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連續清洗型輸水明渠攔污工程裝置的設計與研究

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本文是一篇工程碩士論文,工程碩士專業學位是與工程領域任職資格相聯系的專業性學位,它與工學碩士學位處于同一層次,但類型不同,各有側重。工程碩士分為全日制工程碩士和GCT工程碩士。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇工程碩士論文,供大家參考。   第 1 章 緒論   1.1 研究背景及意義 南水北調工程是改善中國南澇北旱和北方地區水資源嚴重短缺局面的重大戰略性工程,為了解決我國北方水資源嚴重短缺問題的特大型基礎設施項目[1]。其目的是緩解我國北方地區,特別是華北地區,黃、淮海流域等區域的水資源短缺問題,是中國實行可持續發展的支柱性工程[2]。南水北調工程規劃的區域所涉及到的人口達 4.38 億人次,調水規模達 448 億立方米。通過南水北調工程,我國水資源分布構成了南北調配,東西互濟的格局,通過合理的配置,從整體上提升了我國北方地區水資源的承載能力,具有非常重大的戰略意義[3]。南水北調工程為解決我國北方缺水的問題,為北方經濟的發展提供了保障,增加了北方地區水資源承載能力,提高了水資源的配置效率。有利于緩解水資源緊缺對北方地區城市化發展進程的制約,使中國北方地區逐漸成為水資源配置合理、水資源環境良好的節水、防污型地區,也為促進當地城市化進程發展,具有非常良好的社會意義[2]。南水北調東線、中線工程已經相繼投入使用。中線總干渠長 1277 千米,渠首水位 147.38 米,終點團城湖水位 49.5 米,全程采用明渠輸水,“自流”方式,讓水自動北流。由于其是開放式輸水方式,對增加地表濕地面積、降低大氣灰塵,改善局部地區氣候起到了積極作用[3]。同時也有利于回補北方地區的地下水,改善北方因缺水而逐漸惡化的環境,保護當地濕地和生物多樣性,較大程度地改善了北方地區的生態和環境,尤其是水資源條件,具有非常良好的生態意義[2]。由于是開放式輸水,就無法避免外界環境對其輸水水質的影響[4-5]。在使用的過程中發現,遠距離、長時間輸水后,水中會滋生出許多的水草、藻類等水生植物[6],它們會隨著水流流向下游,逐漸生長,沿途累積,數量和規模不斷增大,嚴重的污染水質[9]。經查閱大量的資料和實地考察,研究發現此類水生植物產生的主要原因是:1、中線工程的取水水源地—丹江口水庫,為人工淡水湖,水中檢測到藻類 8 門 63 屬 96 種及其變種[11]。這些藻類植物細胞會隨著輸水渠一路北上,在沿途合適的自然條件逐漸生長,繁衍[13];2、由于是明渠,沿途的許多水生植物種子、細胞、花粉等會隨著風、雨水進入到水渠中;3、開放式的水渠,為這些水生植物的生長提供了充足的陽光,使其滋生、生長的更快[12][14]。這些客觀的原因導致無法從根源上去杜絕這些水生植物的滋生、繁衍[15]。因此,在輸水的途中,在這些水草、藻類的體積和數量還沒有達到不可控的時候,對其進行逐級的攔截,清理掉這些污物[16],保證輸水沿途水質,減輕終點水廠凈化水的壓力,意義重大。 ..........   1.2 國內外研究現狀   1.2.1 國外研究現狀 目前,國外對于攔污清污裝置的研究與我國國內大同小異,只是國外的攔污清污機械自動化程度較高,他們利用智能化的計算機進行整體控制,利用較高敏感度的傳感器進行實時的跟蹤監測,實現了清污攔污的完全自動化。而且國外在攔污裝置的材料上更加先進,尤其在攔污柵的材料上,使用了更加能防止銹蝕的高強度材料,另外在攔污柵的振動性上面做的更加優越[18],而且國外有很多攔污清污裝置結構設計的非常巧妙,這點值得我們學習和借鑒。日本丸島株式會社水門制作生產的一種全液壓攔污柵清污機,性能較好,功能強大,受到了廣大用戶的青睞。適用于泵站和火電廠取水口,該裝置屬于耙斗式結構。其主要特點為:設備可靠性好,不受側向水流沖力的影響,耙斗對攔污柵的除污效果好;因為是全液壓形式,所以耙斗的升降全部由液壓力實現,自動化程度高、易于控制;而且液壓的控制力比較大,所以不會發生耙斗脫落現象[21]。如圖 1-1 所示。20 世紀 70 年代挪威生產的耙斗式清污機,其清污的對象主要是樹枝、水草、垃圾等污物。其特點是:門架不但可沿堤壩面的導軌行走,同時也可以繞門架中心旋轉 360°,將耙斗中清理的污物倒在清污車里運走;耙斗的升降依靠液壓馬達驅動傳動卷筒來實現,耙斗的張合依靠控制液壓裝置來實現,自動化程度高,易于控制[22]。如圖 1-2 所示。 .........   第 2 章 攔污裝置總體方案設計   2.1 引言 自南水北調工程投入使用以來,目前所使用的攔污裝置都不能實現自動化,要依靠人力清污、除污。對輸水渠較長的南水北調工程來說人力物力的投入是不容小覷的。本課題的目標是設計一款能夠集攔污、清污、除污于一體的自動化機械裝置,它能夠自動、高效地完成攔污、清污、除污工作,在正常條件下,不需要人工的參與。除了具備這些基本的功能外,還應該遵循以下幾條設計原則[42],保證整個系統的合理性:(1)可靠性:本裝置的使用環境是在水渠中,漂浮在水面上,沒有固定,會面臨著水流動的沖擊,不確定性因素較多,因此對機械的可靠性會要求較高,需要對設備的結構、材料等特性進行專項研究分析,使該裝置能夠穩定可靠運行。(2)經濟性:在滿足其基本功能的前提下盡可能對設計結構進行簡化,減少加工生產成本,以便于在進一步的推廣應用中節省資金,縮減安裝成本。(3)便于使用和推廣:本裝置應盡可能的實現全過程自動化控制,以便于裝置在運行使用時能減少人力的投入,同時,裝置在出現問題的時候能及時的報警,提醒工作人員及時處理。(4)可維護及維修性:該裝置要盡可能結構簡單,并進行模塊化設計,便于拆裝,易于維護和修理。 .........   2.2 方案的設計 根據南水北調輸水明渠現場實際情況和該裝置應具備的功能,初步擬定了三種方案:方案一:鋼絲繩牽引式攔污裝置(圖 2-1)。該裝置主要有牽引裝置、驅動裝置、張緊裝置、沖洗裝置、排污系統等組成。牽引裝置的兩個大輪盤傾斜一定的角度,分別固定在剛性連接的浮橋兩側,輪盤上纏繞有鋼絲繩,攔污網片懸掛在鋼絲繩上。當輪盤轉動時,將輪盤低端處于水中工作的攔污網片經過鋼絲繩的牽引從其中一個輪盤的一側提升至浮橋上,由固定在浮橋某一位置的沖洗裝置進行沖洗,沖洗后的污水由排污系統排放到指定地點。在控制系統的控制下,由驅動系統經傳動系統將運動和動力傳至牽引裝置。該裝置橫跨在水渠寬度方向上循環運行,懸掛在兩條牽引鏈條下方之間的攔污網片就會沿主導軌循環運行。位于牽引鏈條下鏈上的攔污網片處于攔污工作狀態,位于牽引鏈條下鏈向上鏈過渡一端上的攔污網片處于提升狀態,位于牽引鏈條上鏈上的攔污網片由固定在浮橋上的沖洗裝置在控制系統的控制下進行自動沖洗(沖洗后的雜物及污水存入集水槽,隨后由排污系統處理),位于牽引鏈條上鏈向下鏈(論文代寫就找123yC.Com原創論文網,QQ:5622.3941)過渡另一端上的攔污網片處于下放入水狀態。 ...........   第 3 章 攔污裝置結構設計............15 3.1 引言 ....15 3.2 牽引裝置的結構設計 ..........15 3.3 驅動、傳動系統設計 ..........30 3.4 張緊裝置的設計 .......37 3.5 沖洗、排污系統的設計 ......38 3.5.1 沖洗噴頭規格的選取 ..............38 3.5.2 高壓清洗機的選取 .......39 3.5.3 排污系統的設計 ...........41 3.6 電路控制系統的設計 ..........40 3.7 本章小結 ........43 第 4 章 關鍵零部件安全性分析......45 4.1 關鍵零件的有限元分析 .....45 4.1.1 有限元法簡介 ....45 4.1.2 有限元分析流程 ...........46 4.1.3 主動鏈輪Ⅴ靜力學應力分析 .............47 4.1.4 軸的有限元分析 ...........50 4.2 本章小結 ........52 第 5 章 連續清洗型輸水明渠攔污裝置試驗研究...........53 5.1 引言 .....53 5.2 攔污網片水中受力實驗 ......53 5.3 連續清洗型輸水明渠攔污裝置運行試驗 ...........57 5.4 本章小結 ........61   第 5 章 連續清洗型輸水明渠攔污裝置試驗研究   5.1 引言 文章通過大量的理論分析和設計,確定了攔污裝置各個部分的基本結構、形狀和性能要求。由于沒有相似或類似的機械產品,本文只能采用正向設計方法,以攔污網片在工作時的理論受力為基礎,分析各個機構之間的受力關系,逐步依次推導分析,對攔污裝置的各個模塊進行了詳細的理論計算、結構設計、材料選型等。并對整個系統的電路進行了功能分析,設計了電路原理圖。通過以上工作,已經完成了整個裝置的具體設計,理論上已經能夠完成其基本功能,但是為了驗證攔污網片在水流中的理論受力能否作為設計計算的基礎以及整個系統運行時的可靠性,論證設計結果是否合理,還需要對攔污網片在實際工況下的受力情況和整個裝置的運行過程進行分析。但鑒于攔污裝置的主體牽引裝置具有特定的結構和運行方式,目前尚無對此類型裝置運行過程模擬的成熟理論,理想化模擬的結果科學性低,對本裝置的實際工作過程幾乎沒有參考價值,因而需要通過實驗手段對攔污網片的受力和攔污裝置的運行過程進行研究,論證設計結果的合理性。(責任編輯:gufeng)
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關鍵詞:明渠 裝置 工程

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