骨架：1）菱形片网卷圆竖直焊接骨架，如图1所示；2）圆孔片网卷圆竖直焊接骨架，如图2所示；3）螺旋菱形点焊接骨架，如图3所示；4）无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架，如图4所示；前两种骨架都是经过卷圆机对金属网片卷圆后围合而成，金属网片的两侧边通过焊接连接，由于其侧边断面不能精确的位于两相邻莠格或者孔位交接点上并经处理形成光边，焊接后会形成高低位差，使用过程中容易与滤料发生摩擦；第三种骨架是采用螺旋搭接方式，在形成搭接的重合点进行点焊成型，由于搭接过后同样会形成高低位差，使用过程中也是同样容易与滤料发生摩擦；最后一种骨架是采用螺旋冲压一体成型，冲压部位形成骨架加强筋，提升骨架的整体强度，且不需要进行任何的焊接工序，整体表面光滑平整，大大降低了滤料和骨架之间摩擦损伤的风险。
图1：菱形片网卷圆竖直焊接骨架 图2：圆孔片网卷圆竖直焊接骨架
图3：螺旋菱形点焊接骨架 图4：无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架
1.3 主要研究内容
针对目前实际应用过程中存在骨架因抗压性能不足导致滤筒破损、使用寿命缩短，制约滤筒除尘器稳定高效运行的问题，本文重点研究和分析不同制作工艺的骨架所体现的抗压性能差异，主要内容如下：
构建了压力测试实验系统，基于该实验系统通过了可行性测试和实验验证，透过压力测试实验系统对四种常见骨架的抗压性能进行分组测试及对比，分析实际数据与模拟数据之间的差异和规律，判断四种骨架的优劣性能。
本文的测试数据都来源于电子压力测试仪，如图4所示，主要适用于橡胶、塑料板材、管材、异型材，塑料薄膜、电线电缆、防水卷材、金属丝、纸箱等材料的各种物理机械性能测试。压力测试仪的挤压实验:压缩试验（应力－应变试验）一般是将材料试样放置压块中间里，上压块以一定的速度向下端挤压试样，测定试样上的应力变化，直到到达设定挤压距离为止。压力测试仪挤压试验是研究材料力学强度最广泛使用的方法之一，需要使用恒速运动的。按载荷测定方式的不同，大体可以分为电脑式万能压力测试仪和电子压力测试仪两类。
图4：电子压力测试仪
注：1. 升降机；2. 保护罩；3. 控制开关；4. 显示器；5. 控制箱；6. 底座；7. 上压块；8. 测试样品；9. 下压块
菱形片网卷圆竖直焊接骨架（图1）的尺寸为80（直径）mm，长度均为200mm，通过骨架面积定制菱形片网，将菱形片网置于碰焊机折叠模上，通过推动气缸推动折叠模将片网于成型模上卷圆，后通过碰焊机将骨架碰焊成型。
圆孔片网卷圆竖直焊接骨架（图2）的尺寸为80（直径）mm，长度均为200mm，通过骨架面积定制圆形片网，将圆形片网置于碰焊机折叠模上，通过推动气缸推动折叠模将片网于成型模上卷圆，后通过碰焊机将骨架碰焊成型。
螺旋菱形点焊接骨架（图3）的尺寸为80（直径）mm，长度均为200mm，通过骨架面积定制菱形片网，将菱形片网置于螺旋卷圆机将菱形片网卷圆，后通过碰焊机将骨架碰焊成型。
无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架（图4）的尺寸为80（直径）mm，长度均为200mm，由宽68mm镀锌板制造，将冲孔完毕的镀锌板通过自动化设备进入螺旋卷圆机将镀锌板卷圆并冲压咬合，骨架由转盘旋转转出，当骨架与长度限位开关碰撞时卷圆机停止工作，转盘切刀将骨架旋转切除。
（1）介绍了测试滤筒骨架抗压能力实验装置的功能与操作步骤。
实验系统装置操作过程如下：① 开机，校正上下压块之间的标准间距为样品直径，设定压块的运行速度为100mm/min，运行距离为样品直径的1/2；② 将试样水平放置在压块上，使试样重心位于压块中间；③ 点击“运行”键，此时液晶屏上有“准备试验，请选择试验方向”提示，再按“向下”键开始试验，试验机按设定速度运行至设定运行距离后将自动返回设定隔距；④ 实验结果记录，导出抗压强力与抗压强度数据；⑤ 每组试验至少测试5个样品，并计算平均值得到实验结果。
通过压缩相同位移的条件下显示的抗压强力与抗压强度越大说明该材料抗压性能越强。
4.2 实验测试数据
表1：折叠滤筒骨架抗压性能数据表格
序号
工艺
规格尺寸（mm）
抗压强力（N）
抗压强度（MPa）
1
菱形片网卷圆竖直焊接
80*200
112
123
115
119
121
2
2
2
2
2
2
圆孔片网卷圆竖直焊接
80*200
74
86
83
79
77
1
1
1
1
1
3
螺旋菱形点焊接
80*200
108
120
125
110
114
2
2
2
2
2
4
无焊接螺旋冲孔网冲压成型
80*200
716
655
620
627
620
12
11
10
10
10
图6：折叠滤筒骨架抗压强力平均值
图7：折叠滤筒骨架抗压强度平均值
4.3 实验数据分析
四种骨架经过电子压力测试仪测试实验后，其抗压强力的平均值可分析出(图5）在相同条件下无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架的抗压强力明显大于菱形片网卷圆竖直焊接骨架、圆孔片网卷圆竖直焊接骨架和螺旋菱形点焊接骨架；抗压强度的平均值可分析出(图6）在相同条件下无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架的压缩强度同样是明显大于菱形片网卷圆竖直焊接骨架、圆孔片网卷圆竖直焊接骨架和螺旋菱形点焊接骨架。
从两组测试数据分析得出无论是在抗压强力测试还是抗压强度测试，无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架的总体抗压性能要远远强于其他三种骨架，菱形片网卷圆竖直焊接骨架、圆孔片网卷圆竖直焊接骨架和螺旋菱形点焊接骨架的抗压能力非常不理想，综合得出，焊接类折叠滤筒骨架在运行过程中非常容易受到外力产生变形或者破损，导致无法给滤料及滤筒整体提供支撑作用及划破滤料。
钢铁行业在实施超低排放升级改造或新建项目中，采用折叠滤筒的方式已经成为可行性方案的首选，在做此项研究之前，还接到了几家钢企关于折叠滤筒应用中遇到异常情况的反馈，通过对这些异常情况的分析，均为骨架原因将过滤材料刮破，主要两种情况比较突出，其一是骨架上的焊点毛刺对过滤材料的刮伤；其二是运行中，滤筒与滤筒或仓壁之间的碰撞造成骨架的变形刮伤过滤材料。
我们将这些运行异常的项目进行归类，发现以竖直焊接的骨架容易引起上述第一种情况的发生，首先还是因为这种工艺的骨架圆度偏差较大，外加焊接点位的高点凸起；另外就是螺旋菱形点焊的骨架容易引发第二种情况的发生，点式焊接受力点强度低，受外力易形变是主要原因；而各方面性能比较突出的无焊接螺旋冲孔网冲压成型骨架能够规避以上风险，我司采用该工艺生产制造的折叠滤筒已经完成装机数量超过50万支，整机除尘设备超过500套，自2017年开始广泛应用于钢铁行业以来，还未曾发现任何异常，特别是一些粉尘特性复杂、入口粉尘浓度高的工况条件下也能确保稳定的使用效果。
6 总结
通过上述理论与实验数据的说明，可以看得出在骨架的抗压能力方面金属冲孔网无焊接螺旋冲压成型骨架相比于菱形片网卷圆竖直焊接骨架、圆孔片网卷圆竖直焊接骨架和螺旋菱形点焊接骨架是具有绝对的优势；使用金属冲孔网无焊接螺旋冲压成型骨架可以保障滤料及滤筒有效使用，延长滤筒使用寿命，有助于提升除尘器的使用效率，降低除尘器的故障率。
通过对折叠滤筒不同制作工艺骨架的抗压性能测试，进一步验证无焊接工艺且抗压强力≥500N的骨架逐渐成为业内主要的标准，让更多的客户掌握如何去辨识和选择优质、可靠的折叠滤筒产品，帮助更多客户在实施超低排放升级改造或者新建项目中可以从容应对，为接下来的节能降耗、低碳降碳目标奠定坚实的基础。
[1] 魏民,钱付平,何东洋,方璨,胡笳,夏勇军.除尘器新型褶式滤筒的结构优化及系列化设计[J].安徽工业大学学报(自然科学版),2020,
[2] 郗元,赵赫民,代岩.滤筒结构对除尘器性能影响的CFD研究[J].机械设计与制造,2018.
[3] 邱俊. 金锥滤筒除尘器脉喷清灰性能的研究与优化[D].南昌大学,2021.
[4] 王永震. 滤筒除尘器的研究与优化[D].山东科技大学,2020.
[5] 王锦.优氪迅®滤筒在钢铁行业超低排放改造中的技术探讨[J].冶金与材料,2020.
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