一種懸掛式潛水推流器導(dǎo)桿裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用探究

萬(wàn)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(dǎo)桿上使用，使用鉸銷結(jié)構(gòu)和膨脹方式安裝的導(dǎo)桿在使用一段時(shí)間后，陸續(xù)發(fā)生潛水推流器導(dǎo)桿的液面下導(dǎo)桿基座松動(dòng)、甚至損壞等故障。由于傳統(tǒng)的潛水推流器的液面下導(dǎo)桿基座采用的是導(dǎo)桿底部鉸銷結(jié)構(gòu)與地面基礎(chǔ)固定，導(dǎo)桿上部與氧化溝走道板基礎(chǔ)固定，當(dāng)?shù)撞窟B接結(jié)構(gòu)松動(dòng)或損壞時(shí)維修不方便，需要降低水位進(jìn)行導(dǎo)桿周圍局部圍堰抽水處理后才能進(jìn)行維修，耗費(fèi)大量時(shí)間及人力物力，影響污水處理生產(chǎn)的運(yùn)行和調(diào)控。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文提出的懸掛式導(dǎo)桿裝置在液面下無(wú)須設(shè)置固定基礎(chǔ)，潛水推流器主體通過(guò)主導(dǎo)桿固定在污水中，因而不存在液面下基座損壞的故障問(wèn)題，從而從根本上解決了液面下導(dǎo)桿基座松動(dòng)損壞后，在不影響生產(chǎn)的狀況下，能在液面上維修更換新的液面下導(dǎo)桿。本小節(jié)介紹各部分結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 懸掛式潛水推流器導(dǎo)桿裝置示意圖

1.1 基座

基座包括分別設(shè)置在走道基礎(chǔ)上下端面的上底板和下底板以及支架和導(dǎo)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(shè)置，其上部向上底板、下底板的外側(cè)傾斜超出上底板、下底板的側(cè)端部，支架的側(cè)面設(shè)有加強(qiáng)肋板。

1.2 導(dǎo)桿及導(dǎo)桿鎖緊裝置

導(dǎo)桿包括主導(dǎo)桿和副導(dǎo)桿，所述主導(dǎo)桿和副導(dǎo)桿縱向設(shè)置，主導(dǎo)桿、副導(dǎo)桿的上部與支架可拆卸式連接。導(dǎo)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(shè)置在副導(dǎo)桿、主導(dǎo)桿的下部，副導(dǎo)桿與定位支撐裝置可拆卸式連接，主導(dǎo)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(cè)設(shè)有用于與副導(dǎo)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(dǎo)桿底部的底座上，潛水推流器底安裝時(shí)，由主導(dǎo)桿上往下移動(dòng)到底座的下端面與三角固定支架的水平邊連接，本文設(shè)計(jì)選用質(zhì)量為310kg，推力為3840N 的潛水推流器。

2 重要連接點(diǎn)受力分析

本小節(jié)將主要分析此懸掛式潛水推流器導(dǎo)桿裝置重要連接點(diǎn)的受力分析，驗(yàn)證導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是否能滿足要求。

通過(guò)測(cè)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(dǎo)桿選用的方鋼實(shí)際稱重得其重量為17.6kg/m，導(dǎo)桿在三腳架平面下長(zhǎng)725mm，主導(dǎo)桿和副導(dǎo)桿近似為一樣長(zhǎng)，計(jì)算和受力分析時(shí)將主副導(dǎo)桿簡(jiǎn)化為一根剛性桿，導(dǎo)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?jǐn)?shù)據(jù)：底板螺栓連接結(jié)合面為混凝土許用擠壓應(yīng)力σpp=2MPa，變載荷下預(yù)緊連接的螺栓安全系數(shù)Ss=5，螺紋連接件屈服點(diǎn)σs=240MPa。

如圖1 受力分析，由導(dǎo)桿受的彎矩ΣM導(dǎo)桿=0 可得：

將G合代入聯(lián)立式（1）（2）（3）求得：

作重力G合和合力F合夾角為α，則有：

機(jī)架在W 點(diǎn)受力F合1：

因?yàn)閷W(xué)生生活在學(xué)校、家庭這兩個(gè)集體環(huán)境中，學(xué)生的存在感有賴于教師、同學(xué)、家長(zhǎng)這一面又一面的鏡子來(lái)反照。因此可從教師、學(xué)習(xí)伙伴、家長(zhǎng)三個(gè)維度來(lái)組織教學(xué)和管理，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生在群體生活中的存在感。

連接螺栓組中點(diǎn)Q 和交點(diǎn)W 得到長(zhǎng)度Ld，線段QW 與導(dǎo)桿夾角為β，從螺栓組中點(diǎn)Q 作垂線相交于F合方向延長(zhǎng)線，長(zhǎng)度為L(zhǎng)e，則：

螺栓組所受翻轉(zhuǎn)力矩M：

聯(lián)立式(7)(8)(9)(10)(11)得：

承受翻轉(zhuǎn)力矩M 的普通螺栓組的螺栓所受最大拉力計(jì)算公式：

式中，M 為螺栓組所受的翻轉(zhuǎn)力矩；r 為螺栓中心至底板對(duì)稱軸線的距離。

根據(jù)實(shí)際測(cè)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(jié)合面的抗彎截面系數(shù)；σpp為結(jié)合面許用擠壓應(yīng)力。

實(shí)際測(cè)量得底板長(zhǎng)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(shù)據(jù)代入式（16）得

當(dāng)Lb取1 到2 時(shí)，由式（17）得出，當(dāng)Lb=1 時(shí)，結(jié)合面受到的壓應(yīng)力最大，有：

由式（18）可知，與地板螺栓結(jié)合面的混凝土地面能承受該裝置的擠壓。

受剪切力螺栓設(shè)計(jì)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(shù)目。

變載荷下許用切應(yīng)力公式（1）為：

由受力分析可知，導(dǎo)桿頂部螺栓所受最大載荷及方向?yàn)镕合，式（20）代入式（19）得：

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

3 結(jié)語(yǔ)

本懸掛式導(dǎo)桿裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能滿足強(qiáng)度要求，這種懸掛式導(dǎo)桿裝置可以解決液面下導(dǎo)桿基座松動(dòng)或損壞后，在不影響生產(chǎn)的狀況下，能在液面上維修更換新的液面下的導(dǎo)桿及配件，同時(shí)又攻克了保證安全平穩(wěn)運(yùn)行潛水推流器的維修技術(shù)難題。