普通辐流式沉淀池的设计讲解

1、XIAMEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY环保设备设计及应用课程设计题目普通辐流式沉淀池的设计学院：环境科学与工程学院年级专业：12-环保设备班姓名：陈艳云、洪小云、庄煜倩学号：1216022103 1216022106 1216022154二O五年六月十日目录设计任务及要求 11普通辐流式沉淀池简介 12沉淀池基本参数计算 32.1设计参数要求 32.2基本参数计算 32.3中心进水管的计算 52.4出水堰的计算 52.5扩散筒 63驱动机构设计 63.1传动装置的选择 63.2驱动机构选择 73.3传动轴计算 93.4齿轮的设计 94中心传动竖架设计 124.1中心传动

2、竖架结构 125刮臂和刮板设计 145.1刮板 146设计小结 167小组分工 17参考文献 18成绩评定 18附件 19设计任务及要求(1) 设计普通辐流式沉淀池，在设计过程中熟悉和掌握辐流式沉淀池的工作原理 及过程。(2) 根据设计任务拟订总体设计方案；按工作状态分析、计算和确定零部件的型 号或主要尺寸；考虑安装、使用维护等问题进行结构设计；绘制整体装配图 和零部件工作图；编写设计计算说明书等。(3) 每小组学生应完成：A 整体装配图1张(A3 号)；B. 零部件工作图不少于3张；C. 设计说明书1份，不少于6000字。1普通辐流式沉淀池简介普通辐流式沉淀池呈圆形或正方形，直径 (或边长)

3、一般为660m,最大可 达100m,中心深度为2.55.0m，周边深度1.53.0m,污水从辐流式沉淀池的 中心进入，由于直径比深度大得多，水流呈辐射状向周边流动，沉淀后的污水由 四周的集水槽排出。由于是辐射状流动，水流过水断面逐渐增大，而流速逐渐减 小。普通辐流式沉淀池大多采用机械排泥(尤其是当池径大于 20m时)，将全池 沉积污泥收集到中心污泥斗，再借静水压力或污泥泵排出。刮泥机一般为桁架结 构，绕池中心转动，刮泥刀安装在桁架上，可中心驱动或周边驱动。下图为中心进水周边出水机械排泥的普通辐流式沉淀池。池中心处设中心 管，污水从池底进入中心管，在中心管周围常有用穿孔板围成的流入区使污水能 沿

4、圆周方向均匀分布。为阻挡漂浮物，出水堰前端可加设挡板及浮渣收集与排出 装置。1-工作桥；2-刮臂；3刮板；4-刮板；5-导流筒；6-中心进水管；7-摆线针轮减速 机；8-蜗轮蜗杆减速器；9液动轴承式旋转支承；10-扩散筒；11-中心竖架；12- 水下轴承；13扌敝渣板；14-排渣斗序号部件名称数量材料备注1溢流堰及排渣斗1套主件不锈钢密度流板碳钢2中心驱动装置1套碳钢3电气装置1套碳钢喷塑4钢梁及中心平台1套碳钢走道桥热浸锌5稳流筒 distributen flowtube1套碳钢6进水柱 in fall colu mn1套碳钢7驱动架 driving frame1套碳钢8刮J浮渣装置 ski

5、mmingdevice2套支架碳钢刮板不锈钢边缘刮板氟橡胶9刮泥桁架sludge rake2套桁架碳钢刮刀不锈钢10小刮泥架 small scrapingframe2套支架碳钢刮刀不锈钢11冲水阀 rushing water valve1套不锈钢阀体橡胶12紧固件1套水下不锈钢其余碳钢为了避免中心配水时的径向流速过高造成短路而影响沉淀的效果，一般在中心进水配水管外设置导流筒改变出水流向，导流筒的水平截面积为水池横截面的 3%。池径大于21m时，还需在中心进水柱管的出水口外周加置扩散筒，使出水 在导流筒内先形成水平切向流，然后再变成缓慢下降的旋流。下图为扩散筒的结 构，扩散管为中心柱管的同心套筒

6、，扩散筒的环面积略大于中心柱管的断面积， 筒体高度比中心柱管的矩形出水口长度长出100m m，筒体下端为封板，封板的位置略低于中心柱管的出流口，然后在扩散筒体上相应开设8个纵向长槽口，沿 槽口设置导流板，使原水(污水)从扩散筒流出后，沿切线方向旋流，以此改善 沉淀效果。1-扩散筒；2-支撑；3-封板；4-进水柱管2沉淀池基本参数计算2.1设计参数要求已知设计参数：最大设计流量Qmax为1800 m3/ h，池的个数n为2，表面负荷qo为1.6m3： m2 h，设计人口 N为34万，污泥沉淀时间t为2h，污泥在斗内贮存时间T为4h2.2基本参数计算(1) 每个沉淀池的表面积和池径Qmax1800

7、2 1.6=562.5m2nq0取27m(2) 沉淀池有效水深和有效容积，校验径深比，沉淀时间为2hh? = qt =1.6 2 = 3.2 my=Ah2 =562.5 3.2 = 1800m3D 27- 27 =8.4校验结果介于6到12之间，符合要求。h23.2(3) 沉淀池总高度污泥产率S=0.5L人d，污泥在斗内贮存时间4h污泥斗所需容积w =-SN= 340 00 01 4. 1m1 0 0r01 000 2 2 4H取2m , r2取1m取60则污泥斗高度 h5 二 *-2 tan： = 2-1.3 1.73m,取 1.8m坡底落差 h,= Ry 0.06 二 13.5-2 0.0

8、6： 0.7m2uh3 14汉1 8汉(2 十2 + 1)污泥斗容积V 邑F2 E二=13.19m：33池底可贮存污泥的体积：rj r1R R2)=3.14 0.722 27 13.523=156.24m3沉淀池共可贮存的污泥体积为V1169.43m3，大于W1，符合要求。沉淀池总高度 H =h h2 h3 h4 h5 = 0.3 3.2 0.4 0.7 1.8 二 7.4m 其中h1为沉淀池超高，取0.3mh3为缓冲层高度，与刮泥机有关，可采用0.4m。2.3中心进水管的计算管内流速取v1 = 1 m/s,出管流速v2 =0.8m/s出流面积 A2=Qmx9000.31m2V23600 汉

9、0.8设置6个出水孔，每个出水孔面积 A = 031 = 0.05m26按长：宽二1.8:1,确定尺寸则出水孔长为0.31m,宽为0.17m,在中心进水管上等间隔均匀分布导流筒的深度为池深的一半，h二h 2导流筒的面积按沉淀池面积的3%设计，则导流筒的直径D。4A, 3%二 4.6m采用正三角形出水堰,堰上水头Hw为5cm,三角堰的角度为9,则过流堰宽流量系数HB = 2 J = 0.06mtan 60Cd=0.65，则单堰过堰流量x 2g tan H；5 =4.95 10*m3/s8qiCd、152沉淀池应布置的出水堰总数N =罟= 3600 4稳 10 八 505 个900出水总线长 L

10、=二 D = 3.14 27 = 84.78m出水堰总长 L=BN =2 0.06 505 = 60.6 m相邻出水堰的堰顶间距b= ( L-L) /N=(84.7860.60.05m505环形集水渠宽0.6m。2.5扩散筒池的直径D21m，还需在中心进水柱管的出水口外周加置扩散筒。3驱动机构设计3.1传动装置的选择(1) 由于所设计的辐流式沉淀池的池体直径为 27m，因此选择外啮合式的传动 装置较为适合。其主要由户外式电动机直联的立式摆线减速机、联轴器、齿轮及带外齿圈的滚动轴承式旋转支承等组成。如下图所示(见下一页)：1摆线减速机；2 链条联轴器；3安全销；4-传动轴；5轴承座；6小齿 轮；

11、7-外啮合滚动轴承式旋转支承；8-中心旋转竖架工作桥为半桥式钢结构，桥脚的一端架在池壁顶上，另一端固定在中心支柱 的平台上。立式摆线减速机安装在工作桥上，带外齿圈的滚动轴承式旋转支承(回 转支承)安装在中心支柱的平台上，使减速机出轴的小齿轮与外齿圈保持啮合位 置。(2) 刮泥功率的计算查表取刮泥机刮臂臂端的线速度 v =4.0m/mi n刮臂直径：D1 = D -1=27 -1 =26m则刮泥机刮臂旋转速度n =V400.049r/min2nR 2X322刮臂驱动转矩 Mn = 0.25(D -1) K =0.25 (27 -1)447 = 75543 N m则刮泥功率为955075543 0

12、.0499550=0.388kW3.2驱动机构选择(1) 总传动比的计算一般情况下，电动机的额定转速在 750-1500r/min较为合适，暂取电动机额定转速N=1400r/min，则总传动比i为i=N 140028571n 0.049(2) 立式摆线减速机的选择由于总传动比的数值很大，因此选择立式三级摆线减速机比较合适。查阅文献【1】取减速机的传动比i减=25585，输入功率4kW，则其型号选择为：BLSD-1953-25585(43 35 17)-4kW，输出轴的需用转矩 为 5000 N m。(3) 回转支承的选择根据徐州海林回转支承有限公司提供的回转支承系列产品介绍书，即文献【3】，综

13、合考虑选择单排四点接触球式回转支承(01系列)，确定型号为011.25.355,其外齿轮主要参数：齿数Z2=93，模数 m = 5 mm，齿宽 b2 =50mm，齿顶圆直径 De2 =475 mm。回转支承外型尺寸 D=448mm，d=262mm， H=70mm ；安装尺寸 Dj =412mm，D2 =298mm，L=32mm结构尺寸 D3 =356mm，d 354mm， 60mm，h=10mm(4) 分配传动比已知总传动比i =28571，减速机传动比i减=25585则小齿轮与回转支承间的传动比i齿=丄=竺口=1.1i 减 25585(5) 联轴器的选择查阅文献【2】，选择链条联轴器，型号

14、GL9，公称直径1600N m，许用转速为 400 r/min。(6) 电动机的选择查阅资料得立式三级摆线减速机的传动效率减=90 %，齿轮传动效率齿=98%，联轴器传动效率 联轴器=98%则总传动效率二减齿联轴器=90% 98% 98%=86.436%则电动机所需功率卩总=卫0.3880.449 kWn 86.436%查阅文献【2】选择电动机的型号：YS8014,其主要参数：电动机额定功率 pd = 550 W，转速 nd =1400 r/min。3.3传动轴计算轴1：电动机与立式三级摆线减速机之间的传动轴;轴2;立式三级摆线减速机与小齿轮之间的传动轴;轴3:小齿轮与回转支承之间的传动轴。(

15、1) 各传动轴转速nni 二 nd =1400 r/minni 1400 ccuu / - n2-二 =0.055 r/mini 减25585na0.0551.1=0.05 r/min(2) 各传动轴功率PR=0.55kWP2 =P E减“联轴器=0.55 70%78%=0.4851 kWR3 -F2 齿=0.4851 98%=0.475 kW(3) 各传动轴转矩T9550 R 9550 0.55-T113.752 N mn11400T2 =T1 减-联轴器i减 =3.752 父 90% 乂 98% 疋 25585=84667.519 N mT3 =T2 齿 i齿=84667.519 98%

16、1.1=91271.585 N m3.4齿轮的设计(1)齿轮的选择选用直齿圆柱齿轮，开式传动；精度等级7级，材料45号钢，调质处理；查阅文献【4】表11-1可得齿轮的接触疲劳极限；Hm = 560MPa,齿轮的弯曲疲劳极限Cf 440 MPa.(2) 齿数的确定该齿轮与带有外齿圈的单排四点接触球式回转支承配对，已知回转支承外齿的齿数z2 =93，模数m = 5mm，暂取齿数比u=i齿=1.1设小齿轮的齿数为Z|，则乙=空 93 =851 u 1.1则齿数比u =空 93 =1.09z185(3) 齿轮基本尺寸的计算1)按齿面接触强度设计a查阅文献【4】表11-3取载荷系数Kt -1.2，查表1

17、1-6取齿宽系数 0.4 ；b. 小齿轮传递转矩为减速器输出许用转矩为T=5000N mc查表11-4,取材料的弹性影响系数Ze =188.0 ；d. 查表11-5,取最小安全系数Sh min =1.0，则许用接触应力H limSh5601.0= 560 MPae. 试算小齿轮分度圆直径：对于标准齿轮，区域系数Zh =2.5，则/.09+1188.0沢2.5丫1.09.560=343mmf. 齿轮的圆周速度60签T嗨囂0亜9.88 10讣/s；g. 齿宽 b = d 灯仆=0.4 343 =137.2 mm；h.模数 mt = d1L = 343 = 4.04 mm z,85齿高 h =2.2

18、5mt =2.25 4.04 = 9.09 mmb 137 2齿宽与齿咼比=15.09h 9.09i. 计算载荷系数根据v=9.88 10m/s, 7级精度，查阅文献【5】图10-8取动载荷数Kv -1.05，查阅文献【4】表11-3取K ”心.严1查阅文献【5】表10-4，用插值法求齿向载荷分布系数 Kh ：160 1201 37.21 2 01 . 2 16_T 2 0KH 一： -1.2 07则 K =1.211查阅文献【5】表10-2取使用系数 心=1.00由=15.09，心，1.211，查图 10-13得 K-1.211h则载荷系数 K =KaKvKh：Kh 厂 1.00 1.05

19、1 1.211 =1.272按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，则d1 牡 3 K =343 3 1.272 = 349.73mm Kt 1.2j.计算模数 m =虫=349.73 =4.n mmZ1852)按齿根弯曲强度设计a. 应力循环次数的计算小齿轮的工作寿命15年，无障碍工作时间8000小时，则N =60 njhL=600.05 5 1( 1 5800 0 )5 3.9 61 0b. 查阅文献【5】图10-18取弯曲疲劳寿命系数Kfn 7c. 计算弯曲疲劳许用应力查阅文献【4】表11-5,取弯曲疲劳安全系数Sf -1.25则上F匚fe KfnSf440 1.71.25= 598.4

20、MPad. 载荷系数的计算K 二 KaKvKf一 Kf，1.00 1.05 1 1.211 =1.272e. 查阅文献【5】表10-5取齿形系数泉=2.21，应力校正系数1.775f. 设计计算2KtT YsXa2x1.272x5000x103 1.775x2.21mA 厂 一S =3巨x= 3.07mmpd，z2 bF 丫0.4X852598.4对比以上结果，由齿面接触疲劳计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可 取由弯曲强度算得的模数3.07。根据回转支承011.25.355的模数m=5,取小齿轮 模数与回转支承的模数相同，

21、既满足于齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳 强度。(4) 齿轮的基本尺寸分度圆直径d1 =乙m = 85 5二425 mm中心距Z z2 m 85 935=445 mm齿宽 b = d di = 0.4 425 = 170 mm4中心传动竖架设计4.1中心传动竖架结构竖架的上端连接在回转支承的齿圈上，下端装刮臂，并设滑动轴承作径向支承，刮板固定在刮泥架底弦上。中心竖架设计为截面为正方形的框架结构。中心竖架与外齿圈连接构造(见下一页)：1, 3-螺钉；2-回转支承；4-固定基座；5-旋转支座；6-中心传动竖架；7-基础 螺栓为保持旋转时的平稳，在垂架的下端安装4个轴瓦式滑动轴承，沿中心进水 柱

22、管外圆的环圈滑动，以保证中心传动竖架的传动精度。传动竖衆X犬样5刮臂和刮板设计刮臂承受刮泥阻力和刮臂、刮板等自重的作用。本设计采用悬臂式的刮臂桁 架，因此刮臂桁架承受水平方向由刮泥阻力产生的力矩， 同时承受竖直方向由自 重引起的弯矩。5.1刮板吸泥机和刮泥机是排泥设备中最主要的两种设备。 本设计采用刮泥设备，刮 泥机是利用机械传动收集底泥。沉淀池的集泥槽位于水池中心，当刮板旋转时， 刮板a、b、c、d各点触及沉淀污泥后，使污泥受到刮板法向的推力和沿刮板的摩擦力作用向水池中心移动。本设计为中心进水的沉淀池，刮板的形状设计成对 数螺旋线。此外，对数螺旋线是一条变曲率曲线，刮板制造比较困难，因此在设

23、 计中简化成直线刮板的形式，刮板与刮臂中心线的夹角为 45,相互平行排列。本设计采用的是垂架式中心传动刮泥机，为双刮臂式，设置刮板从距池边0.5m开始。池子的直径为27m，每个刮臂上设有14个刮板，刮板每间隔0.85m 均匀分布。由于邻近的刮板在刮臂轴心线上的投影彼此重叠，而且重叠度为刮板 长度投影的10%15%, 般为150mm 250mm。所以刮泥板的长度为：Lm.讪5口5-0.7m2LmaxS0.1 L.8m2又因为刮板长度随桁架结构形式而变，由池边向中心布置，长度逐渐增大，所以第一块刮板设计长度为0.7m，第二，三，四十三，十四块刮板设计 长度分别为 0.75m, 0.8m, 0.85

24、m, 0.9m, 0.95m, 1.0m, 1.1m, 1.2m, 1.3m, 1.4m,1.5m, 1.6, 1.8m,且最后一块刮板的末端伸出中心集泥槽的外周为0.15m （一般为0.1 0.15m）,刮板高度统一，为250mm,下缘距池底20mm。6设计小结课程设计的时间过得快，也许是已经大三了，以前做过几次课设，所以这次 做起来感觉轻松多了，还记得大一时也是做设备，可那时候什么都不会，搞得焦 头烂额，还为了完成CAD画图熬夜到很晚。这次课程设计在安排在考试之前。 我们除了做课设之外还要准备期末考，感觉每天都很忙。但我们的共同努力下， 还提前完成了。这次课程设计我做的是沉淀池的设计计算，

25、由于课上老师教过， 所以做起来比较轻松。感觉以前如果每节课都能认真听讲， 其实还是能学到不少 东西的。课程设计虽然比较幸苦，但是我觉得还是很有意义的，可以让我们更加 主动自觉的去看资料，从中学到平常不会接触到的东西，对设备有一个更加深入 和细致的了解。同时也可以锻炼 CAD画图能力，一举多得。（陈艳云）此次课程设计我负责的是驱动装置设计这一部分， 通过这次的设计计算，使 我对驱动装置有了一定的认识。同时，零件图的绘制让我有点生疏的CAD绘图又变得熟练起来了。当然，设计一开始我是无从下手的，通过向老师请教、同学 间讨论以及翻看各种资料，才有了思路。但是设计计算并不是一次就能成功的， 是需要不断的

26、进行选择进行多次计算才能找到最合适的，想必这就是设计的魅力 所在吧，在不断的探索当中找到最好的。 在此次查找资料的过程中，我有和相关 的企业进行一些交流，时间虽短，但还是能从中学到课本上所学不到的知识， 非 常感谢他们提供的减速机及回转支承产品书以及对我的耐心解答。这次设计的不足点在于传动装置的选取，选择内啮合式的传动装置有可能会更好一些。最后， 非常感谢老师对我的耐心解答和小伙伴的帮助。（洪小云）这次课程设计虽然只有两周的时间， 不过我却觉得收获很大。辐流式沉淀池 对于学环境工程的人来说并不陌生， 但是我们这次比较偏向机械设备的设计， 我 是负责中心传动架和刮臂及刮泥板的设计。刚开始接触这两部分的计算时，只能 用懵掉两个字来形容，那时候我还分不清哪个是刮臂、 刮板，而且还把工作桥当 成了刮臂。后来慢慢的查了下资料，问了同学和老师，终于把它们弄明白了。设 计刮板这部分时，由于资料有限，没有模板可参考，所以我就按照自己的想法写 下来，虽然还有很多缺陷，但是我觉得我还是能学到很多