大型清污齒耙的設(shè)計

大型清污齒耙的設(shè)計

南移工程是一項大規(guī)模的流域引水工程。大型污水處理廠是停車和污水處理廠等長距離污水處理廠的重要設(shè)備。不僅要滿足不同的施工要求，還要適應(yīng)各自的工作和自然環(huán)境，對工程和廢水設(shè)備的安全運行提出更高的要求。清污機(jī)是攔污和清污結(jié)合為一體的設(shè)備,清污齒耙是回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的主要工作部件,設(shè)置的目的就是清除污物,為了適應(yīng)污物種類更廣,實現(xiàn)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的大跨度,應(yīng)具有適當(dāng)?shù)拈L度、足夠的承載能力、結(jié)構(gòu)剛度。目前國內(nèi)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)普遍采用的是由鋼管和清污齒耙組成的齒耙,此類齒耙結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小,清污容積也小,耙取污物的能力相對較差。文獻(xiàn)曾對泵站的攔污清污技術(shù)的方案選擇、研究進(jìn)展及應(yīng)用狀況等進(jìn)行了論述和分析。文獻(xiàn)曾對水電站的攔污清污技術(shù)的試驗研究等進(jìn)行了分析。目前,用有限元模擬分析清污整體式齒耙結(jié)構(gòu)的相關(guān)文獻(xiàn)沒有查到。因此,本文對新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,并運用有限元軟件對其受力和變形進(jìn)行分析,從而得出新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)優(yōu)于現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)式清污機(jī)常用齒耙。1連續(xù)運行的清污機(jī)造成二次污染目前國內(nèi)回轉(zhuǎn)式清污機(jī),常規(guī)齒耙結(jié)構(gòu)普遍采用的是由鋼管和清污耙齒組成的齒耙,如圖1所示,耙齒數(shù)量與攔污柵的柵條間隔數(shù)相當(dāng),該齒耙結(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小,清污容積也小,耙取污物的能力相對較差。對于大型渠道存在的細(xì)軟的較長的水草容易纏繞在齒耙上,不能自動卸污,需停機(jī)人工清理,造成多臺清污機(jī)不能同時工作,單臺清污機(jī)不能連續(xù)工作的局面;而短小的污物又極易漏掉,清理不上來,造成清污不徹底。連續(xù)運行將使撈起的污物一部分卸掉,纏繞在齒耙耙體上的另一部分由齒耙?guī)霒藕笏?造成二次污染,這是由于回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的運行原理和齒耙結(jié)構(gòu)的型式引起的,更主要的是齒耙結(jié)構(gòu)的型式。目前的結(jié)構(gòu)是大斷面回轉(zhuǎn)式清污機(jī)的耙齒是安裝在耙齒軸上的,耙齒軸一般采用鋼管制作,為了提高耙齒結(jié)構(gòu)的剛性,耙齒爪所依附的耙齒中心鋼管的直徑都很大,而回轉(zhuǎn)式清污機(jī)—般都是設(shè)置多道耙齒,這樣多道大直徑的鋼管對過柵水流造成了很大的水力阻力損失,影響過水的效率;同時存在卸污不干凈,容易把污物帶入柵后造成二次污染的問題,致使清污機(jī)不能連續(xù)運行。為了提高清污機(jī)的效率,一般都是設(shè)置多道齒耙,但齒耙數(shù)量的增加,齒耙的擋水面積減小了攔污柵的有效過流面積,因而流速增大,水頭損失也增加,對于較大孔口尺寸的清污機(jī)更是如此。因此,在保證清污容積的前提下,盡量減小齒耙的擋水面積,減少齒耙數(shù)量,提高齒耙耙取污物的能力是合理確定清污機(jī)齒耙結(jié)構(gòu)形式的基本原則。2新型齒內(nèi)齒內(nèi)各項參數(shù)設(shè)計新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)為Q235焊接組合件,耙面為鋼板折彎而成的上下耙齒,根據(jù)柵條間距的大小,兩柵條間可以一齒也可以兩齒,耙面的背部有多道肋板,底部腹板加翼板將耙齒整體形成梁的結(jié)構(gòu)型式,并且中心靠近柵面,利于回轉(zhuǎn)及清污時工作穩(wěn)定。耙面開有柵條狀的孔,使得齒耙擋水面積在保證清污容積的前提下盡量小,結(jié)構(gòu)型式如圖2所示。新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)的功能耙齒具有適當(dāng)?shù)拈L度和足夠的強(qiáng)度,能插入柵面或柵前堆積的污物中;齒耙張口大,取污時下耙齒插入柵面,同時耙齒與柵面的角度小一點,有利于污物搜集并進(jìn)入齒耙內(nèi);能適應(yīng)多種污物;便于卸污徹底,不易被污物纏繞而造成二次污染。圖2中1為齒耙板,由平面4和平面5相交而成弧狀的耙齒,2為耙齒板的上、下端沿其長度方向均帶有的干梳齒,3為在耙齒板的板面上設(shè)有的穿透板面厚度沿耙齒板寬度方向的出水孔,6為耙齒板的外弧側(cè)下部固連有“L”形底板,7為沿齒耙長度方向均勻分布的,通過焊接方式與底板和齒耙板連接的豎向筋板,見參考文獻(xiàn)。針對回轉(zhuǎn)式清污機(jī)常規(guī)齒耙結(jié)構(gòu)存在的缺點,在新型齒耙結(jié)構(gòu)中是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:用兩個平面相交而成弧狀的耙齒板,耙齒板的上、下端沿其長度方向均帶有若干梳齒,在耙齒板的板面上設(shè)有至少一個穿透板面厚度的出水孔,耙齒板的外弧側(cè)下部固連有“L”形底板,有至少—塊豎向筋板與該底板和耙齒板的外弧面連接。通過弧狀的耙齒板來撈取水中的污物和漂浮物,在撈取過程中,水自耙齒板上的出水孔過流。由于耙齒板與其底板之間通過豎向筋板連接,耙齒結(jié)構(gòu)整體的剛度大,能夠承載更大的負(fù)載,而且豎向設(shè)置的筋板對水流的阻力作用小,水流水力損失小。3結(jié)構(gòu)的模擬分析目前,還沒有人運用有限元軟件對清污整體式齒耙結(jié)構(gòu)進(jìn)行過模擬分析。所以,為了充分認(rèn)識新型整體式與常規(guī)齒耙在受力和變形方面的特點和差別,本文用有限單元法對這兩種齒耙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。3.1均布載荷轉(zhuǎn)化常規(guī)齒耙結(jié)構(gòu)如圖1,鋼管兩端端板按實際結(jié)構(gòu)和尺寸建模,并在螺栓孔處采用耦合處理方法,模擬滾輪的支承作用。均布載荷位于鋼管102.5°區(qū)域,0.2t/m轉(zhuǎn)化為均布載荷為(0.2×1000×9.83)/(1000×79.6)=0.0247MPa,0.3t/m轉(zhuǎn)為均布載荷為0.03705MPa,0.5t/m轉(zhuǎn)化為均布載荷為0.06175MPa。分析結(jié)果如表1和圖3所示。3.2荷載對比分析結(jié)果新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)如圖2,兩端加強(qiáng)板虛擬螺栓孔,并在該處采用耦合處理方法,模擬滾輪的支承作用。均布載荷位于正面鋼板處,0.2t/m轉(zhuǎn)化為均布載荷為(0.2×1000×9.83)/(1000×360)=0.00546MPa,0.3t/m轉(zhuǎn)為均布載荷為0.00819MPa,0.5t/m轉(zhuǎn)化為均布載荷為0.01365MPa。分析結(jié)果如表2和圖4所示,最大綜合應(yīng)力均處于螺栓孔區(qū)域,該區(qū)域由于采用耦合處理方式,所以存在應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力比較大的區(qū)域非常小。本文對常規(guī)齒耙結(jié)構(gòu)與新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)不同跨度,不同荷載條件下的云圖運用有限元進(jìn)行了比較分析。如圖3-圖4所示的跨度4m,荷載0.5t/m條件下的位移和應(yīng)力云圖。從有限元計算結(jié)果可以看出,新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)在跨度相同、均布荷載相同的情況下,最大綜合位移是常規(guī)結(jié)構(gòu)變形的55%左右,而最大綜合應(yīng)力是常規(guī)結(jié)構(gòu)所受最大應(yīng)力的33%左右。因而,不論是在受力還是在變形方面,都明顯優(yōu)于現(xiàn)有的常規(guī)齒耙,這樣有利于實現(xiàn)大跨度齒耙結(jié)構(gòu);同時,在同等荷載條件下,有利于齒耙結(jié)構(gòu)斷面減小,節(jié)省材料。4轉(zhuǎn)式清污機(jī)大跨度通過對回轉(zhuǎn)式清污機(jī)新型整體式齒耙結(jié)構(gòu)分析,并與現(xiàn)有回轉(zhuǎn)式清污機(jī)常規(guī)齒耙結(jié)構(gòu)相比,具有如下優(yōu)點。①整體式結(jié)構(gòu)增大了齒耙的剛度,有利于實現(xiàn)回轉(zhuǎn)式清污機(jī)大跨度。②在同等荷載條件下,有利于齒耙結(jié)構(gòu)斷面的減小,節(jié)省材料。③耙面簡潔,改變了齒耙結(jié)構(gòu),有效地解決了污物纏繞齒耙的難題,