關(guān)于旋轉(zhuǎn)式潷水器的優(yōu)化設(shè)計

方躍飛，陳 俊，孫克欽

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

0 引言

由于目前我國耕地面積的減少，土地越來越稀少，因此對于污水廠的新建、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 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)的簡稱。SBR法的整個工藝過程包括五個階段，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，且排水時池中水位是不斷變化的，每次潷水的流量較大，同時集中潷水時間較短，因此要求潷水器在較短的時間內(nèi)大量排水。傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式潷水器傳動機(jī)構(gòu)采用上下滑動形式傳動，故障率高；出水裝置僅僅采用傳統(tǒng)石棉盤根結(jié)構(gòu)，不能有效止水。本文針對出口至東南亞某國的潷水器，潷水量為1 640 m3/h，采用最新的電動推桿結(jié)構(gòu)作為傳動機(jī)構(gòu)，對止水裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，然后對相關(guān)的總管、支管等進(jìn)行強(qiáng)度等計算校核。

1 旋轉(zhuǎn)式潷水器主要結(jié)構(gòu)介紹

1.1 旋轉(zhuǎn)式潷水器的傳動機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)式潷水器的傳動機(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，防腐等問題比較嚴(yán)重；同時固定導(dǎo)架由于受力過大經(jīng)常發(fā)生從墻面分離，導(dǎo)致整個潷水器倒塌失效。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機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造，采用電動推桿結(jié)構(gòu)形式，安裝在平臺上，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潷水槽上的活動擋板，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，重力式擋渣裝置被水托起。水面表層的澄清水繞過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，所以兩個端板面積較大，重力式擋渣裝置始終在兩端板之間浮動。

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

圖1 傳動機(jī)構(gòu)簡圖（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根止水結(jié)構(gòu)，經(jīng)過改進(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)計計算簡述

2.1 工藝計算

工藝計算見表1。

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計算

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]?？傮w結(jié)構(gòu)分為兩個單元進(jìn)行計算,每個單元的潷水寬度為7.5 m。

表1 工藝計算

2.2.1 總管強(qiáng)度計算

（1）潷水開始時的受力分析如圖4所示。

圖4 總管推力計算圖（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 總管推力計算圖（二）

L1=1 838 mm L2=1 360 mm

（3）潷水結(jié)束時的受力分析如圖6所示。

圖6 總管拉力計算圖（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 總管拉力計算圖（二）

（5）總管強(qiáng)度計算如圖8～圖11所示。比較F與F’，F(xiàn)對總管強(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，主管在長度7 190 mm的重力為587 kg。

圖8 總管剪力計算圖（一）（單位：mm）

圖9 總管剪力計算圖（二）（單位：mm）

圖10 總管彎矩計算圖

圖11 總管截面特性計算圖（單位：mm）

則強(qiáng)度足夠。

則撓度足夠。

2.2.2 支管強(qiáng)度計算

比較T推與T拉，T推＞T拉，以T推對支管進(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)行計算，如圖12和圖13所示。

圖12 支管截面特性計算圖（單位：mm）

圖13 支管受力計算圖（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

由以上計算可知，按照產(chǎn)品工況要求設(shè)計潷水器，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)行過程中保證強(qiáng)度。同時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，形成了一個整體的梁，保證潷水器潷水的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

該產(chǎn)品出口至東南亞某國家，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)計研究院.給水排水設(shè)計手冊(第九冊)：專用機(jī)械[M].北京:中國建筑工業(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，王長生，等.旋轉(zhuǎn)式潷水器的開發(fā)設(shè)計[J].中國給水排水，2002，18（5）:56-57.