王 健

（中機(jī)國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

1 埋管式排泥存在的問題及解決方案

在水處理系統(tǒng)中經(jīng)常使用折板式絮凝池，水流在絮凝池內(nèi)經(jīng)過折板絮凝區(qū)、隔板絮凝區(qū)流至配水區(qū)的過程中，水流流速逐步遞減，在隔板絮凝區(qū)、配水區(qū)內(nèi)，流速降低將產(chǎn)生絮凝體的沉淀而形成污泥，沉淀于池底。污泥清除時，定期打開排泥閥，泥水通過排泥管上間隔設(shè)置的孔進(jìn)入，并經(jīng)排泥管將泥水排出。

埋管式排泥存在的主要問題包括以下4 點：1） 排泥管之間、排泥孔之間均有一定間距，排泥不均勻，距排泥孔較遠(yuǎn)處的污泥無法排出，較長時間后將形成污泥板結(jié)。2） 每根排泥管上的每個排泥孔到排泥管末端排泥閥的距離不同，因此每根排泥管上不同部位的排泥孔到排泥閥的水頭損失不同，遠(yuǎn)端排泥孔的污泥更不易排出，運行一段時間后，排泥閥遠(yuǎn)端的污泥將產(chǎn)生板結(jié)，導(dǎo)致遠(yuǎn)端的排泥孔被堵塞。3） 因為排泥不均勻或排泥不暢導(dǎo)致排泥過程中的排水量大，排出的污泥含水率高，增大了后續(xù)的污泥處理規(guī)模，增加了污泥處理的建設(shè)造價和運行成本。4） 由于存在前述“污泥板結(jié)”“排泥孔被堵塞”等現(xiàn)象，大大增加了人工清除和檢修的工作量，因此需要將絮凝池放空后再由人工清理或檢修，不僅勞動強(qiáng)度大，而且會導(dǎo)致絮凝池的經(jīng)常性停產(chǎn)。

解決方案：將池底污泥由底部排泥管排出方式，變更為由排泥泵從池底把污泥抽吸至池頂水槽排出方式，且在泵吸式排泥機(jī)上設(shè)置水面刮渣板。

2 泵吸式排泥機(jī)總體方案

2.1 排泥機(jī)組成及工作原理

如圖1 所示，泵吸式排泥機(jī)主要由排泥系統(tǒng)、大車、小車、電氣系統(tǒng)、縱向水槽、橫向水槽、檢修走廊和刮渣板等組成。排泥系統(tǒng)中的泵將污泥從池底抽排至橫向水槽，再重力流至縱向水槽排出。排泥泵的橫向移動由小車完成，縱向移動由大車完成。

圖1 排泥泵移動路線

2.2 排泥泵移動路線及排泥機(jī)動作順序

2.2.1 排泥泵移動路線

如圖2 所示，每次排泥或刮渣周期完成后排泥泵的停止位置均為點17，該點也是每次排泥或刮渣工作中排泥泵的起始位置。排泥工作中排泥泵的移動路線為前行Ⅰ→退回Ⅰ→前行Ⅱ→退回Ⅱ→前行Ⅲ→退回Ⅲ。前行路線上排泥泵工作，退回路線上排泥泵停止工作。排泥行走路線上刮渣板電動推桿斷電收回，刮渣板離開水面。具體施工內(nèi)容包括以下7點：1） 前行Ⅰ：17→16→15→14→13→12→11→10→9→8→7→6→5→4→3→2→1，此路線上排泥泵持續(xù)工作排泥。2） 退回Ⅰ：1→2→3→4→5→6→7→8→9→10→11→12→13→14→15→16，此路線上排泥泵停止工作。3） 前行Ⅱ：16→19→20→2 1→22→23→24→25→26→27→28→29→30→31→32→33→34，此路線上排泥泵持續(xù)工作排泥。4） 退回Ⅱ：34 →33 →32 →3 1→30→29→28→27→26→25→24→23→22→21→20→19，此路線上排泥泵停止工作。5） 前行Ⅲ：19 →18，此路線上排泥泵持續(xù)工作排泥。6） 退回Ⅲ：18 →19 →16 →17，此路線上排泥泵停止工作。7） 刮渣工作中排泥泵的行走路線為前行Ⅳ→退回Ⅳ。此前行與退回路線上排泥泵停止工作。前行路線上刮渣板電動推桿通電推出，刮渣板進(jìn)入水面，退回路線上刮渣板電動推桿斷電收回，刮渣板離開水面。前行Ⅳ：17 →16 →19 →18，此路線上排泥泵停止工作，刮渣板電動推桿通電推出。退回Ⅳ：18 →19 →16 →17，此路線上排泥泵停止工作，刮渣板電動推桿斷電收回。

2.2.2 排泥機(jī)動作順序

排泥機(jī)動作分為排泥工作周期和刮渣工作周期2 個階段，排泥和刮渣工作需要排泥泵、大車、小車和刮渣板推桿協(xié)調(diào)動作才能順利完成，具體動作順序見表1。

表1 排泥工作周期動作順序表

圖2 泵吸式排泥機(jī)

2.3 排泥系統(tǒng)

排泥系統(tǒng)由排泥泵、連接管道、橫向水槽與縱向水槽等組成，具體安裝方法包括3 點。1） 排泥泵。采用潛水泵排泥，通過平衡桿及輸泥管道固定在小車上。2） 橫向水槽。頂部水平，底部為斜面，安裝于大車上。3） 縱向水槽。頂部水平，底部為斜面，安裝于配水區(qū)外側(cè)池頂。

2.4 大車

大車主要由橫梁、端梁、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)行機(jī)構(gòu)和檢修走廊等組成。1） 橫梁。大車橫梁采用槽鋼、不銹鋼板拼焊成箱梁形式。2） 端梁。采用槽鋼制作。3） 驅(qū)動機(jī)構(gòu)。采用“三合一”傳動裝置，減速機(jī)直接套裝在車輪軸上，結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、加工件少。大車主要技術(shù)參數(shù)：軌距、軌長、車輪外徑、運行速度、車輪軸轉(zhuǎn)速。采用變頻調(diào)速與斜齒輪蝸桿減速機(jī)聯(lián)合減速，變頻電機(jī)調(diào)頻范圍5 Hz～50 Hz，為恒功率調(diào)速。4） 軌行機(jī)構(gòu)。軌行機(jī)構(gòu)包括軌道、安全機(jī)構(gòu)等，軌道采用標(biāo)準(zhǔn)鋼軌。5 ）檢修走廊。檢修走廊擬采用熱鍍鋅鋼格板。

（續(xù)表）

2.5 小車

小車車架采用槽鋼制作，采用集中驅(qū)動方式。小車技術(shù)參數(shù)：軌距、軌長、車輪外徑、運行速度、車輪軸轉(zhuǎn)速。采用變頻調(diào)速與斜齒輪蝸桿減速機(jī)聯(lián)合減速，變頻電機(jī)調(diào)頻范圍5 Hz～50 Hz，為恒功率調(diào)速。

2.6 刮渣裝置

刮渣裝置主要由24 V 直流電動推桿、刮板總成組成。刮渣工作時，電動推桿通電推出，刮渣板進(jìn)入水面；停止刮渣時，電動推桿斷電收回，刮渣板離開水面。

2.7 供電系統(tǒng)

采用市政供電，將380 V 市政電源接至池邊，通過滑觸線供電。

2.8 控制系統(tǒng)

操作方式采用現(xiàn)場操作與遠(yuǎn)程操作相結(jié)合的操作。運行模式有2 種。模式1：半自動運行模式，即操作人員根據(jù)泥位情況啟動設(shè)備，排泥機(jī)完成一個排泥周期后自行停止運行。模式2：全自動運行模式，即在池底多個位置安裝泥位測量裝置，達(dá)到泥位設(shè)定值時，設(shè)備自動啟動，完成1 個排泥周期后自行停止運行。控制方式：采用坐標(biāo)與測距雷達(dá)相結(jié)合定位方式和PLC 控制。

3 大車、小車校核計算

為了防止大車、小車輪子打滑現(xiàn)象出現(xiàn)，需要按照如下計算公式分別進(jìn)行校核計算。

3.1 運行阻力Fj

式中：Fj-在直線軌道上穩(wěn)定運行的靜阻力，N；Fm-摩擦阻力，N；Fp-坡道阻力，N；Fw- 風(fēng)阻力，N。

3.1.1 摩擦阻力Fm

滿載運行時最大摩擦阻力摩擦阻力Fm

式中：Fm-摩擦阻力，N；Q-起升載荷，N；G-自重載荷，N；f- 滾動摩擦系數(shù)，mm；μ-車輪軸承摩擦系數(shù)；d-與軸承相配合處車輪軸的直徑，mm；D-車輪踏面直徑，mm；β-附加摩擦阻力系數(shù)。

3.1.2 坡道阻力Fp

式中：i-軌道坡度。

3.1.3 風(fēng)阻力Fw

式中：Fw-風(fēng)阻力，N；C-風(fēng)力系數(shù)；Kh-風(fēng)力高度變化系數(shù)；q-計算風(fēng)壓，N/m2；A-迎風(fēng)面積，m2。

3.2 電動機(jī)選擇

3.2.1 電動機(jī)的靜功率

式中：Pj-電動機(jī)的靜功率，kW；Fj-在直線軌道上穩(wěn)定運行的靜阻力，N；v0- 初選運行速度（m/s）；η- 機(jī)構(gòu)傳動效率；m-電動機(jī)個數(shù)。

3.2.2 電動機(jī)初選

式中：P為電動機(jī)功率，kW；Kd為功率增大系數(shù)。

3.3 起動運行驅(qū)動輪打滑驗算

起動時不打滑，需要滿足如下條件[1]，如公式7 所示。

式中：ψ- 粘著系數(shù)；K-粘著安全系數(shù)；μ-軸承摩擦系數(shù)；d-軸承內(nèi)徑，mm；D-車輪踏面直徑，mm；Rmin-驅(qū)動輪最小輪壓，N；Tmg-打滑一側(cè)電動機(jī)的平均起動轉(zhuǎn)矩，N·m；k-計及其他傳動件飛輪矩影響的系數(shù)；J1-電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；J2-電動機(jī)軸上帶制動輪聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量，kg·m2；a-起動平均加速度，m/s2；i-減速機(jī)傳動比。

3.4 平穩(wěn)運行驅(qū)動輪打滑驗算

平穩(wěn)運行時驅(qū)動輪不打滑，需要滿足如下條件，如公式8所示和公式9 所示。

式中：μ-鋼與鋼的摩擦系數(shù)；F摩為驅(qū)動輪與鋼軌之間的摩擦力，N；FN-驅(qū)動輪正壓于大車軌道上的總壓力，N；Fj-在直線軌道上穩(wěn)定運行的靜阻力，N。

4 結(jié)語

該泵吸式排泥機(jī)通過大、小車在軌道上的行走帶動排泥泵在池底按預(yù)先規(guī)劃好的路徑在池底移動，其路徑、移動速度以及泵的啟停通過PLC 可編程控制器來進(jìn)行調(diào)整和控制，路徑根據(jù)池體結(jié)構(gòu)尺寸和形狀而變化，移動速度根據(jù)池底泥量、排泥泵流量等參數(shù)而定，并依據(jù)吸泥的工藝要求控制排泥泵的啟停，力求排泥泵運行路徑最短、池底清泥效果最佳、消耗電能最少。由于排泥泵在池底移動并連續(xù)吸泥，可以保證池底所有沉淀污泥全部清除干凈，解決了埋管式排泥存在的一系列問題。刮渣板安裝在大車上，可以通過提升機(jī)構(gòu)將其提升使其底部離開水池水面或下放使其底部沒入水池水面，在刮渣工序開始時將其底部沒入水池水面，并隨大車移動將水面浮渣撇入存渣斗排出。該機(jī)的設(shè)計重點在于排泥泵和刮渣板的移動路徑規(guī)劃與實現(xiàn)方式確定，以及大車、小車校核計算。