絮凝池搅拌机的设计及其工艺流程.doc

摘 要 完成絮凝过程的絮凝池 一般常称反应池 在净水处理中占有重要的地 位 天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小 为去除这些物质通常 借助于混凝的手段 也就是说在原水中加入适当的混凝剂 经过充分混和 使胶体稳定性被坏 脱稳 并与混凝剂水介后的聚合物相吸附 使颗粒具有 絮凝性能 而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的 颗粒在相互接触中聚集 以形成较大的絮凝体 絮粒 因此 絮凝池设计是 否确当 关系到絮凝的效果 而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果 絮凝搅拌机是絮凝池机械搅拌的装置 它主要用于废水处理的搅拌过程 本 设计提到了絮凝池的设计 搅拌机的设计以及其工艺流程 关键词 絮凝池 混凝剂 沉淀效果 絮凝性能 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 0 目 录 摘 要 0 1 前 言 1 1 1 毕业设计课题的目的 意义 国内外现状 1 1 1 1 毕业设计课题的目的 意义 1 1 1 2 国内外污水处理的现状 1 1 2 搅拌机在污水处理中的作用 2 1 2 1 搅拌机的发展概述 2 1 2 2 反应搅拌机的工作原理 2 1 3 絮凝的工作原理 3 1 4 水处理中的搅拌设备 3 1 5 絮凝搅拌机的适应条件和构造 3 1 5 1 絮凝搅拌机的适应条件 3 1 5 2 絮凝搅拌机的构造 4 1 6 本课题的设计思路 5 2 絮凝池的设计 6 2 1 絮凝池的设计探讨 6 2 1 1 絮凝的相似关系 7 2 1 2 假设和设想 10 2 2 絮凝池的设计要求及结果 15 3 絮凝搅拌机的设计 17 3 1 设计原始数据 17 3 2 设计要点 17 3 3 设计计算数据 17 3 4 桨叶的设计 17 3 4 1 桨叶结构尺寸确定 17 3 4 2 搅拌器转速计算 18 3 4 3 搅拌功率计算 19 4 电动机及减速器的选型 22 4 1 减速器和电动机的选型条件 22 4 2 电动机与减速器的选择 22 4 4 搅拌轴的设计及其结果验证 23 4 5 轴与桨叶 联轴器的连接 24 4 5 1 连接形式 24 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 1 4 5 2 联轴器与轴的连接 24 4 6 轴承的选型及轴的最终确定 25 5 支撑装置设计 26 5 1 搅拌机的支承部分 26 5 1 1 机座 26 5 1 2 轴承装置 26 5 2 水下支撑座的设计 27 5 2 1 轴承的选型 27 5 2 2 支撑套的设计 28 6 轴的密封 29 6 1 密封装置的类型 29 6 2 轴的密封选择 29 7 结 论 31 符号说明 31 参考文献 33 谢 辞 34 附 件 35 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 1 1 前 言 1 1 毕业设计课题的目的 意义 国内外现状 1 1 1 毕业设计课题的目的 意义 废水处理中反应搅拌机的目的是借助搅拌器的作用是使废水中的胶体颗 粒絮凝形成较大的颗粒 以利沉淀 以满足水处理中水质净化的要求 本题 目主要涉及水处理中絮凝工艺中反应搅拌机的设备设计 主要解决的问题是 水处理中该设备的设计 包括 絮凝搅拌机 电动机及减速器的选型 支撑 装置设计 轴的密封设置 絮凝池的设计 并画出相应的设备图 1 1 2 国内外污水处理的现状 我国污水处理事业的历史始于 1921 年 到改革开放的近二十年来取得 了迅速的发展 但仍然滞后于城市发展的需要 据统计 到 2000 年底 全 国已建设城市污水处理厂 427 座 其中二级处理厂 282 座 这些污水处理厂 的建设 极大地提高了城市污水的处理水平 但处理量的增加仍远远滞后于 污水排放量的增长 我国的污水处理事业的实际情况是污水处理率低 很多 老城区的排水管网甚至不成系统 城市污水处理能力增长缓慢和污水处理率低是造成我国水环境污染的主 要原因 由此导致了水环境的持续恶化 并严重的制约了我国经济与社会的 发展 我国城市污水处理能力增长缓慢的主要原因可以归结为 污水处理技 术落后 城市污水处理技术是城市污水处理设施能否高效运转的关键 就目 前的发展状况来看 在中小城市污水处理方面 尚缺乏适合我国实际国情的 污水处理技术和设备 因此 探索和发展适合我国国情的中小城市 镇 污 水处理工艺 掌握一批在中小城市 镇 具有代表性的污染源的治理技术和 城市污水处理技术 就势在必行 在过去的 30 年中 美国通过建设污水处理厂 成功解决了来自城市和 工业方面的点源污染问题 但在达到可以游泳和渔业用水的要求方面 仍然 遇到了很多困难 由于现在的水污染大部分是来自分散的非点源 对于这些 非点源污染 控制措施和相关费用都具有很高的不确定性 今后城市在污水 处理方面能够或应该做到什么程度 目前正在进行激烈的争论 合流制污水 管网的老城市需要大量投资 来减少在雨季的污水溢流 而迅速发展的新兴 城市又临着处理能力不足 导致生活污水管网溢流的问题 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 2 1 2 搅拌机在污水处理中的作用 1 2 1 搅拌机的发展概述 搅拌机的操作性能直接关系到产品的质量 能耗和生产成本 工程界和 学术界对搅拌混合都非常重视 进行了大量的研究工作 取得了不少的研究 成果 搅拌器是化学工程和生物工程中最常见也是最重要的单元设备之一 目 前 搅拌器的选型和内构件的设计在很大程度上依赖试验和经验 对放大规 模还缺乏深入的认识 对于能耗和生产成本只能在一定规模的生产装置上对 比后才能得出结论 由于对产品的回收率和质量要求越来越高 对搅拌器的 研究日趋深入 已从早期对搅拌功率和混合时间的研究 20 世纪 80 年代对 反应釜内的流体速度场分布的研究 进入 20 世纪 90 年代以来的搅拌釜内三 维流场的数值模拟研究 流场数值模拟必须在深入进行流体力学研究的基础 上 综合考虑流体流动的三维性 随机性 非线性和边界条件不确定性 通 过数值模拟不但可以解决反应器的放大机理 而且可以优化设计开发新型高 效搅拌器 使机械搅拌器的设计理论更加完善 1 2 2 反应搅拌机的工作原理 对于不同的介质 不同的化学反应过程 要求搅拌装置的结构和搅拌速 度不同 根据不同的场合一般分为以下几种情况 1 液 液互溶系统的场合 一般采用低速搅拌就能足够完成 这种场合常用浆叶式搅拌装置 2 液 液 互不相溶的场合 这种场合则需要强烈的上下翻滚 常用浆叶搅拌器 在釜 体内加有一定形状的挡板 或采用推进式搅拌器 3 反应介质里有少量的 固体且不易沉降时可采用比较缓和的搅拌 反之当反应介质或反应过程的生 成物中固体较多 且容易沉降时必须采用强烈的上下的翻动的搅拌 这些搅 拌均属于固 液相的搅拌系统 在本人设计的课题中搅拌器中所搅拌的介质是废水 废水处理中反应搅 拌机的目的是由电机作为驱动装置 经减速器联轴器带到直桨叶旋转使胶体 颗粒絮凝形成较大的颗粒 以利沉淀 以满足水处理中水质净化的要求 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 3 废 水投 药混 合反 应沉淀分离 沉淀 慢速搅拌急速搅拌 出 水 1 3 絮凝的工作原理 胶体的脱稳阶段是第一阶段 絮凝是第二阶段 而絮凝指胶体脱稳以后 结成大颗粒絮体的阶段 第一阶段相当于给水处理中加药混合后的极短的一 段时间 可能在一秒钟内 而絮凝则主要是在反应设备中完成的 这是水处 理中常用的方法 其工作原理如图 1 1 1 4 水处理中的搅拌设备 水处理中的搅拌设备 分成溶药搅拌 混合搅拌 絮凝搅拌 澄清池搅 拌 消化池搅拌和水下搅拌六种类型 絮凝搅拌是水处理的重要方法之一或 基本单元操作之一 而且往往是必不可少的 它在生活饮用水 工业用水 工业废水及生活污水的处理中都有广泛的应用 因而学习和研究絮凝科学及 其在水处理中的应用具有十分重要的意义 其中絮凝搅拌机分为 刚性连接搅拌机和弹性连接搅拌机 本设计主要 讨论的是刚性连接搅拌机 刚性连接搅拌机由 电动机 减速器 刚性联轴器 机座 轴承 搅拌 轴 搅拌器 搅拌设备的工作部分 有搅拌器 搅拌轴和搅拌附件组成 1 5 絮凝搅拌机的适应条件和构造 1 5 1 絮凝搅拌机的适应条件 絮凝搅拌机用于给水排水主力中混凝过程中的絮凝阶段 絮凝搅拌的作 用是促使水中的胶体颗粒发生碰撞 吸附并逐渐结成一定大小的帆花 试绝 大部分帆花截留在沉淀池内 搅拌强度和搅拌时间是决定絮凝效果的关键 絮凝池内搅拌强度 即搅 拌速度梯度值 G 应递减 各档搅拌器桨叶中心处的线速度依次逐渐减慢 絮凝剂 图 1 1 絮凝沉淀处理流程示意图 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 4 且要有足够的搅拌时间来完成絮凝过程 絮凝搅拌机可满足絮凝规律的要求 使絮凝过程中各段具有不同的搅拌 强度 可以适合水量和水温的变化 优点是水头损坏小 池体结构简单 外 加能量组合方便 絮凝搅拌机设置无级调速后可随水量 原水浊度和投药量的变化而调整 搅拌强度 达到满意的絮凝效果 节约药剂的用量 絮凝搅拌机根据搅拌轴的安装分式分为立式搅拌机和卧失搅拌机两种 卧 式絮凝搅拌机的桨板接近池底旋转 一般絮凝池不存在积泥问题 1 5 2 絮凝搅拌机的构造 立式搅拌机有工作部分 垂直搅拌轴 框式搅拌器 支承部分 轴承装 置 机座 和驱动部分 电动机 摆线针轮减速机 组成 如图 1 2 图 1 2 立体搅拌机总体结构图 框式搅拌器分直桨叶 斜桨叶和网桨叶三种 直桨叶是最常用的一种普通桨叶 其结构如图 1 3 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 5 图 1 3 直桨叶框式搅拌器示意图 1 6 本课题的设计思路 1 絮凝池的结构尺寸的确定 2 搅拌机大小的确定及转速和功率的计算 3 由搅拌机功率来做电机的选型设计 4 由电机的型号尺寸来做联轴器的选型设计 5 由联轴器的型号尺寸来决定轴径以及对所决定的轴径进行计算验 证 6 由轴径来做轴承的选型 7 由轴承的尺寸来做机座及支撑座的选型设计 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 6 2 絮凝池的设计 2 1 絮凝池的设计探讨 完成絮凝过程的絮凝池 一般常称反应池 在净水处理中占有重要的地 位 天然水中的悬浮物质及肢体物质的粒径非常细小 为去除这些物质通常 借助于混凝的手段 也就是说在原水中加入适当的混凝剂 经过充分混和 使胶体稳定性被坏 脱稳 并与混凝剂水介后的聚合物相吸附 使颗粒具有 絮凝性能 而絮凝池的目的就是创造合适的水力条件使这种具有絮凝性能的 颗粒在相互接触中聚集 以形成较大的絮凝体 絮粒 因此 絮凝池设计是 否确当 关系到絮凝的效果 而絮凝的效果又直接影响后续处理的沉淀效果 当然 为了获得良好的絮凝效果 混凝剂的合理选择是重要的 但是也 不能忽视絮凝池设计的重要性 在生产实践中 不少水厂由于改进了絮凝池 的布置 从而提高了出水水质 降低了药耗 或者增加了制水能力 在混凝 沉淀的设计中 也出现了宁可延长一些反应时间以缩短沉淀时间的看法 这 些都说明絮凝反应在净水处理中的重要作用 近年来 由于高效能沉淀以及过滤装置的出现 使水厂的平面布置 包 括构筑物尺寸及占地面积 大为缩小 相对来说絮凝池所占比例就有所增加 例如 在原平流式沉淀池中 絮凝只占较小的体积 然而在斜管沉淀池中 絮凝部分的体积几乎与沉淀部分的体积相仿 为此 国内不少同志在这方面 进行着如何改进絮凝构筑物的研究 并提出了不少设想 对设计工作者来说 亦迫切要求有一个科学的评价方法 以解决如何合理选择絮凝形式的问题 絮凝反应是一个很复杂的过程 它不仅受絮凝池水力条件的控制 而且 还与原水性质 混凝剂品种和加药量以及混和过程都有密切关系 从目前国 内外的研究情况来看 尚没有一个能定量地反映絮凝过程的完整数学模式 甚至作为定性分析 也还存在不少问题 这些情况就给具体设计工作者带来 很多困难 严格地说 目前不少絮凝池的设计 仅是水力的验算 并没有对 絮凝过程作完整的分析 因此 往往出现即使原水的絮凝性质很不相同 而 其絮凝池的布置却完全相同的情况 根据规范或设计手册规定的设计数据 进行水力计算 是目前絮凝池设 计中应用最广泛的方法 应该说它在大多数场合下是可行的 但并不一定是 最优的 况且 这些规定也只规定一些主要指标 至于具体的布置还需由设 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 7 计者确定 例如 一般规定隔板絮凝池的流速由 0 6 米 秒渐减至 0 2 米 秒 至于流速如何递减 以及隔板转折的布置和道数等等 都未作明确规 定 因而尽管所用主要指标完全相同 却可设计成很不相同的布置形式 至 于它们的效果差异则更难以鉴别 为了探讨絮凝池设计的合理方法 福建省净水工艺试验组曾提出了应用 模型絮凝池 的概念 其基本出发点就是认为 合理的反应速度应符合流 速渐变的原则 即反应速度由大到小呈直线变化 且反应池进口流速应大于 或者等于 1 米 秒 凡符合这二个条件的所谓 模型絮凝池 则被认为是理 想的絮凝池布置 模型絮凝池 作为探讨整个絮凝过程变化规律的设想 是有其积极意 义的 但是 要把 模型絮凝池 作为理想的絮凝形式 则尚缺乏足够的依 据 作为问题之一 它脱离了原水性质的考虑 速度渐变原则应对不同水质 条件有不同的要求 而不宜取作常量 譬如 对于原水颗粒浓度不足以及絮 凝体不易破碎的情况 将较高流速区的反应时间增加些 显然是有好处的 反之 则应增加较低流速区的比例 另外 隔板絮凝的转折 从 模型絮凝 池 的要求考虑 显然是不符合要求的 但是实际上在絮凝的最初阶段 它 往往起到了促进絮凝的效果 模型絮凝池 用流速作为比较的相似关系 与絮凝理论所采用的以速度梯度作为相似关系有所区别 随着絮凝形式的不 同 同样的流速 其速度梯度可相差达数倍 因此关于 模型絮凝池 的设 想尚有不少问题需要进一步深入研究 目前絮凝池设计中一个普遍问题就是没有考虑进入絮凝池的处理水水质 众所周知 良好的絮凝反应必须具备二个条件 即具有充分絮凝能力的颗粒 以及合适的反应水力条件 实际上 它们就是絮凝过程中的 内因 和 外 因 水力条件只有适合欲絮凝颗粒的絮凝要求时 才能促进絮凝的进行 反之则不仅不能促进絮凝的进行 甚至使已经絮凝的颗粒破坏 因此作为具 体的絮凝池设计 就必须考虑到处理水的水质条件 但是这却是目前絮凝池 设计中最薄弱的环节 2 1 1 絮凝的相似关系 所谓合理设计 无非是从许多可供选择的方案中 选定一种最能符合要 求的方案 同样 絮凝池的合理设计 就是要从诸多的絮凝形式 以及不同 的指标中 选择一种最能适合具体絮凝条件而又切实可行的形式和指标 鉴 于目前的研究水平 仅用理论的方法还无法解答上述课题 因此还需借助于 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 8 实验手段 实验的目的就是可以在较小规模下模拟实际的效果 以便对可供 选择的方案加以比较 和其它许多实验一样 絮凝的实验也需要解决一个模 拟的相似问题 也就是说需要解决怎样在较小规模的试验中 获得与真实絮 凝池同样的絮凝结果 对于絮凝反应来说 需待解决的相似关系主要有二个 即处理水的水质 条件和絮凝池的水力条件 关于水质条件 一般采用真实水样还是容易办到 的 例如选择若干具有代表性处理对象的原水 加注适量混凝剂 并经充分 混和 即可供作絮凝的实验 至于水力条件 则不能依靠实际絮凝池来作试 验 因设计的目的是要对多种方案进行对比 而这在实际絮凝池中是难以完 全实现的 为此 需要寻找合适的水力条件作模拟相似 对于水力条件 一 般可以采用雷诺数或弗鲁特数相似 也可采用其它相似准则 至于采用何种 相似方法则应视研究对象而定 为此有必要就絮凝过程中水力条件的作用作 一分析 以确定相似关系 絮凝的目的是使细小颗粒彼此聚集 除了颗粒具有絮凝能力外 还必须 创造颗粒彼此接触 或者接近 达到颗粒吸附的作用范围以内 的机会 否则 若保持颗粒间的相对位置不变 即使颗粒的絮凝性能极为良好 也无法聚集 可以通过三个途径 使颗粒达到彼此的接触 水分子的热力运动 颗粒的沉 速差异和水体的流动 所谓热力运动产生的颗粒碰撞 是由于水分子进行的杂乱而没有规则的 运动 布朗运动 不断撞击附近的胶体颗粒 使颗粒也进行着杂乱而没有规 则的运动 从而获得了颗粒彼此碰撞的机会 这种接触机会与温度有关 而 与液体的流动无关 因而只要保持温度和时间的因素相同 热力运动造成的 碰撞也是相同的 至于沉速差异产生的颗粒碰撞 往往在沉淀池中有明显的作用 然而在 絮凝池中 由于其颗粒一般尚属细小 沉速不大 可以说差异所产生的碰撞 作用在絮凝池中 不占统治地位可予忽略 一般认为在絮凝池中 对颗粒碰撞起主导作用的主要是水体的流动 也 就是由于水体流动所产生的能量损耗而造成的 一般关于水体流动所产生的碰撞公式可表示为 J 2Gd3N2 3 2 1 式中 J 单位时间单位体积内颗粒接触的机会 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 9 D 颗粒的有效粒径 单位 m N 单位体积内的颗粒数 G 计算范围内的绝对平均速度梯度 单位 S 1 平均速度梯度值可用下式计算 G W 0 5 2 2 式中 W 单位体积单位时间所消耗的功 单位 KW 液体的动力粘滞系数 一般认为式 1 只适用于层流 而大多数絮凝池的水源均属紊流 对于 紊流条件下颗粒的碰撞频率 Levich 提出了如下公式 J 12 d3n3 0 0 5 2 3 式中 系数 0 有效能量消耗率 单位 KW 比较式 2 1 与式 2 3 除了系数差别外 主要是式 2 3 所用的功为 有效能量 而式 2 1 则采用计算的能量 两者相差一个效率系数 而在 实用上有效能量是难以确定的 仍需用计算的能量来表示 因此 无论是式 2 1 或式 2 3 作为单位时间单位体积内颗粒碰撞的 因素都是颗粒的粒径 浓度以及水流的速度梯度 实际上 这里包含了二个 方面的内容 即以颗粒的粒径及浓度为代表的参与絮凝的水质条件和以 G 为 代表的絮凝池水力条件 由于粒径和浓度已由真实水样来模拟 因而只要保 持 G 值相似 理论上即可得到同样的颗粒碰撞条件 但是应该指出 颗粒的碰撞并不就是颗粒的聚集 对于不同絮凝能力的 颗粒 在同样碰撞次数时 应该得到程度不同的聚集 也就是说它们的有效 聚集比例是各不相同的 但是 如采用真实水样作为絮凝的模拟 则这一因 素同样可在实验中获得反映 另外 在模拟絮凝水力条件时还需考虑一个重要的现象 即絮凝体的破 碎 或絮凝体大小的限制条件 絮凝体所能承受的水流剪力是有限度的 随 着絮凝体的增大 相应的抗剪能力会减弱 与水流共同运动的絮凝体 受到 液体切应力的作用 因此 当液体的切应力大于絮凝体的抗剪能力时 絮凝 体将被破碎 因此在模拟絮凝反应时 除了模拟颗粒碰撞而产生的聚集外 还需要模拟因液体的切应力而产生的破碎 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 10 众所周知 液体的切应力可由二部分组成 即粘滞阻力及混掺阻力 对 于层流条件 切应力纯由粘滞阻力产生 对于紊流条件 则主要由混掺阻力 产生 除边界层附近外 这二种切应力的大小都决定于液体的速度梯度 在速度梯度 G 中 所谓消耗的功 也就是指切应力所做的功 因为只有 切应力所做的功是不可逆的 也就是由机械能转化为热能 丹保宪仁教授在分析絮凝过程中 考虑到水流切应力对絮粒的破碎影响 引入了颗粒最大成长度 Sm 的概念 也就是说 Sm 代表在一定的水流条件下 能形成最大粒径的原始颗粒数 丹保教授通过试验得出 在原水水质条件不 变时 Sm 是有效能量消耗率 0 或速度梯度 G 的函数 通过对絮凝过程中一些主要现象的分析 包括颗粒的碰撞 因碰撞产生 的聚集 絮凝体尺寸的限制以及水流对絮凝体的剪切 我们得到了可用真实 水样模拟水质特征以及用 G 值模拟水流特征这样两个关系 采用 G 值来模拟絮凝池的水流絮凝特征 至少在二方面是有用处的 一 是可以把真实絮凝池的研究缩小到在实验室内进行 也就是只要维持实验条 件的 G 值与真实池相同 其结果也应相同 另一是可以用作不同絮凝形式的 比较 也就是即使絮凝池的水流形态相差甚大 只要其过程的 G 值相同 当然还应考虑不同絮凝池形式有效能量利用的差别 效果也应相同 2 1 2 假设和设想 作为研究的方法可以是微观的 也可以是宏观的 大多理论研究都以微 粒作为对象 由于实际的原水是由不同颗粒所组成 不仅粒径呈一定分布 而且其性质也各不相同 对于水流条件来说 同样存在一个断面内的速度梯 度各不相同 可能在同一时刻同一断面上 既有颗粒的絮凝 又有颗粒的破 碎 因此 采用微粒的分析方法 问题要复杂的多 甚至在很多情况下难以 办到 微观现象的分析 可以帮助我们对问题的考虑 如前节所作的那样 但试验还应以整个悬浊液在絮凝过程中的平均效果作代表 这样 我们就不 必去分析诸如颗粒大小的组成分布 断面各点的速度梯度分布以及絮凝颗粒 的沉速分布等等 而分别用平均粒径 平均速度梯度以及平均沉速来表示 对于絮凝效果的评价 一般可以采用颗粒粒径 颗粒沉速以及沉淀后浊 度去除率等来表示 无论是颗粒粗径的加大 沉速的加快以及沉淀后浊度去 除率的增加都能反映絮凝效果的提高 在理论研究方面 一般以粒径为指标 的居多 许多理论公式都与粒径有关 对于后续处理的沉淀计算来说 采用 沉速的概念较为有利 因为沉淀池设计希望提供反应后的沉速数据 然而对 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 11 于测定来说 采用浊度指标最为方便 实际上这三个指标都是相互关联的 沉淀后浊度去除率可以间接地表达悬浊液的平均沉速 为了探讨方便起见 我们在研究设想方案时 仍以平均沉速作为指标 而作为实验的手段 则以沉淀后浊度去除率为指标 此外 我们还作了一个假设 就是由不同方式获得相同絮凝效果的悬浊 液 在其进一步作絮凝反应时 应获得同样的结果 例如采用 G1 值的速度 梯度反应 T1 时间后 得到了悬浊液的平均沉速为 V 而用另一 G2 值反应 T2 时间后也可得到平均沉速为 V 我们就认为这二者效果相同 同时 尽管它 们形成的条件各不相同 但在进一步絮凝时 二者应该获得同等的絮凝条件 根据以上对絮凝过程以及基本假设的分析 我们就可以进而讨论絮凝池 合理设计的设想方案 如果把单位体积中颗粒所占的比例用 来表示 即 N 6 d3 2 4 则参照式 2 1 及式 2 3 并假定颗粒的每一次碰撞均产生聚集 那么 颗粒浓度的时间变化率就应为 dN dt KsN 2 5 式中 Ks取决于 G 和 即 Ks kG 将式 2 5 积分 可得 N N0e Kst 2 6 式中 N 絮凝时间为 t 时的颗粒总浓度 单位 mol L No 絮凝开始时 t 0 的颗粒总浓度 单位 mol L 假如絮凝过程中密度保持不变 即 固定 则上式可换算成粒径的变 化关系 即 d d0eb b Kst 3 2 7 式中 d 时间 t 时的颗粒粒径 单位 m do 时间 t 0 时的颗粒粒径 单位 m 也就是说 如果颗粒的每次碰撞均属有效 则其粒径的增长 或相 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 12 应沉速的增长 理论上应如图 2 1 所示的形式 粒径 或沉速 随时间呈指数 关系增加 其增长的速率取决于 ks值 即 Ks 越大增长速率越快 ks与水流 的速度梯度及原水颗粒体积比成正比 因此当 G 值增加 或者颗粒浓度增加 时 粒径 或沉速 的增长就迅速 图 2 1 理论曲线图 图 2 1 所示为理论曲线 然而 根据一般搅拌试验的结果 所得图形与 图 2 1 有很大出入 大致得到象图 2 1 实线所示的曲线 也就是说 在维持 G 值不变情况下 沉速增长的速率不一定是随时间增加而加速 在开始时或 开始以后较短时间 沉速增长形式与理论曲线大致相似 但以后其增长率不 仅不是逐步增加 相反出现逐步减小 最后趋向于某一极值 Vmax 我们不 妨称 Vmax 为某一 G 值时的极限沉速 例如 在作一般反应的搅拌试验时 最初 5 10 分钟效果增长较明显 然而超过 10 分钟以后其反应效果一般很 少有明显增加 如果不改变搅拌速度 那么即使搅拌 20 分钟或 30 分钟 其 结果往往不会有什么变化 产生理论曲线与试验曲线不一致的原因 很容易得到介释 理论曲线假 定颗粒的每一次碰撞都产生聚集 实际上颗粒碰撞时不仅不一定聚集 而且 还可能被破碎 图 2 2 中阴影部分实际上代表了碰撞中的无效和破碎部分 由于 V 与絮凝结果的沉速相比是微小的 故一般可略而不计 图 2 2 试验曲线图 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 13 但是图 2 2 的试验曲线是用同一水质 同一 G 值试验的结果 如果改变 G 值 情况就会不同 实际上在进行搅拌试验时 用肉眼也可发现 在经一 定时间搅拌后 停止浆板的转动 由于水流的惯性 液体仍在旋转 但 G 值 显然逐渐减小 此时所看到的絮凝体往往明显地优于搅拌时的絮凝体 其原 因也较清楚 由于 G 值减小 其极限沉速就相应增大 虽然此时的絮凝时间 尚达不到相应的极限沉速 但颗粒还是向加大的方向发展 因此 为了探索合理的絮凝水流条件 就应该对不同 G 值情况下的絮凝 分别进行试验 图 2 3 所示为可能获得的一组试验结果 a b c 分别代表 低 中 高三种不同的 G 值 按照理论曲线 虚线 应该出现 G 值越高 增长 越快 但实际情况在在有所出入 在开始阶段无凝应该是 G 值越高絮凝效果 增长越快 因为此时颗粒尚属细小 碰撞产生的絮凝作用应是主要的 但是 当颗粒增长到某一程度后 颗粒聚集受到一定限制 还将受到破碎的影响 也就是逐步趋向于某一极限沉速 由于 G 值高的 极限沉速小 而 G 值低的 极限沉速大 因而它们的试验曲线必然相交 如图 2 2 中的 A 点及 B 点 也 就是说 当用 C 的 G 值反应 tA时 与用 b 的 G 值反应 tA时 将获得同样的 颗粒沉速 同样 对用 c 的 G 值反应 tB时 与用 a 的 G 值反应 tB时应具同 等效果 然而当絮凝时间超过交点时 低的 G 值将可获得较快的颗粒沉速增 长 高的 G 值沉速增长反而减慢 这也就是絮凝池设计中采用改变流速的原 因 由图 2 3 可知 如果不考虑絮凝时间的长短 采用低的 G 值可以获得较 好的絮凝效果 但是这样的设计显然也是不合理的 因为絮凝池合理设计的 目的就是要求以最短的时间获得最好的效果 图 2 3 试验结果图 图 2 3 所示的试验结果 对进行絮凝池的合理设计很为有用 后面将作 进一步讨论 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 14 此外 如前所述 絮凝效果不仅与水流条件 G 值 有关 而且也与处理 水的性质有很大关系 那么在这样的试验中 水质的差异能否得到反映 这 是需要考虑的 从絮凝角度考虑的水质特征 主要应包括原水的颗粒浓度 颗粒的絮凝 能力以及颗粒的抗剪强度 颗粒浓度高 粒间的接触机会多 因而就具有较迅速增大颗粒的可能 如果单体颗粒的絮凝能力和抗剪强度都一样 那么浓度的高低基本上对其极 限沉速值不会产生很大影响 但如果考虑除水流切应力外 颗粒碰撞时尚有 其衡量的作用 则可能出现高浓度的极限沉速略小于低浓度的现象 当然 对于浓度高到某一程度 例如污泥循环等类型 是否尚有其它絮凝作用机理 尚有待进一步探讨 因此图 2 4a 所示的二条曲线大致上反映了其它条件相 同时浓度高低的影响 由图可见 一般情况下 达到同一沉速所需的絮凝时 间随浓度增加而减少 图 2 4 反应曲线图 颗粒的絮凝能力在絮凝过程中起着重要作用 例如由于混凝剂选择不当 或加注量不足 均可使颗粒缺乏必要的絮凝能力 此时 即使接触机会很多 然而其聚集效果却很差 对这些絮凝能力差的水质 其絮凝进展必然非常缓 慢 相应的极限沉速也很低 而要达到极限沉速所需的时间也很长 实际生 产中 往往采用不断调整混凝剂加注量的办法 来调节絮凝效果 其实质也 就是不断改变颗粒凝絮能力 以满足絮凝的要求 图 2 4b 的曲线代表了絮 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 15 凝能力的影响 由图可知 对絮凝能力弱的处理水 其无效碰撞占有重要比 例 颗粒的抗剪强度取决于原水颗粒性质以及絮凝体的组成结构 例如对于 主要由色度组成的原水 由于胶体所带负电荷较强 聚集颗粒组成的结构就 与一般浊度组成的原水不同 相应的抗剪强度也有所区别 颗粒抗剪强度的 大小直接影响着絮凝颗粒的极限沉速 抗剪强度大 允许的极限沉速也大 图 2 4c 曲线代表了抗剪强度的影响 由图可知 如颗粒的絮凝能力相同 则在其开始反应阶段 抗剪强度的影响不显著 只有接近其极限沉速时 将 产生明显的区别 以上只是根据某些理论以及概念所作的分析 事实上水质条件还要复杂 得多 除了上述这些影响因素外 还可能存在其它影响絮凝的因素 但是作 为絮凝过程的实际试验 基本上能综合反映这些因素的影响 因而较接近真 实絮凝池的絮凝过程 2 2 絮凝池的设计要求及结果 通过以上这些分析 我们可以得到这样的初步概念 1 用 G 值相似可以大体模拟絮凝他的水流条件 2 采用真实的水样 基本代表了处理水的絮凝特性 3 处理水的絮凝特性 能在搅拌试验结果中得到综合反映 4 因此 搅拌试验的结果基本上反映了真实絮凝池的絮凝情况 我们现在设计的絮凝池要适应大多数厂家的废水净化工作 所以其设计 要求为 1 絮凝池分为 3 格 2 每格絮凝池的体积为 40m3 为了满足絮凝池的体积要求 结合现在大多数厂家的絮凝池规格 设计 絮凝池尺寸如下 每格反应池长 3 1m 宽 3 1m 池子高 4 4m 容积 42 3m3 其流程图如图 2 5 所示 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 16 图 2 5 絮凝池的流程图 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 17 3 絮凝搅拌机的设计 3 1 设计原始数据 1 絮凝搅拌池设三档搅拌机 搅拌池分为三格 2 每格反应池长 3 1m 宽 3 1m 水深 4 4m 容积 42 3m3 3 各档搅拌速度梯值 G 取 20 70S之间 1 4 絮凝池水温平均温度 15 水的粘度 为 1 14 10P 3 sa 3 2 设计要点 1 上层搅拌器桨叶顶端应设于池子于水面下 0 3m 处 下层搅拌器桨 叶底端应设于距池底 0 5m 处 桨叶外缘与掣侧壁间距不大于 0 25m 2 每片桨叶的宽度 一般用 100 300mm 桨叶的总面积不应超过反应 池水截面积的 10 20 当超过 25 时整个池水将与桨板同步旋转 故设计 中必须考虑避免出现这种现象 3 搅拌机轴设在每格池子的中心处 搅拌机轴和桨叶等部件应进行 必要的防腐蚀处理 3 3 设计计算数据 设计中主要是进行以下几方面的工作 1 絮凝搅拌的档数 一般絮凝池内设 3 6 档不同搅拌强度搅拌机 因 此絮凝池分为 3 6 倍 2 搅拌轴的安装方式 3 搅拌器桨叶的中心处的线速度 相当于池中水流平均速度 m s 一般自第一档的 0 5 0 6m s 逐渐变小至末档的 0 1 0 2m s 最大不超过 0 3m s 4 各档搅拌机搅拌速度梯值 G 一般取 20 70S 1 5 液体温度应取平均温度 水的粘度 Pa s 按规定值取用 1 14 Pa s 3 4 桨叶的设计 3 4 1 桨叶结构尺寸确定 1 每档絮凝搅拌机独立传动 设双层框式搅拌器 每个框式搅拌器 设四片竖立桨叶 桨叶宽度由设计要点知其范围为 0 1 0 3m 之间 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 18 则 本设计选取宽度 B 为 0 12m 长度 L 由公式 d D 0 9 0 98 可知 桨叶和池子长度之比选 0 91 又知池子长度为 3 1m 则长度 L 0 91 3 1 2 8m 所以桨叶的面积为 A 0 12 2 8 4 2 2 69 2 每格反应纵截面积为 4 4 3 1 13 64 桨叶总面积与反应池水流面积之比为 2 69 13 64 0 197 由文献 1 查得 液体旋转速度与桨叶旋转速度的比值为 K1 0 24 K2 0 28 K3 0 32 3 桨叶旋转半径 由上面介绍可知 桨叶旋转直径为 D 2 8m 则 外桨叶的半径为 R1 1 4m 减去桨叶宽度得 R2 1 4m 0 12m 1 28m 所以外桨叶的理论半径为 Rp1 R1 R2 2 1 34m 同理 因为内桨叶根据黄金分割原理得出 R1 0 85m R2 0 73m 所以内桨叶的理论半径为 Rp1 R1 R2 2 0 79m 3 4 2 搅拌器转速计算 根据已知速度梯度 G 计算 第一档选 G 70S 因为 K 0 24 所以根据转速公式 1 1 1 n 1 3 33 1 1123960 1 2 P RAKC VG 3 1 其中 水的粘度 单位 Pa s V 絮凝池的体积 单位 m3 G 速度梯度 单位 S 1 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 19 C 搅拌层数 K 水和搅拌器的速度之比 A 单层桨叶面积 单位 m2 Rp 内桨和外桨的矢量和 单位 m n 搅拌器转速 单位 r min 所以第一档的转速为 32 13 333 1 14 1042 3 70 123960210 242 8 0 121 340 794 n 0 125r s 7 5r min 同理 第二档 G2 45s 1 K2 0 28 由公式 2 3 21 21 12 1 1 GK nn GK 3 2 得 n 5 9r min 2 所以 第三档 G 20s 3 1 32 0 3 K 2 3 31 31 13 1 1 GK nn GK 3 3 2 3 201 0 24 7 5 701 0 32 3 64 minr 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 20 3 4 3 搅拌功率计算 按 T R 甘布计算法计算 以将横梁及斜拉杆的拖曳和机械消耗功率考虑 在内 为 3 120 102 n D p C eA Nv g 3 4 3 2 2 1 3 0 12 1000 1 2 102 9 81 n p v 3 0 75 n p v 第一档 外桨板 sm nR vp P 74 0 30 5 794 0 14 3 30 1 1 1 内桨板 sm nR vp P 35 0 30 5 744 0 14 3 30 1 2 2 smvv p v pp n 45 0 35 0 74 0 3 333 2 3 1 N 0 75 KWvpn34 0 45 075 0 3 第二档 sm nR vp P 58 0 30 9 594 0 14 3 30 2 1 1 sm nR vp P 27 0 30 9 544 0 14 3 30 2 2 2 smvv p v pp n 21 0 27 0 58 0 3 333 2 3 1 N 0 75 KWvpn16 021 0 75 0 3 第三档 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 21 sm nR vp P 36 0 30 64 3 94 0 14 3 30 3 1 1 sm nR vp P 17 0 30 64 3 44 0 14 3 30 3 2 2 smvv p v pp n 05 0 17 0 36 0 3 333 2 3 1 N 0 75KWvpn04 005 0 75 0 3 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 22 4 电动机及减速器的选型 4 1 减速器和电动机的选型条件 1 机械效率 传动化 功率 进出轴的许用扭距和相对位置 2 出轴旋转方向是单项或双向 3 搅拌轴轴向力的大小和方向 4 工作平稳性 如震动和荷载变化情况 5 外形尺寸应满足安装及检修要求 6 使用单位的维修能力 7 经济性 4 2 电动机与减速器的选择 搅拌设备的电动机通常选用普通异步电动机 澄清池搅拌机采用 YCT 系 列滑差式电磁调速异步电动机 消化池搅拌机一般采用防爆异步电动机 搅拌设备的减速器应优先选用标准减速器及专业生产厂产品 参考文献 2 标准减速器及产品 选用 其中一般选用机械效率较高的摆线针轮减 速器或齿轮减速器 有防爆要求时一般不采用皮带传动 要求正反向传动时 一般不选用蜗轮传动 电动机及减速机选用 见表 4 1 表 4 1 电动机与减速器的选型 名称符号单位第一档第二档第三档 搅拌器 的转速 nn r min7 55 93 64 搅拌功 率 NKW0 340 160 04 电动机 算功率 N 式中 A 99 0 90 0 2 1 21 N NkNk gg k 工况系数 24h 连续运行为 1 2 g 摆线针轮减速机传动效率 1 滚动轴承传动效率 2 KW0 460 220 05 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 23 选用电 动机的 功率 KW0 80 40 4 电动机 同步转 速 r min150015001500 减速比 200254412 选用减 速器减 速比 187289385 选用减 速器输 出轴转 速 r min85 23 9 黑 4 3 联轴器的选型 根据机械设计手册及搅拌机的类型选用凸缘联轴器 由电机的尺寸选择 联轴器轴径 d 65mm L1 104mm L2 42mm 许用扭转为 850N m 质量为 17 97Kg 标记为 联轴器 D65 ZG 如图 4 1 所示 图 4 1D65 ZG 联轴器 4 4 搅拌轴的设计及其结果验证 由上面所选联轴器的类型初步确定搅拌轴小径为 d1 65mm 下面来做轴径的理论计算 由 过程装备设计 查的公式 4 1 4 21 n N Cd 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 24 式中 C2 按扭转刚度计算系数 当扭转角为 1 m 时 C2 91 5 0 N 搅拌器的功率 单位 KW n 搅拌器的转速 单位 r min 得 第一档 mmd 5 41 8 34 0 5 91 4 1 第二档 mmd 3 38 2 5 16 0 5 91 4 1 第三档 mmd1 29 9 3 04 0 5 91 4 1 经上面计算所的结果可以看出 3 个轴径的理论数值都小于 65mm 故轴 的小径选 d1 65mm 4 5 轴与桨叶 联轴器的连接 4 5 1 连接形式 桨式搅拌器与轴的连接 当采用桨叶一端煨成半个轴套 用螺栓将对开 的轴套夹紧在搅拌轴上的结构时 D 600mm 时用一对螺栓锁紧 D 600mm 时 用两对螺栓锁紧 这种连接结构为传递扭距可靠起见 宜用一穿轴螺栓使搅 拌器与轴固定 本设计由于轴选取 D 600mm 故选用一对螺栓缩紧装置 4 5 2 联轴器与轴的连接 当采用键和止动螺钉将搅拌器轴套固定在搅拌轴上的结构时 键应按 GB1095 79 平键和键槽的剖面尺寸 选取 搅拌器轴套外劲 D 宜为轴径 D 的 1 6 2 倍 轴套长度应略大于轴套处桨叶宽度在轴线上的投影长度 但不 小于 D1 由上面设计知 d1 65mm 再由文献 4 查得 选取键为圆键 长度为 85mm 宽度为 18mm 厚度为 14mm 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 25 4 6 轴承的选型及轴的最终确定 由上面计算及选型结果知 d1 65mm 查机械设计手册得该轴承类型为 平面轴承 8216 内径 d1 65mm 外径 D 115mm 厚度 T 28mm 它的连接方式为 与轴相砌 得知轴的中径为 d2 80mm 由上面计算及选型结果知 d2 80mm 查机械设计手册得该轴承类型为 角接触轴承 36216 内径 d2 80mm 外径 D 140mm 厚度 T 26mm 它的连接方式为 与轴相砌 得知轴的大径为 D 100mm 由上面选型得轴的尺寸为 内径 d1 65mm 中径为 d2 80mm 大径为 D 100mm 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 26 5 支撑装置设计 5 1 搅拌机的支承部分 5 1 1 机座 立式搅拌机设有机座 在机座上要考虑留有容纳联轴器 轴封装置和上 轴承等不见的空间 以及安装操作所需的位置 机座形式分为不带支承的 J A 型和带中间支承的 J B 型以及 JXLD 型摆 线针轮减速器支架 由文献 3 中的 2 8 用立式减速器的减速器机座的系列 选用 当不能满足设计要求时参考该系列尺寸自行设计 由于搅拌轴轴向力不大 联轴器为夹壳式故选用 J A 型机座 由于减 速器轴径为 65mm 故选用 J A 65 该机座结构如图 5 1 所示 如图 5 1 上轴承支承装置 5 1 2 轴承装置 上轴承 设在搅拌机机座内 当搅拌机轴向力较小时 可不设上轴承 如 J A 型机座 但应验算减速机轴承承受搅拌轴向力的能力 当搅拌机轴 向力较大时 须设上轴承 若减速机轴与搅拌轴采用刚性连接 可在机座中 湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书湖南铁路科技职业技术学院毕业论文 设计 说明书 27 设一个上轴承 以承担搅拌机轴向立和部分劲向力 如图 5 2 所示 若减 速机轴用非刚性连接 可在机座中设两个轴承 当搅拌的轴向力很大时 减 速机轴与搅拌轴应用采用非刚性连接 应在机座中设两个上轴承或在机座中 设一个上轴承并在容器内或填料箱中再设支承装置 轴承盖处的密封 一般上端用毛圈 下端采用橡胶油封 5 2 水下支撑座的设计 5 2 1 轴承的选型 底轴承 设在容器底部 起辅助支承作用 只承受劲向荷载 轴衬和轴 套一般是整体式 安装时先将轴承座对中 然后将支架焊于罐体上或将轴承 固定于池中预埋件上 底轴承分以下两种 1 罐装底轴承 罐用底轴承用于容药搅拌中 需加压力清水润滑 不能空 罐运转 其结构为滑动轴承形式 1 适用于大直径容器的三足式底轴承 如图 5 2 所示 图 5 2 三足底轴承 2 可折式底轴承可分为焊接式与铸造式两类 此种结构形式可不拆搅 拌轴即能将底轴拆下 可拆式底轴承尺寸和零件材料 2 水下底轴承