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減速機在潛水推流設備中的應用設計

2016-07-09 22:09:49 格魯夫機械 www.icuryk.live 點擊數:
減速機在潛水推流設備中的應用設計

一、技術概況

污水處理行業中廣使用一種叫潛水推流器的設備,工作在水下5~7m的位置,具有推動水體介質流動,增加池底流速,防止污泥沉降及提高污水處理效率功能,是污水處理廠的基本配置,也是多種污水處理工藝必不可少的、具有較高技術含量關鍵定型設備。

根據污水處理工況工藝設備要求,潛水推流葉輪直徑較大,達2 500mm左右,輸出轉速較小,為38~52r/min,則從原動電動機到工作葉輪之間必須設置閉式減速傳動裝置,即減速機,用來降低轉速和增大轉矩,以滿足工作需要。減速機干式傳動中運用較廣,有各種規格系列的標準產品可供選擇,但在水下污水環境中,很難有現成的產品可供直接選用和配套。污水處理減速機應具有潛水密封功能;防腐、適應惡劣工作環境、抗振及抗沖擊載荷的特點。普通減速機無法滿足這樣的特殊要求。

潛水推流器開發應用的早期,一般只能選用普通減速機傳動比滿足要求后,再在其輸入聯接和輸出聯接上增加潛水密封結構設計,并對外殼做強化性的二次防腐處理,這種勉強地將就使用,實際情況很不理想:一是通用減速機體積大,三級傳動環節多,整機配套結構松散,不適應潛水結構緊湊型布置和體積重量小的要求;二是密封緒構可改進空間小,可靠性差,容易滲水和泄漏;三是齒輪、軸承等傳動污水工況下的綜合機械強度低,抗沖擊性能差,故障率高。

為改變普通減速機不適應污水使用的現狀,提高潛水推流設備使用可靠性和機械效率,故對減速裝置進行專配式應用改進設計,將各種影響傳動效果、可靠性和使用壽命的水下工況復雜因素考慮進去,開發了污水處理專用潛水減速機。新型潛水減速機解決了傳統減速機構重量大、使用壽命短,容易損壞及需經常維修更換的技術難題,滿足了實際應用工況的需求,推動了產品技術升級。

二、應用設計

1.系統總成

新型減速傳動機構潛水推流器系統總成主要由電動機部件、滲漏保護裝置、輸入端密封系統、減速傳動機構、輸出端密封系統和葉輪組成。其技術方案凸顯直聯剛性傳動電動機減速機構直聯驅動,減速機構與葉輪直聯驅動,電動機部件輸出軸即為減速機構輸入軸,減速機構輸出軸即為葉輪軸,從電動機葉輪,中間無聯軸器、無過渡性法蘭,傳動簡潔,結構緊湊,布局合理。

在整個傳動線上又分隔為三個密封腔,電動機密封腔、減速機構密封腔、輸出端密封腔,密封腔之間分別由輸入端密封系統和輸出端密封系統隔離,每個腔既能保持獨立性,又能服從整機協調工作。密封系統和傳動系統交叉設計,合理組合,一體式布置構成潛水推流器系統結構,充分體現專配性、簡潔性和可靠性。另外,在電動機部件合適位置設計了滲漏保護裝置,由傳感器組成,能夠有效預知密封狀態,監護系統密封情況,保護電動機傳動件的完好性。

2.減速機結構

減速機主要由箱體、高速級輸入齒輪、高速級從動齒輪、高速級從動軸承、低速級從動軸承、低速級主動齒輪、低速級輸出齒輪、減速機輸出軸、減速機蓋和軸承蓋組成。

根據輸入和輸出轉速要求及水下工作的綜合需要,巧妙分配傳動比和精致設計傳動件,減速結構優化為兩級斜齒輪傳動,分別為高速級和低速級,同時保證輸入和輸出同心傳動。其傳動路線由高速級輸入主動齒輪傳遞給高速級從動齒輪;通過高速級從動齒輪連體傳動到低速級主動齒輪,再由齒輪傳遞給低速級從動齒輪。高速輸入齒輪轉速高、扭矩小,直接套裝在電動機軸上,根據運動特點和結構需要,該齒輪直徑可以較小,耐磨性必須高。同時滿足這幾個條件,則選用了坦克用高強度齒輪材料,并嚴格其加工、制造和裝備工藝,最大限度發揮高強度材料的性能。高速輸入齒輪的精小,保證了整個傳動結構的小巧。高速級從動齒輪因傳動比的要求,直徑較大,其彎曲強度足夠,適度校核接觸強度即可。低速級主動齒輪參數設計和材料選用都比較關鍵,它轉速中等,承載一定的扭矩,直徑又不能太大,還要兼顧輸出與輸入的中心同軸,綜合各種因素,將其設計為齒輪軸式結構,并與高速級從動齒輪連體,這樣壓縮了結構尺寸,提高了傳動效率,滿足了強度要求。低速級輸出齒輪轉速低,扭矩大,不僅要滿足同心傳動、尺寸結構要求、接觸強度和彎曲強度要求,還要滿足水下工況抗振性和抗沖擊載荷要求,故其齒輪寬度較大。

關于軸承的選用,考慮到污水水下工況的惡劣復雜性,高速級和低速級都選用了圓錐滾子軸承,并適當加大尺寸規格,滿足支承承受徑向力、軸向力和沖擊力的需要。

減速機箱體、減速機蓋和軸承蓋的設計,適應內部傳動結構的布置安排,考慮輸入和輸出端密封聯接結構的可靠合理,滿足抗沖擊性能的結構強度,配套水下固定夾緊和整機協調美觀的外形結構等,雖然相對靜態,但同樣體現專配應用的配套性、適合性和耐用性。

減速機輸出軸,也是葉輪工作軸,應具有足夠的抗扭、抗彎和抗沖擊性能的綜合機械強度,滿足傳動齒輪箱內部運動結構要求、葉輪軸懸伸剛度要求、葉輪和箱體之間的動密封腔安裝結構要求,還有防腐的技術要求。一般采用20Crl3不銹鋼材料,既能防腐,又能熱處理。

減速機構是傳動的核心,這樣專用性潛水式非標設計,結構簡單,傳動可靠,與輸入和輸出端的配套性、聯接性及密封性好,適應水下工況需要的各種結構尺寸、強度要求和材料選用等調整控制方便,并且體積小巧,穩定高效,協調美觀,解決了傳統通用減速機構配套性差、綜合機械強度低和故障率高的技術難題。

3.密封設計

減速機潛水式應用還有一個重要的環節就是密封設計,可靠的密封性能是水下推流設備的工作保障。這里的密封設計是全局考慮的,減速機構的結構特性和整機各環節的密封要求完全融會在一起,密封結構設計從動態和靜態上分為動密封系統和靜密封系統,從傳動前后順序:動、靜密封組合又分為兩個密封隔離帶,隔離帶再將減速機構前后分隔為三個密封腔。

靜密封系統含輸入端靜密封O形圈、輸出端精密封O形圈等其他O形圈,以及各種聯接法蘭O形圈止口結構;動密封系統包含輸入端單端面機封、輸出端雙端面機封,以及電動機軸、減速機軸和各種安裝附件。

輸入端靜密封和輸入端動密封構成第一道密封隔離帶,分隔電動機腔和減速機構腔,保持電動機腔的密封性和干燥絕緣性,防止減速機構腔齒輪油滲入電動機腔,影響電動機正常工作。靜密封的作用是密封污水。

動密封的作用是密封齒輪油。輸入端動密封根據功能和結構要求,選用單端面機封,套裝在電動機軸上,懸伸在減速機構腔內,由齒輪油對機封潤滑。輸

出端靜密封和輸出端動密封構成第二道密封隔離帶,動密封選用雙端面機封,并將其設置成內置式、油潤滑的單獨密封腔。通過靜密封系統和動密封系統的組合配置和設計,分隔減速機構密封腔、動密封機構腔和外部污水環境,動密封最外面密封污水,內部密封油,實際對減速機構腔有兩道密封把關功能,確保減速機構腔處于絕對的密封可靠工作狀態。

另外,關于動密封需要油潤滑才能保持長期穩定工作性能,油對機封來說,不僅是潤滑,還有清洗和降溫的作用。要注意加油量占油腔高度的2/3,多與少都不合適,要保證機封全部浸沒在油中,同時滿足油溫升高后的熱脹冷縮空間,避免內腔油壓增大而損壞機封。

4.技術特點

潛水減速機專用化設計,突破了通用減速機固有的技術限制,發揮的余地大,適用性強,具有很多技術優勢。

1)專用性強,針對污水工況原創設計,起點高、標準高、要求高。

2)體積小巧,采用小中心距、小模數齒輪、小箱體外形的設計方案,設備更趨向小巧化。

3)材料強度高,核心受力部位、易損壞部位、抗沖擊部位采用了坦克用高強度齒輪材料,并嚴格按高加工精度要求,高標準裝配要求保證過程質量和整體質量。

4)傳動轉矩大,抗沖擊性能強、機械效率高。

5)密封可靠,專業性密封結構設計,系統全面、穩定可靠。

6)配套性好,與其他部件組裝聯接性好,整體外觀協調性強。

三、應用情況

減速機潛水式應用改進設計后,潛水推流器性能和品質都提升了檔次,以其特有的專用和專配設計,實現了高可靠性、高適應性和高技術性的應用需求,獲

得了市場的高度認同,市場應用被迅速打開,近幾年來新建的污水處理廠大量選用了這種設備,實際使用設備運行穩定、可靠、高效,用戶評價較高。

特別典型的是在污水處理設備升級改造中替代進口,早期一級市場的大型污水處理廠,設備配置較高,關鍵設備選用的是進口產品,幾年使用下來,由于污水環境的惡劣及其他復雜因素,進口設備也需要維修和更換,實際操作中,程序煩瑣、周期長,價格昂貴,國內污水處理廠家深陷困境,迫切希望國產設備能替代進口,解決設備升級更換的應用技術問題。經過這些污水處理廠多次的調研考察和技術論證,終于認可了這種潛水減速機推流器,從試用到完全采用,經歷曲折,但結果較為理想。

西安市水務公司第四污水處理廠,25萬t/d的處理規模,厭氧池上四十多臺潛水推流器,采用的都是國際上著名的進口品牌。長時間的使用,有兩臺設備故障,不能正常運行,拖了很長時間,未能圓滿解決,在迫于無奈的情況下,試用這種減速機改進型推流器替代,三個月的試運行,效果較好,力學性能、水力性能和降耗節能等各項性能指標都符合工藝技術要求和出水排放標準,用戶驚喜不已。緊接著該公司下屬第三污水處理廠改造,15萬t/d的處理量,已經訂好了全部進口設備合同,由于進口設備供貨期長,趕不上改造工程完成時間,臨時決定改用這種改進型推流器替代,這些設備一直在正常運行,機械噪聲和振動小,推流效果好、節能效率高,第三污水處理廠比較滿意。有了第四和第三污水處理廠的設備使用基礎,西安水務公司將在二期改擴建工程中全部采用這種設備,完全替代進口。

四,總結

減速機的應用非常廣泛,但在污水處理行業潛水技術中無直接可以選用的標準產品,為滿足環保污水處理設備技術需要,開發潛水減速機,來與各種潛水設備配套。潛水推流器離不開減速傳動,鑒于污水工況的特殊性及使用經驗,為其配備專用減速機構,滿足水下工況的強度、剛度、沖擊、防腐和密封等需要,提高產品的綜合性能和質量品質,是很值得的。

事實上,新型潛水減速機的設計和應用,推流器的力學性能和各項配套技術都有了大的提升,產品的市場占有率迅速提高,并能夠替代進口。這不僅解決了困擾行業多年的應用技術難題,同時推動了產業技術進步,提高了國產設備競爭力。

污水處理水下減速機的應用需求也是很多的,目前還停留在專用化的非標設計,適用性不強。市場呼喚開發標準型的水下減速機,在工況應用、水下密封和生產成本等方面有較大優勢,能直接與各種水下設備配套和組合,拓展減速機水下應用范圍,提高環保污水處理設備的適應性、標準性和先進性。

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