排涝泵站回转式清污机清污能力不足的改造

2010-07-09虞晓峰

浙江水利科技 2010年4期

虞晓峰

(杭州经济技术开发区江堤河道监管中心,浙江杭州 310000)

1 问题的提出

下沙排涝站工程位于杭州经济技术开发区内2 850河与钱塘江交汇处,是目前下沙开发区内最大的排涝水利工程。排涝站分闸站和泵站2部分,闸站设4孔,净宽28 m,最大排涝流量290 m3/s;泵站配有6台1 400ZDB-135+2型立式潜水轴流泵,最大排涝流量40 m3/s。工程于2008年 5月通过完工验收投入试运行,该工程的建成投入运行,使杭州经济技术开发区的排涝标准达到20 a一遇标准。

下沙排涝站投入试运行至今,累计开闸排水748孔时、开泵排水452台时,共计排涝3 600万m3,极大的降低了下沙地区河道的防洪排涝压力。尤其在2008年梅汛的持续强降雨和2009年的 “莫拉克”台风等特殊灾害性天气过程中,通过下沙排涝站的及时有效的运行,较大的缓解了洪涝对河道带来的压力,确保了下沙开发区不发生内涝,保证了人民生命财产的安全。但在泵站试运行过程中也发现了一些问题:例如作为水泵的配套设备——清污机,满足不了实际运行要求,大型污物运转不上岸,造成河面垃圾堵塞于水泵进水口,降低了水泵的运行效率,确保不了水泵安全运行。

2 现有清污机基本情况

(1)清污机共计6台,上下游各装3台。用于清除在水泵运行中河道较大型污物,污物种类较复杂,多为生活垃圾,树枝,水草等,甚至于旧家俱、死猪等大型污物。

(2)清污机设计尺寸3.1 m×5.5 m-75°(洞口尺寸宽为3.2 m,垂直高度为5.5m),栅体采用钢板组焊框架结构,清污齿耙和支撑管间隔布置。

(3)清污机栅体采用腹式梁结构,边梁为10 mm钢板,横梁为10号槽钢,由节距为100 mm板式滚子链(尼龙轮)带动齿耙(φ 60不锈钢管及4钢板组焊)绕栅体回转清除附着在栅体上的污物。

(4)传动系统:动力为3.0 kW摆线针轮减速机,减速比1/319。齿耙牵引为不锈钢套筒滚子链,节距100,滚子材质尼龙。主轴为滚动轴承支撑,轴承座与轴承为组合件。

3 清污机存在的部分问题分析

(1)清污机底部无固定拦污栅,在长时间的运转中底部有淤泥沉积,清污齿耙不能通过,使清污机不能正常工作。

(2)轴承支撑:强度较小,清污机工作时出现轴承座断裂问题。

(3)清污齿耙设计刚度不足,耙齿强度不够,耙齿管直径小、数量少,长度和密度不够。由于河道垃圾组成复杂,在暴雨期间,污物量骤然加大的情况下,单道齿耙刚度不足引起齿耙局部变形,造成回转链条脱轨,引起故障。

(4)清污机的导轨下端采用的是导向轮,在污物多的情况下,很容易卡轮,链条不能正常运行,造成负载过载,使清污机不能正常运转工作。

(5)牵引链条:牵引链条在突发大污物量的工况下,结构较轻,链板薄,滚子小,强度低,易脱轨和断开。其安全系数低。

(6)整机输出效率低:由于结构有些问题,牵引链条磨擦力大,造成清污效率低,甚至空车运转时也存在因过载安全销断裂现象。

(7)清污机整体刚度和强度不够,抗过载能力差,多处部位容易出现故障,导致清污机不能正常运转。材质防腐有问题,电机缺少安全盖。

(8)皮带输送机宽度和两侧挡板高度不够,垃圾容易翻出皮带输送机。

(9)皮带输送机材质的防腐有问题,输出功率是否太小需验证。

(10)清污机和输送机现地控制柜材质防腐和强度不够。

4 改造原则

充分利用原清污机和皮带输送机等设备,解决原清污机存在的底部易淤死、清污能力运转不足、结构刚度不够、原材质防腐不到位等问题,最后达到安全可靠、满足实际运行的目的。

5 针对性的设备改造方案

5.1 清污机

将所有设备与固定基础分离后,运到改造加工车间,对原主栅体进行除锈防腐继续使用,对传动系统进行改造、替换并增加部分附加设施。

(1)在原栅体的基础上,将清污机回转部分上移1 m,避免底部沙泥淤积对齿耙回转造成影响,上提齿耙回转高度,下段设置固定拦污栅。

(2)在下端齿耙转向时,去除原有的导向轮结构,使用圆弧轨道,使清污结构更合理。

(3)采取加强齿耙刚度方法,用φ 89×8无缝钢管(20#)代替原设计。耙齿加厚加长,耙齿板材厚8 mm,耙齿长度20 cm,耙齿间距6 cm,齿耙数量加密到1.5 m一道。

83×5不锈钢无缝管与89×8无缝管齿耙性能对比如表1。

表1 83×5不锈钢无缝管与89×8无缝管齿耙性能对比表 (长度2.8 m计算)

(4)将原节距为100 mm的牵引链条改换为滚子直径60 mm、节距125 mm、链板厚5 mm的全不锈钢板式滚子链条。

(5)更换牵引链轮,更改链条导轨以适应新链条。

(6)将传动系统,包括主轴、轴承支架、轴承座、张紧装置等全部更换配套产品,满足改造后运行要求,以保障传动精度,提高输出效率。

(7)改造机械过载保护装置,在传动链轮中设安全销,在过载情况下瞬间切断动力输出,预防传动件被破坏。

(8)将减速机上移,加固电机座板、清污机顶端侧板,加设电机防水罩,使清污机机头强度提高,同时实现无障碍回转。

5.2 皮带输送机

以旧换新,原皮带输送机无法满足使用要求,全部进行更换。①皮带输送机的机架在厂内进行除锈防腐处理。②加高皮带输送机两侧挡板的高度,满足改造后清污机的清污强度和实际垃圾在皮带上堆放和输送要求,防止过多的垃圾溢出挡料槽。

5.2.1 原皮带机宽度论证

原皮带机宽度过窄无法满足要求,进行论证。

原皮带机带宽:0.5 m

输送物料:漂浮物及悬浮物,γ≤1.0 t/m3,动堆积角ρ≈20°(查表16);

设计输送能力:Q≥90 m3/h;(单台清污机设计清污能力≥30 m3/h)

从以上计算可知,原皮带机带宽0.5 m不能满足要求,理论上要达到设计输送量并有一定裕度,皮带机带宽至少大于0.53 m,因此选择更换为带宽650 mm皮带机代替原设备。

5.2.2 清污机和皮带输送机现地控制柜

清污机和皮带输送机现地控制柜柜体更换成不锈钢材质,相关电气元器件更新,重新安装调试运行。

由TD75带式输送机选型手册可知

查表17,断面系数K=320;

查表18,倾角系数C=1.0;

查表19,ξ=1.0。

将以上各数值代入计算公式,得:B=

6 设备的结构改造工艺

(1)现场拆除全部设备,运至车间改造。

(2)重新加工牵引链轮;牵引链条,节距T125,链板厚5 mm,滚子直径60 mm。主轴承支架,轴承座和张紧装置;清污机齿耙。

(3)将清污机底部栅体进行改造,以适应改造后的专用传动系统安装需求。

(4)将原传动系统拆除,更换为专用传动装置。

(5)固定减速机安装在机座上,并与传动装置联接。

(6)厂内调试试运行8 h以上。

(7)调试后整体进行喷砂除锈,按要求涂漆颜色。

(8)皮带输送机按650 mm制作,防腐同清污机,增加挡料槽板。

(9)清污机设备改造完毕后保证达到正常的清污效果。

(10)制作安装自动清污设备(清污机和输送机)现地控制柜,并引出电机正转、反转及故障信号开关量,调试满足操作。

7 设备的技术改进和功能增加

7.1 齿耙说明

针对不同种类的污物,配套使用多种混装齿耙以有效清除积聚在格栅上的不同种类污物。如梳齿加勺型齿耙能清理袋状物及白色垃圾,针对大型单体污物采用长齿钩型耙;对于细小污物采用勺式漏型耙;对于杂草采用梳型耙等,螺母采用不锈钢六角开槽螺母,防止长期运行过程中,齿耙固定螺母脱落。具体见图1、图2所示。

7.2 过载保护装置说明

回转式清污机设有机械过载保护装置。专利清污机专用机械过载保护装置(专利号ZL 2006 2 0161513.1)是在传动链轮中设有安全销,能在过载情况下瞬间切断动力输出,预防传动件被损坏。机械过载保护装置结构简单、动作可靠准确、维护方便。

图1 清理白色垃圾专用梳齿加勺型齿耙图

图2 锯齿形自动定位梳污齿耙图

7.3 新型设计减少安全销更换时间

研制5孔中链轮与6孔中链轮轮毂,这样即减轻了传动系统的重量,又不影响传动系统的强度,所有孔均为同样的公差配合,具有良好的互换性,这样做的好处是大大节省更换安全销时间,安全销断开后,传动系统被切断,多孔过载保护方便调整、对孔,更换安全销时间大大缩短,这给防洪防汛期间因设备过载造成的停机检修带来了极大的便利,防洪关键时刻,检修时间的缩短无疑将给泵站运行带来很大的效益。

7.4 开、停时间自由设定

根据多年的设备运行经验和实际需求,将清污机控制柜设有定时开关机功能。

由于回转式清污机清污效率极高,在正常来污情况下,往往清污机齿耙只需要绕栅体回转2圈,就可清除90%以上的附着在拦污栅上的污物,而绕栅2圈一般只需3～5 min时间,然后设备基本处于空载运行,而设备电机一般功率选择较大,长此以往,设备磨损、电力空耗,给泵站运行带来很大的浪费。因此定时开关机,即节约了人力,达到了节能目的,又能减少因污物过于集中导致设备出现故障。

通过控制柜内增加时间继电器,清污机可在0～9 h之间自由设定开停时间,方便根据水量、污物量等情况及时调整运行时间,防止污物过于集中导致工作过载;人工控制减少空运行时间,以达到节能目的;清污机自动运行状态,大大节约人力。