李紹武，鄭鳳厚
中國市政工程東北設計研究院]吉林長春(130021

　　摘　要：雙鋼絲繩牽引式刮泥機是近十幾年發展起來的一種沉淀池刮泥設備，在斜管、斜板沉淀池和浮沉池中都得到了普遍的應用。本文不僅對雙鋼 絲繩牽引式刮泥機與虹吸式刮泥機在應用中的優缺點進行了分析比較，而且對雙鋼絲繩牽引式刮泥機的發展過程、設計應用、施工安裝、工程實例等方面做了詳細介紹。
　　關鍵詞：雙鋼絲繩；牽引式刮泥機；設計與應用
　　中圖分類號：TU991.23
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(1999)11-0045-03

1 特點

　　雙鋼絲繩牽引式刮泥機是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備。日方援建部分設計規模為18×10⁴m³/d，工藝流程與國內其他水廠的工藝大體相同，即反應、沉淀、過濾。沉淀池分4個系列，內裝斜板，單組斜板沉淀池長32m， 寬12m，每組沉淀池設4套雙鋼絲繩牽引式刮泥機，共計16套。刮泥機布置方式為橫向刮泥，刮泥機型式為臥式，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。由于虹吸式刮泥機自身結構的特點，在沉淀池寬度方向的兩側必須為設備的立桁架留有600～700mm的運行通道。當斜管沉淀池的長度超過25m時，沉淀池架設斜管的混凝土懸墻使結構設計和施工十分困難，從而使斜管沉淀池的長度受到限制。另外為設備預留的運行通道內不能架設斜管(此處相當于平流沉淀池)，斜管沉淀池的斜管鋪設面積不能達到100%。池體外側同時要設置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加大，增大了采暖面積，同時虹吸式和泵吸式刮泥機的水量損失也較大，增大了運行費用。對于單鋼絲繩牽引式刮泥機國內也早有應用，由于單根鋼絲繩很難控制刮泥車的跑偏現象，目前尚未發現成功的工程實例。
　　雙鋼絲繩牽引式刮泥機從結構設計上完全避免了單繩牽引刮泥車的弊病，巧妙地將一套驅動 機構與兩臺刮泥車組成一個運動整體。我們通過對引進設備的消化理解，結合我國國情，對進口設備進行了改造設計。初期由于我國沒有生產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水處理廠的實際應用，效果不甚理想。由于鋼絲繩是在沉淀池的水下向驅動裝置上的卷筒卷繞，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，鋼絲繩僅用一年就發生了斷裂。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通過十幾年的工程摸索、總結、改造，已得到了較徹底的完善。不銹鋼鋼絲繩國內已能生產，鋼絲繩卷筒、改向滾筒均可采用不銹鋼材質，同時刮泥機的換向機構采用了無機械接觸式的接近開關。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工程的實際測試，設備運行可靠度已優于國外引進設備。?

2 設計中需注意事項

　　 雙鋼絲繩牽引式刮泥機由1套驅動卷揚裝置、2臺刮泥小車、2套換向機構、8套立式滑輪、12套臥式滑輪及牽引鋼絲繩組成。
　　①驅動卷揚裝置設在池頂挑臺板上，設備自重3.5 t，鋼絲繩最大牽引力約為1.5t，故此卷揚機構的向下總作用力約為5t。挑臺板下設兩道混凝土梁，由于設備振動較小，一般結構設計不考慮動負荷。
　　②長度<25m的斜管沉淀池應采用縱向刮泥布置。由于沉淀池進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從出水端向進水端逆水流刮泥，排泥斗應設在進水端，以利提高刮泥效率。泥斗的容積應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。由于沉淀池進出水端的沉泥厚度不同，為使每組沉淀池中各套刮泥機的負荷基本相同，進水端刮泥小車軌距可窄些，以后向出水端逐級加大，這樣每套刮泥機的壽命基本接近。也可采用刮泥小車軌距相同的布置方法。
　　④鋼絲繩為刮泥機的重要部件，由于鋼絲繩在工作中反復彎曲纏繞，為提高鋼絲繩的壽命，應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，材質為1Cr18Ni9Ti。
　　⑤水下刮泥小車的轉動件均為不銹鋼材質，采用水潤滑，維修量很小。一般不必在斜管區下部設人孔，如遇特殊水下故障，可臨時掀開一組斜管體做為人孔。正常情況下可結合斜管的老化更換對設備進行一次檢修。

3 安裝時應注意事項

　　①斜管沉淀池施工完畢后，應先安裝刮泥機，待刮泥機安裝調試合格后再鋪設斜管。?
　　②刮泥機在安裝過程中關鍵技術是調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行，造成跑偏現象。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懸掛5kg的重物，兩根鋼絲繩的垂度誤差值應<5mm。
　　③由于鋼絲繩出廠后在初始使用時期有自然松勁伸長的特點，刮泥機鋼絲繩連接后在調試過程中應反復預緊。空載試運行時，4、8、12 h各預緊一次，然后再檢測兩根鋼絲繩的張力，滿足要求方可投入使用。
　　④斜管安裝中，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 設計計算公式

　　僅對采用雙鋼絲繩牽引式刮泥機沉淀池的設計，按工藝要求的具體計算步驟如下：?
　　沉淀池每系列刮泥機負擔水量Q₁(m³/s)：?
　　　　　　　　?Q＝KQ₁?
　　式中?K——系列刮泥機數量?
　　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，%?
　　每套刮泥機一個工作循環刮泥量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——刮泥時刮板前泥漿堆積角，度?
　　每套刮泥機平均單位時間刮泥能力Q₂(m³/h)：?
　　　　　Q₂＝60V₁/t?
　　　　　式中?t——刮泥機每個工作循環所需時間，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?
　　刮泥機刮泥能力與沉淀池產泥量之比：?
　　　　　　　　　　B＝Q₂·h’/V₀≥1?
　　式中 h′——每系列采用的刮泥機臺數?

5　 工程實例

　　 吉林省遼源市楊木水庫凈水工程設計規模10×10⁴m³/d，原水為楊木水庫水。來水懸浮物：春秋季節小于100 mg/L，夏季小于150 mg/L，暴雨期最大懸浮物為500mg/L，冬季結冰期懸浮物小于8mg/L。針對北方地區的季節溫度、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，水面上設雙刮板刮沫機，其他季節作為斜管沉淀池使用，斜管區下部設雙鋼絲繩牽引式刮泥機。沉淀池分4個系列，每系列設2臺雙鋼絲繩牽引式刮泥機，刮泥小車行走速度為1m/min，刮泥機驅動功率為0.75kW。?
　　設計計算：?
　　①已知條件?
　　水廠自用水系數：0.08；?
　　設計水量：Q＝108 000 m³/d；?
　　單系列水量：Q₁＝0.312 5m³/s；?
　　沉淀池進水懸浮物：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。?
　　②計算(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)?
　　每套刮泥機一個工作循環刮泥量：?
　　　　　　　V₁＝2.43×0.5²/tg5°＝6.9 (m³)?
　　每套刮泥機平均單位時間刮泥能力：?
　　　　　　　Q₂＝60×6.9/2×11.8×1＝17.5 (m³/h)?
　　刮泥能力與沉淀池產泥量之比：?
　　　　　　　B＝17.5×2×24/642.23＝1.3≥1?
　　即：在來水最大懸浮物達到500 mg/L時，采用連續刮泥，滿足刮泥機刮泥能力大于沉淀池產泥量的條件。?
　　夏季一般天氣的計算(按來水懸浮物150 mg/L計)結果為：?
　　　　　　　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：?
　　　　　　?K＝183.5/6.9×2＝13.29次 (取14次)?
　　時間間隔約為80min。?
　　本工程已運行多年，經過有關部門的檢測及驗收，證明該工程的設計方案、設計數據的選用及所采用的雙鋼絲繩牽引式刮泥機是合理、成功的，達到了設計要求，為今后推廣使用雙鋼絲繩牽引式刮泥機提供了一個較好的范例。?

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