污水處理廠推流器支架生物工程研究范文

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摘要：針對(duì)污水處理廠生物池推流器支架經(jīng)常損壞的情況，選取了3種常用的推流器支架作為研究對(duì)象，利用相關(guān)軟件在相同的安裝條件和受力條件下對(duì)3種推流器支架進(jìn)行了模擬分析并與實(shí)際受損情況進(jìn)行了對(duì)比，最終對(duì)推流器支架提出了優(yōu)化建議。該研究成果對(duì)設(shè)備廠家和污水處理廠運(yùn)營方有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：污水處理廠；推流器支架；受力分析

在污水處理廠的設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)污水處理的工藝要求，生物池都會(huì)布置相應(yīng)的推流器使池內(nèi)流速不低于0.3m/s，促使微生物和流體充分接觸，從而提高生化處理效率。因此生物池在污水處理環(huán)節(jié)起著重要的作用，推流器對(duì)生物池而言無疑又是其中最為關(guān)鍵的設(shè)備。該設(shè)備如果出現(xiàn)損壞往往會(huì)造成嚴(yán)重的后果，輕則設(shè)備報(bào)廢，重則污水處理廠停產(chǎn)，這種情況對(duì)運(yùn)營方而言是絕對(duì)不能接受的。然而在污水處理廠實(shí)際運(yùn)營過程中推流器常常出現(xiàn)損壞情況，其中以推流器支架損壞的事故頻率最高。因此，筆者選取了3個(gè)廠家的推流器支架作為研究對(duì)象，通過數(shù)值模擬分析計(jì)算對(duì)推流器支架給出了相應(yīng)的優(yōu)化建議。

1推流器支架模型

推流器支架采用相同的安裝條件，即生物池池深為9m，推流器中心軸距池底為1.8m。根據(jù)安裝條件，利用三維建模軟件分別對(duì)3種推流器支架進(jìn)行了建模[1]，如圖1所示。3種推流器支架細(xì)節(jié)雖然各有不同，但是整體形式類似，均由端部固定件、主要承力柱、推流器設(shè)備主體、推流器機(jī)座、底部支架結(jié)構(gòu)組成，如圖2所示。

2推流器支架受力分析

推流器支架的受力分析主要采用靜力學(xué)計(jì)算方法，利用的軟件為ANSYSWorkbench[2-3]。首先將推流器支架系統(tǒng)的頂端和底部設(shè)置為固定約束，然后在主要承力柱的特定區(qū)域施加相同的力值。根據(jù)推流器葉片的CFD流體模擬計(jì)算，選取統(tǒng)一的1組力值（6000N，－1000N，－2000N）作用于支架系統(tǒng)，模擬計(jì)算結(jié)果如圖3～5所示。從圖3～5可以看出，廠家1推流器支架的最大應(yīng)變位移為0.51mm，最大應(yīng)力為5.67MPa；廠家2推流器支架的最大應(yīng)變位移為0.18mm，最大應(yīng)力為1.25MPa；廠家3推流器支架的最大應(yīng)變位移為0.89mm，最大應(yīng)力為1.70MPa。從3種類型推流器支架的受力分析可以看出，在推流器軸向推力較大的情況下，廠家1的推流器支架應(yīng)變位移和應(yīng)力值比較大，結(jié)構(gòu)形式不太合理；廠家2和廠家3的推流器支架因?yàn)樵O(shè)置有合理的支持構(gòu)件，因此應(yīng)變位移和應(yīng)力值相對(duì)較小。

3推流器支架受力分析與損壞情況對(duì)比

筆者主要對(duì)廠家1推流器支架的受力模擬與實(shí)際損壞情況進(jìn)行了對(duì)比分析，同時(shí)結(jié)合工程中實(shí)際安裝和運(yùn)行情況分析得出推流器支架損壞的原因，為其后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用給出合理的技術(shù)支撐。

3.1角鋼翼緣損壞點(diǎn)受力分析

角鋼翼緣模擬應(yīng)力云圖與實(shí)際損壞情況對(duì)比見圖6。從圖6可以看出，角鋼翼緣的應(yīng)力較大值出現(xiàn)在云圖中橢圓所示部位，當(dāng)推流器支架受力足夠大時(shí)，該部位肯定是系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，推流器支架的實(shí)際損壞情況也印證了這一點(diǎn)。

3.2主承力柱與機(jī)座軸套之間的擠壓損壞分析

主承力柱模擬應(yīng)力云圖與實(shí)際損壞情況對(duì)比見圖7。從圖7a）可以看出，應(yīng)力最大值出現(xiàn)在主承力柱與機(jī)座軸套之間的接觸部位，當(dāng)推流器支架受力足夠大時(shí)，該接觸部位會(huì)出現(xiàn)損壞。圖7b）顯示主承力柱與機(jī)座軸套之間的接觸部位確實(shí)出現(xiàn)了損壞。

3.3推流器支架上端固定失效分析

在工程運(yùn)行和設(shè)備安裝過程中，筆者發(fā)現(xiàn)3種類型的推流器支架還存在共性的設(shè)計(jì)及安裝問題，其中最為常見的就是上部固定端經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)固定不牢靠的情況。針對(duì)上述問題，筆者也進(jìn)行了模擬分析和計(jì)算。首先根據(jù)受力特點(diǎn)情況，將推流器支架模型上部固定端的自由度釋放，經(jīng)過計(jì)算得出了3種支架的應(yīng)變位移和應(yīng)力云圖，如圖8～10所示。從圖8～10可以看出，釋放推流器支架上端固定之后，廠家1推流器支架的最大應(yīng)變位移為5.7mm，最大應(yīng)力為5.68MPa；廠家2推流器支架的最大應(yīng)變位移為0.8mm，最大應(yīng)力為1.25MPa；廠家3推流器支架的最大應(yīng)變位移為5.9mm，最大應(yīng)力為2.0Mpa。從計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析可以看出，當(dāng)上部固定端的自由度釋放之后，推流器支架系統(tǒng)的最大位移點(diǎn)位置發(fā)生了變化，即由主承力柱的偏中間位置轉(zhuǎn)移到主承力柱的最上端，這主要是因?yàn)橥屏髌髦Ъ艿牧W(xué)模型發(fā)生了變化。通過計(jì)算可以看出，廠家1和廠家3的推流器支架釋放上端自由度要比固定上端自由度的最大應(yīng)力大，而廠家2的推流器支架最大應(yīng)力在2種狀態(tài)下基本持平。由此可以看出，當(dāng)推流器上部固定端因?yàn)榘惭b或運(yùn)行原因出現(xiàn)松動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致推流器支架系統(tǒng)受力模型發(fā)生變化，在相同的推力下，系統(tǒng)更容易出現(xiàn)損壞的情況。因此，建議廠家采用合理、可靠的上端固定形式。

4推流器支架的優(yōu)化

1）推流器支架盡量采用焊接連接，如果考慮到后續(xù)拆裝問題，也可以采用螺栓連接，但應(yīng)該保證螺栓和螺母有效、牢靠地連接，這樣可以有效避免因?yàn)槁菟ㄋ蓜?dòng)而磨損支架構(gòu)件。2）推流器支架的局部設(shè)計(jì)要保證結(jié)構(gòu)受力合理，例如增加主承力柱的支持構(gòu)件、避免螺栓受到剪力或者磨損等。3）推流器支架上部固定端應(yīng)采用有效的固定方式。目前的推流器支架上部固定端往往不能起到牢固的固定作用，因而導(dǎo)致支架局部受力的增大，最終導(dǎo)致支架系統(tǒng)或者葉片的損壞。

5結(jié)語

根據(jù)對(duì)推流器支架的模擬分析及其與實(shí)際損壞情況的對(duì)比，找出了推流器支架的結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議，為推流器廠家的設(shè)備優(yōu)化和污水處理廠運(yùn)營方對(duì)既有推流器支架加固提供了必要的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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[3]丁欣碩，凌桂龍.ANSYSWorkbench14.5有限元分析案例詳解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014：125-171.

作者：謝敬革 史書舟 王婭娜 劉燕云 單位：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司