普通辐流式沉淀池的设计讲解

《环保设备设计及应用》课程设计题目：普通辐流式沉淀池的设计学院：环境科学与工程学院年级专业：12-环保设备班姓名：陈艳云、洪小云、庄煜倩学号：**********、**********、**********二○一五年六月十日目录设计任务及要求 (3)1 普通辐流式沉淀池简介 (3)2 沉淀池基本参数计算 (5)2.1设计参数要求 (5)2.2基本参数计算 (5)2.3中心进水管的计算 (7)2.4出水堰的计算 (7)2.5扩散筒 (8)3 驱动机构设计 (8)3.1传动装置的选择 (8)3.2驱动机构选择 (9)3.3传动轴计算 (11)3.4齿轮的设计 (11)4 中心传动竖架设计 (14)4.1中心传动竖架结构 (14)5 刮臂和刮板设计 (16)5.1刮板 (16)6 设计小结 (18)7 小组分工 (19)参考文献 (20)成绩评定 (20)附件 (21)设计任务及要求(1)设计普通辐流式沉淀池，在设计过程中熟悉和掌握辐流式沉淀池的工作原理及过程。

(2)根据设计任务拟订总体设计方案；按工作状态分析、计算和确定零部件的型号或主要尺寸；考虑安装、使用维护等问题进行结构设计；绘制整体装配图和零部件工作图；编写设计计算说明书等。

(3)每小组学生应完成：A．整体装配图1张（A3号）；B．零部件工作图不少于3张；C．设计说明书1份，不少于6000字。

1 普通辐流式沉淀池简介普通辐流式沉淀池呈圆形或正方形，直径(或边长)一般为6～60m，最大可达100m，中心深度为2.5～5.0m，周边深度1.5～3.0m，污水从辐流式沉淀池的中心进入，由于直径比深度大得多，水流呈辐射状向周边流动，沉淀后的污水由四周的集水槽排出。

由于是辐射状流动，水流过水断面逐渐增大，而流速逐渐减小。

普通辐流式沉淀池大多采用机械排泥（尤其是当池径大于20m时），将全池沉积污泥收集到中心污泥斗，再借静水压力或污泥泵排出。

刮泥机一般为桁架结构，绕池中心转动，刮泥刀安装在桁架上，可中心驱动或周边驱动。

下图为中心进水周边出水机械排泥的普通辐流式沉淀池。

池中心处设中心管，污水从池底进入中心管，在中心管周围常有用穿孔板围成的流入区使污水能沿圆周方向均匀分布。

为阻挡漂浮物，出水堰前端可加设挡板及浮渣收集与排出装置。

1-工作桥；2-刮臂；3 刮板；4-刮板；5-导流筒；6-中心进水管；7-摆线针轮减速机；8-蜗轮蜗杆减速器；9-滚动轴承式旋转支承；10-扩散筒；11-中心竖架；12-水下轴承；13-撇渣板；14-排渣斗为了避免中心配水时的径向流速过高造成短路而影响沉淀的效果，一般在中心进水配水管外设置导流筒改变出水流向，导流筒的水平截面积为水池横截面的3%。

池径大于21m 时，还需在中心进水柱管的出水口外周加置扩散筒，使出水在导流筒内先形成水平切向流，然后再变成缓慢下降的旋流。

下图为扩散筒的结构，扩散管为中心柱管的同心套筒，扩散筒的环面积略大于中心柱管的断面积，筒体高度比中心柱管的矩形出水口长度长出100mm ，筒体下端为封板，封板的位置略低于中心柱管的出流口，然后在扩散筒体上相应开设8个纵向长槽口，沿槽口设置导流板，使原水（污水）从扩散筒流出后，沿切线方向旋流，以此改善沉淀效果。

1-扩散筒；2-支撑；3-封板；4-进水柱管2 沉淀池基本参数计算2.1设计参数要求已知设计参数：最大设计流量max Q 为31800m ，池的个数n 为2，表面负荷0q 为)321.6m m h ⋅，设计人口N 为34万，污泥沉淀时间t 为2h ，污泥在斗内贮存时间T 为4h 。

2.2基本参数计算（1）每个沉淀池的表面积和池径2max 01800562.52 1.6Q A m nq ===⨯26.76D m =≈ 取27m（2）沉淀池有效水深和有效容积，校验径深比, 沉淀时间为2h20 1.62 3.2h q t ==⨯=m 3112562.5 3.21800V A h m ==⨯=2278.43.2D h == 校验结果介于6到12之间，符合要求。

（3）沉淀池总高度污泥产率()0.5d S L =⋅人，污泥在斗内贮存时间4h 污泥斗所需容积 310.5340000414.1710001000224SNT W m n ⨯⨯===⨯⨯ 1r 取2m ,2r 取1m ,α取060 则污泥斗高度 ()()512tan 21 1.73h r r α=-=-≈m,取1.8m 坡底落差 ()()410.0613.520.060.7h R r m =-⨯=-⨯≈ 污泥斗容积 ()()2223511122 3.14 1.822113.1933h V rrr r m π⨯⨯++=++==池底可贮存污泥的体积:()()222234211 3.140.722713.5156.2433h V rr R R m π⨯⨯++=++==沉淀池共可贮存的污泥体积为312169.43V V m +=，大于W 1，符合要求。

沉淀池总高度 123450.3 3.20.40.7 1.87.4H h h h h h m =++++=++++= 其中h 1为沉淀池超高，取0.3mh 3为缓冲层高度，与刮泥机有关，可采用0.4m 。

2.3中心进水管的计算管内流速取11v =m/s ，出管流速20.8v =m/smax 119000.283.1413600Q D m V π===⨯⨯ 出流面积 2max 229000.3136000.8Q A m V ===⨯ 设置6个出水孔，每个出水孔面积20.310.056A m == 按长：宽＝1.8:1，确定尺寸则出水孔长为0.31m ，宽为0.17m ，在中心进水管上等间隔均匀分布 导流筒的深度为池深的一半，'22h h =导流筒的面积按沉淀池面积的3%设计，则导流筒的直径1043%4.6A D m π⨯==2.4出水堰的计算采用正三角形出水堰，堰上水头w H 为5cm ，三角堰的角度为θ，则 过流堰宽 020.06tan 60wH B m == 流量系数C d =0.65，则单堰过堰流量2.54318 4.9510/152d w q C H m s θ-==⨯ 沉淀池应布置的出水堰总数max 419005053600 4.9510Q N q -===⨯⨯个 出水总线长 3.142784.78L D m π==⨯= 出水堰总长L′=220.0650560.6BN =⨯⨯=m 相邻出水堰的堰顶间距 b=（L-L′）/N=()84.7860.60.05505m-≈环形集水渠宽0.6m 。

2.5扩散筒池的直径D>21m ，还需在中心进水柱管的出水口外周加置扩散筒。

3 驱动机构设计3.1传动装置的选择（1）由于所设计的辐流式沉淀池的池体直径为27m ，因此选择外啮合式的传动装置较为适合。

其主要由户外式电动机直联的立式摆线减速机、联轴器、齿轮及带外齿圈的滚动轴承式旋转支承等组成。

如下图所示（见下一页）：1－摆线减速机；2－链条联轴器；3－安全销；4-传动轴；5－轴承座；6－小齿轮；7－外啮合滚动轴承式旋转支承；8－中心旋转竖架工作桥为半桥式钢结构，桥脚的一端架在池壁顶上，另一端固定在中心支柱的平台上。

立式摆线减速机安装在工作桥上，带外齿圈的滚动轴承式旋转支承（回转支承）安装在中心支柱的平台上，使减速机出轴的小齿轮与外齿圈保持啮合位置。

（2）刮泥功率的计算查表取刮泥机刮臂臂端的线速度 4.0v =m/min 刮臂直径：1127126D D =-=-=m 则刮泥机刮臂旋转速度 4.00.0492213v n Rππ===⨯r/min刮臂驱动转矩 220.25(1)0.25(271)44775543n M D K =-=⨯-⨯=N ⋅m 则刮泥功率为755430.0490.38895509550n M n P ⋅⨯===kW 3.2驱动机构选择（1）总传动比的计算一般情况下，电动机的额定转速在750-1500r/min 较为合适，暂取电动机额定转速N=1400r/min ，则总传动比i 为1400285710.049N i n === （2）立式摆线减速机的选择由于总传动比的数值很大，因此选择立式三级摆线减速机比较合适。

查阅文献【1】取减速机的传动比=25585i 减，输入功率4kW ，则其型号选择为：BLSD-1953-25585(433517⨯⨯)-4kW ，输出轴的需用转矩为5000 N ⋅m 。

（3）回转支承的选择根据徐州海林回转支承有限公司提供的回转支承系列产品介绍书，即文献【3】，综合考虑选择单排四点接触球式回转支承（01系列），确定型号为011.25.355，其外齿轮主要参数：齿数293z =，模数5m =mm ，齿宽250b =mm ，齿顶圆直径2475e D =mm 。

回转支承外型尺寸D=448mm ，d=262mm ，H=70mm ； 安装尺寸1D =412mm ，2298D =mm ，L=32mm结构尺寸3356D =mm ，1d =354mm ，1H =60mm ，h=10mm （4）分配传动比已知总传动比28571i =，减速机传动比=25585i 减则小齿轮与回转支承间的传动比28571===1.125585i i i 齿减（5）联轴器的选择查阅文献【2】，选择链条联轴器，型号GL9，公称直径1600N ⋅m ，许用转速为400 r/min 。

（6）电动机的选择查阅资料得立式三级摆线减速机的传动效率=90η减%，齿轮传动效率=98η齿%，联轴器传动效率=98η联轴器%则总传动效率=90%98%98%=86.436%ηηηη=⋅⋅⨯⨯减齿联轴器则电动机所需功率0.388=0.44986.436%P P η==总kW 查阅文献【2】选择电动机的型号：YS8014，其主要参数：电动机额定功率550d P =W ，转速1400d n =r/min 。

3.3传动轴计算轴1：电动机与立式三级摆线减速机之间的传动轴；轴2；立式三级摆线减速机与小齿轮之间的传动轴；轴3：小齿轮与回转支承之间的传动轴。

（1） 各传动轴转速n11400d n n ==r/min121400==0.05525585n n i =减r/min 230.055==0.051.1n n i =齿r/min （2） 各传动轴功率P10.55d P P ==kW21=0.5590%98%=0.4851P P ηη=⋅⋅⨯⨯减联轴器kW32=0.485198%=0.475P P η=⋅⨯齿kW（3） 各传动轴转矩T111955095500.55 3.7521400P T n ⨯⨯===N ⋅m 21=3.75290%98%25585=84667.519T T i ηη=⋅⋅⋅⨯⨯⨯减联轴器减N ⋅m32=84667.51998% 1.1=91271.585T T i η=⋅⋅⨯⨯齿齿N ⋅m3.4齿轮的设计（1） 齿轮的选择选用直齿圆柱齿轮，开式传动；精度等级7级，材料45号钢，调质处理；查阅文献【4】表11-1可得齿轮的接触疲劳极限lim 560H σ=MPa ，齿轮的弯曲疲劳极限440FE σ=MPa.（2） 齿数的确定该齿轮与带有外齿圈的单排四点接触球式回转支承配对，已知回转支承外齿的齿数293z =，模数5m =mm ，暂取齿数比=1.1u i =齿设小齿轮的齿数为1z ，则2193851.1z z u === 则齿数比2193 1.0985z u z === （3） 齿轮基本尺寸的计算1） 按齿面接触强度设计a.查阅文献【4】表11-3取载荷系数 1.2t K =，查表11-6取齿宽系数0.4d φ=；b.小齿轮传递转矩为减速器输出许用转矩为=5000T N ⋅mc.查表11-4，取材料的弹性影响系数188.0E Z =；d.查表11-5，取最小安全系数min 1.0H S =，则许用接触应力[]lim5605601.0H H H S σσ===MPa e.试算小齿轮分度圆直径：对于标准齿轮，区域系数 2.5H Z =，则1343t d ≥mm f.齿轮的圆周速度4123430.0559.8810601000601000t d n v ππ-⨯⨯===⨯⨯⨯m/s ； g.齿宽10.4343137.2d t b d φ=⋅=⨯=mm ；h.模数11343 4.0485t t d m z ===mm 齿高 2.25 2.25 4.049.09t h m ==⨯=mm齿宽与齿高比137.215.099.09b h == i.计算载荷系数根据49.8810v -=⨯m/s ，7级精度，查阅文献【5】图10-8取动载荷数1.05V K =，查阅文献【4】表11-3取1H F K K αα==查阅文献【5】表10-4，用插值法求齿向载荷分布系数H K β160120137.21201.216 1.207 1.207H K β--=-- 则 1.211H K β=查阅文献【5】表10-2取使用系数 1.00A K =由15.09b h=， 1.211H K β=，查图10-13得 1.211F K β= 则载荷系数 1.00 1.051 1.211 1.272A V H H K K K K K αβ==⨯⨯⨯=按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，则11343349.73t d d ===mm j.计算模数11349.73 4.1185d m z ===mm 2）按齿根弯曲强度设计a.应力循环次数的计算小齿轮的工作寿命15年，无障碍工作时间8000小时，则560600.0551(158000) 3.9610h N njL ==⨯⨯⨯⨯=⨯b.查阅文献【5】图10-18取弯曲疲劳寿命系数 1.7FN K =c.计算弯曲疲劳许用应力查阅文献【4】表11-5，取弯曲疲劳安全系数 1.25F S =则[]440 1.7598.41.25FE FN F F K S σσ⋅⨯===MPad.载荷系数的计算1.00 1.051 1.211 1.272A V F F K K K K K αβ==⨯⨯⨯=e.查阅文献【5】表10-5取齿形系数 2.21Fa Y =，应力校正系数1.775f.设计计算3.07m ≥=mm 对比以上结果，由齿面接触疲劳计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可取由弯曲强度算得的模数3.07。