探究污水处理用螺旋曝气多功能试验装置的设计 2页

探究污水处理用螺旋曝气多功能试验装置的设计葛良武(合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥230009)摘要：螺旋曝气泵的扬程系数的取值与螺纹的几何、形状参数关系很大，它的取值对螺旋曝气装置的性能有很大的影响。通过设计螺旋曝气装置，更换转子和定子的尺寸以及不同的螺纹参数，测定螺纹参数和扬程的关系以及不同尺寸的定子和转子对螺旋曝气泵性能的影响。关键词：螺旋曝气装置污水处理螺纹参数转子定子1设计目的通过设计螺旋曝气多功能装置，得到影响曝气泵性能的相关因素，主要研究转子和定子尺寸以及螺纹参数对泵性能的影响，从而达到提高曝气设备性能的目的，为研究新型的污水曝气装置提供参考数据。2新型螺旋曝气器试验设计2．1迷宫螺旋泵迷宫螺旋泵是新型螺旋曝气器的核心部件。它的核心组成结构包括定子和转子。定子和转子的内表面具有相同尺寸和形状的螺纹，但是螺纹的方向却相反。转子通过旋转作用，将流道内的液体带动，液体受到定子和转子的内部螺纹的相互作用，从低压端被传送到了高压端，这就是泵送效应。根据相关试验研究，对迷宫螺旋泵进行内流场进行cFD数值模拟，并在其密封理论上采用简化假设的方法对螺旋曝气装置内中螺旋段对流体产生的压力做分析。为了计算方便，下面的计算中将不考虑定子以及转子的曲率对试验产生的影响，并假设定子和转子是理想平板模型，平板以v／2的速度运动。设定转子的轴向方向为z轴，旋转切向是x轴。假定：通过转子轴向传输到螺旋段的流体体积为Q；设定轴向上的流体面积是s，由此可以得到轴向上的流体运行速度(平均速度)：Q／s；流体的切向速度(圆周速度)：一(Q／s)tand+v／2。螺旋段轴向上的全部蜂窝体所产生的总压与定子转子和配合段螺纹产生的压力和相等。若配合螺纹段的蜂窝体总数是m=zL／tanol，则可以得到计算扬程的公式：H小未(÷一号tan仅，2(1)在这里，k是扬程系数；仅是螺纹升角；d是转子的直径；l是配合螺纹长度；v是转子的旋转速度；z是螺纹数目；Q是泵流量；g是重力加速度；s是轴向定子、转子的流通面积和。在式子中，扬程系数的取值与螺纹的几何、形状参数关系很大，它的取值对螺旋曝气装置的性能有很大的影响。该试验能够确定螺纹中各个参数和k的关系。—-卜一—-P一+-+一+一—-+一一—-P一—P一+-+一+”+”+”+一+一+一+(3)由于短肢剪力墙结构相对于普通剪力墙结构其抗侧刚度相对较小，设计时宜布置适当数量的长墙，或利用电梯，楼梯间形成刚度较大的内筒，以避免设防烈度下结构产生大的变形，同时也形成两道抗震设防。(4)各墙肢分布要尽量均匀，使其刚度中心与建筑物的形心尽量接近。抗震设计中，简体和一般剪力墙承受的第一振型底部地震倾覆力矩不宜小于结构底部地震倾覆力矩的50％，必要时也可以通过增加长肢墙的方法调整刚度中心位置。(5)短肢剪力墙结构体系的抗震薄弱环节是建筑外边缘及角点处的墙肢，特别是“一字形”短肢剪力墙，可出现先于与其相连的粱破坏的情况。如当高层短肢剪力墙结构有扭转效应时，会加剧已有的翘曲变形，使其墙肢首先开裂。因此，设计时应采取必要的措施，如对位于建筑外边缘及角点处的短肢剪力墙应减小轴压比，增大纵筋和箍筋的配筋率，加强小墙肢的延性抗震性能，避免形成孤立的“一”字形短肢剪力墙，以保证结构的安全性、实用性。(6)要正确判定短肢剪力墙结构墙肢平面内梁的属性。《高层建筑混凝土结构技术规程》(JcJ5—2002)规定：剪力墙开洞形成的跨高比小于5的连梁应按连梁进行设计：当跨高比·26·大于5时宜按框架梁进行设计。连梁的刚度变化，直接影响了结构的总体抗侧移刚度，合理地选择梁的截面和配筋，有利于提高结构的抗震性能。因此，小高层住宅短肢剪力墙结构在实际设计时，墙肢刚度可相对减小：连接各墙肢间的梁刚度不应折减。只有这样，才能使梁截面设计易于满足规范的要求，也是偏于安全的。(7)小高层住宅在设计时，为避免连梁剪切破坏先于弯曲破坏，应满足强剪弱弯的要求：不宜采用窗下墙作为连梁，因为窗下墙高度很大，形成刚度很大的剪切块，不利于结构的抗震设计，所以，宜将连粱设计成为截面、刚度较小的弱连梁。5结束语作为剪力墙结构体系的分支，短肢剪力墙结构由于结构布置方面的灵活性和可调整性，使其各项技术经济指标均较一般剪力墙结构理想，因而在小高层住宅楼结构设计中已被广泛采用。设计短肢剪力墙结构时，应区别于一般剪力墙结构，多结合住宅特点，使结构刚柔适中，并运用抗震概念设计的原则，采取有效的抗震措施，注重细部设计，从而做到结构设计安全、经济、适用。\n2．2试验方案和试验原理据相关参考资料可以知道，迷宫螺旋泵曝气性能明显和输送纯水的性能不同，螺旋泵的定子和转子内表面的螺纹参数对泵的性能会产生很大的影响。设计一个螺旋曝气试验装置，能够方便地更换装置中的定子和转子，测定不同尺寸的转子和定子对曝气性能的影响。2．2．1迷宫螺旋曝气泵结构通过设置试验用的简便装置开展试验，这里设置的迷宫螺旋曝气泵中，泵的定子和转子能够进行方便的装配和拆卸并且泵壳和泵轴也能够进行方便的装卸，这样能够满足试验要求，随时进行不同规格的定子及转子的更换。下图为试验设计的装置：I23456789l出u法兰I2～传动轴；3一螺纹定子；4。泵体外简lS一螺纹转子；6⋯测压nI7两翎渲气体入【1；8两相漉藏体人口·9一泵体后段如图，设计中在泵的进口吸液管旁边设计了一个吸气孔。在吸气管以及吸液管上都配备了阀门，通过调节阀门能够十分便捷的调节吸液量以及吸气量。在吸气管和吸液管的管路中安装了流量计，能够对各自管中的液体流量进行测量。变频电机作为动力源，带动螺旋曝气泵的转动，并且可以人为对转速进行调节。在螺旋泵的进口、中部以及出口全部开设了取压孔，分别对这几个部分进行压力测定。在泵出口法兰处安装了能够对泵内气液情况进行观察的管路，方便记录泵内气体和液体的混合度。为了方便取样研究，在管路中设置了取样孔，这样能够随时对}昆合液体中的含气量进行测量。2．2．2试验流程设计的螺旋曝气装置试验工艺流程如下图所示：在该流程中，螺旋曝气泵是主体，在泵体流道上设置压力传感器、吸人流量传感器以及溶解氧测量仪等，通过各个仪器仪表的测量，能够有效的实现对整个工艺流程参数的测定。该装置的各个技术参数如下：螺旋曝气泵额定流量3立方米每时；最大污水处理量4立方米每时。2．2．3试验设备(1)可更换式气液两相流入口接管。此部件是过流部件的入口段，对泵内部的流厂有很大的影响作用。试验中为了方便更换，该接管设计的是螺纹连接。通过更换入口段可以对观测到流道到气体人口之间的垂直距离对曝气效果的影响。(2)可更换定子和转子。本试验中定子和转子的配合有效长度是100毫米。通过套筒轴和轴肩对泵转子进行固定，同时采用泵壳以及排液管轴向压紧的方式对其进行加强固定。试验中螺纹型线有4种：等边三角形、直角三角形、梯形以及矩形。通过对螺纹型线以及不同型号的转子和定子进行更换，可以达到测定螺纹参数以及定子、转子型号对曝气性能的影响。(3)并联管路。在本试验中采用并联管路设计，通过并联接人其他的曝气设备，研究其他曝气设备和螺旋曝气装置的曝气性能的差别。2．2．4试验过程试验开始前，为了减少气蚀，快速抽出液体，首先进行灌泵。关闭吸气管上的阀门，开始灌泵，灌泵结束后开启曝气泵。随着泵的转动压力不断增大，待达到正常工作压力时，打开吸气管路上的阀门，注意要缓慢的旋转阀门，使吸气量逐渐上升直到最大。当泵的进口压力Ps小于气体的进口压力Pg时，通过压强差就能够自动进入泵内。因此，当Ps>赡时，需要进行调节，使Ps