普通辐流式沉淀池的设计

普通辐流式沉淀池的设计 《环保设备设计及应用》课程设计 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?一五年六月十日 目 录 设计任务及要求 ........................................... 1 1 普通辐流式沉淀池简介 ................................... 1 2 沉淀池基本参数计算 ..................................... 3 2.1设计参数要求................................................. 3 2.2基本参数计算................................................. 3 2.3中心进水管的计算............................................. 5 2.4出水堰的计算................................................. 5 2.5扩散筒....................................................... 6 3 驱动机构设计 ........................................... 6 3.1传动装置的选择............................................... 6 3.2驱动机构选择................................................. 7 3.3传动轴计算................................................... 9 3.4齿轮的设计................................................... 9 4 中心传动竖架设计 ...................................... 12 4.1中心传动竖架结构............................................ 12 5 刮臂和刮板设计 ........................................ 14 5.1刮板........................................................ 14 6 设计小结 .............................................. 16 7 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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ;按工作状态 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、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 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 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)一般为6,60m，最大可达100m，中心深度为2.5,5.0m，周边深度1.5,3.0m，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 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-滚动轴承式旋转支承;10-扩散筒;11-中心竖架;12-水下轴承;13-撇渣板;14-排渣斗 2 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，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100mm，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1800m3，池的个数n为2，表面负荷q0为1.6m3m2?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4h。 2.2基本参数计算 (1)每个沉淀池的表面积和池径 3 A?Qmax1800??562.5m2 nq02? 1.6 D??26.76m 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2h h2?q0t?1.6?2?3.2m 3V1?Ah12?562.5?3.2?1800m D27??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?0.5?人?d?，污泥在斗内贮存时间4h 污泥斗所需容积 W1?SNT0.5?3400?004??14.17m3 1000n1000?2?24 r1取2m,r2取1m,?取600 则 污泥斗高度 h5??r1?r2?tan??? 2?1?1.73m,取1.8m 坡底落差 h4??R?r1??0.06??13.5?2??0.06?0.7m 污泥斗容积 V1??h5 3?r2 12?rr12?r2??3.14?1.8??22?2?1? 3?13.19m3 池底可贮存污泥的体积: V2??h4 3?r2 1?r1R?R2??3.14?0.7??22?27?13.52? 3?156.24m3 沉淀池共可贮存的污泥体积为V1?V2?169.43m3，大于W1，符合要求。 沉淀池总高度 H?h1?h2?h3?h4?h5?0.3?3.2?0.4?0.7?1.8?7.4m 其中h1为沉淀池超高，取0.3m h3为缓冲层高度，与刮泥机有关，可采用0.4m。 4 2.3中心进水管的计算 管内流速取v1?1m/s，出管流速v2? 0.8m/s D1???0.28m Qmax900??0.31m2 V23600?0.8 0.31?0.05m2 6出流面积 A2?设置6个出水孔，每个出水孔面积A? 按长:宽,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'?h22 导流筒的面积按沉淀池面积的3%设计，则导流筒的直径 D0??4.6m 2.4出水堰的计算 采用正三角形出水堰， 5 堰上水头Hw为5cm，三角堰的角度为θ，则 过流堰宽 B?2Hw?0.06m 0tan60 流量系数Cd=0.65，则单堰过堰流量 q1?8?2.5CdHw?4.95?10?4m3/s 152 沉淀池应布置的出水堰总数 N?Qmax900??505个 q13600?4.95?10?4 出水总线长L??D?3.14?27?84.78m 出水堰总长L′=2BN?2?0.06?505?60.6m 84.78?60.6???0.05m 相邻出水堰的堰顶间距 b=(L-L′)/N=505 环形集水渠宽0.6m。 2.5扩散筒 池的直径D>21m，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): 6 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;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/min 刮臂直径:D1?D?1?27?1?26m 则刮泥机刮臂旋转速度n?v 2?R?4.0?0.049r/min 2??13 刮臂驱动转矩 Mn?0.25(D?1)2K?0.25?(27?1)2?447?75543N?m 则刮泥功率为P?Mn?n75543?0.049??0.388kW 95509550 3.2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 7 额定转速N=1400r/min，则总传动比i为i? (2)立式摆线减速机的选择 N1400??28571 n0.049 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?5mm，齿宽b2?50mm，齿顶圆直径De2?475mm。 回转支承外型尺寸D=448mm，d=262mm，H=70mm; 安装尺寸D1?412mm，D2?298mm，L=32mm 结构尺寸D3?356mm，d1?354mm，H1?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= (5)联轴器的选择 查阅文献【2】，选择链条联轴器，型号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ii减=28571=1.1 25585 ?齿=98%，联轴器传动效率?联轴器=98% 则总传动效率???减??齿??联轴器=90%?98%?98%=86.436% 8 则电动机所需功率P总=P??0.388?0.449kW 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?550W，转速nd?1400r/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。 (1) 各传动轴转速n n1?nd?1400r/min n2?n11400==0.055r/min i减25585 n20.055==0.05r/min i齿1.1n3? (2) 各传动轴功率P P1?Pd?0.55kW P2?P1??减??联轴器=0.55?90%?98%=0.4851kW P3?P2??齿=0.4851?98%=0.475kW (3) 各传动轴转矩T T1?9550?P9550?0.551??3.752N?m n11400 T2?T1??减??联轴器?i减=3.752?90%?98%?25585=84667.519N?m T3?T2??齿?i齿=84667.519?98%?1.1=91271.585N?m 3.4齿轮的设计 (1) 齿轮的选择 9 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?Hlim?560MPa，齿轮的 弯曲疲劳极限?FE?440MPa. (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z1，则z1? 则齿数比u?z293??1.09 z185z293??85 u1.1 (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11-6取齿宽系数?d?0.4; b.小齿轮传递转矩为减速器输出许用转矩为T=5000N?m c.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SHmin?1.0，则许用接触应力 ??H???Hlim SH?560?560MPa 1.0 e.试算小齿轮分度圆直径:对于 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 齿轮，区域系数ZH?2.5，则 ?343mm ?d1tn2??343?0.055??9.88?10?4m/s; f.齿轮的圆周速度v?60?100060?1000 d1t? g.齿宽b??d?d1t?0.4?343?137.2mm; h.模数mt?d1t343??4.04mm z185 齿高h?2.25mt?2.25?4.04?9.09mm 10 齿宽与齿高比b137.2??15.09 h9.09 i.计算载荷系数 根据v?9.88?10?4m/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KH??KF??1 查阅文献【5】表10-4，用插值法求齿向载荷分布系数KH? 160?12013?7.2120 ?1.21?61.20K71.207H?? 则KH??1.211 查阅文献【5】表10-2取使用系数KA?1.00 由b?15.09，KH??1.211，查图10-13得KF??1.211 h 则载荷系数K?KAKVKH?KH??1.00?1.05?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?d1t?343?349.73mm d1349.73??4.11mm z185 j.计算模数m? 2)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?60njhL?60?0.05 3.9610?5?1(?1580?00)5? b.查阅文献【5】图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN?1.7 c.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??F?? 11 ?FE?KFNSF?440?1.7?598.4MPa 1.25 d.载荷系数的计算 K?KAKVKF?KF??1.00?1.05?1?1.211?1.272 e.查阅文献【5】表10-5取齿形系数YFa?2.21，应力校正系数1.775 f.设计计算 ??3.07mm m? 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，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?z1?m?85?5?425mm 中心距a??z1?z2?m??85?93??5?44522mm 齿宽b??d?d1?0.4?425?170mm 4 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): 12 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，沿中心进水柱管外圆的环圈滑动，以保证中心传动竖架的传动精度。 13 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 14 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。 刮泥板简图 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%，一般为150mm,250mm。所以刮泥板的长度为: Lmin?0.15?0.15? 0.7m 2 ?1.8m 2Lmax?0.25?0.1? 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 15 长度分别为0.75m，0.8m，0.85m，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，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) 16 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 个人简介word模板免费下载关于员工迟到处罚通告模板康奈尔office模板下载康奈尔 笔记本 模板 下载软件方案模板免费下载 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。比如，刮板设计要从距池边0.3-0.5m开始，第一块按实际需要设计，其余均应有一定的前伸量，保证邻近的刮板在刮臂轴心线上的投影彼此重叠。重叠度为刮板长度投影的10%,15%，一般为150mm,250mm。最后一块刮板的末端伸出中心集泥槽的外周0.1-0.15m。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。刮板高度统一，约250mm，下缘距池底20mm。设计每个刮臂上有几个刮板时要注意刮板不能太少，也不能太密集，而且刮板的尺寸也要选好。在画中心竖架与外齿圈连接构造时，要能明白某个零件是怎么工作的，还要懂得某个部位是什么零件，这样我们才不会盲目画图，结果画完了自己什么都不知道。做课程设计不仅使我巩固了专业知识，还让我锻炼了CAD画图能力。最后感谢同组队友对我“啰嗦”问题不厌其烦地解答。(庄煜倩) 7 小组分工 17 参考文献 【1】 B系列立式摆线针轮减速器 ; 【2】 机械设计课程设计手册(第3版)，吴宗泽主编，高等教育出版社; 【3】 徐州海林回转支承有限公司提供的回转支承系列产品书; 【4】 《机械设计基础(第五版)》，杨可桢主编，高等教育出版社; 【5】 《机械设计(第八版)》，濮良贵主编，高等教育出版社。 pn=d&word=对数螺旋曲线型刮板。 成绩评定 18 附件 1、整体装配图一张(A3) 2、小齿轮与回转支承图(A4) 3、中心竖架与外齿圈连接图(A4) 4、刮板及刮板布置(A4) 19