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减速机在潜水推流设备中的应用设计

2016-07-09 22:09:49 格鲁夫机械 Www.Gelufu.Com 点击数:
减速机在潜水推流设备中的应用设计

一、技术概况

污水处理行业中广使用一种叫潜水推流器的设备,工作在水下5~7m的位置,具有推动水体介质流动,增加池底流速,防止污泥沉降及提高污水处理效率功能,是污水处理厂的基本配置,也是多种污水处理工艺必不可少的、具有较高技术含量关键定型设备

根据污水处理工况工艺设备要求,潜水推流叶轮直径较大,达2 500mm左右,输出转速较小,为38~52r/min,则从原动电动机到工作叶轮之间必须设置闭式减速传动装置,即减速机,用来降低转速和增大转矩,以满足工作需要。减速机干式传动中运用较广,有各种规格系列的标准产品可供选择,但在水下污水环境中,很难有现成的产品可供直接选用和配套。污水处理减速机应具有潜水密封功能;防腐、适应恶劣工作环境、抗振及抗冲击载荷的特点。普通减速机无法满足这样的特殊要求。

潜水推流器开发应用的早期,一般只能选用普通减速机传动比满足要求后,再在其输入联接和输出联接上增加潜水密封结构设计,并对外壳做强化性的二次防腐处理,这种勉强地将就使用,实际情况很不理想:一是通用减速机体积大,三级传动环节多,整机配套结构松散,不适应潜水结构紧凑型布置和体积重量小的要求;二是密封绪构可改进空间小,可靠性差,容易渗水和泄漏;三是齿轮、轴承等传动污水工况下的综合机械强度低,抗冲击性能差,故障率高。

为改变普通减速机不适应污水使用的现状,提高潜水推流设备使用可靠性和机械效率,故对减速装置进行专配式应用改进设计,将各种影响传动效果、可靠性和使用寿命的水下工况复杂因素考虑进去,开发了污水处理专用潜水减速机。新型潜水减速机解决了传统减速机构重量大、使用寿命短,容易损坏及需经常维修更换的技术难题,满足了实际应用工况的需求,推动了产品技术升级。

二、应用设计

1.系统总成

新型减速传动机构潜水推流器系统总成主要由电动机部件、渗漏保护装置、输入端密封系统、减速传动机构、输出端密封系统和叶轮组成。其技术方案凸显直联刚性传动电动机减速机构直联驱动,减速机构与叶轮直联驱动,电动机部件输出轴即为减速机构输入轴,减速机构输出轴即为叶轮轴,从电动机叶轮,中间无联轴器、无过渡性法兰,传动简洁,结构紧凑,布局合理。

在整个传动线上又分隔为三个密封腔,电动机密封腔、减速机构密封腔、输出端密封腔,密封腔之间分别由输入端密封系统和输出端密封系统隔离,每个腔既能保持独立性,又能服从整机协调工作。密封系统和传动系统交叉设计,合理组合,一体式布置构成潜水推流器系统结构,充分体现专配性、简洁性和可靠性。另外,在电动机部件合适位置设计了渗漏保护装置,由传感器组成,能够有效预知密封状态,监护系统密封情况,保护电动机传动件的完好性。

2.减速机结构

减速机主要由箱体、高速级输入齿轮、高速级从动齿轮、高速级从动轴承、低速级从动轴承、低速级主动齿轮、低速级输出齿轮、减速机输出轴、减速机盖和轴承盖组成。

根据输入和输出转速要求及水下工作的综合需要,巧妙分配传动比和精致设计传动件,减速结构优化为两级斜齿轮传动,分别为高速级和低速级,同时保证输入和输出同心传动。其传动路线由高速级输入主动齿轮传递给高速级从动齿轮;通过高速级从动齿轮连体传动到低速级主动齿轮,再由齿轮传递给低速级从动齿轮。高速输入齿轮转速高、扭矩小,直接套装在电动机轴上,根据运动特点和结构需要,该齿轮直径可以较小,耐磨性必须高。同时满足这几个条件,则选用了坦克用高强度齿轮材料,并严格其加工、制造和装备工艺,最大限度发挥高强度材料的性能。高速输入齿轮的精小,保证了整个传动结构的小巧。高速级从动齿轮因传动比的要求,直径较大,其弯曲强度足够,适度校核接触强度即可。低速级主动齿轮参数设计和材料选用都比较关键,它转速中等,承载一定的扭矩,直径又不能太大,还要兼顾输出与输入的中心同轴,综合各种因素,将其设计为齿轮轴式结构,并与高速级从动齿轮连体,这样压缩了结构尺寸,提高了传动效率,满足了强度要求。低速级输出齿轮转速低,扭矩大,不仅要满足同心传动、尺寸结构要求、接触强度和弯曲强度要求,还要满足水下工况抗振性和抗冲击载荷要求,故其齿轮宽度较大。

关于轴承的选用,考虑到污水水下工况的恶劣复杂性,高速级和低速级都选用了圆锥滚子轴承,并适当加大尺寸规格,满足支承承受径向力、轴向力和冲击力的需要。

减速机箱体、减速机盖和轴承盖的设计,适应内部传动结构的布置安排,考虑输入和输出端密封联接结构的可靠合理,满足抗冲击性能的结构强度,配套水下固定夹紧和整机协调美观的外形结构等,虽然相对静态,但同样体现专配应用的配套性、适合性和耐用性。

减速机输出轴,也是叶轮工作轴,应具有足够的抗扭、抗弯和抗冲击性能的综合机械强度,满足传动齿轮箱内部运动结构要求、叶轮轴悬伸刚度要求、叶轮和箱体之间的动密封腔安装结构要求,还有防腐的技术要求。一般采用20Crl3不锈钢材料,既能防腐,又能热处理。

减速机构是传动的核心,这样专用性潜水式非标设计,结构简单,传动可靠,与输入和输出端的配套性、联接性及密封性好,适应水下工况需要的各种结构尺寸、强度要求和材料选用等调整控制方便,并且体积小巧,稳定高效,协调美观,解决了传统通用减速机构配套性差、综合机械强度低和故障率高的技术难题。

3.密封设计

减速机潜水式应用还有一个重要的环节就是密封设计,可靠的密封性能是水下推流设备的工作保障。这里的密封设计是全局考虑的,减速机构的结构特性和整机各环节的密封要求完全融会在一起,密封结构设计从动态和静态上分为动密封系统和静密封系统,从传动前后顺序:动、静密封组合又分为两个密封隔离带,隔离带再将减速机构前后分隔为三个密封腔。

静密封系统含输入端静密封O形圈、输出端精密封O形圈等其他O形圈,以及各种联接法兰O形圈止口结构;动密封系统包含输入端单端面机封、输出端双端面机封,以及电动机轴、减速机轴和各种安装附件。

输入端静密封和输入端动密封构成第一道密封隔离带,分隔电动机腔和减速机构腔,保持电动机腔的密封性和干燥绝缘性,防止减速机构腔齿轮油渗入电动机腔,影响电动机正常工作。静密封的作用是密封污水

动密封的作用是密封齿轮油。输入端动密封根据功能和结构要求,选用单端面机封,套装在电动机轴上,悬伸在减速机构腔内,由齿轮油对机封润滑。输

出端静密封和输出端动密封构成第二道密封隔离带,动密封选用双端面机封,并将其设置成内置式、油润滑的单独密封腔。通过静密封系统和动密封系统的组合配置和设计,分隔减速机构密封腔、动密封机构腔和外部污水环境,动密封最外面密封污水,内部密封油,实际对减速机构腔有两道密封把关功能,确保减速机构腔处于绝对的密封可靠工作状态。

另外,关于动密封需要油润滑才能保持长期稳定工作性能,油对机封来说,不仅是润滑,还有清洗和降温的作用。要注意加油量占油腔高度的2/3,多与少都不合适,要保证机封全部浸没在油中,同时满足油温升高后的热胀冷缩空间,避免内腔油压增大而损坏机封。

4.技术特点

潜水减速机专用化设计,突破了通用减速机固有的技术限制,发挥的余地大,适用性强,具有很多技术优势。

1)专用性强,针对污水工况原创设计,起点高、标准高、要求高。

2)体积小巧,采用小中心距、小模数齿轮、小箱体外形的设计方案,设备更趋向小巧化。

3)材料强度高,核心受力部位、易损坏部位、抗冲击部位采用了坦克用高强度齿轮材料,并严格按高加工精度要求,高标准装配要求保证过程质量和整体质量。

4)传动转矩大,抗冲击性能强、机械效率高。

5)密封可靠,专业性密封结构设计,系统全面、稳定可靠。

6)配套性好,与其他部件组装联接性好,整体外观协调性强。

三、应用情况

减速机潜水式应用改进设计后,潜水推流器性能和品质都提升了档次,以其特有的专用和专配设计,实现了高可靠性、高适应性和高技术性的应用需求,获

得了市场的高度认同,市场应用被迅速打开,近几年来新建的污水处理厂大量选用了这种设备,实际使用设备运行稳定、可靠、高效,用户评价较高。

特别典型的是在污水处理设备升级改造中替代进口,早期一级市场的大型污水处理厂,设备配置较高,关键设备选用的是进口产品,几年使用下来,由于污水环境的恶劣及其他复杂因素,进口设备也需要维修和更换,实际操作中,程序烦琐、周期长,价格昂贵,国内污水处理厂家深陷困境,迫切希望国产设备能替代进口,解决设备升级更换的应用技术问题。经过这些污水处理厂多次的调研考察和技术论证,终于认可了这种潜水减速机推流器,从试用到完全采用,经历曲折,但结果较为理想。

西安市水务公司第四污水处理厂,25万t/d的处理规模,厌氧池上四十多台潜水推流器,采用的都是国际上著名的进口品牌。长时间的使用,有两台设备故障,不能正常运行,拖了很长时间,未能圆满解决,在迫于无奈的情况下,试用这种减速机改进型推流器替代,三个月的试运行,效果较好,力学性能、水力性能和降耗节能等各项性能指标都符合工艺技术要求和出水排放标准,用户惊喜不已。紧接着该公司下属第三污水处理厂改造,15万t/d的处理量,已经订好了全部进口设备合同,由于进口设备供货期长,赶不上改造工程完成时间,临时决定改用这种改进型推流器替代,这些设备一直在正常运行,机械噪声和振动小,推流效果好、节能效率高,第三污水处理厂比较满意。有了第四和第三污水处理厂的设备使用基础,西安水务公司将在二期改扩建工程中全部采用这种设备,完全替代进口。

四,总结

减速机的应用非常广泛,但在污水处理行业潜水技术中无直接可以选用的标准产品,为满足环保污水处理设备技术需要,开发潜水减速机,来与各种潜水设备配套。潜水推流器离不开减速传动,鉴于污水工况的特殊性及使用经验,为其配备专用减速机构,满足水下工况的强度、刚度、冲击、防腐和密封等需要,提高产品的综合性能和质量品质,是很值得的。

事实上,新型潜水减速机的设计和应用,推流器的力学性能和各项配套技术都有了大的提升,产品的市场占有率迅速提高,并能够替代进口。这不仅解决了困扰行业多年的应用技术难题,同时推动了产业技术进步,提高了国产设备竞争力。

污水处理水下减速机的应用需求也是很多的,目前还停留在专用化的非标设计,适用性不强。市场呼唤开发标准型的水下减速机,在工况应用、水下密封和生产成本等方面有较大优势,能直接与各种水下设备配套和组合,拓展减速机水下应用范围,提高环保污水处理设备的适应性、标准性和先进性。

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