一種懸掛式潛水推流器導桿裝置設計與應用探究

萬慶

（桂林市排水工程管理處，廣西 桂林 541000）

污水處理廠的潛水推流器通常安裝在導桿上使用，使用鉸銷結構和膨脹方式安裝的導桿在使用一段時間后，陸續發生潛水推流器導桿的液面下導桿基座松動、甚至損壞等故障。由于傳統的潛水推流器的液面下導桿基座采用的是導桿底部鉸銷結構與地面基礎固定，導桿上部與氧化溝走道板基礎固定，當底部連接結構松動或損壞時維修不方便，需要降低水位進行導桿周圍局部圍堰抽水處理后才能進行維修，耗費大量時間及人力物力，影響污水處理生產的運行和調控。

1 結構設計

本文提出的懸掛式導桿裝置在液面下無須設置固定基礎，潛水推流器主體通過主導桿固定在污水中，因而不存在液面下基座損壞的故障問題，從而從根本上解決了液面下導桿基座松動損壞后，在不影響生產的狀況下，能在液面上維修更換新的液面下導桿。本小節介紹各部分結構如圖1 所示。

圖1 懸掛式潛水推流器導桿裝置示意圖

1.1 基座

基座包括分別設置在走道基礎上下端面的上底板和下底板以及支架和導桿鎖緊裝置，所述支架的下端部與上底板上端面固定連接，支架為縱向設置，其上部向上底板、下底板的外側傾斜超出上底板、下底板的側端部，支架的側面設有加強肋板。

1.2 導桿及導桿鎖緊裝置

導桿包括主導桿和副導桿，所述主導桿和副導桿縱向設置，主導桿、副導桿的上部與支架可拆卸式連接。導桿鎖緊裝置包括固定件、固定塊和U 型抱箍。

1.3 定位支撐裝置

定位支撐裝置設置在副導桿、主導桿的下部，副導桿與定位支撐裝置可拆卸式連接，主導桿被夾緊在定位支撐裝置中。定位支撐裝置包括焊接鋼架，所述焊接鋼架的一側設有用于與副導桿連接的固定部。

1.4 潛水推流器主體

潛水推流器主體安裝在主導桿底部的底座上，潛水推流器底安裝時，由主導桿上往下移動到底座的下端面與三角固定支架的水平邊連接，本文設計選用質量為310kg，推力為3840N 的潛水推流器。

2 重要連接點受力分析

本小節將主要分析此懸掛式潛水推流器導桿裝置重要連接點的受力分析，驗證導桿結構強度是否能滿足要求。

通過測量得到的部分客觀條件：推流器軸心離地面豎直深度：h=Lb+Lc=7m；導桿選用的方鋼實際稱重得其重量為17.6kg/m，導桿在三腳架平面下長725mm，主導桿和副導桿近似為一樣長，計算和受力分析時將主副導桿簡化為一根剛性桿，導桿裝置總重近似為：G合=m合g＝（m主+m副+m三腳架+m推流器）g=6671.2N。

查閱得到部分數據：底板螺栓連接結合面為混凝土許用擠壓應力σpp=2MPa，變載荷下預緊連接的螺栓安全系數Ss=5，螺紋連接件屈服點σs=240MPa。

如圖1 受力分析，由導桿受的彎矩ΣM導桿=0 可得：

將G合代入聯立式（1）（2）（3）求得：

作重力G合和合力F合夾角為α，則有：

機架在W 點受力F合1：

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連接螺栓組中點Q 和交點W 得到長度Ld，線段QW 與導桿夾角為β，從螺栓組中點Q 作垂線相交于F合方向延長線，長度為Le，則：

螺栓組所受翻轉力矩M：

聯立式(7)(8)(9)(10)(11)得：

承受翻轉力矩M 的普通螺栓組的螺栓所受最大拉力計算公式：

式中，M 為螺栓組所受的翻轉力矩；r 為螺栓中心至底板對稱軸線的距離。

根據實際測量得：

式中，A 為螺栓組底板接合面的受壓面積；W 為螺栓組底板結合面的抗彎截面系數；σpp為結合面許用擠壓應力。

實際測量得底板長L 為0.65m，底板寬B 為0.5m，孔中心至邊距離d=0.05m，厚度為0.025m，該裝置豎直方向上只受自身重力作用，代入式（14）得：

將G 合和σpp數據代入式（16）得

當Lb取1 到2 時，由式（17）得出，當Lb=1 時，結合面受到的壓應力最大，有：

由式（18）可知，與地板螺栓結合面的混凝土地面能承受該裝置的擠壓。

受剪切力螺栓設計公式（1）為：

式中：F 為螺栓組所受的工作剪力（N）；d0為螺栓受剪面的直徑（可取為螺栓孔直徑）（mm）；t 為螺栓的許用剪力（MPa）；i 為螺栓桿受剪面數目。

變載荷下許用切應力公式（1）為：

由受力分析可知，導桿頂部螺栓所受最大載荷及方向為F合，式（20）代入式（19）得：

當Lb=1 時，d9≥17.0mm；當Lb=1.5 時，d9≥13.9mm；當Lb=2 時，d9≥12.9mm。

3 結語

本懸掛式導桿裝置設計結構能滿足強度要求，這種懸掛式導桿裝置可以解決液面下導桿基座松動或損壞后，在不影響生產的狀況下，能在液面上維修更換新的液面下的導桿及配件，同時又攻克了保證安全平穩運行潛水推流器的維修技術難題。