浅谈板框压滤脱水系统皮带输送机布置及设计计算

王健

（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410000）

某市政污泥处理厂脱水车间板框压滤脱水系统设计时，板框压滤机与皮带输送机的安装位置及设备选型匹配设计均一并考虑，设计过程中尽可能地采用水平皮带输送机，可有效提高设备使用寿命和生产能力。另外，除应保证各设备有效对接外，还要做好大块泥饼破碎、防止泥饼洒落等细节方面的结构处理，以确保压滤泥饼能够无遗洒、顺利转运至预定堆放位置。

1 设备总体布置

如图1所示，三台板框压滤机1横向并排布置在脱水车间三楼，其安装支腿固定在车间二楼的钢筋混凝土基础上，三台板框压滤机根据生产需要可以任意组合运行。板框压滤机1的泥饼卸除工序开始后，翻板1（3）已向下打开，隔膜板1（1）与配板1（2）依次从右向左拉开，人工用泥铲将泥饼从板间卸下，并依靠泥饼重力自由掉落在滤板下方。为了保证卸下的泥饼及时转运至渣料间，在板框压滤机正下方横向并排布置3台板框皮带输送机2用于收集卸下的泥饼，并在3台板框皮带输送机2的卸泥端纵向布置1台汇总皮带输送机3将泥饼运送至渣料间。板框压滤机1卸泥时，其对应的板框皮带输送机2和汇总皮带输送机3同时运行，未卸泥板框压滤机1所对应的板框皮带输送机2不动作。

图1 板框压滤机、皮带输送机布置图

2 皮带输送机组成与工作原理

皮带输送机由导料槽及刮料板、头架、电动滚筒、输送带、承载托辊、中间架及支腿、回程托辊、防偏滚筒、尾架、张紧装置、改向滚筒、溜槽等零部件组成。三台板框皮带输送机上方设置了破料钢板格栅，压滤机上卸下的泥饼自由下落接触到破料钢板时，大块泥饼落体产生的冲击力可将其破碎成小块泥饼，便于泥饼转运和贮存，破料钢板格栅的尺寸可根据用户对泥饼大小要求来确定。皮带机朝出料端方向均设置了3‰的下行坡度，保证了输送带上滴漏的水或沼液均能顺利流走而不积存在输送带上。环形输送带绕装在电动滚筒和改向滚筒上，并通过张紧装置拉动改向滚筒将输送带张紧，输送带上段底部均匀设置了承载托辊，用于支承输送带上段和泥饼重量，输送带下段底部均匀设置了回程托辊，用于支承输送带下段重量，在输送带上段两侧均匀设置了防偏滚筒，可以控制输送带的跑偏范围。当启动皮带输送机时，电动滚筒得电旋转，并通过滚筒外壁与输送带接触面间产生的摩擦力矩带动输送带运动，从而将带面上的泥饼输送到预定位置，当停止皮带输送机时，电动滚筒断电停止旋转，输送带处于静止状态。

3 皮带输送机设计计算

3.1 皮带输送机所需输送能力

单台板框压滤机每小时出泥量W：

式中，a为矩形滤室边长（m）；b为最大泥饼厚度（m）；n为泥饼数量（块）；ρ泥为泥饼密度（t/m3）；t为出泥时间（h）；板框皮带输送机所需输送能力≥W；汇总皮带输送机所需输送能力≥3W。

3.2 原始参数及物料特性

（1）物料：含水率60%压滤污泥，破碎后为不大于300×300×35（mm）块状泥饼，动堆积角30°；（2）长度：汇总皮带输送机L1、板框皮带输送机L2；（3）质量输送能力：板框皮带输送机所需输送能力≥W，汇总皮带输送机所需输送能力≥3W；（4）物料堆积密度：1t/m3；（5）输送形式：水平输送；（6）板框皮带输送机溜槽应与板框压滤机、皮带输送机紧密贴合，不漏泥，并配备破料装置，方便污泥输送。

3.3 初定设计参数

（1）上托辊间距1200mm，下托辊间距2500mm，上托辊槽角35°、前倾2°，下托辊为平行托辊；上、下托辊直径108mm；（2）带速v=1.0m/s；（3）带宽B=1000mm；（4）初选尼龙输送带NN-300、层数4层，上覆盖胶厚6mm，下覆盖胶厚3mm。

3.4 由带速、带宽验算输送能力Im

式中，Im为输送机的最大质量输送能力（t/h）；S为输送带上物料的最大横截面积（m2）；v为带速（m/s）；k为输送机的倾角系数；ρ为被输送物料的堆积密度（t/m3）。

（1）查手册得输送带上物料截面积S=0.1335m2（带宽B=1000mm、动堆积角30°、槽角35°）。

（2）确定k值。输送机倾角δ=arctan0.003=0.1718°,查手册得k=1。

（3）输送能力。

若Im≥皮带输送机实际所需输送能力，则满足物料输送能力要求。

3.5 驱动圆周力的计算

对于输送距离小于80m的皮带输送机，采用精确计算法。

式中，Fu为圆周力（N）；FH为主要阻力（N）；FN为附加阻力（N）；Fs1为特种主要阻力（N）；Fs2为特种附加阻力（N）；Fst为提升阻力（N）。

式中，L为输送机长度（m）；qRO为承载分支每米长度托辊旋转部分质量（kg/m）qRU为回程分支每米长度托辊旋转部分质量（kg/m）；qB为每米长度输送带质量（kg/m）；qG为每米长度物料质量（kg/m）；f为模拟摩擦系数。

式中，Im为质量输送能力（t/h）；v为带速（m/s）。

式中，Fε为托辊前倾阻力（N）；FgL为导料栏板摩擦阻力（N）。

式中，Lε为装有前倾托辊的输送区段长度（m）；μ0为托辊与输送带间的摩擦系数，μ0=0.3-0.4；Cε为槽形系数；δ为输送机倾角（°）；ε为托辊轴线相对于输送带纵向轴线的前倾角（°）。

式中，Iv为体积输送能力（m3/h）；ρ为输送物料堆积密度（t/m3）；l为装有导料栏板的输送区段长度（m）；v为带速（m/s）；b1为导料栏板内部宽度（m）；μ2为物料与导料栏板间的摩擦系数，μ2=0.5-0.7。

式中，Fr为清扫器阻力（N）；Fa为犁式卸料器阻力（N）；FgL为局部布置的导料栏板与输送物料之间的摩擦阻力（N）；Fxx为卸料车阻力（N）。

该皮带输送机没有卸料装置及局部导料栏板，故Fa=FgL=Fxx=0

式中，Sq为输送带与清扫器接触面积（m2）；P为输送带与清扫器之间的压力，一般P=3×104-10×104N/m2；μ3为输送带与清扫器之间的摩擦系数，一般μ3=0.5-0.7。

式中，qG为每米长度物料的质量（kg/m）；H为提升高度（m）；g为重力加速度，g=9.81m/s2。

该皮带输送机为水平输送方式，故Fst=0。

式中，FbA为物料加速阻力（N）；Ff为加速段导料栏板摩擦阻力（N）；F1为输送带弯曲阻力（N）；Ft为改向滚筒轴承的阻力（N）。

式中，v0为在输送带运行方向上物料的速度分量（m/s）。

式中，lb为加速段长度（m）。

式中，μ1为物料与输送带之间的摩擦系数，μ1=0.5～0.7。

对于织物芯输送带：

式中，F为滚筒上输送带平均张力（N）；D为滚筒直径（m）；d为输送带厚度（m）。

式中，d0为轴承内径（m）；D为滚筒直径（m）；Fr为作用在滚筒上输送带绕入点和绕出点张力及滚筒旋转部分重力的矢量和（N）。

3.6 输送机功率计算

式中，PA为传动滚筒轴所需功率（kW）；Fu为圆周力（kN）；v为带速（m/s）。

式中，PM为电机轴所需功率（kW）；η为传动系统效率。

3.7 输送带张力和拉紧力的计算

（1）保证输送带不打滑的最小张力。在传动滚筒上圆周力Fu通过摩擦传递给输送带，工作时，保证传动滚筒与输送带间不打滑，滚筒绕出端输送带的最小张力T2应满足：

式中，Fumax为满载输送机起动或稳定工况条件下出现的最大圆周力（N）；μ为传动滚筒与输送带之间的摩擦系数；α为输送带在传动滚筒上的围包角（°）；eμα为尤拉系数。

（2）限制输送带在两托辊间垂度的最小张力：

式中，a0为承载分支托辊间距（m）；an为回程分支托辊间距（m）；qB为每米长度输送带的质量（kg/m）；qG为每米长度物料的质量（kg/m）；g为重力加速度，g=9.81m/s2；(h/a)max为输送带许用最大垂度。

（3）拉紧装置拉紧力：式中，Fsp为拉紧装置拉紧力（N）；Tsp为拉紧滚筒处输送带的张力（N）。

3.8 输送带层数计算

式中，Z为输送带层数；Tmax为稳定工况下输送带最大张力（N）；n为稳定工况下输送带安全系数；B为带宽（mm）；σ为输送带纵向扯断强度（N/（mm·层））。

若Z不大于初选尼龙输送带的层数，则初选参数合适，反之，则需重新选定尼龙输送带参数。

4 结语

皮带输送机具有运行可靠、输送能力大、能耗低、耐久性好、造价低等优点，柔性输送胶带耐冲击、耐腐蚀，并且该机型结构简单，易于与临边设备进行组合搭配，适用于脱水后污泥的转运工作。在产品设计过程中，要特别注意如下几点：（1）输送机的输送能力满足压滤机的单位时间出泥量要求。（2）压滤机出泥时，翻板与输送机溜槽搭接良好，翻板夹角小于泥饼的2倍安息角，保证泥饼能顺利导入至输送胶带上且不洒料。（3）皮带机上方破料格栅与滤板下沿之间距离满足泥饼的破碎要求。（4）皮带机计算公式要有据可查，保证设计计算过程合理、正确。本文所述项目已投入运营一年多，皮带输送机使用运行正常，实践证明，此项目的设备布置及设计方法是可行的，值得在行业里广泛推广应用。