Технологический процесс забора иловых отложений

Для решения проблемы забора и транспортировки ила первичных отстойников предлагается технологическая схема, состоящая из комплекса насосного оборудования (рис 2.1) и позволяющая производить забор и транспортировку иловых отложений низкой влажности.

1 – разбалтыватель; 2 – заборное рабочее колесо; 3 – шнек; 4 – размельчитель; 5 – сетка; 6 – приводный двигатель; 7 – лебедка; 8,12 – задвижки; 9 – насос центробежный; 10 – струйный смеситель; 11 – насос смесителя; 13 – пантон

Рисунок 2.1 – Технологическая схема насосного оборудования для забора и транспортировки навоза низкой влажности

В работе предлагается два варианта установки оборудования:

- на плавучем понтоне весь комплекс;

- на плавучем понтоне только заборные механизмы, с подачей в стационарную насосную станцию.

И два варианта транспортировки ила, в песколовки и иловые площадки.

2.1.1 Технологическая схема производства работ по 1^му варианту (транспортировка ила в песколовки)

Технологическая схема производства работ показана на рисунках 2.2 и 2.3. При транспортировке ила из отстойников в песколовки, по вышеприведенным из-за увеличенной длительности транспортировки эжектором, предусматривается установка дополнительного центробежного илового или грунтового насоса. По рисункам видно, что максимальная дальность транспортировки пульпы от струйного до центробежного насоса ≈ 100 м и дальность транспортировки центробежным насосом составляет 290 м. геометрическая высота подъема пульпы эжектором составляет 5,1 м.

Для проведения гидравлического расчета струйного аппарата и диаметров трубопроводов приняты следующие исходные данные. Расчет эжектора проведен для существующего стационарного насоса 4к 90/85 с параметрами Н=80 м, Q=90 м³/час подающего рабочий поток к стуйному аппарату.

Канализационные стоки подаются в смеситель. После смешения смесь с оптимальной влажностью, необходимой для возможной транспортировки по трубам, подается в центробежный насос. В дальнейшем смесь по трубопроводу насосом подается в иловые площадки.

2.1.2 Технологическая схема производства работ по 2^му варианту (транспортировка ила в устройство по разделению пульпы на фракции с дальнейшей погрузкой ила в мобильные средства)

Согласно календарного плана необходимо разработать и изготовить установку очистки технологических емкостей струйным аппаратом для подъема пульпы из аэротенка в устройство для выделения взвешенных частиц и разработать устройство включающее в себя емкость для сбора взвешенных частиц и шнековый насос для выгрузки ила из емкости.

В настоящей работе прилагается краткий расчет и общий вид струйного аппарата как с центральным так и кольцевым подводом рабочего потока который может быть использован как для 1^го так и для 2^го варианта производства работ. Вероятность использования 1^го варианта с транспортировкой ила в песковые бункера отпадает, т.к. стоимость договора в этом случае возрастает ориентировочно в 2÷2,5 раза.

Расчет стоимости производства по 2^му варианту работ нет необходимости проводить, т.к. данный вариант предусмотрен настоящим договором.

По данному варианту, в настоящее время, выполнены конструкторские разработки и изготовлен образец шнекового насоса для выгрузки песка и ила из бункера в мобильный транспорт. Кроме того в данном разделе предлагается расчет некоторых элементов шнекового насоса.

Вариант предусматривает транспортировку пульпы состоящей из песка, ила и технической воды эжектором из аэротенка в устройство разделяющее ил от песка, дальнейший сброс ила во вторичный отстойник, погрузку песка шнековым насосом в мобильный транспорт.

Производственные испытания комплекса насосного оборудования, смонтированного на понтоне, показали возможность устойчивой работы центробежного насоса НЖН – 150. Плавучая конструкция установки позволяла по мере уменьшения глубины в накопителе иметь стабильную высоту всасывания и паспортные данные насоса.

Приведенная схева универсальна и пригодна как для погрузки ила в мобильный транспорт, так и для его подачи на иловые площадки.

Центобежный насос 9 может устанавливаться как стационарно, так и на понтоне. Смеситель 10 может быть использован и как механизм, повышающий влажность осадков для транспортировки по трубам, и как механизм, способствующий повышению напора шнека. Настоящей работой в качестве погрузчика предлагается технологическая схема комплекса насосного оборудования на базе выпускаемой насосной установки НЖН – 200 с измененным заборным устройством (см. рис 2.2)

1 – двигатель; 2 – корпус насоса; 3 – рабочее колесо; 4 – шнек; 5 – конфузор; 6 – заборное устройство; 7 – всасывающий патрубок

Рисунок 2.2 – Схема насосной установки с предвключенным шнеком и заборным устройством

Производственные испытания на очистных сооружениях Ростовского водоканала показали устойчивую возможность забора, погрузки и транспортировки ила с плотностью ρ₁ до 1,5÷1,6 т/м³.

Рисунок 2.3 – Схема расположения отстойников, струйных аппаратов, центробежного насоса и полиэтиленового трубопровода.

ЧЕРТЁЖ

Рисунок 2.5 – Схема расположения струйных аппаратов в отстойниках

ЧЕРТЁЖ

Вышеприведенные разработанные варианты системы смешения густой фракции иловых отложений с водой и комплекса насосного оборудования для забора и транспортировки ила позволили снять проблему утилизации иловых отложений , дали возможность проектным организациям иметь схему механизированных технологических процессов, устраняющих многие недостатки традиционных схем.

Для погрузки песка разработан шнековый насос содержащий разбалтыватель, изготовленный в виде конуса с закрепленными на нем ножами. Разбалтыватель закреплен на валу при помощи гайки, вал вращается в подшипниках.

Подшипники установлены в корпусе входного направляющего аппарата. От попадания жидкости и влаги подшипник защищен манжетами.

За входным направляющим аппаратом расположено рабочее колесо с подвижными ножами для первичного измельчения массы. Рабочее колесо закреплено на валу при помощи шпонки и гайки, за рабочим колесом расположен выравниватель потока, ребра которого служат одновременно неподвижными ножами и опорами центральной втулки, где расположены парные, шариковые, радиально упорные подшипники, воспринимающие осевые и радиальные нагрузки и защищены манжетами.

За выравнивателем потока установлен шнек, выполненный за одно целое с валом.

На хвостовике вала установлены подвижные ножи, зазор между ножами и сеткой регулируется регулировочными шайбами.

Хвостовик вала выполнен в виде квадрата, через который подается крутящий момент от вала промежуточного корпуса и оканчивается центрирующим пальцем Ø30мм.

Заборный узел крепится к промежуточному корпусу хомутом. Для обслуживания заборного устройства необходимо отсоединить его от промежуточного корпуса, сняв хомут и выведя из соединения валы промежуточного корпуса, затем отсоединить хомут, сняв обечайку шнека, освободив последний для осмотра и обслуживания.

Промежуточный корпус содержит проставку с подшипниковым узлом, состоящим из радиального подшипника фиксирующего вал в радиальном и осевом направлении, а так же манжеты, защищающие подшипники. На выходе из промежуточного корпуса вала установлено манжетное уплотнение и за ним подшипниковый узел с шариковым сферическим подшипником и защищающими его манжетами.

Вал соединяется с валом электродвигателя через предохранительную пружинную кулачковую муфту.

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ НАСОСА

Исходные данные:

Расход жидкости м³/час м³/с

Мощность двигателя кВт

Частота вращения вала об/мин

Расчет проведен исходя из мощности электродвигателя.

– Находится теоретический напор, который может быть обеспечен данным эл. двигателем без учета потерь в насосе.

Мощность на валу насоса определяется по зависимости:

,

где кгс/м³ – удельный вес перекачиваемой жидкости; м³/с – подача (производительность насоса); – напор перекачиваемой жидкости м.ст; – полный КПД насоса, учитывающий гидравлические, механические и объемные потери.

(м.ст.)

Расчет мощности потребляемой на резание не проводится и в виду отсутствия экспериментальных данных принимается для оценочного расчета 10-15 % от мощности двигателя, что соответствует м.ст.

Рабочим колесом шнекового насоса служит шнек – осевая лопаточная решетка, состоящая из небольшого числа лопаток. Поверхность лопатки шнека представляет собой винтовую поверхность и описывается уравнением:

.

На входе в шнек отсутствует подкрутка потока, поэтому окружная составляющая скорости . Следовательно основное уравнение для шнека – уравнение Эйлера, примет вид:

(м.)

Лопатки у шнека выполнены по винтовой поверхности непрфилированными и поэтому постоянства теоретического напора по высоте лопаток не наблюдается. Теоретический напор для элементарной струйки жидкости:

(м.)

У шнека имеется такой расчетный диаметр , при движении вдоль которого элементарная струйка создает напор , равный осредненному теоретическому напору, т.е.

(м.)

Экспериментальные исследования показали, что у автономного шнека

– расчетный диаметр.

Для шнека с параметрами

мм – наружный диаметр шнека;

Мощность рабочего колеса затрачивается на закрутку потока. Ножи рабочего колеса увлекают за собой поток, таким образом, окружная составляющая абсолютной скорости потока на выходе из рабочего колеса стремится к U – окружной скорости самого колеса. Предварительная закрутка отсутствует, т.е. С_1U = 0 и С_2U = U, тогда формула теоретической мощности для элементарной струйки:

преобразуется в

где , соответственно осредненный теоретический напор

, где

В первом приближении принимается Д_Р = Д_СР на выходе из рабочего колеса Д_Р = 200 мм, тогда U_Р = 10,47 м/с, а L_СТ.Р = 11,2 м.ст.

L_СТ.Р = 11,2 м.ст. – это теоретическая работа, сообщенная потоку, но самим рабочим колесом, с учетом КПД потребляется L_СТ.Р = L/η₀, где η₀ = 0,5…0,6 – КПД размельчителя, т.е. потребляемая ступенью энергия равна L/η₀ = 11,2/0,5…0,6 = 22,4…18,67 м.

Таким образом, рассмотренный вариант предварительного размельчителя не обеспечивает работоспособность заборного устройства и не поддается регулировке, так как геометрия ножей-лопаток диктуется конструктивно-прочностными факторами. Поэтому предлагается перейти к другому варианту.

Теоретическая работа ступени принимается равной L_СТ = 6,3 м., исходя из мощности двигателя, находятся геометрические параметры лопаток. Лопатки не профилированные, поэтому принимаются угол установки лопаток равным углу выхода потока из ступени. Из треугольника скоростей находим

,

где угол выхода

(м/с) – осевая составляющая абсолютной скорости потока на выходе из ступени;

F₂ (м²) – площадь на выходе из ступени;

U_р2 (м/с) – окружная скорость рабочего колеса на расчетном диаметре;

С_2UP (м/с) – окружная составляющая абсолютной скорости на выходе, т.к. предварительная закрутка отсутствует С_1U = 0, то

L_СТ = U_р2 С_2UP/g, отсюда С_2UP = L_СТ ּg/ U_р2

U_р2 = , Д_Р2 = Д_СР2 = 210 мм, Д_Н2 = 320 мм, d_ВТ2 = 104 мм,

Подставляя полученные величины, получаем U_р2 = 11 м/с.

С_2UP = 6,3 ּ9,8/11 = 5,61 м/с

м/с

=0,145, 8,2⁰

Проверяется угол атаки, для этого найдется угол входа потока:

,

где осевая составляющая абсолютной скорости потока на входе в ступень:

(м²) – площадь на входе в ступень

U_р1 = , Д_Р1 = Д_СР1 = 230 мм, Д_Н1 = 360 мм, d_ВТ1 = 100 мм.

Подставляются величины: м/с

U_р1 = м/с, , .

Таким образом, угол атаки что вполне удовлетворительно.

Мощность двигателя расходуется на процесс резания, работу шнека, осевого компрессора и разбалтывателя (центростремительного компрессора).

Таким образом:

где механические потери;

м.ст. – работа на резание;

теоретический напор шнека;

КПД шнека;

м.ст. – работа ступени осевого колеса;

КПД осевого колеса;

работа, приходящаяся на долю разбалтывателя;

КПД разбалтывателя.

Из данного уравнения получаем работу, приходящуюся на долю разбалтывателя:

= м.ст.

Оценивается напор, создаваемый напорным устройством:

м. – без

учета гидравлических потерь по тракту.

С учетом потерь по тракту м. перекачиваемой жидкости.

Рама, вал привода шнека

Исходные данные:

высота рамы L = 3000 мм;

распределенная нагрузка q = 467 кг/м;

угол ;

угол

1) Распределенную нагрузку q к сосредоточенной силе F составит:

кгс;

кгс;

кгс;

кгс.

2) Составляется уравнение моментов вокруг шарнира А, где:

, где тогда

50,81

кгс

В состоянии равновесия кгс, тогда в рабочем состоянии Р_л увеличивается на 10 %

кгс.

3) Проводится прочностной расчет рамы, для этого строится эпюра сил и моментов

Реакция кгс, что соответствует истине, т.к.

qּ3 ; 618 .

Эпюра поперечных сил определится:

,

х = 0; Q = 311 кг;

х = 3; Q = 311-206ּ3 = -307 кг,

для эпюры моментов:

х = 1,5 м; кгм

х = 0; ,

тогда в данной плоскости эпюры будут иметь вид:

Балка также имеет момент, действующий в другой плоскости

кгּсм

Также действует крутящий момент

кгּсм.

Предположим поперечное сечение балки (труба 168 х 6), где момент сопротивления изгибу определится по зависимости:

см³,

где С = d₁/d

Момент сопротивления кручению равен

см³ .

Площадь поперечного сечения определится:

см².

Критическое напряжение при устойчивости равно:

где ,

- табличное;

l = 300 мм – высота рамы;

минимальный момент инерции.

см⁴

Тогда

.

кг/см²

т.к. , то выбирается значение кг/см², тогда

кг/см²,

где п – коэффициент запаса.

Находится напряжение в балке от моментов и сил.

кг/см²

кг/см²

кг/см²

кг/см²

Суммарное напряжение в балке определится:

кг/см²

кг/см²,

так как то условие устойчивости также соблюдено.

Реакция R^/, возникающая от момента М^// равна:

кг

Максимальная суммарная сила, действующая по вертикальной оси, будет равна:

кг

Площадь среза определится:

см²

тогда:

кг/см²

см²

тогда:

кг/см²

В другой плоскости имеется крутящий момент М_кр = 9520 кгּсм. Находится реакция R^//, возникающая от момента М_кр

кг

тогда кг/см²

кг/см²,

где см²

Суммарные напряжения будут имеют величину:

кг/см²

кг/см²,

кг/см²

кг/см².

При мощности двигателя N = 16 кВт; количестве оборотов п = 1000 об/мин; допускаемые напряжения кручения

кг/см²

Находится крутящий момент на валу двигателя:

кгּсм

Момент сопротивления вала будет равен

W =

тогда напряжение кручения равно

см³

тогда 0,1d ³ = 2,597

см

В случае, когда переменная нагрузка значительная и малые изгибающие моменты, тогда кг/см²

см²

см

Следовательно, минимальный диаметр вала должен быть не менее 35 мм.