大型清污齿耙的设计

大型清污齿耙的设计

南移工程是一项大规模的流域引水工程。大型污水处理厂是停车和污水处理厂等长距离污水处理厂的重要设备。不仅要满足不同的施工要求，还要适应各自的工作和自然环境，对工程和废水设备的安全运行提出更高的要求。清污机是拦污和清污结合为一体的设备,清污齿耙是回转式清污机的主要工作部件,设置的目的就是清除污物,为了适应污物种类更广,实现回转式清污机的大跨度,应具有适当的长度、足够的承载能力、结构刚度。目前国内回转式清污机普遍采用的是由钢管和清污齿耙组成的齿耙,此类齿耙结构简单、尺寸小,清污容积也小,耙取污物的能力相对较差。文献曾对泵站的拦污清污技术的方案选择、研究进展及应用状况等进行了论述和分析。文献曾对水电站的拦污清污技术的试验研究等进行了分析。目前,用有限元模拟分析清污整体式齿耙结构的相关文献没有查到。因此,本文对新型整体式齿耙结构进行了研究,并运用有限元软件对其受力和变形进行分析,从而得出新型整体式齿耙结构优于现有的回转式清污机常用齿耙。1连续运行的清污机造成二次污染目前国内回转式清污机,常规齿耙结构普遍采用的是由钢管和清污耙齿组成的齿耙,如图1所示,耙齿数量与拦污栅的栅条间隔数相当,该齿耙结构的特点是结构简单、尺寸小,清污容积也小,耙取污物的能力相对较差。对于大型渠道存在的细软的较长的水草容易缠绕在齿耙上,不能自动卸污,需停机人工清理,造成多台清污机不能同时工作,单台清污机不能连续工作的局面;而短小的污物又极易漏掉,清理不上来,造成清污不彻底。连续运行将使捞起的污物一部分卸掉,缠绕在齿耙耙体上的另一部分由齿耙带入栅后水中,造成二次污染,这是由于回转式清污机的运行原理和齿耙结构的型式引起的,更主要的是齿耙结构的型式。目前的结构是大断面回转式清污机的耙齿是安装在耙齿轴上的,耙齿轴一般采用钢管制作,为了提高耙齿结构的刚性,耙齿爪所依附的耙齿中心钢管的直径都很大,而回转式清污机—般都是设置多道耙齿,这样多道大直径的钢管对过栅水流造成了很大的水力阻力损失,影响过水的效率;同时存在卸污不干净,容易把污物带入栅后造成二次污染的问题,致使清污机不能连续运行。为了提高清污机的效率,一般都是设置多道齿耙,但齿耙数量的增加,齿耙的挡水面积减小了拦污栅的有效过流面积,因而流速增大,水头损失也增加,对于较大孔口尺寸的清污机更是如此。因此,在保证清污容积的前提下,尽量减小齿耙的挡水面积,减少齿耙数量,提高齿耙耙取污物的能力是合理确定清污机齿耙结构形式的基本原则。2新型齿内齿内各项参数设计新型整体式齿耙结构为Q235焊接组合件,耙面为钢板折弯而成的上下耙齿,根据栅条间距的大小,两栅条间可以一齿也可以两齿,耙面的背部有多道肋板,底部腹板加翼板将耙齿整体形成梁的结构型式,并且中心靠近栅面,利于回转及清污时工作稳定。耙面开有栅条状的孔,使得齿耙挡水面积在保证清污容积的前提下尽量小,结构型式如图2所示。新型整体式齿耙结构的功能耙齿具有适当的长度和足够的强度,能插入栅面或栅前堆积的污物中;齿耙张口大,取污时下耙齿插入栅面,同时耙齿与栅面的角度小一点,有利于污物搜集并进入齿耙内;能适应多种污物;便于卸污彻底,不易被污物缠绕而造成二次污染。图2中1为齿耙板,由平面4和平面5相交而成弧状的耙齿,2为耙齿板的上、下端沿其长度方向均带有的干梳齿,3为在耙齿板的板面上设有的穿透板面厚度沿耙齿板宽度方向的出水孔,6为耙齿板的外弧侧下部固连有“L”形底板,7为沿齿耙长度方向均匀分布的,通过焊接方式与底板和齿耙板连接的竖向筋板,见参考文献。针对回转式清污机常规齿耙结构存在的缺点,在新型齿耙结构中是通过如下技术方案来实现的:用两个平面相交而成弧状的耙齿板,耙齿板的上、下端沿其长度方向均带有若干梳齿,在耙齿板的板面上设有至少一个穿透板面厚度的出水孔,耙齿板的外弧侧下部固连有“L”形底板,有至少—块竖向筋板与该底板和耙齿板的外弧面连接。通过弧状的耙齿板来捞取水中的污物和漂浮物,在捞取过程中,水自耙齿板上的出水孔过流。由于耙齿板与其底板之间通过竖向筋板连接,耙齿结构整体的刚度大,能够承载更大的负载,而且竖向设置的筋板对水流的阻力作用小,水流水力损失小。3结构的模拟分析目前,还没有人运用有限元软件对清污整体式齿耙结构进行过模拟分析。所以,为了充分认识新型整体式与常规齿耙在受力和变形方面的特点和差别,本文用有限单元法对这两种齿耙结构进行了分析。3.1均布载荷转化常规齿耙结构如图1,钢管两端端板按实际结构和尺寸建模,并在螺栓孔处采用耦合处理方法,模拟滚轮的支承作用。均布载荷位于钢管102.5°区域,0.2t/m转化为均布载荷为(0.2×1000×9.83)/(1000×79.6)=0.0247MPa,0.3t/m转为均布载荷为0.03705MPa,0.5t/m转化为均布载荷为0.06175MPa。分析结果如表1和图3所示。3.2荷载对比分析结果新型整体式齿耙结构如图2,两端加强板虚拟螺栓孔,并在该处采用耦合处理方法,模拟滚轮的支承作用。均布载荷位于正面钢板处,0.2t/m转化为均布载荷为(0.2×1000×9.83)/(1000×360)=0.00546MPa,0.3t/m转为均布载荷为0.00819MPa,0.5t/m转化为均布载荷为0.01365MPa。分析结果如表2和图4所示,最大综合应力均处于螺栓孔区域,该区域由于采用耦合处理方式,所以存在应力集中现象,应力比较大的区域非常小。本文对常规齿耙结构与新型整体式齿耙结构不同跨度,不同荷载条件下的云图运用有限元进行了比较分析。如图3-图4所示的跨度4m,荷载0.5t/m条件下的位移和应力云图。从有限元计算结果可以看出,新型整体式齿耙结构在跨度相同、均布荷载相同的情况下,最大综合位移是常规结构变形的55%左右,而最大综合应力是常规结构所受最大应力的33%左右。因而,不论是在受力还是在变形方面,都明显优于现有的常规齿耙,这样有利于实现大跨度齿耙结构;同时,在同等荷载条件下,有利于齿耙结构断面减小,节省材料。4转式清污机大跨度通过对回转式清污机新型整体式齿耙结构分析,并与现有回转式清污机常规齿耙结构相比,具有如下优点。①整体式结构增大了齿耙的刚度,有利于实现回转式清污机大跨度。②在同等荷载条件下,有利于齿耙结构断面的减小,节省材料。③耙面简洁,改变了齿耙结构,有效地解决了污物缠绕齿耙的难题,