關(guān)于旋轉(zhuǎn)式潷水器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

方躍飛，陳 俊，孫克欽

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

0 引言

由于目前我國(guó)耕地面積的減少，土地越來(lái)越稀少，因此對(duì)于污水廠的新建、改建、擴(kuò)建都需要考慮到節(jié)約建設(shè)面積。為了節(jié)約土地，該 SBR法污水處理工藝能有效減少建設(shè)用地，特別是我國(guó)中小城鎮(zhèn)建設(shè)污水廠，SBR法是比較好的選擇，也是目前主要污水處理工程的應(yīng)用方法。SBR法是對(duì) 20世紀(jì)初產(chǎn)生的活性污泥法的一種改進(jìn)，它是序批式活性污泥法污水處理系統(tǒng)(sequencing batch rearaor)的簡(jiǎn)稱。SBR法的整個(gè)工藝過(guò)程包括五個(gè)階段，依次為進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、排水排泥和閑置階段，這五個(gè)階段都在曝氣池內(nèi)完成。由于多種形式的SBR工藝均是采用靜止沉淀、集中潷水的方式運(yùn)行，且排水時(shí)池中水位是不斷變化的，每次潷水的流量較大，同時(shí)集中潷水時(shí)間較短，因此要求潷水器在較短的時(shí)間內(nèi)大量排水。傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式潷水器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用上下滑動(dòng)形式傳動(dòng)，故障率高；出水裝置僅僅采用傳統(tǒng)石棉盤(pán)根結(jié)構(gòu)，不能有效止水。本文針對(duì)出口至東南亞某國(guó)的潷水器，潷水量為1 640 m3/h，采用最新的電動(dòng)推桿結(jié)構(gòu)作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，對(duì)止水裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后對(duì)相關(guān)的總管、支管等進(jìn)行強(qiáng)度等計(jì)算校核。

1 旋轉(zhuǎn)式潷水器主要結(jié)構(gòu)介紹

1.1 旋轉(zhuǎn)式潷水器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式潷水器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是上下導(dǎo)軌啟閉機(jī)構(gòu)，利用四輪滑道與斜齒輪的組合完成潷水過(guò)程，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝不便，并且由于滑道部分裸露，防腐等問(wèn)題比較嚴(yán)重；同時(shí)固定導(dǎo)架由于受力過(guò)大經(jīng)常發(fā)生從墻面分離，導(dǎo)致整個(gè)潷水器倒塌失效。傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式潷水器維修維護(hù)也特別不方便。因此將該潷水器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，采用電動(dòng)推桿結(jié)構(gòu)形式，安裝在平臺(tái)上，利于維護(hù)和保養(yǎng)。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 重力式擋渣裝置

如圖2所示，重力式擋渣裝置是整個(gè)潷水槽上的活動(dòng)擋板，重力式擋渣裝置后邊緣與潷水槽的后壁上邊沿用鉸鏈連接。當(dāng)潷水堰槽前緣浸入水中時(shí)，重力式擋渣裝置被水托起。水面表層的澄清水繞過(guò)重力式擋渣裝置的下沿，經(jīng)潷水堰板流入潷水槽，水面漂浮的雜物被攔截在擋渣管以外。設(shè)計(jì)要求水作用于擋渣管的浮力要基本等于擋渣裝置重力所形成的重力。

端板的作用：

（1）封堵潷水槽兩端。

（2）遮擋漂浮物，防止雜質(zhì)從重力式擋渣裝置兩端流入潷水槽，所以兩個(gè)端板面積較大，重力式擋渣裝置始終在兩端板之間浮動(dòng)。

（3）防止水面有集中水流繞過(guò)擋渣板兩端邊沿進(jìn)入潷水器，以保持潷水器均勻、平穩(wěn)地潷水。

圖1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（單位：mm）

圖2 重力式擋渣裝置（單位：mm）

1.3 二端通止水裝置

XPS型旋轉(zhuǎn)式潷水器主管與套管以前僅僅采用石棉盤(pán)根止水結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)改進(jìn)采用在池外潷水器唇形密封結(jié)構(gòu)，方便和實(shí)現(xiàn)SBR池內(nèi)有水和無(wú)水的密封止水調(diào)節(jié)，目前使用狀況非常好。具體結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

2 設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)述

2.1 工藝計(jì)算

工藝計(jì)算見(jiàn)表1。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

圖3 二端通止水裝置（單位：mm）

已知條件：潷水寬度15 m，材料為SS304L，許用強(qiáng)度[σ]=1 600 kg/cm2，許用撓度[f]=1/1 500[1]。總體結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)單元進(jìn)行計(jì)算,每個(gè)單元的潷水寬度為7.5 m。

表1 工藝計(jì)算

2.2.1 總管強(qiáng)度計(jì)算

（1）潷水開(kāi)始時(shí)的受力分析如圖4所示。

圖4 總管推力計(jì)算圖（一）

式中：F1為集水槽的浮力1 155 kg-集水槽重力268 kg=887 kg；F2為三根豎支管的浮力1 155 kg-三根豎支管的重力292 kg=863 kg；F3為三根橫管的浮力526 kg-三根橫管的重力133 kg=393 kg；L3為 3 199 mm；L2為 1 361mm；L1為 1 940 mm；M阻為總管的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力距，M阻=400 kg·m。

可得

（2）以T推為支點(diǎn),則受力可表示為如圖5所示。

圖5 總管推力計(jì)算圖（二）

L1=1 838 mm L2=1 360 mm

（3）潷水結(jié)束時(shí)的受力分析如圖6所示。

圖6 總管拉力計(jì)算圖（一）

式中：G1為集水槽重力268 kg；G2為浮筒重力163/2=82（kg）；G3為三根豎支管重力 292 kg；G4為三根橫管重力 133 kg；L1為 1 940 mm；L2為 1 965 mm；L3為4 050 mm；M阻為總管的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩，M阻=400 kg·m。

可得

（4）以T拉為支點(diǎn)，則受力可表示為如圖7所示。

圖7 總管拉力計(jì)算圖（二）

（5）總管強(qiáng)度計(jì)算如圖8～圖11所示。比較F與F’，F(xiàn)對(duì)總管強(qiáng)度影響較大，考慮F與總管的浮力，則總管受力如下：由浮力和重力產(chǎn)生的均布載荷，主管在長(zhǎng)度7 190 mm的重力為587 kg。

圖8 總管剪力計(jì)算圖（一）（單位：mm）

圖9 總管剪力計(jì)算圖（二）（單位：mm）

圖10 總管彎矩計(jì)算圖

圖11 總管截面特性計(jì)算圖（單位：mm）

則強(qiáng)度足夠。

則撓度足夠。

2.2.2 支管強(qiáng)度計(jì)算

比較T推與T拉，T推＞T拉，以T推對(duì)支管進(jìn)行校核，考慮T推不均勻性，將受力最大的支管以T推/2進(jìn)行計(jì)算，如圖12和圖13所示。

圖12 支管截面特性計(jì)算圖（單位：mm）

圖13 支管受力計(jì)算圖（單位：mm）

則強(qiáng)度足夠。

則撓度足夠。

2.2.3 連接板強(qiáng)度校核

由以上計(jì)算可知，按照產(chǎn)品工況要求設(shè)計(jì)潷水器，潷水總管及支管強(qiáng)度與撓度均能夠滿足使用要求。但考慮到現(xiàn)場(chǎng)使用工況，又采取措施如下：

（1）豎次管與連接板之間采用焊接，并在周邊采取四塊筋板進(jìn)行加固，保證強(qiáng)度。

（2）豎次管與主管之間也在周邊用四塊筋板進(jìn)行加強(qiáng)，確保潷水器運(yùn)行過(guò)程中保證強(qiáng)度。同時(shí)豎次管與主管之間連接采用補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，以保證潷水器運(yùn)行過(guò)程中的強(qiáng)度要求。

（4）在潷水器橫支管上加強(qiáng)設(shè)置了100 mm×100 mm×4 mm的方管，并將方管與橫支管377×3用筋板進(jìn)行了加固，形成了一個(gè)整體的梁，保證潷水器潷水的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

該產(chǎn)品出口至東南亞某國(guó)家，有效緩解了土地緊張的局面，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，其專用設(shè)備總數(shù)可減少約113%，土建構(gòu)筑物總數(shù)可減少約113%，工程用地可節(jié)省約113%，大大節(jié)省了總成本，目前出口產(chǎn)品使用狀況非常好。

[1]上海市政工程設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)(第九冊(cè))：專用機(jī)械[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[2]劉鴻文，等.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1995:82-84.

[3]金宏，張大群，王長(zhǎng)生，等.旋轉(zhuǎn)式潷水器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)給水排水，2002，18（5）:56-57.