CN103817065A - 一种三维变频振动装置及使用该装置的膜处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维变频振动装置，包括水平振动器，用于使膜沿水平面方向振动；竖直振动器，用于同时使膜沿竖直方向振动；变频器，与水平振动器和竖直振动器相连接，用于分别使水平振动器和竖直振动器的振动频率在10-100Hz的范围内变频变化。本发明还提出使用上述三维变频振动装置的膜处理系统。上述振动装置及膜处理系统适用于处理油品，以解决油品中颗粒大小不一的杂质所造成的膜堵塞问题。

Description

一种三维变频振动装置及使用该装置的膜处理系统

技术领域

本发明涉及一种用于解决膜污染问题的三维变频振动装置，以及使用该振动装置的膜处理系统，属于膜处理技术领域。

背景技术

膜分离是分离料液内不同大小组分的单元操作技术，广泛用于污水处理、给排水、饮品生产、药物生产和油品处理等领域。在膜分离技术应用中受影响较大的是膜污染问题，随着使用时间延长，高压侧料液内杂质容易聚积在膜表面，造成膜通量下降、处理效率降低，同时也严重影响了膜的使用寿命。尤其是用于油品处理的膜，由于油品中杂质的粘性较大，杂质粘附在膜表面，更加难以处理，因此造成膜经常堵塞的问题。减少膜污染一般采用物理清洗或化学清洗的方法，但是，物理清洗需要耗费大量低浓度反冲液，成本较高且大量反冲液被浪费，而化学清洗使用的药剂容易与膜产生化学反应，降低膜的寿命。

为了克服上述方法的缺陷，现有技术中还有采用振动设备来解决膜污染问题的，如中国专利文献CN101791501A公开了一种抗污染高效振动过滤分离设备，平板膜安装在过滤分离元件支架上，并共同安装在混合液容器内;混合液容器的顶盖上或侧面安装动力机构和运动变换机构，动力机构通过运动变换机构带动平板膜做竖直方向上的直线往复振动，振动频率为1次/2s，振幅为平板膜竖直方向长度的30%;混合液容器外部还设置外接的控制单元、供气单元、提升单元和抽吸单元。通过使平板膜在待分离混合液中进行直线式循环运动，加强了混合液或气泡对平板膜表面污染物摩擦作用的强度和频率，减缓了平板膜的污染进程，提高了产量。

上述技术通过竖直或水平方向的膜振动来减少膜表面杂质的积聚，从而达到解决膜污染的目的；但是，油料中的杂质粘性往往比较大，容易粘附在膜面上，并且高粘性的杂质还会进入膜孔堵塞住过滤膜，通过上述技术的振动装置无法有效去除膜面上粘附的杂质和膜孔内堵塞的杂质，因而无法有效解决油品膜分离中的膜污染问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术是通过竖直或水平方向的膜振动来减少膜表面杂质的积聚，但是通过上述技术的振动装置无法有效去除膜面上粘附的杂质和膜孔内堵塞的杂质，无法有效解决油品处理中的膜污染问题；进而提出一种能够有效脱除膜孔内的杂质并且脱除掉粘附在膜表面的杂质，从而解决油品处理中膜污染问题的三维变频振动装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于膜组件的三维变频振动装置，包括

水平振动器，用于使膜沿水平面方向振动；

竖直振动器，用于同时使膜沿竖直方向振动；

其特征在于，

变频器，所述水平振动器和竖直振动器相连接，用于分别使所述水平振动器和竖直振动器的振动频率在10-100Hz范围内变频变化。

所述变频器使所述水平振动器和竖直振动器的振动频率周期性变频变化。

每一周期中，所述振动频率每隔1ms-1s递增一次，直至由10Hz增加至40-50Hz，再每隔1ms-1s递减一次，直到降至10Hz；递增和递减的方式为在1ms内匀速增加或减少3Hz。

所述水平振动器包括用于与膜组件连接的水平支架、第一电机、竖直转轴、水平偏心轴和支撑弹簧；所述竖直转轴贯穿所述水平支架，所述竖直转轴的一端与所述第一电机相连接、另一端设置所述水平偏心轴；所述变频器与所述第一电机相连接；所述支撑弹簧的下端固定、上端与所述水平支架的底部相连。

所述竖直振动器包括电磁铁、衔铁和压缩弹簧，所述压缩弹簧的上端用于与膜组件相连、下端与所述水平支架相连；所述电磁铁和衔铁沿竖直方向相对设置，所述电磁铁或衔铁的上端用于与膜组件的底部相连，相对应地，所述衔铁或电磁铁的下端与所述水平支架相连；所述变频器与所述电磁铁相连，用于控制所述电磁铁和衔铁间的相对运动。

所述竖直振动器包括用于与膜组件连接的竖直支架、第二电机、水平转轴和竖直偏心轴，所述竖直支架的底部与所述水平支架相连接，所述水平转轴贯穿所述竖直支架，所述水平转轴的一端与所述第二电机相连接、另一端设置所述竖直偏心轴，所述第二电机与所述变频器相连接。

使用所述三维变频振动装置的膜处理系统，还包括膜组件，与所述水平振动器和竖直振动器相连接。

所述膜组件包括至少一级膜单元，所述膜单元包括膜装置和储油罐，所述膜装置的进料口处设置有进料阀和进料泵，所述膜装置的浓料出口处设置有调压阀，所述膜装置的净料出口通过带有流量检测器的出料阀或配有反冲泵的逆向阀与所述储油罐相连通，所述储油罐设置有产品出口。

多级所述膜单元串联连接；除第一级膜单元外，每级膜单元的所述进料阀通过所述进料泵与前一级所述膜单元的储油罐内部相连通、所述调压阀与前一级所述膜单元的储油罐内部相连通。

所述膜装置为陶瓷膜装置。

本发明与现有技术方案相比具有以下有益效果：

（1）本发明所述用于膜组件的三维变频振动装置，包括水平振动器，用于使膜沿水平面方向振动；竖直振动器，用于同时使膜沿竖直方向振动；变频器，与所述水平振动器和竖直振动器相连接，用于分别使所述水平振动器和竖直振动器的振动频率在10-100Hz的范围内变频变化。本发明所述三维变频振动装置适用于对油品尤其是废润滑油进行处理，申请人研究后发现废润滑油成分复杂，过滤时膜表面会吸附很多大小不同的颗粒、膜孔内会堵塞住很多大小不同的颗粒，当振动频率与颗粒的固有频率相当即产生共振时，颗粒物才能够获得最大惯性力，才会从膜表面脱附下来，由于各个颗粒的固有频率是不同的，越小的颗粒其固有频率越高，振动频率在10-100Hz间变化的水平振动器和竖直振动器带动膜在三维方向作变频振动，以期对不同的颗粒都能引起共振，使其获得惯性力、脱离膜孔；又由于膜孔的方向不同，堵塞膜孔的颗粒方向也不同，三维振动可以使堵塞膜孔的颗粒接受到来自各个方向的振动，因而获得激振力而脱离膜孔，从而能够将堵塞膜孔的各种不同大小的颗粒去除掉，同时将粘附在膜表面的杂质也去除掉，避免了现有技术中仅仅通过水平或/和竖直方向的膜振动无法有效去除堵塞膜孔的杂质和粘附在膜表面的杂质，因而无法有效解决油品处理中膜污染的问题。

（2）本发明所述用于膜组件的三维变频振动装置，所述变频器控制所述水平振动器和竖直振动器的振动频率呈周期性变化。每一周期中，所述振动频率每隔1ms-1s递增一次，直至由10Hz增加至40-50Hz，再每隔1ms-1s递减一次，直到降至10Hz；递增和递减的方式为在1ms内匀速增加或减少3Hz。上述周期性变化的振动频率可以进一步提高杂质的去除效果、阻止杂质在陶瓷膜表面的粘附。

（3）本发明所述用于膜组件的三维变频振动装置，所述水平振动器包括用于与膜组件连接的水平支架、第一电机、竖直转轴、水平偏心轴和支撑弹簧；所述竖直转轴贯穿所述水平支架，所述竖直转轴的一端与所述第一电机相连接、另一端设置所述水平偏心轴；所述第一电机与所述变频器相连接；所述支撑弹簧的下端固定、上端与所述水平支架的底部相连。变频器将家用或工业交流电转变为频率变化的交流电输送给第一电机，第一电机在该交流电的作用下以相同变化的频率转动，继而通过竖直转轴带动水平偏心轴水平变频转动，进而水平偏心轴带动膜组件沿水平方向以相同频率变频振动，振动频率在10-100Hz范围内变化。

（4）本发明所述用于膜组件的三维变频振动装置，所述竖直振动器包括电磁铁、衔铁和压缩弹簧，所述压缩弹簧的上端用于与膜组件相连、下端与所述水平支架相连；所述电磁铁和衔铁沿竖直方向相对设置，所述电磁铁或衔铁的上端用于与膜组件的底部相连，相对应地，所述衔铁或电磁铁的下端与所述水平支架相连；所述变频器与所述电磁铁相连。变频器将变频交流电输送给电磁铁，电磁铁的磁性大小按变频规律变化，进而控制衔铁与电磁铁间吸引力大小变频变化，从而控制膜组件在竖直方向的振动频率在10-100Hz范围内变频变化。

或者，所述竖直振动器包括用于与膜组件连接的竖直支架、第二电机、水平转轴和竖直偏心轴，所述竖直支架的底部与所述水平支架相连接，所述水平转轴贯穿所述竖直支架，所述水平转轴的一端与所述第二电机相连接、另一端设置所述竖直偏心轴，所述第二电机与所述变频器相连接。变频器控制第二电机变频转动，带动水平转轴变频转动，进而通过竖直偏心轴的竖直变频转动控制膜组件沿竖直方向在10-100Hz范围内变频振动。

（5）本发明所述使用三维变频振动装置的膜处理系统，每级膜单元中均设置有由反冲泵和逆向阀组成的反冲部件，当膜表面堆积一定量杂质时，可以开启反冲部件对膜表面进行反冲洗，以冲洗掉膜表面的杂质。除第一级膜单元外，每级膜单元的所述进料阀通过所述进料泵与前一级所述膜单元的储油罐内部相连通、所述调压阀与前一级所述膜单元的储油罐内部相连通。前一级储油罐既可作为浓料回收罐，又可作为原料罐使用。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被理解，本发明结合附图和具体实施方式对本发明的内容进行进一步的说明；

图1为本发明实施例1所述三维变频振动装置的结构示意图；

图2为本发明所述三维变频振动装置中变频器的结构示意图；

图3为本发明实施例2所述水平振动器和竖直振动器的振动频率周期变化图；

图4为本发明实施例3所述三维变频振动装置的结构示意图；

图5为本发明实施例4所述使用三维变频振动装置的膜处理系统的结构示意图；

图6为本发明实施例4所述使用三维变频振动装置的另一膜处理系统的结构示意图；

其中附图标记为：1-水平振动器，2-竖直振动器，3-水平支架，4-第一电机，5-竖直转轴，6-第一连杆，7-水平偏心轴，8-支撑弹簧，9-电磁铁，10-衔铁，11-压缩弹簧，12-膜装置，13-储油罐，14-进料阀，15-进料泵，16-调压阀，17-流量检测器，18-出料阀，19-反冲泵，20-逆向阀，21-产品出口，22-竖直支架，23-第二电机，24-水平转轴，25-第二连杆，26-竖直偏心轴，27-整流器，28-逆变器，29-控制器。

具体实施方式

实施例1

本发明所述的用于膜组件的三维变频振动装置如图1所示，包括水平振动器1，用于使膜沿水平面方向振动，所述水平振动器1可为市售的任一振动器，在本实施例中，所述水平振动器1包括用于与膜组件连接的水平支架3、第一电机4、竖直转轴5、第一连杆6、水平偏心轴7和支撑弹簧8；所述竖直转轴5贯穿所述水平支架3，所述竖直转轴5的一端通过所述第一连杆6与所述第一电机4相连接、另一端设置所述水平偏心轴7；所述第一电机4与所述变频器（图中未标出）相连接；所述支撑弹簧8的下端固定、上端与所述水平支架3的底部相连。竖直振动器2，用于使膜沿竖直方向振动，所述竖直振动器2可为市售的任一振动器，在本实施例中，所述竖直振动器2包括电磁铁9、衔铁10和压缩弹簧11，所述压缩弹簧11的上端用于与膜组件相连、下端与所述水平支架3相连；所述电磁铁9和衔铁10沿竖直方向相对设置，所述电磁铁9或衔铁10的上端用于与膜组件的底部相连，相对应地，所述衔铁10或电磁铁9的下端与所述水平支架3相连；所述变频器（图中未标出）与所述电磁铁9相连，用于控制所述电磁铁9和衔铁10间的相对运动。

与所述水平振动器1和竖直振动器2相连接的变频器，用于分别控制所述水平振动器1和竖直振动器2的振动频率在10-100Hz的范围内变频变化。变频器的结构如图2所示，在控制器29的作用下，整流器27将民用或工业交流电转换为直流电，直流电经滤波后，又在控制器29的指令控制下经逆变器28转变为所需变化频率的交流电输送给电机或电磁铁9使用。其中整流器27、电感和电阻组成的滤波装置以及逆变器28共同形成现有技术中的变频器结构。

上述三维变频振动装置使用时，变频器输出10-100Hz范围内变频变化的交流电给第一电机4和电磁铁9，变频器控制第一电机4变频转动、同时控制电磁铁9的磁性变频变化，第一电机4通过竖直转轴5带动水平偏心轴7水平变频转动，进而水平偏心轴7带动膜组件水平变频振动，电磁铁9与衔铁10件间的吸引力大小变频变化使膜组件沿竖直方向变频振动。使用膜组件过滤油品时，在10-100Hz三维变频振动的作用下，膜面上各种大小不同的杂质均会因共振而从膜孔中脱除下来，又由于膜孔朝向各异，采用三维振动方式可以脱除掉各朝向膜孔内的杂质颗粒，同时在三维变频振动的作用下油品中的高粘度杂质颗粒不易吸附在膜面上。

实施例2

在此基础上，作为可变化的实施方式，所述变频器输出交流电的频率呈周期性变化，进而控制所述水平振动器1和竖直振动器2带动膜组件分别在水平和竖直方向上以同样的周期进行变频振动，以脱除掉不同大小杂质颗粒，优选每一周期中，所述振动频率每隔1ms-1s递增一次，直至由10Hz增加至40-50Hz，再每隔1ms-1s递减一次，直到降至10Hz；递增和递减的方式为在1ms内匀速增加或减少3Hz；在本实施例中，所述振动频率每隔1ms递增一次，直至由10Hz增加至40Hz，再每隔1ms递减一次，直到降至10Hz，递增和递减的方式为在1ms内匀速增加或减少3Hz，如图3所示。

实施例3

在上述基础上，作为可替换的实施方式，如4所示，所述竖直振动器2包括用于与膜组件连接的竖直支架22、第二电机23、水平转轴24、第二连杆25和竖直偏心轴26，所述竖直支架22的底部与所述水平支架3相连接，所述水平转轴24贯穿所述竖直支架22，所述水平转轴24的一端通过所述第二连杆25与所述第二电机23相连接、另一端设置所述竖直偏心轴26，所述第二电机23与所述变频器相连接，变频器控制第二电机23变频转动，同时第二电机23通过水平转轴24带动竖直偏心轴26竖直变频转动，进而竖直偏心轴26通过竖直支架22带动膜组件沿竖直方向变频振动。

实施例4

在上述基础上，如图5-6所示，本发明还给出了使用上述三维变频振动装置的膜处理系统，包括膜组件，与所述水平振动器1和竖直振动器2相连接。所述膜组件包括至少一级膜单元，所述膜单元包括膜装置12和储油罐13，本实施例中所述膜装置12为陶瓷膜装置，所述膜装置12的进料口处设置有进料阀14和进料泵15，所述膜装置12的浓料出口处设置有调压阀16，所述膜装置12的净料出口通过带有流量检测器17的出料阀18或配有反冲泵19的逆向阀20与所述储油罐13相连通，通过开启反冲泵19和逆向阀20进行反冲，可进一步冲洗掉粘附在膜面上的杂质，所述储油罐13设置有产品出口21。多级所述膜单元串联连接，通过不同孔径的膜装置12实现多级过滤处理，或者通过相同孔径的膜装置12实现并流处理大量油品。除第一级膜单元外，每级膜单元的所述进料阀14通过所述进料泵15与前一级所述膜单元的储油罐13内部相连通，前一级的储油罐13可作为后一级的原料罐使用，所述调压阀16与前一级所述膜单元的储油罐13内部相连通，前一级的储油罐13也可作为后一级的浓料回收罐使用，同时通过调压阀16也可以控制膜装置12内的压力，从而保持膜两侧的压差适于进行过滤操作。膜组件可以选用管式膜组件、平板膜组件等常用膜过滤设备。在本实施例中，两级膜单元串联连接。

虽然本发明已经通过上述具体实施例对其进行了详细的阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。

Claims (10)

1.一种三维变频振动装置，包括

水平振动器（1），用于使膜沿水平面方向振动；

竖直振动器（2），用于同时使膜沿竖直方向振动；

其特征在于，

变频器，所述水平振动器（1）和竖直振动器（2）相连接，用于分别使所述水平振动器（1）和竖直振动器（2）的振动频率在10-100Hz范围内变频变化。

2.根据权利要求1所述的振动装置，其特征在于，所述变频器使所述水平振动器（1）和竖直振动器（2）的振动频率周期性变频变化。

3.根据权利要求2所述的振动装置，其特征在于，每一周期中，所述振动频率每隔1ms-1s递增一次，直至由10Hz增加至40-50Hz，再每隔1ms-1s递减一次，直到降至10Hz；递增和递减的方式为在1ms内匀速增加或减少3Hz。

4.根据权利要求1-3任一所述的振动装置，其特征在于，所述水平振动器（1）包括用于与膜组件连接的水平支架（3）、第一电机（4）、竖直转轴（5）、水平偏心轴（7）和支撑弹簧（8）；所述竖直转轴（5）贯穿所述水平支架（3），所述竖直转轴（5）的一端与所述第一电机（4）相连接、另一端设置所述水平偏心轴（7）；所述变频器与所述第一电机（4）相连接；所述支撑弹簧（8）的下端固定、上端与所述水平支架（3）的底部相连。

5.根据权利要求4所述的振动装置，其特征在于，所述竖直振动器（2）包括电磁铁（9）、衔铁（10）和压缩弹簧（11），所述压缩弹簧（11）的上端用于与膜组件相连、下端与所述水平支架（3）相连；所述电磁铁（9）和衔铁（10）沿竖直方向相对设置，所述电磁铁（9）或衔铁（10）的上端用于与膜组件的底部相连，相对应地，所述衔铁（10）或电磁铁（9）的下端与所述水平支架（3）相连；所述变频器与所述电磁铁（9）相连，用于控制所述电磁铁（9）和衔铁（10）间的相对运动。

6.根据权利要求4所述的振动装置，其特征在于，所述竖直振动器（2）包括用于与膜组件连接的竖直支架（22）、第二电机（23）、水平转轴（24）和竖直偏心轴（26），所述竖直支架（22）的底部与所述水平支架（3）相连接，所述水平转轴（24）贯穿所述竖直支架（22），所述水平转轴（24）的一端与所述第二电机（23）相连接、另一端设置所述竖直偏心轴（26），所述第二电机（23）与所述变频器相连接。

7.使用权利要求1-6任一所述三维变频振动装置的膜处理系统，还包括膜组件，与所述水平振动器（1）和竖直振动器（2）相连接。

8.根据权利要求7所述的膜处理系统，其特征在于，所述膜组件包括至少一级膜单元，所述膜单元包括膜装置（12）和储油罐（13），所述膜装置（12）的进料口处设置有进料阀（14）和进料泵（15），所述膜装置（12）的浓料出口处设置有调压阀（16），所述膜装置（12）的净料出口通过带有流量检测器（17）的出料阀（18）或配有反冲泵（19）的逆向阀（20）与所述储油罐（13）相连通，所述储油罐（13）设置有产品出口（21）。

9.根据权利要求8所述的膜处理系统，其特征在于，多级所述膜单元串联连接；除第一级膜单元外，每级膜单元的所述进料阀（14）通过所述进料泵（15）与前一级所述膜单元的储油罐（13）内部相连通、所述调压阀（16）与前一级所述膜单元的储油罐（13）内部相连通。

10.根据权利要求8或9所述的膜处理系统，其特征在于，所述膜装置（12）为陶瓷膜装置。

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