链网式南水北调输水渠道清藻机构设计

马梦华 郭术义 司 琪

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

链网式南水北调输水渠道清藻机构设计

马梦华 郭术义 司 琪

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

南水北调输水渠道目前存在大量浮游藻类污染水质的现象。本文基于南水北调这一特殊工况，通过实地考察与计算设计链网式南水北调渠道清藻机构，采用Solidworks软件建立该机构的三维模型，以为下一步的参数优化打下基础。希望该机构设计能够弥补国内河道自动化除藻的空白，对相关清藻机构的设计与研究起到借鉴作用。

南水北调；清藻机构；三维建模

南水北调作为国家战略性工程，旨在缓解我国北方水资源严重短缺的现象。目前，一些不合理的生活、生产方式导致南水北调的输水渠道中产生了大量的浮游藻类，夏季尤为明显。南水北调河道中的水源多为饮用水，藻类自身带有明显的鱼腥味，严重影响水质，导致水体富营养化。富营养化水中含有亚硝酸盐和硝酸盐，人类长期饮用这些物质含量超过一定标准的水会中毒致病，危及人类的身体健康，因此清除南水北调输水河道中的藻类至关重要。

1 除藻技术的选择

目前，最常用的除藻技术一般可分为化学技术、物理技术和生物技术。化学方法除藻的化学残留物质可能会对人体造成严重危害。生物除藻技术比较安全环保，但彻底除藻所需时间较长。物理方法中的黏土除藻需要大量的除藻材料，成本高；气浮除藻除藻率不高，藻渣难处理；超声波除藻能耗低，效果显著，但其专用设备成本太高［1］。因此，通过考察研究南水北调的水质、环境以及水中浮游藻类的生态特点，决定采用物理技术中的机械除藻方式来拦截浮游藻类。

国内最常见的机械拦藻机构是以机动性好的浮船为载体，安装合适的过滤装置，定时人工去除。这种方法耗费大量的人力，需要人员定时监管，自动化程度非常低，且覆盖面不够，除藻效果不显著。本文结合南水北调这一工况，设计了链网式南水北调渠道清藻机构。

2 清藻机构工作原理及设计

南水北调输水河道中止水闸门长期处于开闸状态，链网式南水北调渠道清藻机构利用此建筑物作为支撑进行安装。

链网式南水北调渠道清藻机构主要包括传动系统、机械结构、过滤除污结构、控制系统、高压水枪及污水处理系统六大部分，其结构三维如图1所示。其主要工作原理是依托机械结构，通过电机带动链轮链条传动机构，使固定在链条上的两段工作网面进行循环交替工作；通过机头部分的高压喷嘴将附着在网面上的水藻收集到盛污水箱并进行污水处理；通过传感装置和控制系统，一方面可控制电机正反转和转速，从而经传动系统控制网面的运动方向和速度；另一方面，可控制喷嘴喷水的时长和喷水压力的大小，从而控制清除网面上水藻的时间。

图1 除藻系统三维示意图

2.1 传动系统

考虑到机构的工作环境主要是在水面以下，工作面需要的承载力大等，结构中的传动系统主要由链传动构成。采用型号为64B的滚子链，露出水面的回转部分，采用齿数17、分度圆直径553mm的链轮，水面下机构底端的回转部分，采用齿数23、分度圆直径746mm的链轮。链条与拦藻网连结，构成图2所示的链网。滚子链在链轮的带动下沿着轨道运转，带动工作面网格到达设定好的位置。为防止链条松动，在机头部位安装如图3所示的张紧装置。

图2 带链条的链网

图3 张紧装置

2.2 机械结构

主体结构分为机头、中部和底部三部分，主要由18a号轻型槽钢和304不锈钢板焊接或螺栓连接组成。机头部分露出水面，安装电动机和控制系统，以及由电动机带动的上部分回转链轮，高度1.7m。中部为焊接框架，导轨长3.5m，其上焊接滑块，基本位于水面之上。底部位于水下，高3.5m，框架下部安装载有回转链轮的钢结构部分，对应内部靠下位置安装有链轮，链轮装在轴承座上，固定在钢板上。

2.3 过滤除污结构

采用如图2所示的链网拦截水中藻类，并增加如图4所示倒钩拦截可能存在的污物。由于机构要满足7m宽的跨度，为防止网格下陷，在中间增加一条轨道，使网格分为左右两部分，方便控制。

图4 倒钩

2.4 控制系统

控制系统采用按钮和接触器双重互锁的方法，主要控制电动机正转反转的时间、时间间隔以及高压水枪的喷射时长和喷射间隔。

2.5 高压水枪及污水处理系统

在机械顶端露出水面部分，链条经过回转部分后会到达高压水枪工作范围，高压水管进行覆盖型喷射，高速的水流洗掉网格上附着的浮游藻类及污染物，落在安置在地面部分的约7m长的大容量污水收集箱内，等待处理。

3 结语

链网式南水北调清藻机构适用于南水北调输水渠道中，可以清除水体上层部分的藻类及部分污染物，自动化操作，节省人力，连续性好，操作简单，价格成本低，绿色无污染，不会影响水质健康。此外，该机构弥补了国内南水北调机械式自动化除藻机构的空白，为南水北调输水过程中水质的处理起到了良好的作用。

［1］张翀，赵亮，张莹.藻类爆发危害及其控制技术研究进展［J］.环境保护科学，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年河南省科技攻关计划项目“南水北调输水中机械式除藻技术研究”（162102210081）。

马梦华（1992-），女，硕士，研究方向：大型复杂机械系统设计及可靠性研究。