李紹武，鄭鳳厚
中國市政工程東北設(shè)計(jì)研究院]吉林長春(130021

　　摘　要：雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)是近十幾年發(fā)展起來的一種沉淀池刮泥設(shè)備，在斜管、斜板沉淀池和浮沉池中都得到了普遍的應(yīng)用。本文不僅對雙鋼 絲繩牽引式刮泥機(jī)與虹吸式刮泥機(jī)在應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析比較，而且對雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)的發(fā)展過程、設(shè)計(jì)應(yīng)用、施工安裝、工程實(shí)例等方面做了詳細(xì)介紹。
　　關(guān)鍵詞：雙鋼絲繩；牽引式刮泥機(jī)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用
　　中圖分類號：TU991.23
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C
　　文章編號：1000-4602(1999)11-0045-03

1 特點(diǎn)

　　雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)是80年代由日本政府援建的長春中日人民友好水廠中斜板沉淀池的刮泥設(shè)備。日方援建部分設(shè)計(jì)規(guī)模為18×10⁴m³/d，工藝流程與國內(nèi)其他水廠的工藝大體相同，即反應(yīng)、沉淀、過濾。沉淀池分4個(gè)系列，內(nèi)裝斜板，單組斜板沉淀池長32m， 寬12m，每組沉淀池設(shè)4套雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)，共計(jì)16套。刮泥機(jī)布置方式為橫向刮泥，刮泥機(jī)型式為臥式，刮泥小車軌距為3.2m。該工程自1988年6月建成投產(chǎn)至今效果一直很好，沉淀池的排泥濃度一直在95%～98%,沉淀池出水濁度<8 NTU，水廠出水濁度<3NTU。?
　　長期以來，斜管沉淀池的排泥一般采用虹吸式或泵吸式刮泥機(jī)。由于虹吸式刮泥機(jī)自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在沉淀池寬度方向的兩側(cè)必須為設(shè)備的立桁架留有600～700mm的運(yùn)行通道。當(dāng)斜管沉淀池的長度超過25m時(shí)，沉淀池架設(shè)斜管的混凝土懸墻使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工十分困難，從而使斜管沉淀池的長度受到限制。另外為設(shè)備預(yù)留的運(yùn)行通道內(nèi)不能架設(shè)斜管(此處相當(dāng)于平流沉淀池)，斜管沉淀池的斜管鋪設(shè)面積不能達(dá)到100%。池體外側(cè)同時(shí)要設(shè)置600mm寬的與沉淀池長度相同的排泥槽，造成凈化車間的建筑跨度亦要相應(yīng)加大，增大了采暖面積，同時(shí)虹吸式和泵吸式刮泥機(jī)的水量損失也較大，增大了運(yùn)行費(fèi)用。對于單鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)國內(nèi)也早有應(yīng)用，由于單根鋼絲繩很難控制刮泥車的跑偏現(xiàn)象，目前尚未發(fā)現(xiàn)成功的工程實(shí)例。
　　雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上完全避免了單繩牽引刮泥車的弊病，巧妙地將一套驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)與兩臺刮泥車組成一個(gè)運(yùn)動(dòng)整體。我們通過對引進(jìn)設(shè)備的消化理解，結(jié)合我國國情，對進(jìn)口設(shè)備進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)。初期由于我國沒有生產(chǎn)不銹鋼鋼絲繩的廠家，僅能用普通碳鋼鋼絲繩代替，通過對遼寧丹東化纖廠工業(yè)水處理廠的實(shí)際應(yīng)用，效果不甚理想。由于鋼絲繩是在沉淀池的水下向驅(qū)動(dòng)裝置上的卷筒卷繞，鋼絲繩表面的水漬加速了鋼絲繩在大氣中的銹蝕，卷筒上的銹水又被鋼絲繩帶入沉淀池污染了水質(zhì)，鋼絲繩僅用一年就發(fā)生了斷裂。若采用鍍鋅鋼絲繩，鋼絲表面的鍍鋅層很容易被磨損，效果也不理想。?
　　目前，雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)通過十幾年的工程摸索、總結(jié)、改造，已得到了較徹底的完善。不銹鋼鋼絲繩國內(nèi)已能生產(chǎn)，鋼絲繩卷筒、改向滾筒均可采用不銹鋼材質(zhì)，同時(shí)刮泥機(jī)的換向機(jī)構(gòu)采用了無機(jī)械接觸式的接近開關(guān)。通過對上海寶鋼、大慶采油十廠、大慶油田中引水廠、吉林市二水廠、大連金州水廠等十幾個(gè)工程的實(shí)際測試，設(shè)備運(yùn)行可靠度已優(yōu)于國外引進(jìn)設(shè)備。?

2 設(shè)計(jì)中需注意事項(xiàng)

　　 雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)由1套驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)裝置、2臺刮泥小車、2套換向機(jī)構(gòu)、8套立式滑輪、12套臥式滑輪及牽引鋼絲繩組成。
　?、衮?qū)動(dòng)卷揚(yáng)裝置設(shè)在池頂挑臺板上，設(shè)備自重3.5 t，鋼絲繩最大牽引力約為1.5t，故此卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的向下總作用力約為5t。挑臺板下設(shè)兩道混凝土梁，由于設(shè)備振動(dòng)較小，一般結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不考慮動(dòng)負(fù)荷。
　?、陂L度<25m的斜管沉淀池應(yīng)采用縱向刮泥布置。由于沉淀池進(jìn)水端的沉泥厚度大于出水端的沉泥厚度，故此刮泥小車的布置應(yīng)從出水端向進(jìn)水端逆水流刮泥，排泥斗應(yīng)設(shè)在進(jìn)水端，以利提高刮泥效率。泥斗的容積應(yīng)大于刮泥小車每次的刮泥量。
　　③長度>25m的斜管沉淀池可采用橫向刮泥布置。由于沉淀池進(jìn)出水端的沉泥厚度不同，為使每組沉淀池中各套刮泥機(jī)的負(fù)荷基本相同，進(jìn)水端刮泥小車軌距可窄些，以后向出水端逐級加大，這樣每套刮泥機(jī)的壽命基本接近。也可采用刮泥小車軌距相同的布置方法。
　?、茕摻z繩為刮泥機(jī)的重要部件，由于鋼絲繩在工作中反復(fù)彎曲纏繞，為提高鋼絲繩的壽命，應(yīng)采用柔性較好的同向捻。在保證鋼絲繩破斷拉力的前提下，鋼絲繩直徑宜小不宜大，一般為9.3～11mm，材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti。
　?、菟鹿文嘈≤嚨霓D(zhuǎn)動(dòng)件均為不銹鋼材質(zhì)，采用水潤滑，維修量很小。一般不必在斜管區(qū)下部設(shè)人孔，如遇特殊水下故障，可臨時(shí)掀開一組斜管體做為人孔。正常情況下可結(jié)合斜管的老化更換對設(shè)備進(jìn)行一次檢修。

3 安裝時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

　?、傩惫艹恋沓厥┕ね戤吅螅瑧?yīng)先安裝刮泥機(jī)，待刮泥機(jī)安裝調(diào)試合格后再鋪設(shè)斜管。?
　?、诠文鄼C(jī)在安裝過程中關(guān)鍵技術(shù)是調(diào)整兩根鋼絲繩的張力。若兩根鋼絲繩的張力不同則影響刮泥小車的正常運(yùn)行，造成跑偏現(xiàn)象。有條件的情況下采用張力測試儀檢測，一般要求是：鋼絲繩水平段，水平長度中間點(diǎn)的垂度值<水平長度的1/1000；對于兩根鋼絲繩的張力可采用在鋼絲繩水平段的中間點(diǎn)懸掛5kg的重物，兩根鋼絲繩的垂度誤差值應(yīng)<5mm。
　　③由于鋼絲繩出廠后在初始使用時(shí)期有自然松勁伸長的特點(diǎn)，刮泥機(jī)鋼絲繩連接后在調(diào)試過程中應(yīng)反復(fù)預(yù)緊?？蛰d試運(yùn)行時(shí)，4、8、12 h各預(yù)緊一次，然后再檢測兩根鋼絲繩的張力，滿足要求方可投入使用。
　?、苄惫馨惭b中，在斜管與鋼絲繩相碰的部位，將斜管切割一條縫隙，鋼絲繩沿斜管切割縫穿過，不必考慮切割的斜管縫隙是否光滑。在鋼絲繩反復(fù)穿過斜管體的過程中，自然將斜管體 磨出與鋼絲繩直徑相吻合的孔洞，以后將不再相互磨擦。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算公式

　　僅對采用雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)沉淀池的設(shè)計(jì)，按工藝要求的具體計(jì)算步驟如下：?
　　沉淀池每系列刮泥機(jī)負(fù)擔(dān)水量Q₁(m³/s)：?
　　　　　　　　?Q＝KQ₁?
　　式中?K——系列刮泥機(jī)數(shù)量?
　　每系列每日沉淀泥渣之干泥量G(t/d)：?
　　　　　　　　　?G＝Q₁(S₁-S₄)86400/10⁶?
　　式中?S₁——沉淀池進(jìn)水懸浮物，mg/L?
　　　　　S₄——沉淀池出水懸浮物，mg/L?
　　每系列每日沉淀泥渣之泥漿體積V₀(m³/d)：?
　　　　　　　　　　V₀＝100G/ν(100-P₂)?
　　式中?ν——泥漿容重，t/m³?
　　　　　P₂——泥漿含水率，%?
　　每套刮泥機(jī)一個(gè)工作循環(huán)刮泥量V₁（m³）：?
　　　　　　　　　　V₁＝bh²/tgγ?
　　式中?b——刮泥小車刮泥板寬度，m?
　　　　?h——刮泥小車刮泥板高度，m?
　　　　?γ——刮泥時(shí)刮板前泥漿堆積角，度?
　　每套刮泥機(jī)平均單位時(shí)間刮泥能力Q₂(m³/h)：?
　　　　　Q₂＝60V₁/t?
　　　　　式中?t——刮泥機(jī)每個(gè)工作循環(huán)所需時(shí)間，min?
　　　?t＝2S/v
　　　　式中?S——刮泥小車行車路程，m?
　　　　　　　v——刮泥小車行車速度，m/min?
　　刮泥機(jī)刮泥能力與沉淀池產(chǎn)泥量之比：?
　　　　　　　　　　B＝Q₂·h’/V₀≥1?
　　式中 h′——每系列采用的刮泥機(jī)臺數(shù)?

5　 工程實(shí)例

　　 吉林省遼源市楊木水庫凈水工程設(shè)計(jì)規(guī)模10×10⁴m³/d，原水為楊木水庫水。來水懸浮物：春秋季節(jié)小于100 mg/L，夏季小于150 mg/L，暴雨期最大懸浮物為500mg/L，冬季結(jié)冰期懸浮物小于8mg/L。針對北方地區(qū)的季節(jié)溫度、來水濁度變化較大，尤其冬季低溫低濁水難于處理的特殊情況，本工程沉淀池采用浮沉工藝，即冬季低溫低濁期作為氣浮池使用，水面上設(shè)雙刮板刮沫機(jī)，其他季節(jié)作為斜管沉淀池使用，斜管區(qū)下部設(shè)雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)。沉淀池分4個(gè)系列，每系列設(shè)2臺雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)，刮泥小車行走速度為1m/min，刮泥機(jī)驅(qū)動(dòng)功率為0.75kW。?
　　設(shè)計(jì)計(jì)算：?
　　①已知條件?
　　水廠自用水系數(shù)：0.08；?
　　設(shè)計(jì)水量：Q＝108 000 m³/d；?
　　單系列水量：Q₁＝0.312 5m³/s；?
　　沉淀池進(jìn)水懸浮物：S₁＝500 mg/L(夏季暴雨期最大懸浮物)，S₁＝150 mg/L；?
　　沉淀池出水懸浮物：S₄＝10 mg/L；?
　　沉淀規(guī)格(長×寬×高)：15.6 m×11.8 m×4.9 m；?
　　刮泥小車軌距：L_K＝2.70 m；?
　　刮泥小車刮板寬：b＝2.43 m；?
　　刮泥小車刮板高：h＝0.5 m；?
　　刮泥小車單程距離：S＝11.8 m。?
　?、谟?jì)算(按暴雨期最大懸浮物考慮)?
　　每系列每日沉淀之干泥量：?
　　　　　　　　G＝0.312 5(500-10)86 400/10⁶＝13.23 (t/d)?
　　每系列每日沉淀泥渣之泥漿體積：?
　　　　　　　V₀＝100×13.23/1.03(100-98)＝642.23 (m³/d)?
　　每套刮泥機(jī)一個(gè)工作循環(huán)刮泥量：?
　　　　　　　V₁＝2.43×0.5²/tg5°＝6.9 (m³)?
　　每套刮泥機(jī)平均單位時(shí)間刮泥能力：?
　　　　　　　Q₂＝60×6.9/2×11.8×1＝17.5 (m³/h)?
　　刮泥能力與沉淀池產(chǎn)泥量之比：?
　　　　　　　B＝17.5×2×24/642.23＝1.3≥1?
　　即：在來水最大懸浮物達(dá)到500 mg/L時(shí)，采用連續(xù)刮泥，滿足刮泥機(jī)刮泥能力大于沉淀池產(chǎn)泥量的條件。?
　　夏季一般天氣的計(jì)算(按來水懸浮物150 mg/L計(jì))結(jié)果為：?
　　　　　　　G＝3.78 t/d　　V₀＝183.5 m³/d?
　　　　　　?V₁＝6.9 m³Q₂＝17.5 m³/h?
　　　　　　　B＝4.5≥1?
　　每天刮泥次數(shù)：?
　　　　　　?K＝183.5/6.9×2＝13.29次 (取14次)?
　　時(shí)間間隔約為80min。?
　　本工程已運(yùn)行多年，經(jīng)過有關(guān)部門的檢測及驗(yàn)收，證明該工程的設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的選用及所采用的雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)是合理、成功的，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為今后推廣使用雙鋼絲繩牽引式刮泥機(jī)提供了一個(gè)較好的范例。?

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　　電　　話：(0431)5653550×2363(O) 5638778(H)?
　　收稿日期：1999-08-02