【《基于铰杆的高压污泥深度脱水装置结构设计》12000字】

基于铰杆的高压污泥深度脱水装置结构设计摘要目前，污泥脱水对于减少污泥量以实现高成本效益的运输和最终处置是必要的[1]。但是初步脱水之后的污泥基本没有办法继续使用，想要将污泥资源化利用，我们首先要做的是将污泥的含水量降低。当下污水处理的必要过程是污泥深度脱水，它在污泥后续处理中也起重要作用。本文通过对污泥压缩性能的分析，设计了符合其压缩性能的污泥的深度脱水高压装置。在3MPa的压力条件下压榨10min可快速降低污泥的含水率至50%以下，为后续污泥的资源利用提供很好的条件。该高压装置是利用铰杆的增力机构还有碟簧的保压机构进行组合来完成压榨污泥。铰杆拥有力放大的特性，而且机构的这个特性与污泥的压缩特性非常符合，并具备了自锁功能。本文铰杆增力机构可以达到18倍力放大，进行一次压榨可以对93mm污泥实现深度脱水。通过圆盘、轴承压力大、变形小的具体组合，减少压力保护过程中因水损失对污泥的挤压压力。另外，由于在挤压过程中，泥饼表面含水量低，内部含水量高，而在高压下，泥饼内的水不易排水。如果内部水分含量不能有效排出，将大大降低脱水装置的脱水效率。因此，在污泥内设计了引水装置，在泥饼挤压过程中可以帮助污泥内的水快速排出，提高了脱水装置的脱水效率。关键词：高压脱水；污泥的压缩特性；目录TOC\o"1-3"\h\u280211.绪论 1176411.1课题的研究背景 1271271.2当前脱水装置研究状况及其发展状况 1237391.2.1、机械脱水 1292051.2.2、热力脱水 1283581.2.3、自然干化法 1290291.2.4、造粒脱水法 2129611.3国内外的研究现状及存在问题 2148722.污泥压缩特性的研究 338082.1污泥进行预处理 3104782.2对污泥脱水性能的研究 3173452.3对污泥机械脱水的影响因素 3250282.4研究污泥的压缩特性曲线 4327553.设计高压污泥深度脱水装置 6127183.1进行总体方案的设计 7227453.2对机构总体尺寸进行设计 7191243.3铰杆增力机构的设计及力学、运动分析 7106883.3.1对铰杆结构进行受力分析 8283353.3.2铰杆机构进行运动分析 绪论1.1课题的研究背景当前的城市污水处理厂污泥脱水技术领域的发展，从自然干化脱水发展到机械脱水。我国的污水处理厂大多数都是通过机械设备来完成污泥脱水的，因此占地比较少，与自然干化相比，恶臭影响也较小。由于污泥产生量越来越大，污泥对人类生存环境和经济发展的影响日益突出。如何降低污泥对环境的影响，并实现对污泥的资源化利用，是污泥处置和保护环境的一个重要课题[2]。但污水污泥的减量化和资源化利用却长期得不到有效的解决，久而久之污泥的排放和堆置将变成新的污染源[3]。对于我国日益增多的污泥，该怎样处理污泥将其无害化、减少污泥的产生、将污泥资源化已经是我国一个需要早日解决的问题。当前我国大多以土地使用处理污泥为主，还有烧毁、填埋等方式，但不论采取哪种方式来进行污泥后续处理，首先要进行解决的是怎样有效的降低污泥含水量。污泥深度脱水技术是指在对高含水率、难脱水污泥进行预处理后,再经过高压压榨、热干化等脱水工艺,将含水率降低到45%以下的一种污泥处理技术[4]。污泥脱水是减少污泥体积、稳定其有机成分、实现资源化利用的一个重要问题[5]。1.2当前脱水装置研究状况以及发展状况现在国内外相对于污泥脱水的方法主要有机械脱水、热力脱水、自然干化法以及造粒脱水等。1.2.1、机械脱水采用机械脱水技术污泥脱水时需要对化工企业产生的污泥进行前期处理。前期处理工作需要先浓缩污泥,减小污泥体积,改善污泥脱水性。改善污泥脱水性所使用的方法为热处理法或投放化学试剂(混凝剂、无机盐)。经过前期处理后的污泥便可以进行机械脱水了,污泥机械脱水法有过滤法和离心机离心法[6]。1.2.2、热力脱水热脱水一般采用热源干燥进行干燥。热干燥利用热能将水分从液相转化为蒸汽相进行分离。因为热脱水的方法不仅可以去除污泥中的间隙水，还能破坏污泥中某些有机物中的细胞，使内部水流出，并将污泥中的含水量降至最低限度。然而，热脱水需要热源加热，建立脱水的热源消耗大量能量。如果采用余热干污泥，需要更换原基本设备。另一方面，热脱水是一种热交换，热传递，能量消耗巨大，但最终收益不值得损失。1.2.3、自然干化法污泥自然干化法常采用污泥干化场(或称晒泥场),是利用天然的蒸发、渗滤、重力分离等作用,使泥水分离,达到脱水的目的,是污泥脱水中最经济的一种方法。通过自然干化,污泥含水率可降低到75%左右,污泥体积大大缩小,干化后的污泥压成饼状,可以直接运输[7]。1.2.4、造粒脱水法造粒脱水机是我国新研发的设备，主体又分成好几个部分，如造粒、脱水以及压缩等。在污泥中加入高分子混凝剂后，污泥被运输到造粒部，在自身重力作用下，开始絮凝压缩，然后分层滚成泥丸，接下来泥丸和水会一起被输送到脱水部，从环向泄水的斜缝会将水排出。最终，泥球会进入到压缩部分，会继续进行下一步压缩和脱水，然后形成一个密集泥球，并推出气缸。1.3国内外的研究现状及存在问题虽然国内外对给水污泥的特性以及脱水性能已经有了不少研究,但是仍不够成熟、全面,未能形成有效的理论体系及应用指导[6]。而且污泥深度脱水仍存在许多问题有待解决：脱水的方式单一。污泥深度脱水与传统的浓度脱水有很大的区别，但许多污水处理厂基本采用传统的浓度脱水设备，只增加污泥脱水压力，所以效果很小。我们应该考虑在高压过滤条件下，如何可以更好地利用污泥的流体特性，改进机械脱水方案，来得到更好的脱水效果。使用过于复杂的脱水过程进行深度脱水。一些高压压力过滤脱水装置的设计者使用其他的物理脱水方案，如增加电磁场和使用超声波。虽然采用上述物理脱水方案可以提高污泥的脱水率，但由于这些技术的难度大、成本高、运行维护复杂，脱水装置的成本和运行都大大增加。使用一些会导致二次环境污染的化学介质来改善污泥脱水。虽然在污泥预处理阶段会加入一些絮凝剂以提高污泥的脱水性能，但使用一些絮凝剂会对环境造成二次污染。因此，在污泥预处理阶段，应选用环保的回火剂来完成该工艺。2.污泥压缩特性的研究2.1污泥进行预处理污泥处理首先就是对污泥进行浓缩，因为污水厂所产生的污泥含水量较高，一般会达到99.3%以上。如果直接进行脱水，会造成成本过大，所以在进行深度脱水过程前都要对污泥进行预处理[7]。对于一些工业废水,直接高压压滤后污泥含水率可能达到60%有左右，但对于大多数城市生活污泥来说，即使施加超高的压力如30-50MPa，污泥的脱水效率也不高[8]。由于污泥中有机质中的内部水不能仅仅通过挤压来去除，因此必须采用一些调质处理来分散污泥的胶体结构。传统的物理方法可以添加固体粉末，以及一些新兴的方法，如用超声波来破坏细胞膜以此去除内水，用磁场法可以改变微生物的代谢，并可以改变污泥的结构，来使间隙的水与内部水容易去除。但污泥的预处理主要事通过化学方法来实现的，比如在污泥中加入絮凝剂来改变污泥的性质，从而影响污泥的脱水性能，传统方法包括加入一定量的铝盐和铁盐以达到絮凝效果。目前，采用生物法也实现了絮凝效果，主要利用部分细菌的生命活性来实现对污泥的絮凝效果，还可添加微生物絮凝剂、生物排水等。比较之前几种污泥的预处理，为了使污泥深度脱水效果最佳，我们可以选择在污泥中加入化学试剂的方式来达到絮凝作用。2.2对污泥脱水性能的研究污泥资源化利用的关键因素是降低污泥中的水分，但污泥的含水特征又决定了污泥脱水处理的难度。与污泥深度脱水相关的污泥性能包括污泥的压缩特性、挤压过程中水分分布特性等，通过研究污泥压缩特性曲线、污泥比阻（SRF）、有机质含量、粘度、粒径分布等特性来表征污泥脱水性能。通过污泥土工学的固结实验，在不同压力保压时间下，研究了污泥变形与含水量的关系，得到了污泥的压缩特性曲线。由于污泥的组成成分复杂，污泥中水分除自由水之外，还存在被颗粒、絮体和细胞束缚的水分，充分了解了污泥中水分的结合方式有利于分析各种预处理方法对污泥进行调理的作用机理和预测最佳调理效果，因此理解和测试污泥水分分布对比较现有预处理方法效果和研究新型预处理方法有重要意义[9]。2.3对污泥机械脱水的影响因素与污泥机械脱水有关的因素主要有有机质含量、粘度、粒径分布。（1）有机质含量：一般来说,污泥中的有机物含量越高,污泥形成胶体的情况就越严重,脱水就越困难。有研究表明,胞外聚合物的含量是影响污泥脱水性能的重要因素，由于胞外聚合物是菌胶团之间连接的媒介,当有机物含量较高时,微生物的生长繁殖迅速,胞外聚合物的含量增加,使得污泥菌胶团结构更加稳定,从而污泥脱水变得更加困难[10]。（2）粘度：在之前的介绍中我们提到污泥在预处理时会加入絮凝剂，使其改变污泥的属性，从而改变污泥的脱水能力。但添加过量的絮凝剂会使污泥粘度增加，在挤压脱水过程中会堵塞滤板，反而降低了污泥的脱水性能。另外污泥中的一些其他物质如溶解油等也会导致污泥的粘度增大，从而降低污泥脱水性能[11]。（3）粒径分布：粒径分布被认为是影响污泥脱水性能的另一关键因素。一般来讲,细小污泥颗粒所占比例越大,污泥脱水性能就越差。Higgins和Novak指出粒径为1-100纳米的超胶体颗粒对污泥脱水影响最为显著,超胶体颗粒极易堵塞污泥滤饼或过滤介质,进而影响污泥过滤和脱水效率。此外,高比例的超胶体颗粒也能大幅提高颗粒表面积/体积比,这不仅会增强污泥颗粒的水合程度,削弱其脱水性能,同时也会造成脱水调理剂剂量的明显增加[12]。2.4研究污泥的压缩特性曲线实验方法采用固结实验在固结仪上进行，测试方法为：在高度为20mm的泥环内盛满污泥，将泥环内污泥的空隙填满，然后将泥环放置在固结仪上，对泥样开始逐级的施加垂直压力且分级加载至2-3MPa，在一级荷载加载了一小段时间之后，再开始加载下一级的荷载，直到达到所要求的压力为止。采用千分表或者位移传感器来测量在不同压力-时间下的变形量，并测量压缩结束后污泥的含水率。污泥含水率通过快速水分仪或者对污泥进行24H的烘干后，测定污泥烘干前质量与烘干后的质量的差值，便可以测得污泥中的含水量，通过换算就可得出含水率。表2.1污泥压力-时间-压缩变形量表压力（MPa）0.050.10.20.40.60.8压榨时间(m)555151010压缩变形量(mm)5.667.89.0811.212.6813.31压力（MPa）1.01.21.41.61.82.0压榨时间(m)1033333压缩变形量(mm)13.813.9514.2214.2714.4214.69图2.1实验污泥压缩特性曲线从上述的实验结果可以得出以下结论：(1)压缩初期，污泥压缩明显，变形大，压滤出水快，压缩后期压缩不明显，变形小，最后阶段几乎无变形，原因是开始的时候污泥松散，间隙比大，含水量高，随着压缩、压力增大，污泥颗粒被挤压，间隙比变小，水分被排出，体积进一步降低。(2)压滤脱水主要是在前期以及中期，随着压缩进行到压力超过2MPa时，污泥的出水量很少，相当于没有。在采用固结仪实验时的加压过程中，开始加压时，每加压一次，压滤应该停留一定的时间，如果时间太短，污泥不稳，容易产生跑泥现象，导致实验失败。(3)压缩结束卸载后，污泥会存在一定程度的反弹现象，反弹量大概是压缩之后泥饼厚度的10%，原因是污泥的有机质含量较多，具有一定的弹塑性。卸载后也会产生变形，从压缩后泥饼的剪切断裂也可得到验证。3.设计高压污泥深度脱水装置3.1进行总体方案的设计根据之前对污泥压缩特性的分析，可以得出污泥在较高压力挤压的情况下，含水率可降低低至35%至50%。根据污泥的压缩特性曲线可以得出，开始时污泥含水率比较高，需要的挤压力也是相对较小，但随着压缩量的增大，需要的挤压力也越来越大，而且在压缩后期需要一段时间的保压过程，来保证污泥中的水分能够充分的被排除。由于铰链具有良好的力放大特性与操作特性，可以满足污泥压缩时挤压力的增加，而且行程良好，能满足污泥的压缩特性，力放大比可以达到10-25倍。力的放大机构采用的是铰杆放大机构，选用增压油缸来为铰杆放大机构提供输入力。利用铰杆放大机构对力的放大作用，可以让其输出在压滤板上的力不断增大，压滤板对污泥挤压作用的力也不断增大，而且增力过程满足污泥压缩特性曲线并具有自锁功能，自锁的意义：不需要外力作用也可以实现对污泥的持续挤压，降低能耗。因为在保压过程中污泥中的水分会不断流失，导致压滤腔中的压力降低，失去对污泥的持续挤压作用。所以设计了一个碟簧保压机构，碟簧具有载荷大、变形小、缓冲和吸收能力强、适合空间小的优点，适用于空间小，负荷大的精密重机械，而且具有一定的保压功能。适用多块碟片并选取合适的组合方式，可以得到符合要求的保压特性曲线。本装置需要承载压力大，变形量小的保压装置，所以采取合适的蝶片数量及碟片组合能得到满足要求的碟簧保压装置。另外由于在压滤过程中，泥饼表面的水分含量较低，而内部水分含量较高，但在高压作用下，泥饼内部的水分不容易排出。若内部的水分没有有效排出，将会很大的降低脱水装置的脱水效率。所以在污泥的内部设计了一个水分导流装置，可以在泥饼挤压的过程当中帮助污泥内部的水分能快速的排出，从而提升脱水装置的脱水效率。自动进料装置采用了无轴螺旋输送机，与传统的轴向输送机、皮带式输送机相比，可输送颗粒和粉状材料、湿糊材料、半液体和粘性材料，易于包装和堵塞材料，以及有特殊卫生要求的材料，满足污泥输送的条件。无轴螺杆输送机材料和排放出口不易堵塞，具有上述特点和良好的环保性能。与轴向输送机相比，成本和重量都会减少。高压污泥深度脱水装置如图3.1所示，包括增压油缸1、铰杆增力机构2-5、碟簧组6、挤压板7、水分导流装置8、过滤板9、液压千斤顶10组成。装置工作原理如下，通过初步脱水后含水率较高（80%-90%）的污泥由无轴螺旋上料装置输送进入压滤腔，增压缸带动铰杆机构向下运动，对挤压板进行作用。污泥的压缩曲线和铰杆机构的运动曲线开始相互吻合的时候，即是压缩开始阶段，伴随着污泥不断的压缩，污泥会变得越来越固体，污泥的间隙比将会变得非常小，铰杆的机构特性与此方法是一致的；到压滤后期的时候，碟簧在挤压板作用下可以产生弹性变形，碟簧产生弹性变形产生的能量可以在保压期间对污泥持续挤压，为防止由于水分流失而导致压滤腔压力降低的情况。通过在压滤腔内设置一个导流发生器，使污泥层内部水分可以通过导流发生器从而进入排水通道排出，可以解决当前机械压滤装置在脱水时存在的表层污泥水分低而内部脱水比较困难且含水率高的这个难题，以此来提高脱水效果。增压油缸，2、十字头，3、铰杆Ⅰ，4、铰杆Ⅱ，5、铰杆Ⅲ，6、碟簧组，7、挤压板，8、水分导流装置，9、压滤板,10、液压千斤顶图3.1高压污泥深度脱水装置3.2对机构总体尺寸进行设计压滤腔体的直径取1000mm，压榨压力为3MPa,则所需要的压榨力为2.36×106N，综合考虑脱水效果以及生产效率，取压榨后泥饼的厚度为25mm，根据前面的实验结果，综合不同的泥样，可以取污泥压缩系数为0.27，则压榨前污泥厚度为93mm，污泥的压缩量为68mm，铰杆机构行程为污泥压缩量再加上碟簧产生的变形量为73mm。3.3铰杆增力机构的设计及力学、运动分析3.3.1对铰杆结构进行受力分析图3.2铰杆增力机构总体示意图当十字滑块受到输入力Fi的作用不断的向下运动时，短铰杆和十字滑块之间的夹角在不断地变小，该放大机构的输出力Fo在不断的增加。根据铰杆力的平衡方程式可得出理论输出力以及理论输出系数的公式。具体计算过程如下：图3.3铰杆I与十字滑块受力的平衡示意图由图3.3可得出：…………………（1）图3.4：铰杆I、铰杆II、铰杆III受力的平衡示意图由图3.4可得出： …………（2） …………（3）式中互为作用力与反作用力。图3.5：长铰杆与推板力的平衡示意图 …………（4）式中互为作用力与反作用力。联立上述（1）（2）（3）（4）可得出：………………（5）力的放大比为i：……（6）在现实工作要求当中，我们要考虑铰杆副的摩擦因素和力的传递效率考虑铰杆副的摩擦：………………（7）1、2为铰链副的当量摩擦角。…………………（8）考虑力的传递效率：…………（9）综上则该力的放大机构放大比i: …(10)——输出力，N；——输入力，N；——铰杆理论压力角，°；Β——铰杆理论压力角，°；R——铰链的半径，mm；L1——短铰杆长度，mm；L2——长铰杆的长度，mm；——铰链副摩擦因素；——力的传递效率；由于加工精度和机构尺寸因素的限制以及机构行程方面的因素影响，在实际工程应用中，根据需要α，β一般取8°~20°之间。3.3.2铰杆机构进行运动分析由图3.6可知，铰杆增力机构的行程为挤压板行程S2可由式（11）确定，油缸行程为（十字滑块）S1可由式（12）确定，行程系数K为输入行程S1与输出行程S2的比值。…………（11）……（12）………（13）…………（14）…………（15）式中：S1、S2，分别为油缸和挤压板行程，mm；、分别为铰杆L1起始压力角、终止压力角，°；、分别为铰杆L2起始压力角、终止压力角，°；B，滑块中心距，mm；k，行程系数，油缸行程S1与挤压板行程S2的比值。图3.6铰杆机构的位移分析图3.3.3设计铰杆增力机构的具体尺寸由铰杆增力机构力学分析以及运动分析可知，取终止压力角为=12°、=12°，挤压板铰接处离挤压板的中心点距离为400mm，滑块中心距B为150mm。起始角为40°，起始角应小于的补角。由之前的总体设计可知污泥压缩量为68mm，碟簧设计压缩量为5mm，则铰杆增力机构行程S2为73mm。根据式（11）（12）（13）（14）可得到铰杆L1=296mm，L2=172mm初始压力角=43.5°，油缸行程S1=179mm。根据式（10）可得铰杆增力机构放大比i为18.15倍。取力的传递效率=0.95，铰链副摩擦因素=0.1，铰链的半径r=30mm。3.3.4对铰杆增力机构进行强度校核由上述设计尺寸可知铰杆轴半径r=30mm，铰杆轴在铰杆增力机构中受到剪切作用，实心圆界面受剪切应力计算公式如下：………（16） FQ=5.75×105N，A=0.0029㎡根据式（16）可得τ=198MPa。铰杆增力机构中心轴材料使用淬硬处理后的硬铝（2A12），硬铝的抗剪强度为280-320MPa，符合设计要求。3.4进行碟簧保压机构的设计碟簧具有行程短、载荷大、所需空间小等优点，适用于空间小，负荷大之精密重机械，并具有一定的保压功能。由于碟簧可以改变碟片数量或碟片的组合形式，可以得到不同的承载能力和特性曲线[13]。我们可以用Almen-Laszlo公式来表达碟簧的载荷和变形量的关系，根据下式进行计算：图3.7碟簧结构参数…………（17）式中，P——为碟簧载荷，N；E——为弹性模量，MPa；D——为碟簧外径，mm；——为泊松比，取0.3；h——为碟簧锥高，mm；t——为碟簧高度，mm；f——为变形量，mm；h0——无支承面碟簧压平时变形量，mm；h——自由高度，h=h0+t,mm； n——碟簧数量；C——直径比；K1、K4——计算系数；——为碟簧锥面间的摩擦系数；计算系数K1由下式算得：，K1也可查表得出，K1=0.686；K4为计算公式得出，K4=5.5；取0.01，加载时取负号，卸载时取正号；由不同数量及不同组合方式组成的碟型弹簧组能实现不同的承载能力及不同的变形量，下面列举一些碟簧的组合方式及受力变形情况：表3.1碟型弹簧的组合方式组合方式叠合对合混合图示变形与单个碟型弹簧相同单个碟型弹簧乘以弹簧数量单个碟型弹簧乘以对合中的弹簧数量受力单个碟型弹簧乘以弹簧数量与单个碟型弹簧相同单个碟型弹簧乘以一组中叠合弹簧数量由于污泥在高压压榨后期需要一段时间的保压过程，使其内部水分充分流出。为防止在保压期间由于水分流出而导致压力腔中压力下降过快的情况，本文设计了一款碟簧保压机构，在对污泥持续挤压的过程中，碟簧组会发生弹性变形，储存弹性变形的能力。在保压脱水期间，当污泥中水分流出时，能释放弹性变形的能量，从而持续对污泥产生挤压作用。可防止压力腔中由于水分流失而导致的压力下降过快的情况。由污泥的压缩特性曲线可知，在压榨后期，污泥中出水量很少。所以我们应该选择所占空间较小，且承载能力更大的碟簧组合方式。由表3.1可知，叠合的组合方式锁占空间最小，且承载能力最大。所以碟簧的组合方式选叠合的方式。查机械设计手册可得,碟簧选择A系列，查表选取碟簧外径D为250mm，内径d为127mm，厚度t为14mm，h0为5.6mm，H0为19.6mm，采用叠合组合碟簧，根据式（17）可计算得出，碟簧变形1mm需要的载荷为4.9×105N，需要产生2.36×106N碟簧变形量为5mm，所以取碟簧数量n=5。3.5对压力腔进行设计污泥的整个高压脱水动作在压滤腔中完成，由于污泥受到挤压板的挤压作用进行压滤脱水，真个过程需要保证压滤腔中的密封性，又根据之前的设计要求，采用无缝钢管作为压滤腔的桶壁的材料。设计尺寸为R=500mm。初定壁厚为20mm。3.5.1承压腔壁厚尺寸校核承压强壁厚计算公式如下：……………（18）t——承压腔壁厚，m；P——内压力，N；R——内半径，MPa；S——设计温度下材料的许用应力，MPa；Sy——材料的屈服强度，MPa；E——焊接接头系数；由总体设计方案可得，内压力为3MPa，内半径为500mm；按GBT20801.2-2006压力管规范工业管道第2部分：材料-压力管道规范表A.1选用材料Q345，许用应力为115MPa。由于选用无缝钢管作为压滤腔的桶壁的材料。所以焊接接头系数为1。由式（18）计算得，壁厚t=14.93mm。选用壁厚为20mm>14.93mm所以满足设计要求；图3.8压滤腔3.6进行水分导流装置的设计由于在压滤过程中，泥饼表面水分含量较低，内部水分含量较高，而在高压作用下，泥饼内部的水分不易排出。若污泥内部水分不能有效的排出，将大大降低脱水装置的脱水效率。所以在污泥内部设计了一款水分导流装置，能在泥饼挤压过程中帮助污泥内部的水分能够快速排出，从而提升了脱水装置的脱水效率。图3.9水分导流装置水份导流装置如（图3.9）的有效高度由压滤后污泥的厚度决定，根据污泥的压缩比可知，压滤后污泥的厚度为25mm，则水分导流装置的有效高度为25mm。为防止较细小的污泥穿过导流装置的虑水孔，在导流装置上需包裹滤布。水分导流装置由螺栓固定在挤压板上，并可由装置上螺纹旋入的深度来调节水分导流装置的高度。由于水分导流装置外围需包裹滤布，滤布的固定采用两块铁片压紧，并由螺栓固定在导流装置外壁上，两块铁片在导流管外壁上均布。由于污泥在高压作用下形成的泥饼常常会粘连在滤布上，在推泥过程中容易撕扯滤布，导致滤布脱落或损坏滤布。所以在设计水分导流装置时导流管是有5°的倾斜角，这样设计可以使泥饼在落料的过程中减少对滤布的撕扯，从而增加了滤布的使用寿命。3.7对自动上料装置进行设计自动上料装置采用无轴螺旋输送机,无轴螺旋输送机与传统有轴输送机、皮带输送机相比，能输送颗粒状和粉状物料、湿的和糊状物料、半流体和粘性物料、易缠绕和易堵塞物料、有特殊卫生要求的物料[14]。符合污泥输送的条件。3.7.1进行单次脱水污泥量计算由上述设计可知,压滤腔内径R为500mm，压榨前污泥厚度为93mmV=π×R2×H…………………（19）由式（19）可得V=0.073m³3.7.2自动上料装置进行选型无轴的污泥螺旋输送机其输送量和螺旋内污泥的横截面积、转速与螺距以及填充系数有关系。则无轴可忽略螺旋叶片的内径为：………………（20）…………（21）V1=Sn/60……………（22）式中：——为输送量，t/h；M——为螺旋内污泥横截面积，㎡；——为污泥的单位容积质量；——倾斜输送系数；S——螺旋螺距，mm；N——螺旋转速，r/min取无轴螺旋输送机螺旋叶片直径为D=150mm，螺距S=150mm；查机械化运输设计手册，取填充因素=0.18，污泥的单位容积质量为=1.3t/m；倾斜输送系数可以通过下表进行查询：表3.2：无轴螺旋输送机倾斜输送系数倾斜角度（°）0510152030倾斜输送系数10.970.940.920.880.82倾斜角度（°）405060708090倾斜输送系数0.760.700.640.580.520.46由之前的计算可知V=0.073m³，设完成一次输送的时间为1min，则污泥的输送量Q=2.19t/h。根据实际设计方案，取倾斜角度为30°，则倾斜输送系数ε=0.82；由式（20）、（21）、（22）可得：n=71.8r/min。选用Y系列Y90L-4电机，电机功率为1.5Kw。综合上述参数选择WLS150无轴螺旋上料机构。螺旋体的直径为150(mm)，外壳管的直径为180(mm)，最大的输送长度为12(m)。其输送能力是2-4t/h。图3.9无轴螺旋污泥自动上料装置3.8对支承架拉伸应力进行校核由于铰杆增力机构会对铰杆顶板产生一个向上的2.36×106N的力，所以支撑架受拉伸力作用。…………………（23）由查表可知：45号钢的拉伸许用应力为355MPa，75MPa<355MPa。所以满足设计要求。3.9对液压装置选型本文的设计中共使用了3个油缸，下面对3个油缸的作用及选型做一个介绍。油缸1：液压油缸，它作为铰杆增力机构的输入力，在整个压榨过程中都起着主要作用。根据之前的设计计算可以得知，增压油缸需要为铰杆增力机构提供1.31×105N的输入力，行程也要大于73mm。所以选择油缸内径为200mm，杆径为100mm，PN=6.3MPa，行程为150mm。选用油缸HSG01-200/DE油缸，内径为200mm，可提供5×105N的推力，满足设计需求。油缸2：液压缸，提供推泥推板的输入力，主要克服泥饼与桶壁及滤布之间的摩擦力。根据之前的设计计算可得知，机构需要提供1×103N的推力，行程为25mm。所以选用MOB100的标准油缸，油缸内径为100mm，杆径为50mm,行程为100mm，PN=3MPa。可提供2.3×104N的推力。满足设计需求。油缸3：自锁式液压千斤顶，在压榨过程中提供对滤板底板的支持力。根据之前的计算，需要提供1.31×106N的压力，行程需要大于30mm。选用QFD250/100的液压千斤顶，能提供300T的推力，并且具有自锁功能。油缸选型综述见表3.3：表3.3液压装置的选型油缸序号油缸类型型号内径(mm)杆径(mm)PN(MPa)行程(mm)1液压油缸HSG01-200/DE2001006.31502标准油缸MOB1001005031003液压千斤顶自锁式QFD250/100500200201004.对脱水装置的压缩特性曲线进行分析根据污泥特征曲线分析，压缩阶段的初期污泥压缩比较明显，而且变形量大；但是压缩到后期，变形量变小，在最后的阶段变形量近乎为零，流出水分非常小。根据污泥的压缩特性，该脱水装置也应该具有相类似的压缩特性，而且在相同压缩比的情况下，该装置对污泥施加的压力需要大于污泥在该压缩比下所需要的压力。分析该脱水装置在不同运行的位置下压缩量以及产生的压力可以得到脱水装置的压缩特性曲线。具体数值见表4.1：表4.1高压污泥深度脱水装置压力-压缩比表脱水装置对污泥产生的压力（MPa）铰杆增力机构压缩量（mm）碟簧压缩量（mm）装置总压缩比（%）0.39625.000.63526.240.48637.370.77939.400.54643.010.87545.370.72653.161.16456.001.06260.781.70263.651.22463.671.96266.511.71667.192.75069.491.87268.003.00170.122.07069.563.31871.482.20270.013.52971.742.47870.873.97272.233734.80973.68由表4.1可绘制脱水装置的压缩特性曲线，见图4.1：图4.1：高压污泥深度脱水装置压缩特性曲线将之前得到的污泥压缩特性曲线和该装置的特性曲线比较如图4.2，可得出在相同压缩比的状态下，装置对污泥施加的压力大于污泥所需的压力，所以该装置满足设计需求。图4.2污泥压缩特性曲线与脱水装置压缩特性曲线5.总结和展望5.1总结本文主要通过研究污泥的相关脱水性能，设计了一种高压污泥深度脱水装置，可大大降低污泥含水量，显著提高污泥处理能力、明显降低污泥处理的排量，促进污泥后续的资源利用。该装置的主要设计包括力放大机构、碟簧保压机构、执行机构、压滤腔形成装置、水分“导流渠道”与排出机构、以及自动上料机构。设计时还充分的考虑了污泥的压缩特性，使该装置压缩特性能够满足污泥的压缩特性。压滤开始阶段，装置对挤压板的推力比较小，而装置的行程较长，此时污泥的含水量较高，压缩量比较明显，变形量大，符合污泥开始压滤时的压缩特性。而随着压滤的不断进行，放大机构放大比在不断增大，装置对挤压板的推力也不断的增大，行程在随之减小，而此时的污泥压缩量不太明显，变形量较小，所以符合压滤后期的压缩特性。综上所述，该装置的压缩特性满足污泥的压缩特性。如此设计的好处就是能够降低装置的能耗，相比于恒压压滤来说，恒压压滤开始的时候压榨力很大，但是此时的污泥脱水并不要求那么大的压力，此时容易导致能耗的增加，而且长时间的高压环境容易降低机构以及密封圈等设备的寿命，大大的提高了成本。本文设计的机构尺寸为：机构总长2570mm，机构总宽1200mm，机构总高2350mm。在压榨压力为3Mp的情况下，一次工作能完成对0.073m3,含水率为80%的污泥在进行深度脱水之后，泥饼的含水率大约为40%，一次脱水所需时间为10min。本文设计的铰杆增力机构能实现18.15倍力的放大，铰杆I长：L1=296mm，铰杆II长：L2=172mm，油缸行程S1=179mm，铰杆增力机构行程S2=73mm。保压机构选用5块碟簧，以叠合的方式组合而成。选用外径为250mm的碟簧，碟簧具体参数见上文。5.2未来期望本课题设计了一种符合污泥压缩特性的高压污泥深度脱水装置，并分析了一下污泥压缩特性。由于自身水平的限制，在本次设计的过程当中还存在一些问题，对高压污泥深度脱水装置的发展做了一些未来期望:将力放大的机构：该装置采用铰杆力增强机构。虽然放大特性满足了污泥压缩特性，但是尺寸设计仅仅满足了设计要求，没有得到很好的优化。设计水分导流的装置：导流装置高度将由污泥压缩后的泥饼厚度决定。只要确定了导流装置的高度，那么泥饼的最终厚度必须要一致。因为污泥厚度可能不同，而改进设计了高度可调的导流机构。在当前设计压力下，需要对污泥保压处理12min，如果可以减少保压的时间，并且压滤的效果不变，就可以很好地提升生产效率。参考文献[1]DongYanting,ShenYanwen,GeDongdong,BianChang,Y