论文部分内容阅读
摘要：本文主要就原定型的中心传动刮泥机基础上开发的新产品：中心传动扫角式刮泥机进行叙述及设计举例，试述其优点及推广使用价值。
关键词：刮泥机 沉淀池 扫角器
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
一、概述
目前国内常用的给排水沉淀池结构形式大致分两大类：圆形池和长方形池。在圆形池上采用中心传动刮泥机和周边传动刮泥机。而在长方形池上则采用行车式刮（吸）泥机。介于两者之间的正方形池所用排泥机械一般与长方形池相同。
圆形池处理水质稳定，但土地利用率不高，且施工难度大；长方形池土地利用率高，施工容易，但出水水质不稳定。圆形池排泥机械投资较处理同一水量的长方形池要低。正方形池介于两者之间，吸收了两者的优点，有圆形池结构的进水装置，保证了出水水质，又较圆形池容易施工。但过去正方形池常因投资大（由于采用长方形池排泥机械）或排泥不净（采用圆形池排泥机械，四角污泥无法收集）而不常采用，为了克服这些缺点，创造了在方形池上使用的排泥机械：扫角式刮泥机。
二、扫角式刮泥机的发展
为了充分利用土地和提高出水水质，方形沉淀池是一种理想的给排水构筑物，但因投资大或排泥不净而一直末能得到推广利用。扫角式刮泥机的出现，对正方形沉淀池的推广利用带来了契机。
1、扫角式刮泥机的分类
扫角式刮泥机可分为中心传动扫角式刮泥机和周边传动扫角式刮泥机。中心传动扫角式刮泥机一般用于池边不大于20米的沉淀池，而周边传动扫角式刮泥机可用于池较大的沉淀池。
2、中心传动扫角式刮泥机的组成：桁架、驱动机构、传动立轴、水下轴承、刮臂及刮板、扫角器、污泥槽底刮板、拉杆组件等组成。
三、中心传动扫角式刮泥机的设计参数
1、刮臂外缘最大线速度：2-3m/min2、驱动功率：0.37/0.55Kw
3、输出扭矩：＜1800Kg/m 4、池边深度：3-5m
5、池底坡度：1：10
四、中心传动扫角式刮泥机的工作原理
中心传动扫角式刮泥机的运转与中心传动刮泥机基本一致。当电机通电运行时，传动立轴带动刮臂和刮板进行圆周运动（一般为顺时针）同时带动扫角器工作，将污泥由四周四角集中至池中心污泥槽内，由排泥管送出池外至浓缩池。
下面着重介绍扫角器的工作：
当刮臂旋转至正对着池边时（当它作为扫角器工作周期的开始）扫角器的旋转杆基本与刮臂垂直，此时弹簧装置处于最大压缩状态，联接弹簧装置和旋转杆的钢丝此时受力最大。当刮泥机继续运转时，弹簧回拉，收回钢丝，导向轮紧贴池壁向前运动，旋转杆作圆周运动，带动刮板向沉淀池角内伸去，当导向轮到达池对角线位置时（此时刮臂已过池对角线），弹簧回升至最大状态，此时扫角器工作将池角内的污泥清除出来，继续运转时，弹簧压缩，拉动旋转杆。此时扫角器开始脱离角部。当运转至刮臂正对池壁时，扫角器旋转杆与刮臂垂直，开始下一角的刮泥工作。（至此当作一个刮泥扫角周期的结束）。当刮泥机连续转动时，扫角器在弹簧的压缩与回升中，重复上述步骤，可将池角内污泥清除干净。
一般刮泥机当池径＜10M时，配备双刮臂机构，配备两套扫角器。故在刮泥机旋转一周的情况下，可将同一个池角清除两次，可避免污泥在池角内的堆积。
五、扫角式刮泥沉淀池与其它类型沉淀池的比较
比较原则：比较是根据处理水量相同进行。
六、掃角式刮泥机的使用场合
可使用于自来水厂、污水处理厂和工业水处理系统的初沉池，二沉池，斜管斜板沉淀池，可用于池边不大于14M的中型浓缩池场合。
七、扫角式刮泥机的设计与选型
设计用于鄂洲自来水厂的4台中心传动扫角式刮泥机，单台处理量为250m3 /h。
1、设计参数：
（1）池内空尺寸：12×12m（2）进水悬浮物浓度：≤1200mg/l
（3）停留时间：2h（4）池周边深度：3.5m
（5）池底坡度：1:10
2、设计计算书
（1）减速机的选型：(包括速比和传动功率)
根据资料：中心传动刮泥机的输出扭矩可根据沉降资料或公式进行计算：
A、计算公式：
本机选用对称刮臂机构，根据公式Mn=0.25D2 K查表得K=19.4
Mn=0.25×122×19.4=698.4Kgm取Mn=900Kgm
刮泥功率N=Mn×n/974
刮泥线速度取V=2m/minn=V/πD=2/π.12=0.0531rpm
刮泥功率N=Mn.n/974=900×0.0531/974=0.049Kw取 N=0.37Kw
选用速比i=n/n电=0.0531/1420=1/26742取 i=1/26875
选用天津减速机厂产三级摆线针轮减速机，型号为：XLD953-1/26875-0.37
B、刮泥功率的校核，根据刮板每一周所耗动力来确定：
去除率e=(1000-20)/1000=99.8%
每小时沉淀污泥量：Q=1000×99.8%/1000×250=249.5Kg/h
湿污泥含水率：ξ=99.5%
湿污泥体积：Q湿=Q干×100/(100-ξ)=249.5×100/(100-99.5)/1000=49.9M3/H
刮泥一周所需时间：t=πD/V60=π12/2×60=0.314h
每刮一周刮泥量：Qt=Qξt/60=15.68m3/60=0.261m3 /h
刮动污泥重量：P=Qtur1000 查资料得：u=0.2-0.5 取u=0.4
污泥比重：r=1.03g/l P=Qt0.4 ×1.03×1000=107.65kg
刮泥功率：N=PV/6120=107.65×2/6120=0.035kw<0.37kw
故选用力0 37kw 电机功率足够。
（2）机械过载保护安全销的计算：
减速机输出扭矩 Mn=900Kgm
安全销计算公式：dp=(8KMn/πdz[τ])1/2
K—过载限制糸数 取K=2.1 D—安全销所在圆直径 D=200 cm
Z—安全销数量 Z=3[τ]—容许剪切应力 45号钢[τ]=250-450Kg/cm2
Mn—公称扭矩Mn =900 Kgm=9×104Kgm
dp=(8KMn/πdz[τ])1/2 =(8×2.1×9×104/π×200×3× 300)1/2=1.635cm
取dp=1.6cm=16mm两端螺纹采用M20螺纹
销套采用T7钢制作，并作淬火处理。
（3）传动轴的计算
为减轻轴的自身重量，采用空心轴加实心轴头的方法，材质均采用Q235钢材，轴与轴头之间采用焊接。
A、实心轴头直径计算：
按扭矩强度计算：d=17.2(Mn/[τ])1/3=17.2(900/2.5) 1/3=122mm取 d=125mm
按扭矩钢度计算校核：d=16.38(Mn/[θ])1/4
式中[θ]—许用扭矩角落 取0.25-0.5度/米 [θ]取0.4度/米
d=16.38(Mn/[θ])1/4=16.38(900/0.4)1/4=112.8mm<125mm 故选用d= 125轴够用
B、空心传动轴的计算：
选用无缝钢管Φ219×8 α=(219-16)/219=0.927
按扭矩强度计算d=17.2(Mn/[τ])1/3/(1-α3)1/3=207.5mm<219mm
故选用Φ219×8mm钢管够用
按扭矩钢度校核 [θ]= 0.4度/米
d=16.38(Mn/[θ])1/4 /(1-α4)1/4=157.8mm<219mm故扭矩钢度足够
选用材料符合本机使用要求。
（4）刮板的设计：本机主刮板选用平直型刮板，高300mm，钢制刮板高250mm。橡胶刮板高50mm，刮板离池底控制在30-50mm之间。
（5）刮臂：以型钢制作，选用Φ108钢管为主材，刮板用螺栓固定在刮臂上。
（6）扫角器：
A、旋转杆及刮板：采用DN65钢管制作，刮板与主刮板相同；
B、弹簧拉升计算
a.弹簧长度计算：弹簧长度必须足够压缩,以避免钢丝绳拉断
净压缩量L净=(21/2D-D)/2 40%=0.99m 取L净=1.1米
弹簧弹性糸数 K取20Kg/m，取弹簧钢丝直径Φ5,松驰状态弹簧总长L=2.2米
b.钢丝绳：选用预应力柔性不锈钢丝绳，直径Φ8mm。
（7）所有计算经机械绘制成图加工，至现场安装后调试.，至95年底投入运行,至今运行情况良好，未发生意外。.
八、结论
扫角式刮泥机的应用，不仅可节约大量的土地，也可以节约投资，提高出水水质，节约能源，希望广大的水处理厂(包括自来水厂和污水处理厂)在投建上马时充分考虑，本着节约的原则，选用合理的构筑物和设备，以期达到用较少的投资达到较大的处理目的。
关键词：刮泥机 沉淀池 扫角器
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
一、概述
目前国内常用的给排水沉淀池结构形式大致分两大类：圆形池和长方形池。在圆形池上采用中心传动刮泥机和周边传动刮泥机。而在长方形池上则采用行车式刮（吸）泥机。介于两者之间的正方形池所用排泥机械一般与长方形池相同。
圆形池处理水质稳定，但土地利用率不高，且施工难度大；长方形池土地利用率高，施工容易，但出水水质不稳定。圆形池排泥机械投资较处理同一水量的长方形池要低。正方形池介于两者之间，吸收了两者的优点，有圆形池结构的进水装置，保证了出水水质，又较圆形池容易施工。但过去正方形池常因投资大（由于采用长方形池排泥机械）或排泥不净（采用圆形池排泥机械，四角污泥无法收集）而不常采用，为了克服这些缺点，创造了在方形池上使用的排泥机械：扫角式刮泥机。
二、扫角式刮泥机的发展
为了充分利用土地和提高出水水质，方形沉淀池是一种理想的给排水构筑物，但因投资大或排泥不净而一直末能得到推广利用。扫角式刮泥机的出现，对正方形沉淀池的推广利用带来了契机。
1、扫角式刮泥机的分类
扫角式刮泥机可分为中心传动扫角式刮泥机和周边传动扫角式刮泥机。中心传动扫角式刮泥机一般用于池边不大于20米的沉淀池，而周边传动扫角式刮泥机可用于池较大的沉淀池。
2、中心传动扫角式刮泥机的组成：桁架、驱动机构、传动立轴、水下轴承、刮臂及刮板、扫角器、污泥槽底刮板、拉杆组件等组成。
三、中心传动扫角式刮泥机的设计参数
1、刮臂外缘最大线速度：2-3m/min2、驱动功率：0.37/0.55Kw
3、输出扭矩：＜1800Kg/m 4、池边深度：3-5m
5、池底坡度：1：10
四、中心传动扫角式刮泥机的工作原理
中心传动扫角式刮泥机的运转与中心传动刮泥机基本一致。当电机通电运行时，传动立轴带动刮臂和刮板进行圆周运动（一般为顺时针）同时带动扫角器工作，将污泥由四周四角集中至池中心污泥槽内，由排泥管送出池外至浓缩池。
下面着重介绍扫角器的工作：
当刮臂旋转至正对着池边时（当它作为扫角器工作周期的开始）扫角器的旋转杆基本与刮臂垂直，此时弹簧装置处于最大压缩状态，联接弹簧装置和旋转杆的钢丝此时受力最大。当刮泥机继续运转时，弹簧回拉，收回钢丝，导向轮紧贴池壁向前运动，旋转杆作圆周运动，带动刮板向沉淀池角内伸去，当导向轮到达池对角线位置时（此时刮臂已过池对角线），弹簧回升至最大状态，此时扫角器工作将池角内的污泥清除出来，继续运转时，弹簧压缩，拉动旋转杆。此时扫角器开始脱离角部。当运转至刮臂正对池壁时，扫角器旋转杆与刮臂垂直，开始下一角的刮泥工作。（至此当作一个刮泥扫角周期的结束）。当刮泥机连续转动时，扫角器在弹簧的压缩与回升中，重复上述步骤，可将池角内污泥清除干净。
一般刮泥机当池径＜10M时，配备双刮臂机构，配备两套扫角器。故在刮泥机旋转一周的情况下，可将同一个池角清除两次，可避免污泥在池角内的堆积。
五、扫角式刮泥沉淀池与其它类型沉淀池的比较
比较原则：比较是根据处理水量相同进行。
六、掃角式刮泥机的使用场合
可使用于自来水厂、污水处理厂和工业水处理系统的初沉池，二沉池，斜管斜板沉淀池，可用于池边不大于14M的中型浓缩池场合。
七、扫角式刮泥机的设计与选型
设计用于鄂洲自来水厂的4台中心传动扫角式刮泥机，单台处理量为250m3 /h。
1、设计参数：
（1）池内空尺寸：12×12m（2）进水悬浮物浓度：≤1200mg/l
（3）停留时间：2h（4）池周边深度：3.5m
（5）池底坡度：1:10
2、设计计算书
（1）减速机的选型：(包括速比和传动功率)
根据资料：中心传动刮泥机的输出扭矩可根据沉降资料或公式进行计算：
A、计算公式：
本机选用对称刮臂机构，根据公式Mn=0.25D2 K查表得K=19.4
Mn=0.25×122×19.4=698.4Kgm取Mn=900Kgm
刮泥功率N=Mn×n/974
刮泥线速度取V=2m/minn=V/πD=2/π.12=0.0531rpm
刮泥功率N=Mn.n/974=900×0.0531/974=0.049Kw取 N=0.37Kw
选用速比i=n/n电=0.0531/1420=1/26742取 i=1/26875
选用天津减速机厂产三级摆线针轮减速机，型号为：XLD953-1/26875-0.37
B、刮泥功率的校核，根据刮板每一周所耗动力来确定：
去除率e=(1000-20)/1000=99.8%
每小时沉淀污泥量：Q=1000×99.8%/1000×250=249.5Kg/h
湿污泥含水率：ξ=99.5%
湿污泥体积：Q湿=Q干×100/(100-ξ)=249.5×100/(100-99.5)/1000=49.9M3/H
刮泥一周所需时间：t=πD/V60=π12/2×60=0.314h
每刮一周刮泥量：Qt=Qξt/60=15.68m3/60=0.261m3 /h
刮动污泥重量：P=Qtur1000 查资料得：u=0.2-0.5 取u=0.4
污泥比重：r=1.03g/l P=Qt0.4 ×1.03×1000=107.65kg
刮泥功率：N=PV/6120=107.65×2/6120=0.035kw<0.37kw
故选用力0 37kw 电机功率足够。
（2）机械过载保护安全销的计算：
减速机输出扭矩 Mn=900Kgm
安全销计算公式：dp=(8KMn/πdz[τ])1/2
K—过载限制糸数 取K=2.1 D—安全销所在圆直径 D=200 cm
Z—安全销数量 Z=3[τ]—容许剪切应力 45号钢[τ]=250-450Kg/cm2
Mn—公称扭矩Mn =900 Kgm=9×104Kgm
dp=(8KMn/πdz[τ])1/2 =(8×2.1×9×104/π×200×3× 300)1/2=1.635cm
取dp=1.6cm=16mm两端螺纹采用M20螺纹
销套采用T7钢制作，并作淬火处理。
（3）传动轴的计算
为减轻轴的自身重量，采用空心轴加实心轴头的方法，材质均采用Q235钢材，轴与轴头之间采用焊接。
A、实心轴头直径计算：
按扭矩强度计算：d=17.2(Mn/[τ])1/3=17.2(900/2.5) 1/3=122mm取 d=125mm
按扭矩钢度计算校核：d=16.38(Mn/[θ])1/4
式中[θ]—许用扭矩角落 取0.25-0.5度/米 [θ]取0.4度/米
d=16.38(Mn/[θ])1/4=16.38(900/0.4)1/4=112.8mm<125mm 故选用d= 125轴够用
B、空心传动轴的计算：
选用无缝钢管Φ219×8 α=(219-16)/219=0.927
按扭矩强度计算d=17.2(Mn/[τ])1/3/(1-α3)1/3=207.5mm<219mm
故选用Φ219×8mm钢管够用
按扭矩钢度校核 [θ]= 0.4度/米
d=16.38(Mn/[θ])1/4 /(1-α4)1/4=157.8mm<219mm故扭矩钢度足够
选用材料符合本机使用要求。
（4）刮板的设计：本机主刮板选用平直型刮板，高300mm，钢制刮板高250mm。橡胶刮板高50mm，刮板离池底控制在30-50mm之间。
（5）刮臂：以型钢制作，选用Φ108钢管为主材，刮板用螺栓固定在刮臂上。
（6）扫角器：
A、旋转杆及刮板：采用DN65钢管制作，刮板与主刮板相同；
B、弹簧拉升计算
a.弹簧长度计算：弹簧长度必须足够压缩,以避免钢丝绳拉断
净压缩量L净=(21/2D-D)/2 40%=0.99m 取L净=1.1米
弹簧弹性糸数 K取20Kg/m，取弹簧钢丝直径Φ5,松驰状态弹簧总长L=2.2米
b.钢丝绳：选用预应力柔性不锈钢丝绳，直径Φ8mm。
（7）所有计算经机械绘制成图加工，至现场安装后调试.，至95年底投入运行,至今运行情况良好，未发生意外。.
八、结论
扫角式刮泥机的应用，不仅可节约大量的土地，也可以节约投资，提高出水水质，节约能源，希望广大的水处理厂(包括自来水厂和污水处理厂)在投建上马时充分考虑，本着节约的原则，选用合理的构筑物和设备，以期达到用较少的投资达到较大的处理目的。