摘 要：針對(duì)兩種傳統(tǒng)沉砂池提砂法、氣提提砂法和砂泵抽砂法所存在的易堵料，堵料后嚴(yán)重影響輸送系統(tǒng)，大塊顆粒吸入管和葉輪流道，使得泵轉(zhuǎn)速下降，葉輪磨損，使用壽命減短的問題，發(fā)明了一種無軸螺旋排砂裝置。該裝置具有輸送量大、能耗低、排料口不堵塞、操作簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，本技術(shù)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)市政工程中得到成功應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：提砂；無軸螺旋；二次砂水分離；排砂；含水率

中圖分類號(hào)：TU892 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

在污水處理廠預(yù)處理工程中，預(yù)處理的工藝流程主要包括污水先經(jīng)過格柵和篩網(wǎng)濾走較大的懸浮固體物，然后進(jìn)入沉砂池進(jìn)行沉淀分離，最后砂池泥斗里的砂水混合物通過砂水分離器進(jìn)行分離。其中沉砂的目的是利用無機(jī)顆粒與污水的比重差異，讓無機(jī)顆粒通過自重沉淀到池底以達(dá)到篩選分離的目的。沉砂池傳統(tǒng)的排砂方式一般分為兩種：一種為氣力提升泵法，另一種為砂泵抽砂法。

1 傳統(tǒng)排砂法存在的問題

1.1 氣力提升泵法存在的問題

氣力提升泵法是利用空氣提砂機(jī)將比重較小的物質(zhì)抽吸至污水，比重較大的砂礫等固體物通過自重沉降到池底，然后利用壓縮空氣將沉降在池底的砂礫、污泥等密度較大的顆粒和污水混合物攪動(dòng)起來，抽吸提升到砂水分離器。這種方法不僅適用于城市污水也可應(yīng)用于工業(yè)廢水處理廠的旋流式砂池。

氣力提升泵法主要使用的設(shè)備是氣提泵，該設(shè)備輸送物料的方式為垂直輸送軌跡，運(yùn)輸管道為密閉腔體。當(dāng)氣力提升泵工作運(yùn)行時(shí)，抽吸的空氣將作為載體帶動(dòng)物料在腔體內(nèi)快速流動(dòng)，為確保物料在輸送管道內(nèi)流動(dòng)順暢，壓縮空氣必須保證一定的流動(dòng)速度，若空氣流通不順暢使得載體失敗，物料無法正常移動(dòng)，或空氣升力不足使得物料無法懸浮在運(yùn)輸管道中，就會(huì)沉積在管道側(cè)壁造成物料堵塞成團(tuán)。物料堵塞最直接影響就是物料淤積成團(tuán)無法流通，使得運(yùn)輸流程截止，造成整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的癱瘓。一旦堵料發(fā)生中斷生產(chǎn)，造成的經(jīng)濟(jì)損失也是無法估量的。

1.2 砂泵抽砂法存在的問題

砂泵抽砂法是將抽砂泵安裝到沉砂池砂斗內(nèi)，砂泵抽砂后，用砂水分離器脫水，將砂渣外排，分離后的濾液回流至工藝流程中。

同氣提提砂法，在提砂過程中，大塊顆粒易堵塞吸入管和葉輪流道，使得泵轉(zhuǎn)速下降，葉輪磨損，使用壽命減短。

這兩種傳統(tǒng)的砂渣提取方法都具有較高的含水率，需要對(duì)砂和水進(jìn)行二次分離。在抽砂過程中，傳統(tǒng)方法大部分的能量都消耗在提升水中，使得操作成本增高。傳統(tǒng)的攪拌式潛水泵的楊砂過程同樣易堵塞，造成設(shè)備損壞更換，從而使得操作成本增高。

為克服提砂泵（或空氣提砂機(jī)）在輸送物料時(shí)不均勻、易堵塞、物料回流至葉輪發(fā)生磨損所存在的不足，本文提出一種無軸螺旋排砂裝置。該裝置不僅能有效保證砂石的輸送效率，還可減少提砂泵堵料、耗能和葉輪易磨損的現(xiàn)象。

2 工作原理

該裝置采用無軸螺旋排砂機(jī)排砂，將無軸螺旋體依附于砂池內(nèi)的積砂斗側(cè)壁安裝，角度由積砂斗側(cè)壁的急緩程度決定。通過無軸螺旋體旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的撓性牽引力將積砂斗內(nèi)的礫石攪動(dòng)揚(yáng)送至卸砂口，由于砂水摩擦系數(shù)的不同，砂礫借助螺旋體的機(jī)械升力向上運(yùn)輸，水則通過重力作用部分回流至砂池，從而達(dá)到砂水分離的目的。此時(shí)得到的砂渣含水量較低，無需進(jìn)行二次脫水即可由皮帶運(yùn)輸機(jī)直接外運(yùn)。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖1所示，該裝置的工藝技術(shù)方案為：這種用于沉砂池砂斗內(nèi)排砂的無軸螺旋排砂機(jī)，包括無軸螺旋體、導(dǎo)槽、軸承函和驅(qū)動(dòng)裝置。其中無軸螺旋體由數(shù)段無軸螺旋焊接，并與其端部的傳動(dòng)凸緣焊成一個(gè)整體。導(dǎo)槽包括管型槽，槽內(nèi)壁嵌入耐磨襯條，導(dǎo)槽卸水段的槽體下側(cè)設(shè)置泄水孔。軸承函依靠導(dǎo)槽支持，承受螺旋運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的徑向荷載和軸向荷載。驅(qū)動(dòng)裝置包括電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器。

3.1 連接方式

沉砂池底部的砂斗與該設(shè)備的砂槽前端部分相連，砂槽依附于砂斗的側(cè)壁并且砂槽頂端開孔嵌入砂斗中，為保證設(shè)備運(yùn)行時(shí)不移位需要通過二次澆注固定砂槽的方式來確保其穩(wěn)定性。砂槽上表面設(shè)有落砂孔，便于砂斗內(nèi)礫石流入揚(yáng)砂通道。

這種連接方式減少了無軸螺旋排砂裝置前端進(jìn)沙口與砂斗之間的連接空隙，使得沉砂池里的沙礫有效地落入導(dǎo)管前端的落砂孔。當(dāng)無軸螺旋體通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的撓性牽引力將落砂孔內(nèi)的沙礫攪動(dòng)向上提升時(shí)，運(yùn)走的沙礫導(dǎo)致落砂孔短暫地出現(xiàn)空洞，砂斗內(nèi)的沙礫由于重力作用源源不斷地補(bǔ)進(jìn)落砂孔，使得排砂過程連續(xù)進(jìn)行。

3.2 砂槽的設(shè)置

砂槽前端固定在砂斗內(nèi)部，與砂斗形成一個(gè)整體。砂槽由不銹鋼材料制成，包裹在無軸螺旋體外部，其長(zhǎng)度由沉砂池內(nèi)的最高液位決定。浸沒在水面以下的無軸螺旋體置于砂槽的封閉式腔體內(nèi)，可以保證沉砂池內(nèi)的水流擾動(dòng)不會(huì)影響砂礫的輸送行程。水面以上的無軸螺旋體置于半封閉式砂槽內(nèi)，既方便操作者觀察物料的運(yùn)輸情況，也可減少設(shè)備的成本投入。

3.3 安裝角度

輸送量是衡量無軸螺旋排砂機(jī)輸送能力的一個(gè)重要指標(biāo)，物料輸送量可粗略按下式計(jì)算：

由式（1）、（2）可以看出無軸螺旋排砂裝置的傾斜角與排砂輸送量是負(fù)相關(guān)關(guān)系。當(dāng)無軸螺旋排砂機(jī)的安裝傾斜角度增加時(shí)，輸送能力是隨之迅速降低的。

因此，在滿足工作條件的前提下，無軸螺旋排砂裝置應(yīng)盡量避免過傾布置。為提高輸送效率，砂槽和水平面的傾斜角α應(yīng)控制在10°～30°。

3.4 砂斗的設(shè)置

沉砂池的砂斗是用來收集污水經(jīng)過沉砂池自然沉淀后的砂礫。由于無軸螺旋體和砂槽是依附砂斗側(cè)壁安裝的。所以砂斗側(cè)壁的傾角設(shè)置與無軸螺旋排砂機(jī)的安裝角度一致，砂斗安裝設(shè)備一側(cè)的傾斜角α應(yīng)控制在10°～30°。

砂斗非安裝一側(cè)的側(cè)壁傾斜角應(yīng)盡量設(shè)置得較大，方便沉砂池內(nèi)自然沉淀的砂礫落入砂斗，不會(huì)因?yàn)樯暗[摩擦力而淤積在沉砂池池底無法滾落至砂斗。建議非安裝一側(cè)的側(cè)壁傾斜角控制在60°～90°。

由于砂槽前端固定在砂斗內(nèi)部，與砂斗形成一個(gè)整體，所以在砂斗施工時(shí)，要求砂斗底部先預(yù)留好安裝孔洞的尺寸，待砂槽放入后，方可用混凝土二次澆筑固定。砂槽安裝時(shí)，應(yīng)注意落砂孔的邊緣應(yīng)與砂斗斗底水平平齊，若落砂孔邊緣高于斗底易產(chǎn)生積砂。

3.5 耐磨層的設(shè)置

由于無軸螺旋體會(huì)因?yàn)槠渥灾囟咏芮幌卤冢栽谏安鄣南卤谏蠒?huì)設(shè)有一層耐磨層，從而可以通過耐磨層來緩沖無軸螺旋體與管道之間的磨損；而耐磨層也可以填補(bǔ)軸向之間的間隙從而增加摩擦力，防止提升過程中礫石滑動(dòng)回流。

3.6 泄水孔的設(shè)置

導(dǎo)槽包括管型槽，槽內(nèi)壁嵌入耐磨襯條，導(dǎo)槽卸水段的槽體下側(cè)設(shè)置多個(gè)直徑為1mm左右的泄水孔。

當(dāng)砂礫輸送至導(dǎo)槽卸水段時(shí)，由無軸螺旋體帶出的砂水混合物中的水，一部分由于重力作用通過導(dǎo)槽回流至沉砂池，一部分通過泄水孔濾出至沉砂池。由于砂渣含水量低，可直接外運(yùn)，解決了砂水二次分離和提砂效果不理想的問題。

結(jié)語

（1）這種無軸螺旋排砂裝置的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，由于包裹無軸螺旋體的砂槽為半封閉式的，且采用易于清洗的不銹鋼材料可保證所送物料不會(huì)受到外界污染，也不存在泄漏的隱患，因此環(huán)保性能好。

（2）該無軸螺旋排砂裝置輸送能力大，與相同直徑的有軸螺旋輸送機(jī)比較，其輸送量為前者的1.5倍。轉(zhuǎn)矩大，耗能低，卸料口無堵塞。輸送距離長(zhǎng)。操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)耐用。

（3）解決了常規(guī)技術(shù)提砂效果不佳，且需要對(duì)一次提砂成果進(jìn)行二次砂水分離的問題，簡(jiǎn)化了工藝流程。

（4）利用本發(fā)明無軸螺旋排砂裝置，可生產(chǎn)出符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14521.7—1993《運(yùn)輸機(jī)械術(shù)語 螺旋輸送機(jī)》、JB/T 7679—2008《螺旋輸送機(jī) 》的合格產(chǎn)品。

（5）本技術(shù)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)市政工程中得到成功應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]何靜旻，李緒忠.一種無軸螺旋排砂裝置[P]：中國(guó)，ZL 201320721640.2，2013-11-13.

[2]向東枝，徐余偉.螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇和確定[J].水泥技術(shù)，2010，1（4）：29-33.

[3]左章華.一種螺旋輸送機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].包裝與食品機(jī)械，2014，32（3）：63-66.

[4]董萌，沈才華，謝文寧.大傾角帶式輸送機(jī)中傾斜系數(shù)k的確定[J].建筑機(jī)械，2007（7）：73-74.

[5]蔣利強(qiáng)，李正峰.新型螺旋輸送機(jī)用支撐裝置[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2014（7）：48-50.

[6]翟曉晨，孟文俊，張曉寒.基于DEM的散料在垂直螺旋輸送機(jī)中的運(yùn)動(dòng)分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2014（3）：49-52.