CN112781991B - 一种中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置及评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置及评估方法，评估装置包括封头、端盖、筒体、密封头和压力传感器，筒体的两端均紧固安装有端盖，端盖远离筒体的一端紧固安装有封头，所述端盖上阵列开设有若干通孔，通孔连通封头和筒体，所述所述密封头嵌入在通孔内，所述密封头沿长度方向设有出水孔，待测中空纤维膜丝的两端分别嵌入安装在位于筒体两端的密封头的出水孔内，所述筒体上开设有进水口，其中一个封头上开设有出水口，设有出水口的封头内的密封头出水孔内安装有压力传感器，安装有压力传感器的密封头端部位于出水口外侧，评估方法采用逐步增压的方式进行压力检测评估，从而替代人工评估，提高评估的准确性和效率。
Description
技术领域
本发明涉及中空纤维膜性能检测技术领域，尤其涉及一种中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置及评估方法。
背景技术
中空纤维超滤膜和微滤膜已经广泛应用于各种水处理领域，按照运行的方式，分为内压运行和外压运行。目前中空纤维超滤膜和微滤膜的国产化程度非常高，但是产品的质量也良莠不齐，相关部门出台了一系列的行业标准和国家标准，为规范行业的发展和保证产品的质量提供了技术上的约束，然而遗憾的是，现有的标准中并没有针对中空纤维膜丝的抗压扁性能作出要求和评价方法。
然而膜组件在实际的运行过程中，中空纤维膜丝的抗压扁性能是个非常重要的参数，直接关系到产水量的大小以及出水水质和膜组件的使用寿命，中空纤维膜丝的结构强度由其自身材料和微观结构决定，在水压的作用下，膜丝可能会因为压力而产生形变，圆柱形的腔体受压后腔体压缩，进而导致膜丝水处理的能力下降，有些严重的甚至会直接产生膜丝的破裂，导致膜组件无法正常使用。
因此亟需一种针对中空纤维膜丝抗压扁性能的评估装置和评估方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种能够正对中空纤维膜丝抗压扁性能进行评估的装置和该装置的评估方法。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置，包括待测中空纤维膜丝、封头、端盖、筒体、密封头和压力传感器，筒体的两端均紧固安装有端盖，端盖远离筒体的一端紧固安装有封头，所述端盖上阵列开设有若干通孔，通孔连通封头和筒体，所述所述密封头嵌入在通孔内，所述密封头沿长度方向设有出水孔，待测中空纤维膜丝的两端分别嵌入安装在位于筒体两端的密封头的出水孔内，所述筒体上开设有进水口，其中一个封头上开设有出水口，设有出水口的封头内的密封头出水孔内安装有压力传感器，安装有压力传感器的密封头端部位于出水口外侧。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述密封头包括管体，所述管体嵌入安装在通孔内，管体为变径结构，管体的一端外侧直径小于通孔直径，管体另一端外侧直径大于通孔直径，且较大直径的一端位于筒体内侧。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述密封头还包括瓣膜，所述管体的一端开口处沿周向阵列安装有至少两片瓣膜，瓣膜靠近管体的一端侧面与相邻的瓣膜相互密合。
在以上技术方案的基础上，优选的，所有瓣膜向管体轴线方向聚拢时形成两端开口的密封腔体结构。
更进一步优选的，还包括密封堵头，所述密封堵头选择性嵌入安装在出水孔内。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括流量传感器，所述流量传感器安装在进水口内。
本发明还提供一种中空纤维膜丝抗压扁性能评估方法，包括如下步骤：
步骤一、将待检测数量的待测中空纤维膜丝的两端分别嵌入安装在两端的端盖上的密封头内，并将未安装待测中空纤维膜丝的密封头从筒体的一端用密封堵头进行封堵；
步骤二、将封头和筒体都安装好，并对安装位置采取密封处理，然后用气体从筒体的进水口进气，进行密封测试和密封头压紧处理，至出水口处无明显气体排出时停止进气；
步骤三、将设有出水口一端的压力传感器的输出端与外部的数据收集处理设备连接，并向进水口注水，初始水压为P，在初始水压下保压处理，处理时长为T，收集该时长内每个压力传感器的输出信号值；
步骤四、将水压增加δp，并在增加了δp的水压下保压处理，处理时长为T，收集该时长内每个压力传感器的输出信号值，δp大于0；
步骤五、重复步骤四，直至水压达到Q时，停止水压增加，计算水压增加n*δp时，所有压力传感器的输出信号值中在合格范围内的数量占待检测数量的占比，当该占比不大于80％且数值最大时，对应的水压P+n*δp即为最高运行压力，其中n为增加δp的次数，n≥0。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述Q＞P+δp。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤三还包括，将流量传感器的输出端与外部的数据收集处理设备连接，同时收集该时长内每个流量传感器的输出信号值的总和，步骤四还包括收集该时长内每个流量传感器的输出信号值的总和。
在以上技术方案的基础上，优选的，步骤五还包括，将水压增加n*δp时的流量信号值总和与目标信号范围值进行对比，流量信号值总和在目标信号范围内时，对应的水压P+n*δp为有效最高运行压力，当水压增加n*δp时的流量信号值总和在目标信号范围外时，则将水压P+m*δp作为有效最高运行压力，其中水压增加m*δp时的流量信号值总和在目标信号范围内，且m最大，m＜n，m为增加δp的次数。
本发明的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置及评估方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明提供的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置利用类似纤维膜组件的结构进行对应的抗压扁性能检测，采用可拆卸的密封头结构对中空纤维膜丝进行连接检测，连接方式简单，通过插入出出水孔并进行保压紧固即可，为了避免人工进行肉眼辨别中空纤维膜丝是否压扁而存在的误差，采用更加精确的流量传感器进行可量化的检测，大大降低了检测的难度和繁琐程度；
(2)同时为了进一步提高检测的精度，采用流量传感器进行进水流量的检测，通过对比进水流量以及中空纤维膜丝的最大处理流量，可以用于判断中空纤维膜是否在未压扁的情况下就差生了机械损伤，进一步提高了检测的精度。
(3)同时本发明还提供了对应的评估方法，通过逐步增加进水压力，来检测评估中空纤维膜丝的最大出力能力，从而使评估结果更加准确，本发明总体采用可量化的数据结构来反映中空纤维膜丝的抗压扁性能，避免人工评估产生误差，同时降低了评估难度，填补了中空纤维膜丝抗压扁性能评估设备和评估方法的空白，具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的轴测图；
图2为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的爆炸图；
图3为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置主视图的局部剖面图；
图4为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置中端盖3的轴测图；
图5为图4的爆炸图；
图6为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置中端盖3和封头2的主视剖视图；
图7为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置中筒体的主视剖面图；
图8为本发明中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置中密封头的轴测图。
图中：1-待测中空纤维膜丝、2-封头、3-端盖、4-筒体、5-密封头、6-压力传感器、7-密封堵头、8-流量传感器、21-出水口、31-通孔、41-进水口、51-出水孔、52-管体、53-瓣膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，结合图2-8，本发明的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置，其包括待测中空纤维膜丝1、封头2、端盖3、筒体4、密封头5、压力传感器6、密封堵头7和流量传感器8，其中筒体4的两端均固定安装有端盖3，端盖3远离筒体4的一侧安装有封头2，端盖3上阵列开设有若干通孔31，通孔31连通筒体4和封头2，通孔31内嵌入安装有密封头5，两个端盖3之间的密封头5之间通过待测中空纤维膜丝1连通，没有被待测中空纤维膜丝1连通的密封头内嵌入安装密封堵头7，其中一个封头2的侧面开设有出水口21，且位于对应封头2一侧的端盖3上的密封头5的端部均通过出水口21与外部的设备连通，筒体4的侧面开设有进水口41，进水口41数量可以是一个也可以是多个，每个进水口41内均安装有一个流量传感器8，流量传感器8与外部设备信号连接，密封头5包括变径管体结构，其沿长度方向开设有出水孔51，出水孔51内安装有压力传感器6，压力传感器6与外部的设备信号连接。
具体的所述待测中空纤维膜丝1作为被测量的组件，其两端分别嵌入在位于不同端盖3上的密封头5内。
封头2用于形成待测中空纤维膜丝1的出水口结构，用于收集和汇集经过中空纤维膜丝处理的水，并集中收集，封头2优选的为一端开口的腔体结构，进一步优选的为一端开口另一端圆头封闭的腔体结构。
端盖3用于隔断待测中空纤维膜丝1与封头2之间的空间，端盖3与筒体4配合，在待测中空纤维膜丝1的外侧形成一相对封闭空间，从而能够从外侧施加水压进行水处理，端盖3上开设若干通孔31，待测中空超滤膜丝1的端部穿过通孔31进入封头2内，为了起到良好的密封和拆卸效果，采用密封头5安装在待测中空超滤膜丝1与通孔31之间。
筒体4用于与端盖3形成待测中空纤维膜丝1外侧的密封腔体结构，用于进行加压输入水，筒体4为两端开口的筒体结构，优选的为圆筒状，筒体4的侧面开设有进水口41。
密封头5用于密封待测中空纤维膜丝1与通孔31，密封头5采用变径的管体结构，包括一管体52，管体52延长度方向开设有出水孔51，直接较小的一端嵌入在通孔31内，直接较大的一端则位于通孔31靠近筒体4的一侧，这样当密封头5嵌入的深度变大时，密封效果提高，当密封头5嵌入的深度变小时，则密封头5相对端盖3可拆卸，进一步优选的，管体52外径较大的一端沿周向连续阵列安装有若干瓣膜53，相邻的瓣膜53靠近管体52的一端相互连接，瓣膜53用于密封密封头5与待测中空纤维膜丝1之间的缝隙，作为具体的实施方式，瓣膜53为若干圆弧片结构，当所有瓣膜53向管体52的轴线方向聚拢时，相邻的瓣膜53的边缘可以相互密合。
压力传感器6用于检测对应的密封头5内的水压，具体的，压力传感器6安装在管体52的内侧，本发明用于检测中空纤维膜丝抗压扁性能，因此在中空纤维膜丝未压扁的情况下，中空纤维膜丝正常工作，其出水的水流量和水压力会在相对稳定的范围内波动，若中空纤维膜丝受到外界压力产生形变，部分被压扁，则压扁的部分无法正常进行水处理，对应的其产水量会降低，水压力也随之降低，压力传感器6则可以进行准确检测，同样的，若中空纤维膜丝直接产生破裂，其对应的产水量也会大幅度提高，这种情况下其水压也随之增大超出正常范围，此时，外部设备对压力传感器6所检测的信号进行收集和对比即可知道，对应的中空纤维膜丝抗压扁性能是否达标。
密封堵头7用于对未安装待测中空纤维膜丝1的密封头5进行封堵，本发明的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置具有一定数量的检测位，也就是密封头5，当待测中空纤维膜丝1的数量小于密封头5的数量时，为了保证筒体4内的压力恒定，需要将对应的密封头5进行封堵，对应的密封堵头7采用变径圆柱体结构，其较小的一端直径小于出水孔51的直径，较大的一端直径大于出水孔51的直径。
流量传感器8用于检测进水的流量，从而可以知道出水的流量，根据总流量以及每个中空纤维膜丝的正常处理流量范围和中空纤维膜丝的数量，可以判断中空纤维膜丝是否正常工作，中空纤维膜丝在对应的压力下的正常工作出水量的范围是已知的，因此通过计算数量可以知道目标范围的总流量，通过流量传感器8检测进水流量也就是出水流量，通过对比出水流量与目标范围的总流量即可知道，在对应的压力下，中空纤维膜丝是否正常工作。
本发明还提供一种具体的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的评估方法，在具体实施方式中，对应的抗压扁性能评估装置设有两个进水口41，检测某一批聚偏氟乙烯的中空纤维膜丝抗压扁性能，其最大工作压力为0.3MPa，在最大工作压力范围内，其膜内压力范围是0-0.24MPa，膜内压力随着水压的变化而变化，因此当外部水压不为0时，其膜内水压大于0，同时膜内水压不会超过外部水压，产水量为50-100L/h·m2，具体包括如下步骤：
首先，安装50根待测中空纤维膜丝1在筒体4内，待测中空纤维膜丝1的两端分别嵌入在出水孔51内，同时对未安装待测中空纤维膜丝1的出水孔51采用密封堵头7密封，安装完成后将对应的筒体4、端盖3和封头2进行连接和密封，向进水口41内通入0.2MPa的气体进行前期的密封封堵处理，当检测到筒体4内的气压基本稳定在0.2MPa，同时出水口41处没有明显气体排出时，停止进气处理，将压力传感器6和流量传感器8与外部检测设备相互信号连接，后通过进水口41进行初步水压测试，初始水压为0.2MPa，保持初始水压工作90秒，收集所有的压力传感器6的信号，以及两个流量传感器8的信号值之和，此时，有50个压力传感器6的压力检测值为0.15MPa左右，其余压力传感器6信号为0，两个流量传感器8的流量检测值之和为62L/h·m2，均在正常范围内。
将进水压力提高0.05MPa，继续保压工作90秒，此时的进水压力为0.25MPa，收集所有的压力传感器6的信号，以及两个流量传感器8的信号值之和，此时，有50个压力传感器6的压力检测值为0.19MPa左右，其余压力传感器6信号为0，两个流量传感器8的流量检测值之和为74L/h·m2，均在正常范围内。
将进水压力继续提高0.05MPa，继续保压工作90秒，此时的进水压力为0.3MPa，收集所有的压力传感器6的信号，以及两个流量传感器8的信号值之和，此时，有48个压力传感器6的压力检测值为0.23MPa左右，有2个压力传感器6的压力检测值为0.12MPa，其余压力传感器6信号为0，两个流量传感器8的流量检测值之和为85L/h·m2，此时正常的待测中空纤维膜丝的数量占比为96％，均在正常范围内。
继续将进水压力提高0.05MPa，继续保压工作90秒，此时的进水压力为0.35MPa，收集所有的压力传感器6的信号，以及两个流量传感器8的信号值之和，此时，有38个压力传感器6的压力检测值为0.23MPa左右，有7个压力传感器6的压力检测值为0.08MPa，有5个压力传感器6的压力检测值为0.34MPa，其余压力传感器6信号为0，两个流量传感器8的流量检测值之和为85L/h·m2，流量检测在正常范围内，但是压力检测正常的压力传感器6的数量占75％，小于80％，因此其最高有效运行压力为0.3MPa。
在另一实施例中，继续将进水压力提高0.05MPa，继续保压工作90秒，此时的进水压力为0.35MPa，收集所有的压力传感器6的信号，以及两个流量传感器8的信号值之和，此时，有42个压力传感器6的压力检测值为0.23MPa左右，有3个压力传感器6的压力检测值为0.08MPa，有5个压力传感器6的压力检测值为0.34MPa，其余压力传感器6信号为0，两个流量传感器8的流量检测值之和为124L/h·m2，压力检测正常的压力传感器6的数量占84％，大于80％，但是其流量检测值已经超出最大的处理流量值，因此其最高有效运行压力为0.3MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的评估方法，所述中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置包括待测中空纤维膜丝（1），其特征在于，包括封头（2）、端盖（3）、筒体（4）、密封头（5）、压力传感器（6）、密封堵头（7）和流量传感器（8），筒体（4）的两端均紧固安装有端盖（3），端盖（3）远离筒体（4）的一端紧固安装有封头（2），所述端盖（3）上阵列开设有若干通孔（31），通孔连通封头（2）和筒体（4），所述密封头（5）嵌入在通孔（31）内，所述密封头（5）沿长度方向设有出水孔（51），所述密封头（5）包括管体（52）和瓣膜（53），所述管体（52）嵌入安装在通孔（31）内，管体（52）为变径结构，管体（52）的一端外侧直径小于通孔直径，管体（52）另一端外侧直径大于通孔（31）直径，且较大直径的一端位于筒体（4）内侧，所述管体（52）的一端开口处沿周向阵列安装有至少两片瓣膜（53），瓣膜（53）靠近管体（52）的一端侧面与相邻的瓣膜（53）相互密合，所有瓣膜（53）向管体（52）轴线方向聚拢时形成两端开口的密封腔体结构，待测中空纤维膜丝（1）的两端分别嵌入安装在位于筒体（4）两端的密封头（5）的出水孔（51）内，所述筒体（4）上开设有进水口（41），其中一个封头（2）上开设有出水口（21），设有出水口（21）的封头（2）内的密封头（5）出水孔（51）内安装有压力传感器（6），安装有压力传感器（6）的密封头（5）端部位于出水口（21）外侧，所述密封堵头（7）选择性嵌入安装在出水孔（51）内，所述流量传感器（8）安装在进水口（41）内；
所述中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的评估方法，包括如下步骤：
步骤一、将待检测数量的待测中空纤维膜丝（1）的两端分别嵌入安装在两端的端盖（3）上的密封头（5）内，并将未安装待测中空纤维膜丝（1）的密封头（5）从筒体（4）的一端用密封堵头（7）进行封堵；
步骤二、将封头和筒体都安装好，并对安装位置采取密封处理，然后用气体从筒体（4）的进水口（41）进气，进行密封测试和密封头压紧处理，至出水口（21）处无明显气体排出时停止进气；
步骤三、将设有出水口（21）一端的压力传感器（6）的输出端与外部的数据收集处理设备连接，并向进水口注水，初始水压为P，在初始水压下保压处理，处理时长为T，收集该时长内每个压力传感器（6）的输出信号值；
步骤四、将水压增加，并在增加了/>的水压下保压处理，处理时长为T，收集该时长内每个压力传感器（6）的输出信号值，/>大于0；
步骤五、重复步骤四，直至水压达到Q时，停止水压增加，计算水压增加时，所有压力传感器（6）的输出信号值中在合格范围内的数量占待检测数量的占比，当该占比不大于80%且数值最大时，对应的水压/>即为最高运行压力，其中n为增加/>的次数，n≥0。
2.如权利要求1所述的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的评估方法，其特征在于，所述。
3.如权利要求1所述的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的评估方法，其特征在于，步骤三还包括，将流量传感器（8）的输出端与外部的数据收集处理设备连接，同时收集该时长内每个流量传感器（8）的输出信号值的总和，步骤四还包括收集该时长内每个流量传感器（8）的输出信号值的总和。
4.如权利要求3所述的中空纤维膜丝抗压扁性能评估装置的评估方法，其特征在于，步骤五还包括，将水压增加时的流量信号值总和与目标信号范围值进行对比，流量信号值总和在目标信号范围内时，对应的水压/>为有效最高运行压力，当水压增加/>时的流量信号值总和在目标信号范围外时，则将水压/>作为有效最高运行压力，其中水压增加/>时的流量信号值总和在目标信号范围内，且m取最大值，m＜n，m为增加/>的次数。
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