造纸工业严重污染了生态环境。现在的处理方法大多是把污泥拉到其它地方,进行掩埋处理,既费时又费工。为了改善这种情况,我们可以采取燃烧处理法。造纸pi遗留物是污泥、纤维和一些碳氢化合物的混合物,有很高的燃点,我们可以把污泥进行压干处理,使污泥达到一定的干度,再加些燃油就可焚烧,既方便处理,又省事省力。实践表明,当污泥的干度达到40%以上时,即可燃烧;然而,目前对污泥的压干处理只能压干到20%左右,达不到燃烧的干点,这就需要我们设计生产出更大压力的机器。污泥挤干有两种方法:往复式、螺旋式。往复式属于间歇式运动,不利于产业化连续生产,故拟采用螺旋式,螺旋泵正好符合这个特点。
一、设计理论
1、工作原理
南方水泵厂螺旋泵是在螺旋密封的基础上设想演变而来的,它的主要部件是带有多头螺旋的转子和密封腔。当轴转动时,螺旋侧壁对黏性流体施加推进力,进行能量交换,使轴的旋转动能变换为黏性流体的压力能,获得一个泵送压头。
污泥压干螺旋泵的工作路线:
造纸产生的污泥浆→压干机的进口→旋转式螺杆增压器(边增压边滤水)→压干机出口→后污泥成型装置。把造纸产生的污泥浆通过压缩滤水,使污泥达到可燃的干度。
2、结构设计
1)东莞南方水泵分析污泥压干螺旋泵的结构
图2示出了螺旋泵的基本结构,主要有螺旋叶片、主轴、滤网以及外壳组成。进口由一个管道输送而来。
2)主要元件及其功能
(1)螺旋叶片:传递能量,产生足够大的压力。
(2)滤网:污泥压干螺旋泵要有效地压干污泥,除了产生巨大的压强,还要能把含的水分有效挤压排除出来,故采用网状结构。由于泵腔内压强很大,故需要滤网能承受巨大的应力,滤网的材质和设计形状很重要。
(3)清洗机构:污泥中含有大量的纤维,随着挤压水的流出,可能会携带一些纤维,会堵塞滤网的滤网目,及时清洗可以保证污泥中水分更易流出,提高挤压干度。
3、性能参数
1)介质特性
造纸的排污是污泥、纤维和一些碳氢化合物的混合物,具有一定的流动性,属于非牛顿流体。所以在压干过程中,污泥的输送属于层流。
2)螺旋转子尺寸图(图3)
3)螺旋转子的三维造型(图4)
螺旋转子是泵中能量的主要转换机构,也是泵的核心部分。这里给出螺旋转子的三维造型。叶片是嵌接在一个渐变径轴上,转子的外径不变,轴径递增。
二、内部流场模拟
1、模拟方法
广东南方水泵针对介质的特殊性质和实际运行情况,本研究采用层流模型,角速度w=960rad/min。边界条件:进口边界采用速度进口,假定进口是均匀进流,忽略流量进入不均;出口边界采用压力出口;由于螺旋表面、固体壁面上,满足速度无滑移条件,对于固壁附近的流动,采用标准壁面函数法确定;计算方法采用一阶迎风格式、SIMPLE算法。
2、网格划分
用Gambit软件对模型进行网格划分及边界条件的设定;采用非结构网格,分别对进口部分、螺旋部分以及出口部分进行网格划分,采用interface的方法对交接面混合,并用Tgrid软件对其合并,生成网格55682个。
三、南方水泵分析模拟结果
1、流场分析
图5为流场分布图,从图中可以看出,液流从入口流向出口,保证压干的污泥能通过叶片的挤压顺利输出;从进口1经3到4,液流随着轴径的变大,流速缓慢增大;在4到5处,由于叶片螺旋角的改变,导致流道的变窄,污泥作为非牛顿流体流动性又不是很好,导致5这一段流速变低,有可能产生流道的堵塞,设计时应考虑其叶片表面的光滑性;从5到6,叶片的螺旋角不再变化,液流又逐渐畅通,流速增大。
2、压力分布
东莞南方水泵从图6可以看出,压力从进口到出口是一个递增的过程,出口处压力巨大,足以把水从污泥中挤出;由于污泥是固液的混合物,里面充斥着大量的空气,对叶片可能有一定的破坏。
四、结论
压力分布是从进口到出口渐次增大,最大压力在出口部分,可达到16.8MPa;我们知道,榨油机挤压花生、大豆的压力大约为5~7MPa吒如此髙的压力足以把污泥中的水分榨干;有人做过试验,运用往复式机构挤压污泥,当压力到达约15.6MPa时,它的干度可以到达46.4%,往复式挤压它所受的压力是由外到内的,不利于水分的流出;而螺旋挤压分别可挤压各个部分的污泥,并与滤网连通,容易使水分流出,更有利于压干。故16MPa足以达到压干的要求。
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