一种露天皮带机积水定向收集装置

李 祥 孙海洋

张家港港务集团有限公司港盛分公司

1 引言

某码头主要从事煤炭、矿石等散货装卸作业，采用门座起重机→漏斗→固定皮带机→斗轮堆取料机的装卸工艺。码头前沿的皮带机大部分在露天条件下工作，雨天皮带机上会存有大量雨水，同时操作人员也会将皮带机周边的洒料清理到皮带机上，皮带机启动时大量夹杂有物料的污水沿皮带机溢出，造成码头面、转运站及整个流程作业线污染严重[1]。为了减少雨水、污水洒漏造成的污染，决定研发皮带机污水、积水定向收集装置。

研发的雨污水收集装置既要能将皮带机上的积水定向回收排放到码头后沿排水明沟，又要能将皮带机上的积料分离，且装置需要在皮带机连续运转的情况下正常使用。

2 项目实施方案

2.1 总体思路

皮带机承载面是一个平底V字型槽形结构，积水部位多处于水平段，常规排水采取积水处架设排水泵抽取的方式，如皮带机中间有积料，经常需要操作人员移动水泵分段抽取[2]。若将排水泵定置在1个点，需要排水时取水头采用电动升降或翻转的方式靠近皮带机，抽取到一定水位后用皮带机运转代替水泵移动，启动皮带机调整抽取位置后继续抽取，皮带机运行过程中取水头遇到有积料的部位自动升降避开，避开积料后继续进入正常抽取状态，这样就既完成了雨污水抽取，也实现了积料和雨污水的分离。

2.2 方案设计

设备的设计主要针对皮带机积水抽取、取水装置设计、雨污水与积料分离3个关键性环节。

2.2.1 积水抽取设备设计

皮带机积水抽取的设备应用较多的是潜水泵、排污泵和自吸泵3种。3种常用水泵使用上差异较大，潜水泵使用时取水口紧贴水源、电机需要浸在水里冷却，水位低于取水口后无法使用；排污泵使用前需要注水，水位偏低吸入空气后不能继续使用；自吸泵使用前无需注水，如进水口与水泵距离较远，有空气进入情况下上水比较慢，使用时进水口必须在水位下方。考虑到皮带机上间断性的积料会造成断吸且泵体和取水装置需要分离，现有设备不能满足雨污水收集，借鉴吸污泵车的工作原理后决定研发一种新型负压泵站，作为皮带机积水的抽取设备(见图1)。

1.切断阀 2.污泥泵 3.污水箱 4.吸水口 5.清水箱 6.水环真空泵图1 负压泵站结构

负压泵站工作时利用水环真空泵将污水箱内部空气抽走，空气抽走后污水箱形成负压状态，此时进水管利用虹吸原理吸水。当污水箱内部水位达到一定高度时，泥污泵开启将污水箱内部积水抽空。泥污泵和真空泵同时开启的情况下进水管流速加快，即使在进水管内混有空气情况下也能正常抽取。

水环真空泵依靠泵体内的叶片转动将进气管的气体转移到排气口从而形成负压，工作时需要用水冷却和真空密封，因此水箱被分成污水和清水2部分，清水一侧为真空泵提供冷却，污水一侧作为雨污水临时存储。为确保真空泵开启后污泥泵能正常排水，设计选型时污泥泵的扬程远大于真空泵的极限真空度，污水箱一侧安装密封盖板用于定期清理内部杂物，也作为后续加装自动排料的预留接口。真空泵进气管路加装电磁阀，用于隔断与污水箱的连接；污水箱积水通过一侧的污泥泵抽取，污泥泵外侧加装自制切断阀，确保污水箱负压环境建立。

2.2.2 旋转式吸水装置设计

吸水装置通过旋转方式靠近输送带，设计时采用液压油缸作为动力源，利用独立液压站驱动。吸水装置采用方管支架固定在皮带机上方，方管支架可根据皮带机宽度及高度调整，吸水头整体形状与皮带机凹槽形状一致，吸水头底部和周边安装输送带挡边确保良好密封(见图2)。

1.吸水头 2.紧张弹簧 3.机架 4.旋转油缸图2 吸水装置结构

吸水头装置液压站设置有溢流保护和压力超压检测保护。系统吸水工况下，液压站换向阀导通，油缸内部压力自动卸除，吸水头靠自身重力和张紧弹簧张力与皮带机胶带贴牢；遇到皮带机积料时，吸水头阻力增加，此时吸水头在物料推动下轻微抬起，抬起高度与物料高度成正比，抬起后积料从吸水头底部顺着皮带机运行的方向运走，雨污水仍然留在积料上部实现积料和雨污水分离。吸水头处进水管安装的钢制底阀将积水中的大块颗粒堵在管外，小块颗粒沿管道进入负压站回收。

2.2.3 控制系统设计

整套系统采用PLC控制，设有相序、过流、欠压保护，各类限位开关采用24 V安全电压，整体满足IP65防水等级，控制系统拓扑图见图3，主要功能如下。

图3 系统控制拓扑图0页)一种楔形自锁式轨道压板组件的设计与应用周传胜 王宏锋 宗新斌 徐敏山宁波镇海港埠有限公司

(1)系统设有手动和自动2种模式，手动模式下人工可独立旋转取水头、开关真空泵和污泥泵；自动模式下，手动旋转取水头后系统自动开始工作，真空泵、污泥泵按设定流程自动运行。

(2)取水装置采用独立液压控制，液压站上装有1路二位四通电磁换向阀，液压系统采用双重保护措施：系统达到设定压力后，压力开关动作，液压站自动停止；取水头转动手柄处安装上下极限限位，达到限位后系统自动停止转动。

(3)真空泵入口电磁阀与真空泵联动，污水泵后端切断阀与污水泵联动。

(4)系统开启后真空泵一直工作，清水箱内冷却水不足、污水箱负压达到设定值时，真空泵停止运行并故障报警。

(5)污水箱液位高度高于最高水位时真空泵停止，污泥泵开启，液位低于设定值时污泥泵停止工作。

(6)整套系统连续工作15 min后自动停止。

2.2.4 项目实施

为提高污水箱抗积料腐蚀能力和使用性能，箱体采用不锈钢制作。为确保清水箱具有良好的散热功能，污水箱与清水箱制作成一体，缩小了整套系统外形尺寸，污水箱内的水流可带走清水箱内的热量。各类检测开关、传感器及控制仪表选型如下：污水箱一侧液位传感器采用三针液位计，清水箱一侧采用浮球液位开关，真空双针表、液压系统控制开关均手动调整；市场上的切断阀均采用气动、液压作为动力源，为确保污泥泵停止工作后即刻形成密闭条件，项目中使用的切断阀为自行设计。切断阀采用电磁铁作为动力源，有着响应快、可靠性高的特点。

3 结语

皮带机雨污水收集装置在散货码头通用性强、适用性高、需求量大。此次研发的收集装置在行业内未见同类产品，在港口码头及输送机械领域具有一定的技术创新性和推广价值。