馬夢(mèng)華 郭術(shù)義 司 琪

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045）

鏈網(wǎng)式南水北調(diào)輸水渠道清藻機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

馬夢(mèng)華 郭術(shù)義 司 琪

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045）

南水北調(diào)輸水渠道目前存在大量浮游藻類污染水質(zhì)的現(xiàn)象。本文基于南水北調(diào)這一特殊工況，通過(guò)實(shí)地考察與計(jì)算設(shè)計(jì)鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機(jī)構(gòu)，采用Solidworks軟件建立該機(jī)構(gòu)的三維模型，以為下一步的參數(shù)優(yōu)化打下基礎(chǔ)。希望該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)河道自動(dòng)化除藻的空白，對(duì)相關(guān)清藻機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究起到借鑒作用。

南水北調(diào)；清藻機(jī)構(gòu)；三維建模

南水北調(diào)作為國(guó)家戰(zhàn)略性工程，旨在緩解我國(guó)北方水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)象。目前，一些不合理的生活、生產(chǎn)方式導(dǎo)致南水北調(diào)的輸水渠道中產(chǎn)生了大量的浮游藻類，夏季尤為明顯。南水北調(diào)河道中的水源多為飲用水，藻類自身帶有明顯的魚(yú)腥味，嚴(yán)重影響水質(zhì)，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。富營(yíng)養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人類長(zhǎng)期飲用這些物質(zhì)含量超過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)的水會(huì)中毒致病，危及人類的身體健康，因此清除南水北調(diào)輸水河道中的藻類至關(guān)重要。

1 除藻技術(shù)的選擇

目前，最常用的除藻技術(shù)一般可分為化學(xué)技術(shù)、物理技術(shù)和生物技術(shù)?；瘜W(xué)方法除藻的化學(xué)殘留物質(zhì)可能會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。生物除藻技術(shù)比較安全環(huán)保，但徹底除藻所需時(shí)間較長(zhǎng)。物理方法中的黏土除藻需要大量的除藻材料，成本高；氣浮除藻除藻率不高，藻渣難處理；超聲波除藻能耗低，效果顯著，但其專用設(shè)備成本太高［1］。因此，通過(guò)考察研究南水北調(diào)的水質(zhì)、環(huán)境以及水中浮游藻類的生態(tài)特點(diǎn)，決定采用物理技術(shù)中的機(jī)械除藻方式來(lái)攔截浮游藻類。

國(guó)內(nèi)最常見(jiàn)的機(jī)械攔藻機(jī)構(gòu)是以機(jī)動(dòng)性好的浮船為載體，安裝合適的過(guò)濾裝置，定時(shí)人工去除。這種方法耗費(fèi)大量的人力，需要人員定時(shí)監(jiān)管，自動(dòng)化程度非常低，且覆蓋面不夠，除藻效果不顯著。本文結(jié)合南水北調(diào)這一工況，設(shè)計(jì)了鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機(jī)構(gòu)。

2 清藻機(jī)構(gòu)工作原理及設(shè)計(jì)

南水北調(diào)輸水河道中止水閘門(mén)長(zhǎng)期處于開(kāi)閘狀態(tài)，鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機(jī)構(gòu)利用此建筑物作為支撐進(jìn)行安裝。

鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機(jī)構(gòu)主要包括傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、過(guò)濾除污結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、高壓水槍及污水處理系統(tǒng)六大部分，其結(jié)構(gòu)三維如圖1所示。其主要工作原理是依托機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪鏈條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使固定在鏈條上的兩段工作網(wǎng)面進(jìn)行循環(huán)交替工作；通過(guò)機(jī)頭部分的高壓噴嘴將附著在網(wǎng)面上的水藻收集到盛污水箱并進(jìn)行污水處理；通過(guò)傳感裝置和控制系統(tǒng)，一方面可控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，從而經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)控制網(wǎng)面的運(yùn)動(dòng)方向和速度；另一方面，可控制噴嘴噴水的時(shí)長(zhǎng)和噴水壓力的大小，從而控制清除網(wǎng)面上水藻的時(shí)間。

圖1 除藻系統(tǒng)三維示意圖

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

考慮到機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境主要是在水面以下，工作面需要的承載力大等，結(jié)構(gòu)中的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由鏈傳動(dòng)構(gòu)成。采用型號(hào)為64B的滾子鏈，露出水面的回轉(zhuǎn)部分，采用齒數(shù)17、分度圓直徑553mm的鏈輪，水面下機(jī)構(gòu)底端的回轉(zhuǎn)部分，采用齒數(shù)23、分度圓直徑746mm的鏈輪。鏈條與攔藻網(wǎng)連結(jié)，構(gòu)成圖2所示的鏈網(wǎng)。滾子鏈在鏈輪的帶動(dòng)下沿著軌道運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)工作面網(wǎng)格到達(dá)設(shè)定好的位置。為防止鏈條松動(dòng)，在機(jī)頭部位安裝如圖3所示的張緊裝置。

圖2 帶鏈條的鏈網(wǎng)

圖3 張緊裝置

2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)

主體結(jié)構(gòu)分為機(jī)頭、中部和底部三部分，主要由18a號(hào)輕型槽鋼和304不銹鋼板焊接或螺栓連接組成。機(jī)頭部分露出水面，安裝電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)，以及由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的上部分回轉(zhuǎn)鏈輪，高度1.7m。中部為焊接框架，導(dǎo)軌長(zhǎng)3.5m，其上焊接滑塊，基本位于水面之上。底部位于水下，高3.5m，框架下部安裝載有回轉(zhuǎn)鏈輪的鋼結(jié)構(gòu)部分，對(duì)應(yīng)內(nèi)部靠下位置安裝有鏈輪，鏈輪裝在軸承座上，固定在鋼板上。

2.3 過(guò)濾除污結(jié)構(gòu)

采用如圖2所示的鏈網(wǎng)攔截水中藻類，并增加如圖4所示倒鉤攔截可能存在的污物。由于機(jī)構(gòu)要滿足7m寬的跨度，為防止網(wǎng)格下陷，在中間增加一條軌道，使網(wǎng)格分為左右兩部分，方便控制。

圖4 倒鉤

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用按鈕和接觸器雙重互鎖的方法，主要控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的時(shí)間、時(shí)間間隔以及高壓水槍的噴射時(shí)長(zhǎng)和噴射間隔。

2.5 高壓水槍及污水處理系統(tǒng)

在機(jī)械頂端露出水面部分，鏈條經(jīng)過(guò)回轉(zhuǎn)部分后會(huì)到達(dá)高壓水槍工作范圍，高壓水管進(jìn)行覆蓋型噴射，高速的水流洗掉網(wǎng)格上附著的浮游藻類及污染物，落在安置在地面部分的約7m長(zhǎng)的大容量污水收集箱內(nèi)，等待處理。

3 結(jié)語(yǔ)

鏈網(wǎng)式南水北調(diào)清藻機(jī)構(gòu)適用于南水北調(diào)輸水渠道中，可以清除水體上層部分的藻類及部分污染物，自動(dòng)化操作，節(jié)省人力，連續(xù)性好，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格成本低，綠色無(wú)污染，不會(huì)影響水質(zhì)健康。此外，該機(jī)構(gòu)彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)南水北調(diào)機(jī)械式自動(dòng)化除藻機(jī)構(gòu)的空白，為南水北調(diào)輸水過(guò)程中水質(zhì)的處理起到了良好的作用。

［1］張翀，趙亮，張瑩.藻類爆發(fā)危害及其控制技術(shù)研究進(jìn)展［J］.環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2015（3）：107-112.

Design of Chain Net Typealgae Removal Mechanism for the Channel of South to North Water Diversion Project

Ma Menghua Guo ShuyiSi Qi
（North China University of Water Resources and Electrical Power，Zhengzhou Henan 450045）

There is a large amount of pollution of phytoplankton in the channel of South to North Water Di?version project.Based on a special condition of South to North Water Diversion project,this paper de?signedchain net type algae removal mechanism for the channel of South to North Water Diversion projectby investigating and calculating,and established the three-dimensional model of the mechanism by using solid?works software,which lays the foundation for further parameter optimization.The design of this mechanism can make up for the blank of automatic algae removal in domestic river,and can serve as a reference for the design and research of the relevant algae removal mechanism.

south to north water diversion project；algae removal mechanism；3D modeling

TH122

A

1003-5168（2017）12-0066-02

2017-11-01

2016年河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目“南水北調(diào)輸水中機(jī)械式除藻技術(shù)研究”（162102210081）。

馬夢(mèng)華（1992-），女，碩士，研究方向：大型復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可靠性研究。