垃圾压缩机污水排放机构的设计

垃圾压缩机污水排放机构的设计摘要：论文通过对垃圾压缩机的主要结构部件进行研究，针对当前垃圾压缩机缺乏相应配套的污水排放机构从而导致工作过程中污水外泄，造成环境二次污染和腐蚀压缩机的问题，提出了垃圾压缩机污水排放机构的设计。

其创新性在于为垃圾压缩机增加了污水排放和收集机构，实现了垃圾压缩机结构和功能的优化。

关键字：垃圾压缩机；污水排放机构；底板结构；导流漏斗垃圾压缩机是垃圾中转站的主要设备，是一种由液压系统控制的将收集来的垃圾进行压缩，以减少垃圾体积的机械装置。

通过对垃圾压缩机构进行研究和优化，可以使机体结构合理、运行平稳，提高垃圾的压缩比，进而降低垃圾的处理成本。

但当前垃圾压缩设备普遍缺乏配套的污水排放机构，导致垃圾压缩过程中产生的污水外流，并在垃圾运输过程中随压缩车沿途滴漏，对环境污染较大，且会对垃圾压缩运输装备造成腐蚀。

针对诸类问题，提出了垃圾压缩机污水排放机构的设计。

1污水排放机构工作原理垃圾压缩机机体结构如图1所示，其主要结构部件如图2所示。

垃圾在压缩装置机体腔内随推向右运动而压缩。

由于通常垃圾含水量约为25%～35%，垃圾压缩过程中将不可避免的产生污水，从压缩机底板（即为多孔板）上的孔流出。

污水排放机构为垃圾压缩装置腔体设置了“V”型板结构，如图3所示。

污水滴漏到“V”型板结构上，由于自身重力的作用，向“V”型板结构中线汇流。

在“V”型板结构底端开孔，压缩垃圾过程中，使压缩装置机体呈一定角度倾斜。

“V”型板结构底端接如图7所示的漏斗式导流装置。

这样，汇流于“V”型板结构中线的污水由底孔导出，沿导流装置流至指定的位置，以便进行污水的二次处理。

根据污水排放机构的工作原理，对该机构的设计有以下要求：（1）材料具有一定的耐腐蚀性。

垃圾压缩过程中所产生的污水，可能会含有酸、碱物质，对垃圾压缩机构材料产生一定的腐蚀性。

由于污水排放机构将于腐蚀性较强的污水直接接触，因而更容易遭受腐蚀。

所以，对污水排放机构的设计选材要求具有较好的耐腐蚀性。

（2）机构零部件应具有足够的刚度和强度。

对于垃圾压缩机腔体底部的多孔板，既要承受垃圾压缩块的重力，还要承受垃圾压缩时的应力，所以设计中应保证结构零部件有足够的强度和刚度，以控制在垃圾压缩过程中腔体的弹性变形。

（3）污水收集的可靠性与安全性。

污水排放机构的设计，要求对污水进行高效和可靠的收集，以避免污水的二次污染。

（4）结构的可靠性和经济可行性。

污水排放机构既要保证工作过程中的稳定与可靠，又要技术可行且经济合理，使整机在保证质量的同时又把成本降至最低。

2腔体底板结构设计垃圾压缩机腔体底板一方面要排放垃圾压缩过程中所产生的污水，另一方面还要支撑来自垃圾自身重力和推板结构的压力载荷；且在垃圾压缩的过程中，污水在压缩机腔体底板表面无规则流动，如果设计不当，则有可能导致污水在腔体底板缝隙处泄露，造成环境污染和机体腐蚀。

针对垃圾压缩机的工作原理，需要对腔体底板结构进行改进。

图3 垃圾压缩机腔体示意图 图4 有孔底板结构（1）腔体底板上开孔如图4所示，在腔体底板上开小孔，其作用是在垃圾压缩的过程中污水未泄露以前便可及时排掉。

污水可以即时通过小孔流出，同时也可以避免垃圾压缩块因污水浸泡而导致的结构松散，含水量过高，影响压缩效果。

开孔不能太小，以避免其被垃圾阻塞；开孔也不可太大，以避免大块的垃圾由底板孔掉落。

根据Ansys 分析结果，机构设计的板孔尺寸及间距如图4所示。

（2）确定结构强度尺寸垃圾压缩机污水排放机构选用Q345镀镍钢板作为腔体底板。

决定底板强度大小的因素除材质外，更重要的是底板的厚度。

底板所承受的载荷主要是垃圾所受重力及垃圾压缩时所产生的应力。

根据Ansys 有限元对垃圾压缩机受力进行分析的结果，设计底板开孔的规格为Φ1cm 圆孔，孔布局为3cm （行间距）×3cm （列间距），孔在腔体底板的分布范围为除长方形底板“宽度方向边缘10cm 以内，长度方向上40cm 以内”之外的所有区域，如图4所示；通过该设计数据，可以计算得垃圾压缩过程中有效底板（即与推板接触的底板）实际面积S 实际为70cm 2，与推板运动面积（S 板 =150cm 2）相比小很多，所以垃圾压缩时底板所承受的实际载荷压强为：（1）代入数据，可求解得P 2.657MPa =实际，即垃圾对底板所造成的压强为2.657MPa ；对于Q235镀镍钢板而言，当其厚度t=10mm 时，结构抗剪切应力为[τ]=15MPa ，其许用应力[σ]=24MPa ，这两个数据都远远大于底板所承受的压强P 2.6957MPa =实际，其安全系数约为=5.5β。

所以，设定底板厚度为10mm 时，符合结构的设计要求。

3 “V ”型板结构设计在腔体底板的下面增加如图5所示的 “V ”型板结构。

垃圾压缩过程中产生的污水由压缩机腔体底板的孔漏下后，汇流到“V ”型板结构上，并向“V ”型板结构中线汇聚，如图6中箭头所示，污水流动变得有序，然后沿机体倾斜方向流下，便于人为控制污水的排放和收集，不会沿机体衔接缝隙处滴漏。

对“V ”形板结构的计算，主要是确定“V ”型板结构夹角的角度和板材的厚度值，以确保污水的排放。

若要保证污水在“V ”型结构板上的有序流动，在设计“V ”底板结构时，首先需要确定“V ”形板结构的夹角β。

图5 “V ”型底板装机效果图 图6 “V ”型底板和废液流动示意图 设“V ”形板结构与水平方向夹角为θ，如图5所示，根据粘性流体伯努力方程有：（2）式中：x —— 污水距离“V ”形板结构底槽的距离，m ；θ ——“V ”形板结构单侧板与水平方向夹角；b —— “V ”形板结构单侧板长度，m ；v —— 污水流到底板最低处的流速，m/s 2；e R —— 雷诺系数；d —— 等效管径，m ；g —— 重力加速度，取值为g =9.81 m/s 2；μ ——“V ”形板结构单侧板对污水的阻力系数，此处取值μ=0.03。

若要保证污水的流向和流速，θ值应满足条件tan θμ>，代入数值，可求得2θ>︒，结合已有垃圾压缩机样机的实际运行数据，θ取值10︒最为合适。

所以，根据其几何关系可以计算求得“V ”形板结构的夹角为1802160βθ=︒-=︒ （3）针对上述数据，用Solidworks 软件建立“V ”型板结构模型，并通过Ansys 软件进行受力分析和优化后，并设定相关材质参数，得到最终模型如图3所示。

4污水导流漏斗装置设计垃圾压缩所产生的污水是一种固液混合态流体。

如果污水导流装置采用棱锥形漏斗，由于其内表面有棱槽，根据流体力学特性该结构容易导致垃圾颗粒沉积，沾附于沟槽中，可能会导致淤塞，并腐蚀漏斗；而圆锥形漏斗内表面光滑均匀，垃圾压缩废液中的垃圾颗粒不易沉降，易于被液体流冲刷带走，有利于污水流动。

而对于其尺寸设计，需要漏斗的口径大于在“V ”型板结构底端开孔的口径，如图7所示。

沿“V ”形板结构流动的垃圾压缩污水（如图6所示），汇流至下面的漏斗中，而不是沿漏斗边缘流到漏斗管孔，这样可以避免污水沿边缘流动，导致的污水泄露。

结合“V ”形板结构的尺寸，设计口径为20cm 的圆锥漏斗，并根据Fluent 流体分析的结果进行改进，利用Solidworks 软件建立模型，得到如图7所示的模型结构。

5机体倾斜方案垃圾压缩所产生的污水由于成分复杂，粘度较大，因此要保证污水有足够的速度沿“V ”形板结构向导流漏斗流动，则需要使压缩机机体有一定的倾斜角度α，如图8所示。

设压缩装置腔体底板与水平方向的倾斜夹角为α，则使污水流动的能量为：（4）式中： E —— 使污水流动的能量，J ；M 废液 —— 污水的质量，N ；X —— 污水距离底板最低端的距离，m ；g —— 重力加速度，取值为9.81 m/2s ；L —— 压缩装置机体底板的长度，m ； μ —— 污水与压缩装置腔体间的阻力系数，此处取值0.03。

若要保证污水的流向和流速，其流动的能量值E>0，所以由式（4）得tan αμ>代入数值，得>2α︒，考虑到垃圾压缩过程中机体的稳定性，取<15α︒。

即垃圾压缩机的设计倾角为2<15α︒<︒最为合适。

而且，漏斗导流装置可以接软管，将产生的垃圾压缩污水导流收集至指定位置，以便于进一步的处理。

6 结论垃圾压缩机是实现垃圾压缩减容的主要设备之一，亦是垃圾转运站的主要处理设备。

通过现有垃圾压缩装置的结构进行分析，针对当前垃圾压缩机由于工作过程中污水外流导致环境的二次污染问题，提出了垃圾压缩机污水排放机构的设计方案。

通过样机实验验证，该机构可以方便、有效的实现垃圾压缩过程中污水的排放和收集，既减少了对环境的污染，又提高了垃圾压缩机的实用性，具有良好的应用前景。

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