污水處理廠推流器支架生物工程研究范文

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摘要：針對污水處理廠生物池推流器支架經常損壞的情況，選取了3種常用的推流器支架作為研究對象，利用相關軟件在相同的安裝條件和受力條件下對3種推流器支架進行了模擬分析并與實際受損情況進行了對比，最終對推流器支架提出了優化建議。該研究成果對設備廠家和污水處理廠運營方有一定的參考價值。

關鍵詞：污水處理廠；推流器支架；受力分析

在污水處理廠的設計過程中，根據污水處理的工藝要求，生物池都會布置相應的推流器使池內流速不低于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節起著重要的作用，推流器對生物池而言無疑又是其中最為關鍵的設備。該設備如果出現損壞往往會造成嚴重的后果，輕則設備報廢，重則污水處理廠停產，這種情況對運營方而言是絕對不能接受的。然而在污水處理廠實際運營過程中推流器常常出現損壞情況，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個廠家的推流器支架作為研究對象，通過數值模擬分析計算對推流器支架給出了相應的優化建議。

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。根據安裝條件，利用三維建模軟件分別對3種推流器支架進行了建模[1]，如圖1所示。3種推流器支架細節雖然各有不同，但是整體形式類似，均由端部固定件、主要承力柱、推流器設備主體、推流器機座、底部支架結構組成，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計算方法，利用的軟件為ANSYSWorkbench[2-3]。首先將推流器支架系統的頂端和底部設置為固定約束，然后在主要承力柱的特定區域施加相同的力值。根據推流器葉片的CFD流體模擬計算，選取統一的1組力值（6000N，－1000N，－2000N）作用于支架系統，模擬計算結果如圖3～5所示。從圖3～5可以看出，廠家1推流器支架的最大應變位移為0.51mm，最大應力為5.67MPa；廠家2推流器支架的最大應變位移為0.18mm，最大應力為1.25MPa；廠家3推流器支架的最大應變位移為0.89mm，最大應力為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的推流器支架應變位移和應力值比較大，結構形式不太合理；廠家2和廠家3的推流器支架因為設置有合理的支持構件，因此應變位移和應力值相對較小。

3推流器支架受力分析與損壞情況對比

筆者主要對廠家1推流器支架的受力模擬與實際損壞情況進行了對比分析，同時結合工程中實際安裝和運行情況分析得出推流器支架損壞的原因，為其后續的設計優化和實際應用給出合理的技術支撐。

3.1角鋼翼緣損壞點受力分析

角鋼翼緣模擬應力云圖與實際損壞情況對比見圖6。從圖6可以看出，角鋼翼緣的應力較大值出現在云圖中橢圓所示部位，當推流器支架受力足夠大時，該部位肯定是系統的薄弱環節，推流器支架的實際損壞情況也印證了這一點。

3.2主承力柱與機座軸套之間的擠壓損壞分析

主承力柱模擬應力云圖與實際損壞情況對比見圖7。從圖7a）可以看出，應力最大值出現在主承力柱與機座軸套之間的接觸部位，當推流器支架受力足夠大時，該接觸部位會出現損壞。圖7b）顯示主承力柱與機座軸套之間的接觸部位確實出現了損壞。

3.3推流器支架上端固定失效分析

在工程運行和設備安裝過程中，筆者發現3種類型的推流器支架還存在共性的設計及安裝問題，其中最為常見的就是上部固定端經常會出現固定不牢靠的情況。針對上述問題，筆者也進行了模擬分析和計算。首先根據受力特點情況，將推流器支架模型上部固定端的自由度釋放，經過計算得出了3種支架的應變位移和應力云圖，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變位移為5.7mm，最大應力為5.68MPa；廠家2推流器支架的最大應變位移為0.8mm，最大應力為1.25MPa；廠家3推流器支架的最大應變位移為5.9mm，最大應力為2.0Mpa。從計算結果的對比分析可以看出，當上部固定端的自由度釋放之后，推流器支架系統的最大位移點位置發生了變化，即由主承力柱的偏中間位置轉移到主承力柱的最上端，這主要是因為推流器支架的力學模型發生了變化。通過計算可以看出，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力大，而廠家2的推流器支架最大應力在2種狀態下基本持平。由此可以看出，當推流器上部固定端因為安裝或運行原因出現松動時，會導致推流器支架系統受力模型發生變化，在相同的推力下，系統更容易出現損壞的情況。因此，建議廠家采用合理、可靠的上端固定形式。

4推流器支架的優化

1）推流器支架盡量采用焊接連接，如果考慮到后續拆裝問題，也可以采用螺栓連接，但應該保證螺栓和螺母有效、牢靠地連接，這樣可以有效避免因為螺栓松動而磨損支架構件。2）推流器支架的局部設計要保證結構受力合理，例如增加主承力柱的支持構件、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，因而導致支架局部受力的增大，最終導致支架系統或者葉片的損壞。

5結語

根據對推流器支架的模擬分析及其與實際損壞情況的對比，找出了推流器支架的結構薄弱環節，并提出了相應的優化建議，為推流器廠家的設備優化和污水處理廠運營方對既有推流器支架加固提供了必要的技術支持。

參考文獻：

[1]陳超祥，胡其登.SolidWorks高級教程簡編[M].北京：機械工業出版社，2012：1-37.

[2]龔曙光.ANSYS基礎應用及范例解析[M].北京：機械工業出版社，2003：160-340.

[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：北京市市政工程設計研究總院有限公司