2956 攪拌機的設(shè)計,攪拌機,設(shè)計 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表指導(dǎo)教師： 周 龍 職稱： 副教授 所在院（系）： 機械與動力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 題 目 攪拌機的設(shè)計 學(xué)生姓名 汪 浩 專業(yè)班級 08 機制 4 班 學(xué)號 0828200058一、選題質(zhì)量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能否體現(xiàn)綜合訓(xùn)練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟、社會、文化及實驗室建設(shè)等實際的結(jié)合程度）本次攪拌機的畢業(yè)設(shè)計，能鍛煉自己的機械設(shè)計制造基礎(chǔ)知識與應(yīng)用能力。攪拌機的設(shè)計體現(xiàn)了機械設(shè)計專業(yè)的基本知識技能。攪拌機是由多個參數(shù)決定的，用任何一個單一參數(shù)來描述一臺攪拌機是不可能的。軸功率(P) 、 槳葉排液量(Q) 、壓頭(H)、槳葉直徑(D) 及攪拌轉(zhuǎn)速(N)是描述一臺攪拌機的五個基本參數(shù)。在攪拌槽中，要使微團相互碰撞，唯一的辦法是提供足夠的剪切速率。從攪拌機理看，正是由于流體速度差的存在，才使流體各層之間相互混合，因此，凡攪拌過程總是涉及到流體剪切速率。在整個設(shè)計過程中題目對我來說難易適中，不過整個設(shè)計過程也要在同學(xué)的幫忙下完成。二、開題報告完成情況：經(jīng)過查找、翻閱資料和老師的指導(dǎo)開題報告已按學(xué)校和老師的要求如期合格完成。三、階段性成果：1、閱讀了較多的參考資料知道攪拌機的工作原理，并且進一步明確了設(shè)計參數(shù)和總體的設(shè)計思路。2、經(jīng)過畢業(yè)實習(xí)及自己查找翻閱資料和指導(dǎo)老師輔導(dǎo)，已經(jīng)為畢業(yè)設(shè)計打下了堅 實的基礎(chǔ)。3、通過查找資料知道攪拌機的在國內(nèi)外的參數(shù)研究狀況，以及參數(shù)的選擇基準(zhǔn)。4、以前沒有學(xué)習(xí) CAD 但是通過畢業(yè)設(shè)計對 CAD 有了一定掌握，溫故以前學(xué)習(xí)的知識。5、查找翻閱資料完成畢業(yè)設(shè)計論文的書寫。四、存在主要問題：通過這次畢業(yè)設(shè)計我學(xué)到了很多的知識，雖然在整個設(shè)計過程中查找相關(guān)資料和數(shù)據(jù)不是很難。但是對某些設(shè)計參數(shù)選擇還不夠具體，具體的參數(shù)只能在往后的工作中進行改進。并且在具體的設(shè)計工作中涉及到的專業(yè)知識運用還不嫻熟造成設(shè)計工作時間整體偏長，影響了設(shè)計進程，因此應(yīng)該多抽出一段時間完成對所學(xué)專業(yè)知識的回顧與加強，做到查缺補漏，利用畢業(yè)設(shè)計這次契機把以前落下的專業(yè)知識完善補強，爭取在以后的設(shè)計工作中加快設(shè)計進程速度，提升設(shè)計的質(zhì)量。在個人設(shè)計過程中由于接觸實際機械太少因此對粗糙度以及尺寸的大小沒有一個整體性的認(rèn)識。以上就是這段設(shè)計過程中遇到的相關(guān)問題，在老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助以及網(wǎng)上相關(guān)資源的查閱，對這些問題的解決效果比較明顯，相信以后的階段肯定會越來越順利，圓滿的完成設(shè)計任務(wù)。五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計（論文）進展等方面的評語指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目名稱 攪拌機的設(shè)計學(xué)生姓名 汪浩 專業(yè)班級 08 機制 4 班 學(xué)號 0828200058一、 選題的目的和意義：對于一個大學(xué)生來說，理論與實際相結(jié)合是最重要的。廢水處理中反應(yīng)攪拌機的目的是借助攪拌器的作用使廢水中的膠體顆粒絮凝形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求。本題目主要涉及水處理中絮凝工藝中反應(yīng)攪拌機的設(shè)備設(shè)計，主要解決的問題是水處理中該設(shè)備的設(shè)計，包括：絮凝攪拌機、電動機及減速器的選型、支撐裝置設(shè)計、軸的密封設(shè)置、絮凝池的設(shè)計，并畫出相應(yīng)的設(shè)備圖。二、本設(shè)計課題的主要內(nèi)容，預(yù)期設(shè)計結(jié)果和擬解決的關(guān)鍵問題：攪拌機的操作性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能耗和生產(chǎn)成本，工程界和學(xué)術(shù)界對攪拌混合都非常重視，進行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。攪拌器是化學(xué)工程和生物工程中最常見也是最重要的單元設(shè)備之一。目前，攪拌器的選型和內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計在很大程度上依賴試驗和經(jīng)驗，對放大規(guī)模還缺乏深入的認(rèn)識，對于能耗和生產(chǎn)成本只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上對比后才能得出結(jié)論，由于對產(chǎn)品的回收率和質(zhì)量要求越來越高，對攪拌器的研究日趨深入，已從早期對攪拌功率和混合時間的研究，在設(shè)計的課題中攪拌器中所攪拌的介質(zhì)是廢水，廢水處理中反應(yīng)攪拌機的目的是由電機作為驅(qū)動裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉旋轉(zhuǎn)使膠體顆粒絮凝形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求。三、畢業(yè)設(shè)計方法與步驟：(1)絮凝池的結(jié)構(gòu)尺寸的確定。(2)攪拌機大小的確定及轉(zhuǎn)速和功率的計算。(3)由攪拌機功率來做電機的選型設(shè)計。(4)由電機的型號尺寸來做聯(lián)軸器的選型設(shè)計。(5)由聯(lián)軸器的型號尺寸來決定軸徑以及對所決定的軸徑進行計算驗證。(6)由軸徑來做軸承的選型。(7)由軸承的尺寸來做機座及支撐座的選型設(shè)計。四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：[1]機械設(shè)計手冊 3.北京 機械工業(yè)出版社，1999 年.[2]機械設(shè)計手冊 5. 北京 機械工業(yè)出版社， 1999 年.[3]畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)書.青島 青島海洋出版社，2002 年.[4]機械基礎(chǔ).北京 中國勞動出版社，1998 年.[5]機械制造技術(shù).北京 機械工業(yè)出版社，1999 年.[6]化工輕工設(shè)備機械基礎(chǔ).成都 科技大學(xué)出版社，1988 年.[7]當(dāng)代給水與廢水處理原理講義.北京 清華大學(xué)出版社，2001 年.[8]工程材料. 北京 化學(xué)工業(yè)出版社.2001 年.二、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排1.2012-2-25 之前，在老師指導(dǎo)下完成選題工作。2.2012-2-26——2012-3-20 ：根據(jù)所選題目進行資料收集并對收集的資料進行整理和分析，完成開題報告以及開題工作。3.2012-3-21——2012-4-10 ：在指導(dǎo)老師的輔導(dǎo)下做好論文的撰寫工作，并形成初稿。4.2012-5-30 前，完成論文的終稿，整理打印設(shè)計計算說明書及圖紙，并提交正式畢業(yè)論文。三、 指導(dǎo)教師審批意見：指導(dǎo)教師： （簽名）年 月 日 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 00摘 要攪拌機是攪拌設(shè)備的心臟。在攪拌機設(shè)計及使用過程中，合理的選取攪拌機的結(jié)構(gòu)，運動和工作參數(shù)，直接關(guān)系到攪拌質(zhì)量和攪拌效率。完成絮凝過程的絮凝池在凈水處理中占有重要的地位。天然水中的懸浮物質(zhì)及肢體物質(zhì)的粒徑非常細(xì)小。為去除這些物質(zhì)通常借助于混凝的手段，也就是說在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?jīng)過充分混和，使膠體穩(wěn)定性被破壞(脫穩(wěn)）并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是創(chuàng)造合適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。因此，絮凝池設(shè)計是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的沉淀效果。絮凝攪拌機是絮凝池機械攪拌的裝置，它主要用于廢水處理的攪拌過程。本設(shè)計提到了絮凝池的設(shè)計，攪拌機的設(shè)計以及其工藝流程。關(guān)鍵詞： 絮凝池 混凝劑 沉淀效果 絮凝性能河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11AbstractThe mixer is the heart of the mixing equipment. A reasonable selection of the structure, movement and operating parameters of the mixer in the process of designing and using mixer, directly related to the quality and efficiency of the mixing. Flocculation pool which complete flocculation process occupies an important position in water treatment. The particle size of suspended substances and physical substances of natural water is very small. Means for the removal of these substances is usually by means of coagulation, which means that adding an appropriate coagulant in the raw water. After sufficient mixing, the colloidal stability is destroyed (destabilization) and the raw water is adsorpted with the polymer of coagulant water mediated to make particles have flocculation properties. While The purpose of flocculation tank is to create suitable hydraulic conditions to have these particles which have flocculation properties aggregated in contact with each other to form larger flocs (floc particles). Therefore, the design of flocculation tank is related to the effect of flocculation and the effect of flocculation directly impact on the effect of subsequent processing of the sedimentation. Mixer of flocculation is a device of mechanical agitation of the flocculator and it is mainly used for the mixing process of wastewater treatment. This design referred to the flocculator design, mixer design and its technical process.Key words: Flocculator Coagulant Sedimentation effect Flocculation performance河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計目 錄前 言 .......................................................11 攪拌機的構(gòu)造與原理 .........................................21.1 攪拌機的發(fā)展概述 .....................................21.2 反應(yīng)攪拌機的工作原理 ..................................21.3 絮凝的工作原理 .......................................31.4 水處理中的攪拌設(shè)備 ...................................41.5 絮凝攪拌機的適應(yīng)條件和構(gòu)造 ...........................41.5.1 絮凝攪拌機的適應(yīng)條件 ............................41.5.2 絮凝攪拌機的構(gòu)造 ................................51.6 本課題的設(shè)計思路 ......................................82 絮凝池的設(shè)計 ...............................................92.1 絮凝池的設(shè)計探討 ......................................92.1.1 絮凝的相似關(guān)系 .................................112.1.2 假設(shè)和設(shè)想 .....................................152.2 絮凝池的設(shè)計要求及結(jié)果 ...............................213 絮凝攪拌機的設(shè)計 ..........................................233.1 設(shè)計原始數(shù)據(jù) .........................................233.2 設(shè)計要點 .............................................233.3 設(shè)計計算數(shù)據(jù) .........................................233.4 槳葉的設(shè)計 ...........................................243.4.1 槳葉結(jié)構(gòu)尺寸確定 ...............................243.4.2 攪拌器轉(zhuǎn)速計算 .................................253.4.3 攪拌功率計算 ...................................274 電動機及減速器的選型 ......................................28河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 ii4.1 減速器和電動機的選型條件 .............................284.2 電動機與減速器的選擇 .................................294.3 聯(lián)軸器的選型 .........................................314.4 攪拌軸的設(shè)計及其結(jié)果驗證 .............................314.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接 ...............................324.5.1 連接形式 .......................................324.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 ...............................334.6 軸承的選型及軸的最終確定 .............................335 支撐裝置設(shè)計 ..............................................345.1 攪拌機的支承部分 .....................................345.1.1 機座 ...........................................345.1.2 軸承裝置 .......................................355.2 水下支撐座的設(shè)計 .....................................355.2.1 軸承的選型 .....................................355.2.2 支撐套的設(shè)計 ...................................366 軸的密封 ..................................................386.1 密封裝置的類型 .......................................386.2 軸的密封選擇 ........................................387 總結(jié) ......................................................40符號說明 ....................................................41致 謝 ......................................................42參考文獻(xiàn) ....................................................43河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 00前 言攪拌機的操作性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能耗和生產(chǎn)成本，工程界和學(xué)術(shù)界對攪拌混合都非常重視，進行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。攪拌器是化學(xué)工程和生物工程中最常見也是最重要的單元設(shè)備之一。目前，攪拌器的選型和內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計在很大程度上依賴試驗和經(jīng)驗，對放大規(guī)模還缺乏深入的認(rèn)識，對于能耗和生產(chǎn)成本只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上對比后才能得出結(jié)論，由于對產(chǎn)品的回收率和質(zhì)量要求越來越高，對攪拌器的研究日趨深入，已從早期對攪拌功率和混合時間的研究，20 世紀(jì) 80 年代對反應(yīng)釜內(nèi)的流體速度場分布的研究，進入 20 世紀(jì) 90年代以來的攪拌釜內(nèi)三維流場的數(shù)值模擬研究。流場數(shù)值模擬必須在深入進行流體力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮流體流動的三維性、隨機性、非線性和邊界條件不確定性。通過數(shù)值模擬不但可以解決反應(yīng)器的放大機理，而且可以優(yōu)化設(shè)計開發(fā)新型高效攪拌器，使機械攪拌器的設(shè)計理論更加完善。此課題中攪拌器中所攪拌的介質(zhì)是廢水，廢水處理中反應(yīng)攪拌機的目的是由電機作為驅(qū)動裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉旋轉(zhuǎn)使膠體顆粒絮凝形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 111 攪拌機的構(gòu)造與原理 1.1 攪拌機的發(fā)展概述攪拌機的操作性能直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能耗和生產(chǎn)成本，工程界和學(xué)術(shù)界對攪拌混合都非常重視，進行了大量的研究工作，取得了不少的研究成果。攪拌器是化學(xué)工程和生物工程中最常見也是最重要的單元設(shè)備之一。目前，攪拌器的選型和內(nèi)構(gòu)件的設(shè)計在很大程度上依賴試驗和經(jīng)驗，對放大規(guī)模還缺乏深入的認(rèn)識，對于能耗和生產(chǎn)成本只能在一定規(guī)模的生產(chǎn)裝置上對比后才能得出結(jié)論，由于對產(chǎn)品的回收率和質(zhì)量要求越來越高，對攪拌器的研究日趨深入，已從早期對攪拌功率和混合時間的研究，20 世紀(jì) 80 年代對反應(yīng)釜內(nèi)的流體速度場分布的研究，進入 20 世紀(jì) 90年代以來的攪拌釜內(nèi)三維流場的數(shù)值模擬研究。流場數(shù)值模擬必須在深入進行流體力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，綜合考慮流體流動的三維性、隨機性、非線性和邊界條件不確定性。通過數(shù)值模擬不但可以解決反應(yīng)器的放大機理，而且可以優(yōu)化設(shè)計開發(fā)新型高效攪拌器，使機械攪拌器的設(shè)計理論更加完善。1.2 反應(yīng)攪拌機的工作原理對于不同的介質(zhì)，不同的化學(xué)反應(yīng)過程，要求攪拌裝置的結(jié)構(gòu)和攪河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 22拌速度不同，根據(jù)不同的場合一般分為以下幾種情況：1、液-液互溶系統(tǒng)的場合，一般采用低速攪拌就能足夠完成，這種場合常用漿葉式攪拌裝置。2、液-液互不相溶的場合，這種場合則需要強烈的上下翻滾，常用漿葉攪拌器，在釜體內(nèi)加有一定形狀的擋板，或采用推進式攪拌器。3、反應(yīng)介質(zhì)里有少量的固體且不易沉降時可采用比較緩和的攪拌，反之當(dāng)反應(yīng)介質(zhì)或反應(yīng)過程的生成物中固體較多，且容易沉降時必須采用強烈的上下的翻動的攪拌，這些攪拌均屬于固-液相的攪拌系統(tǒng)。在本人設(shè)計的課題中攪拌器中所攪拌的介質(zhì)是廢水，廢水處理中反應(yīng)攪拌機的目的是由電機作為驅(qū)動裝置，經(jīng)減速器聯(lián)軸器帶到直槳葉旋轉(zhuǎn)使膠體顆粒絮凝形成較大的顆粒，以利沉淀，以滿足水處理中水質(zhì)凈化的要求。1.3 絮凝的工作原理膠體的脫穩(wěn)階段是第一階段，絮凝是第二階段，而絮凝指膠體脫穩(wěn)以后結(jié)成大顆粒絮體的階段。廢 水投 藥混 合反 應(yīng)沉淀分離沉淀慢速攪 拌急速攪拌出水圖 1-1 絮凝沉淀處理流程示意圖絮凝劑河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 33第一階段相當(dāng)于給水處理中加藥混合后的極短的一段時間，可能在一秒鐘內(nèi)，而絮凝則主要是在反應(yīng)設(shè)備中完成的。這是水處理中常用的方法。其工作原理如圖 1-1。1.4 水處理中的攪拌設(shè)備水處理中的攪拌設(shè)備，分成溶藥攪拌，混合攪拌，絮凝攪拌。澄清池攪拌，消化池攪拌和水下攪拌六種類型。絮凝攪拌是水處理的重要方法之一或基本單元操作之一，而且往往是必不可少的。它在生活飲用水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及生活污水的處理中都有廣泛的應(yīng)用，因而學(xué)習(xí)和研究絮凝科學(xué)及其在水處理中的應(yīng)用具有十分重要的意義。其中絮凝攪拌機分為：剛性連接攪拌機和彈性連接攪拌機。本設(shè)計主要討論的是剛性連接攪拌機。剛性連接攪拌機由：電動機，減速器，剛性聯(lián)軸器，機座。軸承，攪拌軸，攪拌器。攪拌設(shè)備的工作部分，有攪拌器，攪拌軸和攪拌附件組成。1.5 絮凝攪拌機的適應(yīng)條件和構(gòu)造1.5.1 絮凝攪拌機的適應(yīng)條件絮凝攪拌機用于給水排水主力中混凝過程中的絮凝階段。絮凝攪拌的作用是促使水中的膠體顆粒發(fā)生碰撞，吸附并逐漸結(jié)成一定大小的帆花，試絕大部分帆花截留在沉淀池內(nèi)。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 44攪拌強度和攪拌時間是決定絮凝效果的關(guān)鍵。 絮凝池內(nèi)攪拌強度(即攪拌速度梯度值 G)應(yīng)遞減，各檔攪拌器槳葉中心處的線速度依次逐漸減慢，且要有足夠的攪拌時間來完成絮凝過程。絮凝攪拌機可滿足絮凝規(guī)律的要求，使絮凝過程中各段具有不同的攪拌強度，可以適合水量和水溫的變化，優(yōu)點是水頭損壞小，池體結(jié)構(gòu)簡單，外加能量組合方便。絮凝攪拌機設(shè)置無級調(diào)速后可隨水量，原水濁度和投藥量的變化而調(diào)整攪拌強度，達(dá)到滿意的絮凝效果，節(jié)約藥劑的用量。絮凝攪拌機根據(jù)攪拌軸的安裝分式分為立式攪拌機和臥失攪拌機兩種。臥式絮凝攪拌機的槳板接近池底旋轉(zhuǎn)，一般絮凝池不存在積泥問題。1.5.2 絮凝攪拌機的構(gòu)造框式攪拌器分直槳葉，斜槳葉和網(wǎng)槳葉三種。直槳葉是最常用的一種普通槳葉，其結(jié)構(gòu)如圖 1-2。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 55圖 1-2 直槳葉框式攪拌器示意圖立式攪拌機有工作部分(垂直攪拌軸，框式攪拌器)，支承部分(軸承裝置，機座)和驅(qū)動部分(電動機，擺線針輪減速機)組成。如圖 1-3。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 66圖 1-3 立體攪拌機總體結(jié)構(gòu)圖河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 771.6 本課題的設(shè)計思路(1)絮凝池的結(jié)構(gòu)尺寸的確定；(2)攪拌機大小的確定及轉(zhuǎn)速和功率的計算；(3)由攪拌機功率來做電機的選型設(shè)計；(4)由電機的型號尺寸來做聯(lián)軸器的選型設(shè)計；(5)由聯(lián)軸器的型號尺寸來決定軸徑以及對所決定的軸徑進行計算驗證；(6)由軸徑來做軸承的選型；(7)由軸承的尺寸來做機座及支撐座的選型設(shè)計。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 882 絮凝池的設(shè)計2.1 絮凝池的設(shè)計探討完成絮凝過程的絮凝池(一般常稱反應(yīng)池)，在凈水處理中占有重要的地位。天然水中的懸浮物質(zhì)及肢體物質(zhì)的粒徑非常細(xì)小。為去除這些物質(zhì)通常借助于混凝的手段，也就是說在原水中加入適當(dāng)?shù)幕炷齽?，?jīng)過充分混和，使膠體穩(wěn)定性被壞(脫穩(wěn)）并與混凝劑水介后的聚合物相吸附，使顆粒具有絮凝性能。而絮凝池的目的就是創(chuàng)造合適的水力條件使這種具有絮凝性能的顆粒在相互接觸中聚集，以形成較大的絮凝體(絮粒)。因此，絮凝池設(shè)計是否確當(dāng)，關(guān)系到絮凝的效果，而絮凝的效果又直接影響后續(xù)處理的沉淀效果。當(dāng)然，為了獲得良好的絮凝效果，混凝劑的合理選擇是重要的，但是也不能忽視絮凝池設(shè)計的重要性。在生產(chǎn)實踐中，不少水廠由于改進了絮凝池的布置，從而提高了出水水質(zhì)，降低了藥耗，或者增加了制水能力。在混凝沉淀的設(shè)計中，也出現(xiàn)了寧可延長一些反應(yīng)時間以縮短沉淀時間的看法。這些都說明絮凝反應(yīng)在凈水處理中的重要作用。近年來，由于高效能沉淀以及過濾裝置的出現(xiàn)，使水廠的平面布置(包括構(gòu)筑物尺寸及占地面積)大為縮小。相對來說絮凝池所占比例就有所增加。例如，在原平流式沉淀池中，絮凝只占較小的體積。然而在斜管沉淀池中，絮凝部分的體積幾乎與沉淀部分的體積相仿。為此，國內(nèi)不少同志在這方面進行著如何改進絮凝構(gòu)筑物的研究，并提出了不少設(shè)想。對設(shè)計工作者來說，亦迫切要求有一個科學(xué)的評價方法，以解決如何合理選擇絮凝形式的問題。絮凝反應(yīng)是一個很復(fù)雜的過程，它不僅受絮凝池水力條件的控制，河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 99而且還與原水性質(zhì)、混凝劑品種和加藥量以及混和過程都有密切關(guān)系。從目前國內(nèi)外的研究情況來看，尚沒有一個能定量地反映絮凝過程的完整數(shù)學(xué)模式，甚至作為定性分析，也還存在不少問題。這些情況就給具體設(shè)計工作者帶來很多困難。嚴(yán)格地說，目前不少絮凝池的設(shè)計，僅是水力的驗算，并沒有對絮凝過程作完整的分析。因此，往往出現(xiàn)即使原水的絮凝性質(zhì)很不相同，而其絮凝池的布置卻完全相同的情況。根據(jù)規(guī)范或設(shè)計手冊規(guī)定的設(shè)計數(shù)據(jù)，進行水力計算，是目前絮凝池設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的方法。應(yīng)該說它在大多數(shù)場合下是可行的，但并不一定是最優(yōu)的，況且，這些規(guī)定也只規(guī)定一些主要指標(biāo)，至于具體的布置還需由設(shè)計者確定。例如，一般規(guī)定隔板絮凝池的流速由 0．6 米／秒漸減至 0．2 米／秒。至于流速如何遞減，以及隔板轉(zhuǎn)折的布置和道數(shù)等等，都未作明確規(guī)定。因而盡管所用主要指標(biāo)完全相同，卻可設(shè)計成很不相同的布置形式，至于它們的效果差異則更難以鑒別。為了探討絮凝池設(shè)計的合理方法，福建省凈水工藝試驗組曾提出了應(yīng)用“模型絮凝池”的概念。其基本出發(fā)點就是認(rèn)為：合理的反應(yīng)速度應(yīng)符合流速漸變的原則，即反應(yīng)速度由大到小呈直線變化，且反應(yīng)池進口流速應(yīng)大于或者等于 1 米／秒。凡符合這二個條件的所謂“模型絮凝池”則被認(rèn)為是理想的絮凝池布置。“模型絮凝池”作為探討整個絮凝過程變化規(guī)律的設(shè)想，是有其積極意義的。但是，要把“模型絮凝池”作為理想的絮凝形式，則尚缺乏足夠的依據(jù)。作為問題之一，它脫離了原水性質(zhì)的考慮。速度漸變原則應(yīng)對不同水質(zhì)條件有不同的要求，而不宜取作常量。譬如，對于原水顆粒濃度不足以及絮凝體不易破碎的情況，將較高流速區(qū)的反應(yīng)時間增加些，顯然是有好處的。反之，則應(yīng)增加較低流速區(qū)的比例。另外，隔板絮凝的轉(zhuǎn)折，從“模型絮凝池”的要求考慮，顯然是不符合要求的。但河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1010是實際上在絮凝的最初階段，它往往起到了促進絮凝的效果。 “模型絮凝池”用流速作為比較的相似關(guān)系，與絮凝理論所采用的以速度梯度作為相似關(guān)系有所區(qū)別。隨著絮凝形式的不同，同樣的流速，其速度梯度可相差達(dá)數(shù)倍。因此關(guān)于“模型絮凝池”的設(shè)想尚有不少問題需要進一步深入研究。目前絮凝池設(shè)計中一個普遍問題就是沒有考慮進入絮凝池的處理水水質(zhì)。眾所周知，良好的絮凝反應(yīng)必須具備二個條件，即具有充分絮凝能力的顆粒以及合適的反應(yīng)水力條件。實際上，它們就是絮凝過程中的“內(nèi)因”和“外因” 。水力條件只有適合欲絮凝顆粒的絮凝要求時，才能促進絮凝的進行。反之則不僅不能促進絮凝的進行，甚至使已經(jīng)絮凝的顆粒破壞。因此作為具體的絮凝池設(shè)計，就必須考慮到處理水的水質(zhì)條件。但是這卻是目前絮凝池設(shè)計中最薄弱的環(huán)節(jié)。2.1.1 絮凝的相似關(guān)系所謂合理設(shè)計，無非是從許多可供選擇的方案中，選定一種最能符合要求的方案。同樣，絮凝池的合理設(shè)計，就是要從諸多的絮凝形式，以及不同的指標(biāo)中，選擇一種最能適合具體絮凝條件而又切實可行的形式和指標(biāo)。鑒于目前的研究水平，僅用理論的方法還無法解答上述課題，因此還需借助于實驗手段。實驗的目的就是可以在較小規(guī)模下模擬實際的效果，以便對可供選擇的方案加以比較。和其它許多實驗一樣，絮凝的實驗也需要解決一個模擬的相似問題。也就是說需要解決怎樣在較小規(guī)模的試驗中，獲得與真實絮凝池同樣的絮凝結(jié)果。對于絮凝反應(yīng)來說，需待解決的相似關(guān)系主要有二個，即處理水的河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1111水質(zhì)條件和絮凝池的水力條件。關(guān)于水質(zhì)條件，一般采用真實水樣還是容易辦到的。例如選擇若干具有代表性處理對象的原水，加注適量混凝劑，并經(jīng)充分混和，即可供作絮凝的實驗。至于水力條件，則不能依靠實際絮凝池來作試驗。因設(shè)計的目的是要對多種方案進行對比，而這在實際絮凝池中是難以完全實現(xiàn)的。為此，需要尋找合適的水力條件作模擬相似。對于水力條件，一般可以采用雷諾數(shù)或弗魯特數(shù)相似，也可采用其它相似準(zhǔn)則。至于采用何種相似方法則應(yīng)視研究對象而定。為此有必要就絮凝過程中水力條件的作用作一分析，以確定相似關(guān)系。絮凝的目的是使細(xì)小顆粒彼此聚集。除了顆粒具有絮凝能力外，還必須創(chuàng)造顆粒彼此接觸，或者接近(達(dá)到顆粒吸附的作用范圍以內(nèi))的機會。否則，若保持顆粒間的相對位置不變，即使顆粒的絮凝性能極為良好，也無法聚集?？梢酝ㄟ^三個途徑，使顆粒達(dá)到彼此的接觸：水分子的熱力運動、顆粒的沉速差異和水體的流動。所謂熱力運動產(chǎn)生的顆粒碰撞，是由于水分子進行的雜亂而沒有規(guī)則的運動(布朗運動)，不斷撞擊附近的膠體顆粒，使顆粒也進行著雜亂而沒有規(guī)則的運動，從而獲得了顆粒彼此碰撞的機會。這種接觸機會與溫度有關(guān)，而與液體的流動無關(guān)。因而只要保持溫度和時間的因素相同，熱力運動造成的碰撞也是相同的。 至于沉速差異產(chǎn)生的顆粒碰撞，往往在沉淀池中有明顯的作用。然而在絮凝池中，由于其顆粒一般尚屬細(xì)小，沉速不大，可以說差異所產(chǎn)生的碰撞作用在絮凝池中，不占統(tǒng)治地位可予忽略。 一般認(rèn)為在絮凝池中，對顆粒碰撞起主導(dǎo)作用的主要是水體的流動，也就是由于水體流動所產(chǎn)生的能量損耗而造成的。 一般關(guān)于水體流動所產(chǎn)生的碰撞公式可表示為：J=2Gd3N2/3　　　　　 (2.1)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1212式中：J——單位時間單位體積內(nèi)顆粒接觸的機會。D——顆粒的有效粒徑；單位 m。N——單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)。G——計算范圍內(nèi)的絕對平均速度梯度；單位 S 。1?平均速度梯度值可用下式計算：G=(W/μ) 0。5 　　　　　　　　　 (2.2)式中：W——單位體積單位時間所消耗的功；單位 KW。μ——液體的動力粘滯系數(shù)。一般認(rèn)為式(1)只適用于層流，而大多數(shù)絮凝池的水源均屬紊流。 對于紊流條件下顆粒的碰撞頻率，Levich 提出了如下公式：J=12πβd 3n3(ε 0/μ) 0。5 　　　　　 (2.3)式中：β——系數(shù)。ε 0——有效能量消耗率。單位 KW。比較式(2.1)與式(2.3） ，除了系數(shù)差別外，主要是式(2.3)所用的功為有效能量，而式（2.1）則采用計算的能量，兩者相差一個效率系數(shù)。而在實用上有效能量是難以確定的，仍需用計算的能量來表示。因此，無論是式(2.1)或式(2.3)，作為單位時間單位體積內(nèi)顆粒碰撞的因素都是顆粒的粒徑、濃度以及水流的速度梯度。實際上，這里包含了二個方面的內(nèi)容，即以顆粒的粒徑及濃度為代表的參與絮凝的水質(zhì)條件和以 G 為代表的絮凝池水力條件。由于粒徑和濃度已由真實水樣來模擬，因而只要保持 G 值相似，理論上即可得到同樣的顆粒碰撞條件。但是應(yīng)該指出，顆粒的碰撞并不就是顆粒的聚集。對于不同絮凝能力的顆粒，在同樣碰撞次數(shù)時，應(yīng)該得到程度不同的聚集。也就是說它們的有效聚集比例是各不相同的。但是，如采用真實水樣作為絮凝的模擬，則這一因素同樣可在實驗中獲得反映。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1313另外，在模擬絮凝水力條件時還需考慮一個重要的現(xiàn)象，即絮凝體的破碎，或絮凝體大小的限制條件。絮凝體所能承受的水流剪力是有限度的。隨著絮凝體的增大，相應(yīng)的抗剪能力會減弱。與水流共同運動的絮凝體，受到液體切應(yīng)力的作用。因此，當(dāng)液體的切應(yīng)力大于絮凝體的抗剪能力時，絮凝體將被破碎。因此在模擬絮凝反應(yīng)時，除了模擬顆粒碰撞而產(chǎn)生的聚集外，還需要模擬因液體的切應(yīng)力而產(chǎn)生的破碎。眾所周知，液體的切應(yīng)力可由二部分組成，即粘滯阻力及混摻阻力。對于層流條件，切應(yīng)力純由粘滯阻力產(chǎn)生。對于紊流條件，則主要由混摻阻力產(chǎn)生(除邊界層附近外)。這二種切應(yīng)力的大小都決定于液體的速度梯度。 在速度梯度 G 中，所謂消耗的功，也就是指切應(yīng)力所做的功。因為只有切應(yīng)力所做的功是不可逆的，也就是由機械能轉(zhuǎn)化為熱能。丹保憲仁教授在分析絮凝過程中，考慮到水流切應(yīng)力對絮粒的破碎影響，引入了顆粒最大成長度 Sm 的概念，也就是說 Sm 代表在一定的水流條件下，能形成最大粒徑的原始顆粒數(shù)。丹保教授通過試驗得出，在原水水質(zhì)條件不變時，Sm 是有效能量消耗率 ε 0 (或速度梯度 G)的函數(shù)。通過對絮凝過程中一些主要現(xiàn)象的分析，包括顆粒的碰撞，因碰撞產(chǎn)生的聚集、絮凝體尺寸的限制以及水流對絮凝體的剪切，我們得到了可用真實水樣模擬水質(zhì)特征以及用 G 值模擬水流特征這樣兩個關(guān)系。采用 G 值來模擬絮凝池的水流絮凝特征，至少在二方面是有用處的，一是可以把真實絮凝池的研究縮小到在實驗室內(nèi)進行，也就是只要維持實驗條件的 G 值與真實池相同。其結(jié)果也應(yīng)相同。另一是可以用作不同絮凝形式的比較，也就是即使絮凝池的水流形態(tài)相差甚大，只要其過程的 G 值相同，(當(dāng)然還應(yīng)考慮不同絮凝池形式有效能量利用的差別)效果河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1414也應(yīng)相同。2.1.2 假設(shè)和設(shè)想作為研究的方法可以是微觀的，也可以是宏觀的。大多理論研究都以微粒作為對象。由于實際的原水是由不同顆粒所組成，不僅粒徑呈一定分布，而且其性質(zhì)也各不相同。對于水流條件來說，同樣存在一個斷面內(nèi)的速度梯度各不相同?？赡茉谕粫r刻同一斷面上，既有顆粒的絮凝，又有顆粒的破碎。因此，采用微粒的分析方法，問題要復(fù)雜的多。甚至在很多情況下難以辦到。微觀現(xiàn)象的分析，可以幫助我們對問題的考慮(如前節(jié)所作的那樣)，但試驗還應(yīng)以整個懸濁液在絮凝過程中的平均效果作代表。這樣，我們就不必去分析諸如顆粒大小的組成分布，斷面各點的速度梯度分布以及絮凝顆粒的沉速分布等等。而分別用平均粒徑、平均速度梯度以及平均沉速來表示。對于絮凝效果的評價，一般可以采用顆粒粒徑、顆粒沉速以及沉淀后濁度去除率等來表示。無論是顆粒粗徑的加大，沉速的加快以及沉淀后濁度去除率的增加都能反映絮凝效果的提高。在理論研究方面，一般以粒徑為指標(biāo)的居多。許多理論公式都與粒徑有關(guān)。對于后續(xù)處理的沉淀計算來說，采用沉速的概念較為有利。因為沉淀池設(shè)計希望提供反應(yīng)后的沉速數(shù)據(jù)。然而對于測定來說，采用濁度指標(biāo)最為方便。實際上這三個指標(biāo)都是相互關(guān)聯(lián)的。沉淀后濁度去除率可以間接地表達(dá)懸濁液的平均沉速。為了探討方便起見，我們在研究設(shè)想方案時，仍以平均沉速作為指標(biāo)；而作為實驗的手段，則以沉淀后濁度去除率為指標(biāo)。此外，我們還作了一個假設(shè)，就是由不同方式獲得相同絮凝效果的河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1515懸濁液，在其進一步作絮凝反應(yīng)時，應(yīng)獲得同樣的結(jié)果，例如采用 G1值的速度梯度反應(yīng) T1 時間后，得到了懸濁液的平均沉速為 V，而用另一 G2 值反應(yīng) T2 時間后也可得到平均沉速為 V，我們就認(rèn)為這二者效果相同，同時，盡管它們形成的條件各不相同，但在進一步絮凝時，二者應(yīng)該獲得同等的絮凝條件。根據(jù)以上對絮凝過程以及基本假設(shè)的分析，我們就可以進而討論絮凝池合理設(shè)計的設(shè)想方案。如果把單位體積中顆粒所占的比例用 φ 來表示，即：φ=N(π/6)d 3　　　　 (2.4)則參照式(2.1)及式(2.3)，并假定顆粒的每一次碰撞均產(chǎn)生聚集，那么顆粒濃度的時間變化率就應(yīng)為： dN/dt=-KsN　　　　　　　 (2.5)式中：K s取決于 G 和 φ，即 Ks＝kG φ 。將式(2.5)積分，可得：N=N 0e-Kst　　　　　　 (2.6)式中：N——絮凝時間為 t 時的顆?？倽舛?；單位 mol/L。No——絮凝開始時(t＝0)的顆?？倽舛龋粏挝?mol/L。假如絮凝過程中密度保持不變，即 φ 固定，則上式可換算成粒徑的變化關(guān)系。即：d=d0eb b=(Kst/3) （2.7）式中：d——時間 t 時的顆粒粒徑；單位 m。do——時間 t＝0 時的顆粒粒徑；單位 m。也就是說，如果顆粒的每次碰撞均屬有效，則其粒徑的增長(或相應(yīng)沉速的增長)理論上應(yīng)如圖 2-1 所示的形式。粒徑(或沉速)隨時間呈河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1616指數(shù)關(guān)系增加，其增長的速率取決于 ks值。即 Ks 越大增長速率越快，ks與水流的速度梯度及原水顆粒體積比成正比。因此當(dāng) G 值增加?；蛘哳w粒濃度增加時，粒徑（或沉速）的增長就迅速。圖 2-1 理論曲線圖圖 2-1 所示為理論曲線，然而，根據(jù)一般攪拌試驗的結(jié)果，所得圖形與圖 2-1 有很大出入，大致得到象圖 2-1 實線所示的曲線。也就是說，在維持 G 值不變情況下，沉速增長的速率不一定是隨時間增加而加速。在開始時或開始以后較短時間，沉速增長形式與理論曲線相似。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1717圖 2-2 試驗曲線圖產(chǎn)生理論曲線與試驗曲線不一致的原因，很容易得到介釋。理論曲線假定顆粒的每一次碰撞都產(chǎn)生聚集，實際上顆粒碰撞時不僅不一定聚集，而且還可能被破碎。圖 2-2 中陰影部分實際上代表了碰撞中的無效和破碎部分。由于 V 與絮凝結(jié)果的沉速相比是微小的，故一般可略而不計。但是圖 2-2 的試驗曲線是用同一水質(zhì)、同一 G 值試驗的結(jié)果。如果改變 G 值，情況就會不同。實際上在進行攪拌試驗時，用肉眼也可發(fā)現(xiàn)。在經(jīng)一定時間攪拌后，停止?jié){板的轉(zhuǎn)動，由于水流的慣性，液體仍在旋轉(zhuǎn)。但 G 值顯然逐漸減小，此時所看到的絮凝體往往明顯地優(yōu)于攪拌時的絮凝體。其原因也較清楚，由于 G 值減小，其極限沉速就相應(yīng)增大，雖然此時的絮凝時間尚達(dá)不到相應(yīng)的極限沉速，但顆粒還是向加大的方向發(fā)展。因此，為了探索合理的絮凝水流條件，就應(yīng)該對不同 G 值情況下的絮凝分別進行試驗。圖 2-3 所示為可能獲得的一組試驗結(jié)果。a、b、c分別代表低、中、高三種不同的 G 值，按照理論曲線(虛線)應(yīng)該出現(xiàn) G值越高，增長越快。但實際情況在在有所出入。在開始階段無凝應(yīng)該是G 值越高絮凝效果增長越快。因為此時顆粒尚屬細(xì)小。碰撞產(chǎn)生的絮凝作用應(yīng)是主要的。但是當(dāng)顆粒增長到某一程度后，顆粒聚集受到一定限制，還將受到破碎的影響，也就是逐步趨向于某一極限沉速。由于 G 值高的，極限沉速小，而 G 值低的，極限沉速大，因而它們的試驗曲線必然相交(如圖 2-2 中的 A 點及 B 點)；也就是說，當(dāng)用 C 的 G 值反應(yīng) tA時，與用 b 的 G 值反應(yīng) tA時，將獲得同樣的顆粒沉速。同樣，對用 c的 G 值反應(yīng) tB時，與用 a 的 G 值反應(yīng) tB時應(yīng)具同等效果。然而當(dāng)絮凝河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1818時間超過交點時，低的 G 值將可獲得較快的顆粒沉速增長，高的 G 值沉速增長反而減慢，這也就是絮凝池設(shè)計中采用改變流速的原因。由圖2-3 可知，如果不考慮絮凝時間的長短，采用低的 G 值可以獲得較好的絮凝效果。但是這樣的設(shè)計顯然也是不合理的。因為絮凝池合理設(shè)計的目的就是要求以最短的時間獲得最好的效果。圖 2-3 試驗結(jié)果圖圖 2-3 所示的試驗結(jié)果，對進行絮凝池的合理設(shè)計很為有用，后面將作進一步討論。此外，如前所述，絮凝效果不僅與水流條件(G 值)有關(guān)，而且也與處理水的性質(zhì)有很大關(guān)系。那么在這樣的試驗中，水質(zhì)的差異能否得到反映，這是需要考慮的。從絮凝角度考慮的水質(zhì)特征，主要應(yīng)包括原水的顆粒濃度，顆粒的絮凝能力以及顆粒的抗剪強度。顆粒濃度高，粒間的接觸機會多，因而就具有較迅速增大顆粒的可能。如果單體顆粒的絮凝能力和抗剪強度都一樣，那么濃度的高低基本河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1919上對其極限沉速值不會產(chǎn)生很大影響。但如果考慮除水流切應(yīng)力外，顆粒碰撞時尚有其衡量的作用，則可能出現(xiàn)高濃度的極限沉速略小于低濃度的現(xiàn)象。當(dāng)然，對于濃度高到某一程度(例如污泥循環(huán)等類型)，是否尚有其它絮凝作用機理，尚有待進一步探討。因此圖 2-4a 所示的二條曲線大致上反映了其它條件相同時濃度高低的影響。由圖可見。一般情況下，達(dá)到同一沉速所需的絮凝時間隨濃度增加而減少。圖 2-4 反應(yīng)曲線圖顆粒的絮凝能力在絮凝過程中起著重要作用。例如由于混凝劑選擇不當(dāng)或加注量不足，均可使顆粒缺乏必要的絮凝能力，此時，即使接觸機會很多，然而其聚集效果卻很差。對這些絮凝能力差的水質(zhì)，其絮凝河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2020進展必然非常緩慢，相應(yīng)的極限沉速也很低。而要達(dá)到極限沉速所需的時間也很長，實際生產(chǎn)中，往往采用不斷調(diào)整混凝劑加注量的辦法，來調(diào)節(jié)絮凝效果，其實質(zhì)也就是不斷改變顆粒凝絮能力，以滿足絮凝的要求。圖 2-4b 的曲線代表了絮凝能力的影響。由圖可知，對絮凝能力弱的處理水，其無效碰撞占有重要比例。顆粒的抗剪強度取決于原水顆粒性質(zhì)以及絮凝體的組成結(jié)構(gòu)。例如對于主要由色度組成的原水，由于膠體所帶負(fù)電荷較強，聚集顆粒組成的結(jié)構(gòu)就與一般濁度組成的原水不同。相應(yīng)的抗剪強度也有所區(qū)別。顆?？辜魪姸鹊拇笮≈苯佑绊懼跄w粒的極限沉速，抗剪強度大，允許的極限沉速也大。圖 2-4c 曲線代表了抗剪強度的影響。由圖可知，如顆粒的絮凝能力相同，則在其開始反應(yīng)階段，抗剪強度的影響不顯著。只有接近其極限沉速時，將產(chǎn)生明顯的區(qū)別。以上只是根據(jù)某些理論以及概念所作的分析。事實上水質(zhì)條件還要復(fù)雜得多，除了上述這些影響因素外，還可能存在其它影響絮凝的因素。但是作為絮凝過程的實際試驗，基本上能綜合反映這些因素的影響，因而較接近真實絮凝池的絮凝過程。2.2 絮凝池的設(shè)計要求及結(jié)果通過以上這些分析，我們可以得到這樣的初步概念：(1)用 G 值相似可以大體模擬絮凝他的水流條件；(2)采用真實的水樣，基本代表了處理水的絮凝特性；(3)處理水的絮凝特性，能在攪拌試驗結(jié)果中得到綜合反映；(4)因此，攪拌試驗的結(jié)果基本上反映了真實絮凝池的絮凝情況。我們現(xiàn)在設(shè)計的絮凝池要適應(yīng)大多數(shù)廠家的廢水凈化工作。所以其河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2121設(shè)計要求為：(1)絮凝池分為 3 格。(2)每格絮凝池的體積為 40m3。為了滿足絮凝池的體積要求，結(jié)合現(xiàn)在大多數(shù)廠家的絮凝池規(guī)格，設(shè)計絮凝池尺寸如下：每格反應(yīng)池長 3.1m，寬 3.1m，池子高 4.4m，容積 42.3m3。其流程圖如圖 2-5 所示：圖 2-5 絮凝池的流程圖河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 22223 絮凝攪拌機的設(shè)計3.1 設(shè)計原始數(shù)據(jù)(1)絮凝攪拌池設(shè)三檔攪拌機，攪拌池分為三格。(2)每格反應(yīng)池長 3.1m，寬 3.1m，水深 4.4m，容積 42.3m3 。(3)各檔攪拌速度梯值 G 取 20-70S 之間。1?(4)絮凝池水溫平均溫度 15℃，水的粘度 μ 為 1.14×10 P 。3?sa.3.2 設(shè)計要點(1)上層攪拌器槳葉頂端應(yīng)設(shè)于池子于水面下 0.3m 處，下層攪拌器槳葉底端應(yīng)設(shè)于距池底 0.5m 處，槳葉外緣與掣側(cè)壁間距不大于0.25m。(2)每片槳葉的寬度，一般用 100-300mm，槳葉的總面積不應(yīng)超過反應(yīng)池水截面積的 10%-20%。當(dāng)超過 25%時整個池水將與槳板同步旋轉(zhuǎn)，故設(shè)計中必須考慮避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象。(3)攪拌機軸設(shè)在每格池子的中心處，攪拌機軸和槳葉等部件應(yīng)進行必要的防腐蝕處理。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 23233.3 設(shè)計計算數(shù)據(jù)設(shè)計中主要是進行以下幾方面的工作：(1)絮凝攪拌的檔數(shù)：一般絮凝池內(nèi)設(shè) 3-6 檔不同攪拌強度攪拌機，因此絮凝池分為 3-6 倍。(2)攪拌軸的安裝方式。(3)攪拌器槳葉的中心處的線速度(相當(dāng)于池中水流平均速度)ν(m/s)，一般自第一檔的 0.5-0.6m/s 逐漸變小至末檔的 0.1-0.2m/s。最大不超過 0.3m/s。(4)各檔攪拌機攪拌速度梯值 G，一般取 20-70S 。1?(5)液體溫度應(yīng)取平均溫度，水的粘度 μ(Pa.s)按規(guī)定值取用。μ=1.14 Pa.s。3.4 槳葉的設(shè)計3.4.1 槳葉結(jié)構(gòu)尺寸確定(1)每檔絮凝攪拌機獨立傳動，設(shè)雙層框式攪拌器，每個框式攪拌器設(shè)四片豎立槳葉，槳葉寬度由設(shè)計要點知其范圍為 0.1—0.3m 之間。則：本設(shè)計選取寬度 B 為 0.13m。長度 L 由公式 d/D=0.9～0.98 可知：槳葉和池子長度之比選 0.9。又知池子長度為 3.1m，則長度 L=0.9×3.1=2.79m所以槳葉的面積為：A=0.13×2.79×4×2=2.9㎡河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2424(2)每格反應(yīng)縱截面積為 4.4×3.1=13.64㎡槳葉總面積與反應(yīng)池水流面積之比為 2.9/13.64=0.213由文獻(xiàn)[1]查得：液體旋轉(zhuǎn)速度與槳葉旋轉(zhuǎn)速度的比值為：K1=0.24，K 2=0.28，K 3=0.32(3)槳葉旋轉(zhuǎn)半徑：由上面介紹可知：槳葉旋轉(zhuǎn)直徑為 D=2.79m則：外槳葉的半徑為：R 1=1.395m。減去槳葉寬度得：R2=1.395m-0.13m=1.265m所以外槳葉的理論半徑為：Rp1=(R1+R2)/2=1.33m同理：因為內(nèi)槳葉根據(jù)黃金分割原理得出：R1=0.85m。R 2=0.73m所以內(nèi)槳葉的理論半徑為：Rp1=(R1+R2)/2=0.79m3.4.2 攪拌器轉(zhuǎn)速計算根據(jù)已知速度梯度 G 計算：第一檔選 G =70S ，因為 K =0.24，所以根據(jù)轉(zhuǎn)速公式：1?1n = （3.1）1??3 33129602??PRAKCV?河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2525其中 μ——水的粘度，單位 Pa.sV——絮凝池的體積，單位 m3G——速度梯度，單位 S 1?C——攪拌層數(shù)K——水和攪拌器的速度之比A——單層槳葉面積，單位 m2ΣR p——內(nèi)槳和外槳的矢量和，單位 mn——攪拌器轉(zhuǎn)速，單位 r/min所以第一檔的轉(zhuǎn)速為：?????3213 331.40.72960291.0.94??????????=0.0807r/s=4.84r/min同理：第二檔：G2=50s 1?K2=0.28由公式：（3.223121KnnG???????????）得：n =4.32r/min2所以：河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2626第三檔 G =20s ， ，31?32.0?K23131nn??????（3.3）230.47.571????????????.5/minr3.4.3 攪拌功率計算按 T.R 甘布計算法計算(以將橫梁及斜拉桿的拖曳和機械消耗功率考慮在內(nèi))為 (3.4） ??3120%102nDpCeANvg???ρ 3.3.9.8np??375npv?第一檔 外槳板：(3.5)13.409.80.4/PRnvpms????內(nèi)槳板：(3.6)2213.4.80.2/0Pnvp s????河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2727(3.7)333120.48.20.1/pnvvms????N=0.75 (3.8)3.751.9pKW?第二檔 外槳板：123.409.320.4/PRnvpms????（3.9）內(nèi)槳板：(3.10)223.140.320./PRnvpms????(3.11)3312...9/pnv???N=0.75 (3.12）30.750.8pKW?第三檔 外槳板：(3.13)13.4092.350./PRnvpms????內(nèi)槳板：(3.14)223.142.350.1/0Pnvp s????(3.15)3312.../pnvm??N=0.75 (3.16)30.7510.98p KW??河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 28284 電動機及減速器的選型4.1 減速器和電動機的選型條件(1)機械效率，傳動化，功率，進出軸的許用扭距和相對位置。(2)出軸旋轉(zhuǎn)方向是單項或雙向。(3)攪拌軸軸向力的大小和方向。(4)工作平穩(wěn)性，如震動和荷載變化情況。(5)外形尺寸應(yīng)滿足安裝及檢修要求。(6)使用單位的維修能力。(7)經(jīng)濟性。4.2 電動機與減速器的選擇攪拌設(shè)備的電動機通常選用普通異步電動機。澄清池攪拌機采用YCT 系列滑差式電磁調(diào)速異步電動機，消化池攪拌機一般采用防爆異步電動機。攪拌設(shè)備的減速器應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)減速器及專業(yè)生產(chǎn)廠產(chǎn)品，參考文獻(xiàn)[2]“標(biāo)準(zhǔn)減速器及產(chǎn)品”選用，其中一般選用機械效率較高的擺河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2929線針輪減速器或齒輪減速器：有防爆要求時一般不采用皮帶傳動：要求正反向傳動時一般不選用蝸輪傳動。電動機及減速機選用，見表 4-1表 4-1 電動機與減速器的選型名稱 符號 單位 第一檔 第二檔 第三檔攪拌器的轉(zhuǎn)速nr/min 4.84 4.32 2.35攪拌功率 N KW 0.09 0.08 0.0098電動機算功率Na= 9.02121??kg?式中 k —工況系數(shù) 24hg連續(xù)運行時為 1.2=擺線針輪減速機傳動1?效率 =滾動軸承傳動2效率KW 0.12 0.11 0.013選用電動機的功率 KW 0.8 0.4 0.4電動機同步轉(zhuǎn)速r/min 1500 1500 1500河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 3030減速比 200 254 412選用減速器減速比 187 289 385選用減速器輸出軸轉(zhuǎn)速 r/min 8 5.2 3.94.3 聯(lián)軸器的選型根據(jù)機械設(shè)計手冊及攪拌機的類型選用凸緣聯(lián)軸器，由電機的尺寸選擇聯(lián)軸器軸徑 d=65mm， L 1=104mm，L 2 =42mm，許用扭轉(zhuǎn)為 850N.m，質(zhì)量為 17.97Kg，標(biāo)記為：聯(lián)軸器 D65-ZG，如圖 4.1 所示。圖 4-1 D65-ZG 聯(lián)軸器河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 31314.4 攪拌軸的設(shè)計及其結(jié)果驗證由上面所選聯(lián)軸器的類型初步確定攪拌軸小徑為：d 1=65mm下面來做軸徑的理論計算：由《過程裝備設(shè)計》查的公式：（4.1）421nNCd?式中 C2—按扭轉(zhuǎn)剛度計算系數(shù)，當(dāng)扭轉(zhuǎn)角為 1 /m 時，C 2=91.50N—攪拌器的功率，單位 KWn—攪拌器的轉(zhuǎn)速，單位 r/min得：第一檔：(4.2)410.952.8dm??第二檔：(4.3)410.9532.d??第三檔:(4.4)410.8952.53dm??經(jīng)上面計算所的結(jié)果可以看出 3 個軸徑的理論數(shù)值都小于 65mm，故軸的小徑選：d1=65mm河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 32324.5 軸與槳葉、聯(lián)軸器的連接4.5.1 連接形式槳式攪拌器與軸的連接，當(dāng)采用槳葉一端煨成半個軸套，用螺栓將對開的軸套夾緊在攪拌軸上的結(jié)構(gòu)時 D≤600mm 時用一對螺栓鎖緊：D＞600mm 時用兩對螺栓鎖緊。這種連接結(jié)構(gòu)為傳遞扭距可靠起見，宜用一穿軸螺栓使攪拌器與軸固定。本設(shè)計由于軸選取 D≤600mm，故選用一對螺栓縮緊裝置。4.5.2 聯(lián)軸器與軸的連接 當(dāng)采用鍵和止動螺釘將攪拌器軸套固定在攪拌軸上的結(jié)構(gòu)時，鍵應(yīng)按 GB1095-79《平鍵和鍵槽的剖面尺寸》選取。攪拌器軸套外勁 D 宜為軸徑 D 的 1.6-2 倍。軸套長度應(yīng)略大于軸套處槳葉寬度在軸線上的投影長度，但不小于 D1。由上面設(shè)計知：d 1=65mm，再由文獻(xiàn)[4]查得，選取鍵為圓鍵，長度為 85mm，寬度為 18mm，厚度為 14mm。4.6 軸承的選型及軸的最終確定由上面計算及選型結(jié)果知：d 1=65mm。查機械設(shè)計手冊得該軸承類型為：平面軸承 8216；內(nèi)徑 d1=65mm；外徑 D=115mm；厚度 T=28mm。河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 3333它的連接方式為：與軸相砌，得知軸的中徑為 d2=80mm。由上面計算及選型結(jié)果知：d 2=80mm。查機械設(shè)計手冊得該軸承類型為：角接觸軸承 36216；內(nèi)徑 d2=80mm；外徑 D=140mm；厚度T=26mm。它的連接方式為：與軸相砌，得知軸的大徑為 D=100mm。由上面選型得軸的尺寸為：內(nèi)徑 d1=65mm；中徑為 d2=80mm； 大徑為 D=100mm。5 支撐裝置設(shè)計5.1 攪拌機的支承部分5.1.1 機座立式攪拌機設(shè)有機座，在機座上要考慮留有容納聯(lián)軸器，軸封裝置和上軸承等不見的空間，以及安裝操作所需的位置。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 3434圖 5-1 上軸承支承裝置機座形式分為不帶支承的 J-A 型和帶中間支承的 J-B 型以及 JXLD型擺線針輪減速器支架，由文獻(xiàn)[3]中的 2.8 用立式減速器的減速器機座的系列選用，當(dāng)不能滿足設(shè)計要求時參考該系列尺寸自行設(shè)計。由于攪拌軸軸向力不大，聯(lián)軸器為夾殼式故選用 J—A 型機座，由于減速器軸徑為 65mm，故選用 J—A—65該機座結(jié)構(gòu)如圖 5-1 所示5.1.2 軸承裝置上軸承：設(shè)在攪拌機機座內(nèi)。當(dāng)攪拌機軸向力較小時，可不設(shè)上軸承，(如 J-A 型機座)，但應(yīng)驗算減速機軸承承受攪拌軸向力的能力。當(dāng)河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 3535攪拌機軸向力較大時，須設(shè)上軸承：若減速機軸與攪拌軸采用剛性連接，可在機座中設(shè)一個上軸承，以承擔(dān)攪拌機軸向立和部分勁向力，如圖(5-2)所示：若減速機軸用非剛性連接，可在機座中設(shè)兩個軸承。當(dāng)攪拌的軸向力很大時，減速機軸與攪拌軸應(yīng)用采用非剛性連接，應(yīng)在機座中設(shè)兩個上軸承或在機座中設(shè)一個上軸承并在容器內(nèi)或填料箱中再設(shè)支承裝置。軸承蓋處的密封，