污水处理系统中机械格栅的开发——毕业设计论文

毕 业 设 计 作 品 题 目：污水处理中机械格栅的开发姓 名： 专 业：机电一体化班 级：学 号：校内指导老师：校外指导老师：填表日期： 湘潭医卫职业技术学院教务处制湘潭医卫职业技术学院 毕业设计作品二级学院医电学院专 业 机电一体化班 级机电 姓 名学 号校内指导老师毕业设计名称污水处理系统中机械格栅的开发校外指导老师毕业设计时间 污水处理系统中机械格栅开发 【摘要】 城市污水处理就是利用各种设施设备和工艺技术，将污水中所含的污染物质从水中分离去除,使有害的物质转化为无害的物质,有用的物质,水得到净化，资源得到充分利用。城市污水处理厂工艺目前仍在广泛应用的有一级处理、二级处理和深度处理,但无论哪种处理工艺,都是必须经过污水预处理。预处理过程就去除污染物而言,可能不起关键作用，但预处理对于保证整个污水处理厂的正常运转则是至关重要的。曾有数据统计，60以上的污水处理厂由于预处理过程存在问题而严重影响了后续处理过程的运转，在这些污水处理厂中，30以上的运转问题又直接与预处理过程有关。因此，预处理过程的设备选型和维修应该引起足够的重视。预处理过程由格栅、沉砂池和沉淀池等组成。其中格栅的处理是一个非常重要的步骤。格栅是安装在泵站集水井进口处或污水处理厂前端的一组平行栅条或网，主要去除污水中较大的悬浮物，漂浮物，纤维物质和固体颗粒物质，减轻后续处理设施的负荷，防止阻塞排泥管道，以保证水泵及后续污水处理设施的正常运行。 该设施在污水处理工艺中起做预处理或前处理的重要作用，其建设的完善程度将直接影响污水处理运行效率。因此，格栅及配套设施的设计，安装应引起足够重视。格栅除污机是通过格栅将固体与液体分离的一种除污机械。按中华人民建设部标准的解释是：用机械的方法，将格栅截留的栅渣清捞出水面的设备。格栅除污机的目的在于提供一种运行平稳，动力消耗低，清除效果好的格栅除污机。在城市给排水泵站或污水处理系统中，为了清除进水中的漂浮物，确保处理系统中其它机械设备的正常运行和水处理后续工序的正常进行，往往需要在进水口处设置用于拦截，清渣的机械格栅。下面主要介绍格栅除污机的选型及其有关计算。 【关键词】： 污水处理；预处理格栅；除污机；选型 Sewage treatment system in machinery grille decontamination machine development 【Abstract】City sewage treatment is the use of a variety of facilities,equipment and technology, in the wastewater containing pollutants from water separation to remove,so that harmful substances into harmless substances,useful substances,water purification, resources are fully utilized. City sewage treatment plant process is still widely used at present has the level of processing, two stage treatment and deep treatment, but no matter what kind of treatment technology, is must pass through the sewage pretreatment.There was statistical data, more than 60% of the sewage treatment plant as the pretreatment process problems and seriously affected the subsequent processing operation, the sewage treatment plant, more than30% of the operation problems directly with the pretreatment process. Therefore, the pretreatment process equipment selection and repair should cause enough attention. Pretreatment process by the grille, grit settling tank and sedimentation tank. The grid processing is a very important step. The grille is mounted in the pumping station inlet or sewage treatment plant in front of a group of parallel grid or network, mainly the removal of larger suspension, floating material, fiber material and a solid particulate material, reduce subsequent processing facilities of the load, prevent blocking the discharge pipeline, to ensure that the water pump and the follow-up of sewage treatment facilities normal operation. The facilities in the sewage treatment process in pretreatment or before processing the important role, its construction will directly affect the degree of perfection of sewage treatment operation efficiency. Therefore, grille and facilities design, installation should be caused enough take seriously. Grille decontamination machine through the grille to be solid and liquid separation of a decontamination machine.Grille decontamination machine aims to provide a smooth running, low power consumption, good cleaning effect of the grille decontamination machine. In the city water supply and drainage pumping stations and sewage treatment system, in order to clear the water floater, ensure system in the processing of other mechanical equipment and the normal operation of water treatment process normally,often require at the water inlet is provided for intercepting,slag cleaning machinery grille.This paper briefly introduces the grille decontamination machine selection and related calculation.【Keyword】Sewage；pretreatment；grille；decontamination machine；Selection 目 录 摘要1Abstract1第一章 绪 论31.1 设计背景及意义3第二章 格栅选取和主要结构与工作原理52.1 格栅的分类及选取52.2 回转式格栅除污机的主要结构和特点72.3 回转式格栅除污机的工作原理82.4 格栅除污机的清渣措施9第三章 机械格栅的基本参数及其计算93.1 基本参数的设定113.2 格栅的间隙数量n的确定及传动电机的选取113.3 减速器结构选择及相关性能参数计算133.4.1 结构形式143.4.2 传动比分配和动力运动参数计算153.5 轴的设计计算153.5.1 轴几何尺寸的设计计算153.5.2 计算轴各段长度163.5 链传动的布置、张紧16第四章 格栅除污机的其它要求174.1 主要零部件材质174.2 电器控制系统184.3 设备设计、制造、检验所遵循的标准目录194.4 设备的防腐20第五章 结论21致谢22参考文献22第一章 绪 论1.1 设计背景及意义随着我国经济社会的不断快速发展，人民生活水平的快速提高，生产生活用水急剧增长。随之带来的问题就是生产生活污水的处理问题，又因为我国水资源分布不均，人均占有量远低于世界平均水平，生产生活污水的处理再利用就变成了急需解决的问题。污水的一级处理需要除污机，因此除污机的开发生产是非常重要的问题。目前的污水处理厂在对污水进行处理时，一般首先需要对污水中的悬浮杂质及水体中的固体进行清除，才好做进一步的处理。目前市场上清除固体杂质最常用的是格栅设备，但是现有的格栅设备结构比较复杂，杂质清除时带水较多，导致杂质常常会随水流下，从格栅中流出，影响格栅设备的清除效果。 格栅除污机是一种可以边连续自动拦截并清除流体中各种杂物的水处理专用设备，广泛的应用于城市污水处理、自来水行业、电厂进水口，同时也可以作为纺织、食品加工、造纸、皮革等行业生产工艺中必不可少的专用设备，是目前我国最先进的固液分离设备。 城市污水处理就是利用各种设施设备和工艺技术，将污水中所含的污染物质从水中分离去除，使有害的物质转化为无害的物质、有用的物质，水得到净化，资源得到充分利用。格栅除污机可以预先将污水中的杂物进行处理，为后续的污水处理做好准备。所以格栅的选取设计对污水的处理来说是很重要的一个步骤。第二章 格栅选取和主要结构与工作原理2.1 格栅的分类及选取按格栅形式分： 1）弧形格栅除污机：一种固定格栅除污机,其栅条为圆弧形（近视1/4圆周），齿耙在驱动装置驱动下，沿圆弧形栅条将污物推至栅条上方，实现污渣清除。弧形格栅除污机由弧形栅条、齿耙臂及其支座、机架、带过扭保护机构的驱动装置，具有缓冲作用的撇渣耙和导渣板、控制柜等组成。耙臂在驱动装置带动下绕弧形栅条中心回转，当齿耙进入栅条间隙后，即开始除污动作，将被栅条拦截的渣沿栅条上移，当齿耙触及撇渣耙后，渣在齿耙和撇渣板相对运动的作用下，撇出并经导渣板卸至输送器，完成一个除污动作，而齿耙在越过撇渣后，撇渣耙在缓冲器的作用下缓慢复位。 这种格栅除污机适用于细格栅或较细的中格栅，其结构紧凑，动作简单规范，但是对栅渣的提升高度有限，不适于在较深的格栅井中使用。 2）垂直格栅除污机：由清污机构、卸污机构、传动机构、水下格栅、电气控制系统组成。特点是格栅与地面垂直，清污机构为固定的，在水道上方有一根横梁，横梁上有可转动的压轮，除污耙由耙斗和小车组成，耙斗靠自重和横梁上的压轮翻转。本实用新型的耙斗不容易卡死，整机占地面积小，结构简单，运行可靠性高，容易实现自动控制。 按齿耙垂直向动作的形式分： 1）臂式格栅除污机：臂式格栅除污机，可在固定的轨道上移动清捞污物，主要适用于大、中型雨、污水泵站及城市防汛防洪泵站，可适合于池深在10m左右。其优点是维护方便、寿命长，缺点是构造较复杂、耙齿与栅条对位较难。 2）链式格栅除污机：链式格栅除污机是由一种独特的耙齿厂装配成一组回转格栅链。在电机减速器的驱动下，耙齿链进行逆水流方向回转运动。 该设备的最大优点是自动化程度高、分离效率高、动力消耗小、无噪音、耐腐蚀性能好，在无人看管的情况下可保证连续稳定工作，设置了过载安全保护装置，在设备发生故障时，会自动停机，可以避免设备超负荷工作。本设备可以根据用户需要任意调节设备运行间隔，实现周期性运转；可以根据格栅前后液位差自动控制；并且有手动控制功能，以方便检修。用户可根据不同的工作需要任意选用。由于该设备结构设计合理，在设备工作时，自身具有很强的自净能力，不会发生堵塞现象，所以日常维修工作量很少。 3）钢索牵引式格栅除污机：固定式适用于深度范围大的中小型格栅，移动式适用于宽大格栅。其优点是适用范围广，检修方便缺点是防腐要求高，检修时需停水。 4）旋转格栅除污机：也叫回转式格栅除污机。回转式格栅除污机是由一种独特的耙齿厂装配成一组回转格栅链。在电机减速器的驱动下，耙齿链进行逆水流方向回转运动。耙齿链运转到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对自清运动，绝大部分固体物质靠重力落下。另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清扫干净。按水流方向耙齿链类同于格栅，在耙齿链轴上装配的耙齿间隙可以根据使用条件进行选择。当耙齿把流体中的固态悬浮物分离后可以保证水流畅通流过。整个工作过程是连续的，也可以是间歇的。该设备的最大优点是自动化程度高、分离效率高、动力消耗小、无噪音，耙齿材料为ABS工程塑料，耐腐蚀，设备自身具有较强的自净能力，不产生堵塞，适宜用作细格栅。 按安装的形式分： 1）固定式格栅除污机：固定式格栅除污机是一种可以连续自动拦截并清除流体中各种形状杂物的水处理专用设备，可广泛地应用于城市污水处理。自来水行业、电厂进水口，同时也可以作为纺织、食品加工、造纸、皮革等行业废水处理工艺中的前级筛分设备，是目前我国最先进的固液筛分设备之一，填补了国内空白。固定式格栅除污机是由一种独特的耙齿装配成一组回转格栅链。在电机减速器的驱动下，耙齿链进行逆水流方向回转运动，将漂浮在水面上的浮渣打捞，耙齿链运转到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对自清运动，绝大部分固体物质靠重力落下。另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清扫干净。按水流方向耙齿链类同于格栅，在耙齿链轴上装配的耙齿间隙可以根据使用条件进行选择。当耙齿把流体中的固态悬浮物分离后可以 保证水流畅通流过。整个工作过程是连续的，也可以是间歇的。 固定式格栅除污机最大优点是自动化程度高，分离效率高，动力消耗小、无噪音、耐腐蚀性能好，在无人看管的情况下可保证连续稳定工作，及其本身设置了机械过载安全保护装置，在设备发生故障时，剪切销剪断，可以避免设备超负荷工作，损坏设备部件。设备可以根据用户需要任意调节设备运行间隔，实现周期性运转；可以根据格栅前后液位差自动控制设备的启停；并且有手动控制功能，以方便检修。2）移动式格栅除污机：移动式自动格栅除污机的工作原理是通过设置于载重小车上方的驱动装置，带动小车沿轨道作平面移动，并通过变频技术和光电数字模块感应控制技术确保载重小车在格栅栅面范围内移动的位置准确度。当到达预定格栅除渣位置后，利用卷扬机工作原理，载重小车内的减速机构按照指令启动，带动两组钢丝绳卷筒，使除渣齿耙在钢丝绳牵引下实现上下运动；同时采用同步齿轮传动机构实现液压软管与钢丝绳卷筒同步运动。当除渣齿耙抵达格栅底部时，预设高程控制系统发出停机，并提供液压系统电机工作指令，使除渣齿耙按照预定的闭合角度关闭弧形齿耙捞渣，同时指令提升电机提升除渣齿耙；齿耙到达预设提升高度后，控制系统指令载重小车移动，将污物送入垃圾储物仓，由此完成一个格栅清污的过程。但这种除污机相对来说比较复杂，成本也较高，比较少采用。 按动力传动分：1）电机-机械格栅除污机；2）油泵-液压格栅除污机；按格栅间隙分：1） 粗格栅除污机：栅条间距为10050mm，是设于泵前的第一道格栅，以拦截粗大的漂浮物，使水泵不受损害。 2）细格栅除污机：栅条间距为103mm，在处理来水中存在的大量的小型漂浮物，相对来说能够将污水中的杂物处理得更干净。通过以上对设计背景和各个格栅的介绍及此次设计的要求，回转式格栅除污机自动化程度高，分离效率高，动力消耗小、无噪音、耐腐蚀性能好且自身具有较强的自净能力，不产生堵塞，适宜用作细格栅等优点。所以选择耙齿式回转式格栅除污机作为此次设计的格栅除污机，格栅采用链传动，由于齿形链由多排链片铰接而成，比滚子链工作平稳、噪声小，承受冲击载荷能力强，但结构较复杂，成本较高所以传动时采用滚子链。2.2 回转式格栅除污机的主要结构和特点回转式格栅除污机由架体、牵引链、传动系统、齿耙组合，水下导轮组合、水下副栅、栅条，该设备由传动装置、链轮，齿耙等部件组成，齿耙材质为ABS工程塑料、尼龙或不锈钢制成，机架材质一般由碳钢或不锈钢制成。主要结构特点: 1除污动作连续，分离效率高； 2 结构紧凑，电气控制简单，自动化程度高； 3耐腐蚀性好，能耗低，无噪音。4. 在设备工作时，自身具有很强的自净能力，不会发生堵塞现象，所以日常维修工作量很少。2.3 回转式格栅除污机的工作原理 回转式格栅除污机是由一种独特的耙齿装配成一组回转格栅链。在电机减速器的驱动下，耙齿链进行逆水流方向回转运动，将漂浮在水面上的浮渣打捞，耙齿链运转到设备的上部时，由于槽轮和弯轨的导向，使每组耙齿之间产生相对自清运动，绝大部分固体物质靠重力落下。另一部分则依靠清扫器的反向运动把粘在耙齿上的杂物清扫干净。按水流方向耙齿链类同于格栅，在耙齿链轴上装配的耙齿间隙可以根据使用条件进行选择。当耙齿把流体中的固态悬浮物分离后可以保证水流畅通流过。整个工作过程是连续的，也可以是间歇的。齿耙固定于链条上，链条沿导轨运行，齿耙从栅条的后部下行，从底部运行至栅条前部，从下向上地将被栅条拦住的漂浮物顺着挡板捞至卸渣口处，卸入栅渣车中。控制系统实行全自动控制，可根据时间自动起、停，发生过扭矩会及时报警并立即自动停机。在无人看管下照样进行工作。2.4 格栅除污机的清渣措施 耙齿式回转式格栅除污机由于自身结构的特点，当清污耙运动到上端时作转向运动，此时前后排耙齿之间发生相对自清运动，促使杂物依靠重力及前后排耙齿间相互位置的变动进行自清。 除了自清外，还可以通过清渣装置进行卸渣。清渣装置安装在主动轴之下，在一个合适的位置安装刷子回转轴，在回转轴上安装一定长度的尼绒刷，尼绒刷的长度为尼绒刷顶端与耙齿链可以相互接触即可。刷子轴可以采取无动力式与有动力式两种：无动力式是通过与耙齿链相互接触，由耙齿链带动尼绒刷，与耙齿链一起运动，尼绒刷的回转线速度与耙齿链的线速度相同；有动力式的尼绒刷是通过将尼绒刷的主动链轮安装在主动轴上，主动轴作回转运动时带动尼绒刷轴主动链轮转动，通过链传动带动安装在尼绒刷轴上从动链轮转动来驱动尼绒刷轴来对耙齿链栅进行卸渣，本设计采用有动力式。尼绒刷的安装及清渣方式如图所示：第三章 格栅除污机的基本参数及其计算3.1 基本参数的设定参数： 机宽B（mm）1600 沟宽B2（mm）1750 格栅的有效宽度B1(mm) 1450 沟深H1(mm) 2000 栅前水深h（mm）1200 流量Q（m/h）900 过栅流速V栅（m/s）0.8 耙齿运行速度（m/mim）5.0 栅隙（mm）10 安装角度 75 出渣高度（mm）750因为污水密度与纯水密度差别不大，所以污水密度取1000/m。3.2 格栅的间隙数量n的确定及传动电机的选取： 3.2.2 格栅间隙n的确定：(1)式中： qvmax-最大设计流量，m/s； d-栅条间距，m； h-栅前水深，m； v-污水流经格栅的速度，m/s代入数据的间隙数量为90。 格栅的建筑高度b: 栅S=10mm,S=10mm,(3) 进水渠渐宽部分长度L1。若进水渠宽b1=1.4m,进水渠内流速0.8m/s，渐宽部分展开角1=20L1=（b-b1）/（2tan1）=(1.79-0.8)/2tan20=0.80m (4) 栅槽与出水渠道连接处渐宽部分长度L2。L2=L1/2=0.40m (5) 栅后槽总高度h总 栅前水深h=1.2m,栅前渠道超高h1=0.3mh总=h+h1+h2=1.2+0.3+0.25=1.75m(6) 栅槽总长度L。H1 -格栅前的渠道深度，m L=L1+L2+0.5+1+H1/tan75=0.8+0.4+0.5+1+H1/tan75=3.24m。(7) 每日栅山渣量W。W1取0.07m/千立方米污水，KZ-生活污水流量总变化系数，取1.5。 W=qvmaxW186400/(KZ1000)=0.806m/d采用机械清渣。3.3 减速器结构选择及相关性能参数计算3.3.1 结构形式:按照设计任务要求，本减速器采用水平剖分、封闭结构。（1） 运输链所需功率()（2）从电动机到运输链各个运动副的总机械效率 =0.99 联轴器效率；=0.98 闭式齿轮传动效率；=0.95 开式齿轮传动效率；=0.99 轴承效率；所以：（3）电动机所需功率为：查机械零件设计手册附录表F1-7Y系列电动机的技术数据 取P电动机=1.1kw，可见有三种Y系列三相异步电动机可用，分别为：Y132M-4、Y160M-6、Y160L-8，综合考虑总传动比及尺寸大小，选取Y160M-6型。3.4.2 传动比分配和动力运动参数计算 运输链的转速为：n=5.0(r/min） 所以:取,则（1） 转速n =55（r/min）=/=55/4=13.75（r/min）=/=13.75/2.75=5.5（r/min）（） 功率 （3） 转矩T 将上述数据列表如下：轴号功率P/kWn/(r/min)T(N.m)i00.8555146.81810.990.841555145.354.00.970.816413.75569.772.75 0.940.76785.5143.6393.6 轴的设计计算 按承载性质，减速器中的轴属于转轴。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算，然后根据结构条件定出轴的形状和几何尺寸，最后校核轴的强度。这里因为从动轴为轴，故只对轴进行强度的校核，对两根轴进行尺寸的设计计算过程。3.6.1 轴几何尺寸的设计计算 (1) 电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定.选择45钢正火。 硬度达170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。 =55MPa。(2) 初步计算各轴段直径 （3）轴几何尺寸的设计计算 1.计算d1，按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T 最小直径计算（查机械设计基础教材表153 取 c=110）考虑键槽选择标准直径2.计算因必须符合轴承密封元件的要求，经查表，取=30mm；3.计算 且必须与轴承的内径一致，圆整=35mm，初选轴承型号为6207,查附表可知，B=17mm，D=72mm，；4.计算 为装配方便而加大直径，应圆整为标准直径，一般取0，2，5，8尾数，取=40mm； 5.计算 取 =50mm；6.计算 同一轴上的轴承选择同一型号，以便减少轴承座孔镗制和减少轴承类型。 电动机轴各阶梯轴直径列表如下：名称直径（mm）2430354050403.6.3链传动的布置、张紧 （1） 两链轮回转平面应在同一垂直平面内，并保持两轮轴线相互平行。链传动最好是紧边在上，松边在下，以便防止当松边下垂量过大时，链条与链轮轮齿发生干涉（咬链）或松边与紧边相碰。（2） 通常张紧方法有： 调整中心距； 中心距不能调节时，可采用张紧轮； 中心距不可调时，可采用压板、托板调整； 链节磨损变长后，取掉几节链节。第四章 格栅除污机的其它要求4.1 主要零部件材质部 件材 质机架不锈钢304机罩不锈钢304栅条不锈钢304清污齿耙ABS工程塑料牵引链不锈钢304传动轴不锈钢304电机、减速机SEW所有紧固件、连接件不锈钢304现场控制箱箱体不锈钢304现场控制箱元器件施耐德4.2 电器控制系统 格栅的开停由时间继电器或液位差控制开停，现场设有手动控制开关，控制箱配套有以下功能：电机保护空气开关、接触器、热继电器、起停控制按钮、起停指示灯、转换开关、紧急停车按钮、故障报警指示灯，并预留有PLC控制接口。（1） 控制箱防护等级IP55，户外型，用于设备的配电和运行控制。（2） 控制箱设有短路、过电流、欠电压、过载保护装置。（3） 控制箱远程控制必须满足电气接口的要求。（4） 螺旋输送压榨机与格栅除污机联动。（5） 所有电气元件采用施耐德产品。4.3 设备设计、制造、检验所遵循的标准目录该产品在设计、制造、检验、包装运输及安装过程中所遵循的通用标准均为国标（GB）或部标（JB）这些通用标准目录省略，同时需要满足（但不限于）以下标准要求：CJ/T3048-1995平面格栅除污机JB/T9046-1999格栅除污机JB/T2932-1999水处理设备 技术条件JB/T8828-2001切削加工件 通用技术条件JB/ZQ4000.3-86焊接件通用技术条件JB/ZQ4000.5-86铸件通用技术条件JB/ZQ4000.9-86装配技术条件JB/T5000.5-2007重型机械通用技术条件 第5部分：有色金属铸件GB/T1176