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    移動式抓斗格柵除污機技術改造方案

    發布時間:2020-06-15 09:32:51      發布人:小編  瀏覽量:

      移動式抓斗格柵除污機技術改造


      一、問題的提出


      1.移動式抓斗格柵除污機的結構原理


      目前環保及排水機械設備中較為先進的一種中粗格柵設備(如圖一).主要結構是由4條進水渠固定格柵條、高架單軌系統、抓斗小車、驅動系統、抓斗升降系統、液壓控制系統、電氣控制系統等6部分組成.主要工作原理是通過PLC設定程序,抓斗小車從卸渣口位置張耙到位后開始啟動,抓斗小車沿著高架單軌行走到達第一條進水渠設定位置,小車內的鋼絲繩卷筒下降,抓斗沿著進水渠的固定格柵條下滑抓取格柵條阻擋的垃圾及漂浮物.


      底部位置時,沿著鋼絲繩同步升降的液壓軟管傳遞液壓系統指令來控制抓斗閉合,抓斗抓污合耙后上升到頂部,抓斗小車沿高架導軌移動到卸渣位置張耙卸渣,然后小車返回到下一條進水渠進行抓污,按順序從第一條進水渠到第四條進水渠進行循環工作.


    移動式抓斗格柵除污機技術改造方案(圖1)


      高架導軌


      移動小車、驅動系統


      抓斗活動耙


      抓斗固定耙


      圖一 移動式格柵除污機實物圖


      2.移動式格柵除污機的優點


      抓斗式格柵除污機的優點是一臺抓斗小車可以對多條進水渠進行除污,改變了以前一臺設備只能控制一條渠道局面,節省了設備資源,降低建設成本.工作時主要靠抓斗的重力沿格柵條下滑抓取格柵條阻擋的垃圾及漂浮物,在水量不大、水流穩定、渣量不大的情況下能很徹底完成撈渣工作,撈渣效果明顯,出現故障比較少.


      3.移動式格柵除污機存在問題


      移動式格柵除污機出現故障問題主要是在汛期,因為上洋污水處理廠在汛期水量大、流速急、渣量多,截污干管會涌進大量的柵,大量的垃圾會在很短的時間內把格柵條堵住,造成柵后過流量減少,進水渠液位迅速上漲,此時會出現以下兩種情況:


      (1)如果運行人員發現及時,能迅速關閉進水閘門,有效地控制了進水渠的液位在3.95m以下,抓斗能順利進入格柵條,但柵渣量——


      過大,當粘附在格柵條的柵渣阻力大于抓斗小車的重量時,抓斗無法繼續下耙,停留在格柵條的半空中.但是設定程序是抓斗在下滑時到格柵條最低部時,才能傳達下一個閉耙指令,因此下降繼續動作,造成鋼絲繩沒有受到抓斗的重力牽引,處于自然狀態,鋼絲繩容易出現錯位;同時由于抓斗處于格柵條的半空,沒有受到鋼絲繩的牽引,抓斗受重心作用往活動耙方向側倒,活動耙齒與進水渠底部緊壓導致無法進行合耙動作,液壓油管由于側倒的角度過大容易造成液壓管接頭折斷開裂漏油.


      (2)如果運行人員發現不及時,進水量、渣量瞬間增大幾倍,造成格柵條很快被柵渣堵塞,不能有效控制進水渠液位在3.95m以下,此時柵渣完全把格柵條封住,導致抓斗的固定耙無法插入固定格柵條,不能把阻擋在格柵條的柵渣刮到抓斗的中間位置,抓斗固定耙從格柵條的表面上往下滑,此狀態是無法撈取柵渣,只能做無用功.這種情況抓斗的升降動作是正常的,不會造成抓斗側翻、鋼絲繩錯位、油管破裂等故障.但這種狀態影響更嚴重,如果固定格柵條完全被堵死,水位會漫過固定格柵條,直接從進水渠的面上通過,直接進入下一工藝單元進行處理,就等于沒


      有粗格柵隔渣,柵渣里大量的生活垃圾、建筑垃圾、漂浮物等會對下一單元的設備造成損壞,對工藝造成很大的影響.


      出現以上兩種情況,移動式格柵除污機是無法正常除渣的,只能關閉進水閘門全廠停產,通過人工去除粘附在固定格柵條的柵渣,再通過人工手動控制格柵除污機把進水渠的柵渣逐步清除,直到清空柵——


      渣才能進水恢復生產.根據渣量大小、柵渣堵塞程度,停產時間在1小時-5小時不等,每年6月、7月汛期水量與格柵除污機堵塞停機時間.


      格柵除污機堵塞造成的停產不但影響公司的正常生產、加大了維修人員的工作量,而且停產時污水直接從集水井溢流出去到河道,嚴重影響河道下游居民生活,造成很大的環境污染.為了確保格柵除污機在汛期能正常運行,保證生產,需要對格柵除污機進行系統的改造.


      二、分析過程


      1.現場情況分析


      設備結構及安裝尺寸:移動式抓斗格柵除污機的結構及現場安裝尺寸如圖三所


      2.主要部件抓斗與格柵條接合


      移動式抓斗格柵除污機的抓斗與進水渠固定格柵條接合情況(如圖四)所示:從設計圖紙計算,當抓斗的活動耙下降除污時,固定耙的齒條是處在垂直狀態,根據固定格柵條的安裝角度75?,可以計算出抓斗固定耙與格柵條的夾角為15?,抓斗固定耙齒尖插入固定格柵條的長度是150mm,與格柵條表面的距離是30mm.


      但是通過現場觀察發現抓斗的固定耙比活動耙重量大,導致固定耙與活動耙不平衡,固定耙順時針傾斜.經測量固定耙與水平線的角度為-10?,所以計算出抓斗固定耙與格柵條的夾角為5?,抓斗固定耙齒尖插入固定格柵條的長度是50mm,與格柵條表面的距離是10mm.


      ——


      通過在格柵除污機現場觀察發現,暴雨后水量增大,柵渣在水力的推動下能塞進格柵條10-15mm ;一般在水流穩定,流量不大時,柵渣在水力推動下能塞進格柵條5-10mm ,因此在一般情況下,抓斗的固定耙能剛好進入格柵條進行除污的.當遇上暴雨天氣時或水量增大的時候,抓斗固定耙并不能很好地進入格柵條,或者抓斗固定耙進入了格柵條,在下降除污時垃圾增多,阻力過大會把抓斗的固定耙從格柵條里擠出 ;如果下降時柵渣太多,柵渣層太厚,固定耙是無法進入格柵條的,除污機是無法正常工作.


      3.水力條件分析


      (1)水量與故障的關系


      上洋污水廠的汛期主要集中在每年的6月和7月,格柵除污機出現故障基本集中在水量大,達到滿負荷運行的時候,根據2013年最高水量是6月16、17、18號3天,水量都在20萬噸以上,其它12天出現故障,水量也在18萬噸以上,由于故障都出現了停產時間,如果計算24小時正常生產,當天進廠的水量都能達到20萬噸.因此水量增大,同時柵渣量增大,達到滿負荷運行時導致格柵除污機容易出現堵塞.


      (2)水量與渣量的關系


      渣量的大小是影響格柵除污機是否能正常工作的主要因素,計算每日柵渣量[1]才能衡量格柵除污機的設備能力是否合適,每日柵渣量W= (m3/d),由于去年單日最高進水量達到235000噸,停機時間1.5小時,所以計算當天最大進水量=Qmax=,W1取最大值0.1,Kz取中間——


      值1.5,W==4.18(m3/d).雨水季節,每日的柵渣量是挺大的.


      (3)柵前水深設定


      設定最大進水量為日250000T,固定格柵條總寬1.2m,過流速 0.9m/s,設定柵前水深h=.從(圖三)可以看進水渠的底部到進水渠臺階位置高度為2.65m,在控制進


      水渠液位最好能控制在臺階以下是最安全的,格柵除污機的設備能力能滿足正常除污需要.格柵的最大允許水頭損失0.08,0.15m,當格柵水頭損失超過允許值時,應對格柵進行清渣除污.


      4.設備能力分析


      (1)抓斗負荷


      抓斗的升降主要靠減速機傳動,減速機型號


      SA97DV132S4/BWG/HR,電機功率


      5.5KW,電機轉速1430r/min,輸出轉速11r/min,速比120,鋼絲繩轉盤R=0.23m.抓斗設定每次滿負荷抓污量可達3000N,抓斗的重量為9000N,抓斗允許負荷的總量為11500N.


      (2)運行速度計算


      1)抓斗小車行走速度


      行走減速機型號:SA57DT80K4/BMG/HF,電機功率0.55KW,電機轉速1430r/min,輸出轉速14r/min,行走輪R=0.075m,根據公式可計算行走速度V=.


      2)抓斗升降速度


      減速機型號SA97DV132S4/BWG/HR,電機功率5.5KW,電機轉速1430r/min,輸出轉速11r/min, 鋼絲繩轉盤R=0.23m,根據公式可計算行走速度V=


      (3)除污耗時計算


      根據圖一的安裝尺寸、抓斗小車的行走速度、小車的升降速度、合張耙時間及到位停頓時間(如下表一),可以計算從第一條到第四條進水渠除污一次所消耗時間.第一進水渠耗時228s,第二條進水渠耗時283s,第三條進水渠耗時338s,第四條進水渠耗時392s, 抓斗小車循環一次除污耗時是1240s(約21分鐘).


      要等待的時間是21分鐘.通過汛期設備堵塞情況觀察,在雨后增大的前段污水柵渣量最多,格柵條造成堵塞所需的時間很短(往往十幾分鐘),即使將設備調成自動連續循環工作模式,在21分鐘循環工作沒完成,其它進水渠又出現堵塞,造成設備無法正常除污的情況.


      結論:縱上所述,導致設備無法正常使用的主要原因是:1、汛期水量增大,柵渣量增大,柵渣的阻力大于抓斗自重量.2、汛期間運行人員無法有效控制進水量造成液位上漲過快過高.3、格柵機除污一個周期時間過長,除污效率低.


      三、改造措施


      通過上述過程分析,設備在汛期也能保證正常運行需要同時滿足以下4點要求:


      1)抓斗的固定耙每次下滑到固定格柵條時,能有效插入格柵條.


      2)保證抓斗有足夠的重力沖破柵渣阻力順利下到格柵條底部.


      3)進水渠的液位不超過設定液位2.68m,即進水渠臺階以下. 


      4)連續循環工作的間隔時間能保證汛期時段最大的柵渣量能得到有效去除.


      設備的現階段能力及條件對上述的4點要求都不能實現,為了達到4點要求,我們對設備進行系統的技術改造.


      1.抓斗改造


      (1)經測算,抓斗固定耙的重心與鋼絲吊繩的距離是0.285m,重力6000N;活動耙的重心與鋼絲吊繩的距離是0.41m,重力3000N(如圖五所示).根據力矩平衡公式,需要增加的配重重量=.在活動耙離中心距0.41m的地方加上1170N配重使固定耙和活動耙達到平衡狀態,固定耙齒處于垂直狀態.(2)根據升降減速機的銘牌參數,可計算減速機扭矩[2]大小.扭矩= 抓斗最大負荷=9000=2662N,抓斗升降減速機負荷不夠,還可以增加2662N.


      (2)經過現場測量,在抓斗活動耙的上方(如圖六示)加上重量為1170N的鐵圓柱配重塊時能使活動耙和固定耙平衡.同時在抓斗活動耙和固定耙平衡的中心位置加上重量為1200N的鐵圓柱加重塊加大了整個抓斗的自重量.通過這樣改進,固定耙每次下滑時能保證垂直插入格柵條,保證了抓斗固定耙插入格柵條有足夠的深度和距離.同時加上配重塊和自重塊共2370N,使抓斗的自重量達到了11370N,基本達到了允許的最大自重量,有足夠的重力沖破柵渣阻力順利下到格柵條底部.


      2.加裝液位差計


      從上述分析過程可得知,設備出現故障的主要原因運行不能直接快速收到外部


      進水情況,導致不能及時控制進水量,導致進水渠液位超過水深設定2.68m,粘附在格柵條的柵渣量過大,從而影響抓斗固定耙順利插入格柵條或無法到達格柵條底部除污.對于人工控制進水閘門的種種不利,可以通過加裝液位差計傳達指令來控制進水閘門.液位差開關控制的優點是:能快速感應液位及柵渣堵塞情況,通過柵前和柵后的液位差信號給格柵除污機和進水閘門傳達開關指令,能及時快速開關進水閘門控制進水量,保證進水渠液位在設備除污功能的規定液位,同時啟動除污機除污,及時清除柵渣,有效防止柵渣量過大影響設備正常除污.


      液位差計的控制器型號:MultiRanger200,傳感器型號:Echomax XRS-5,控制器1個,傳感器2個.傳感器安裝的位置是格柵前7米安裝和格柵后3米各安裝1個.控制器設定的程序是:


      1)通過傳感器測量柵前和柵后的液位,根據液位差距離不同,發出不同的指令給格柵機.如果液位差為100mm,指令是格柵機啟動一個撈渣周期,如果一個撈渣周期結束,液位差還是大于100mm則啟動下一個撈渣周期,直到撈渣周期結束時液位差小于100mm才停止粗格柵.


      2)格柵前傳感器感應基礎水位為2.68m,如果實際液位比基礎液位低200mm則開閥,直到實際液位升到比基礎液位低50mm則停止,如果實際液位比基礎液位高200mm則關閥,直到實際液位降到比基——


      礎液位高100mm則停止.公式如下:


      基礎液位-實際液位 ,200mm 開閥


      100mm,基礎液位-實際液位,100mm 停止


      基礎液位-實際液位,-200mm 關閥


      改造思路:在現有時間控制的基礎上用液位差信號代替時間繼電器信號給PLC發出動作信號,液位差由液位差計設定,設定方法參考操作手冊.如圖七:


      0.2


      時間液位差圖七 現場自動液位控制接線圖


      增加轉換開關SA,通過轉換開關SA選擇控制方式,液位達到設定值時KA1閉合,粗格柵動作,在一個撈渣周期內,如果液位低于設定值,KA1斷開,粗格柵完成本撈渣周期后停止,等待下一次動作.如果液位還是高于設定值則開始下一周期,知道液位差降到設定值以下.在粗格柵“遠程自動液位控制模式”下由中控室設定液位差值.


      3.改造物資如下:


      超聲波液位差計:選用西門液位差計MultiRanger200 *1


      Echomax XRS-5 *2 功能:1)在超出設定液位差時給出一個開關量(KA1)


      2)能輸出前后兩個液位值(4——20mA)


      4.轉換開關SA


      液位控制:


      PLC通過液位計采集粗格柵前的液位和設定值比較得出控制量,控制進水閥開或關來達到控制粗格柵前液位的目的。


      閥門有“開”“關”“?!比齻€按鈕,分別將“開”“關”兩個按鈕常開觸電和PLC“開”“關”輸出繼電器的常開觸電并聯,將“關”按鈕和PLC“?!陛敵隼^電器常閉觸點串聯,閥門“開”“關”按鈕和正反轉接觸器都有互鎖防止短路.


      中控室用iFix5.0做畫面,可設定控制液位,控制誤差?200mm.


      四、行走和升降機構的改進


      從除污耗時計算可知,抓斗小車循環一次除污耗時是1240s(約21分鐘),在汛期前段污水都存在大量的柵渣,經常在20分鐘內能造成格柵條嚴重堵塞,因此現在循環一次耗時過長,是不能滿足汛期除污的需要.


      從圖一安裝尺寸分析,行走距離和升降距離已經到了最短位置,基本沒有縮短距離的空間.


      從表一分析,停頓時間是通過時間繼電器控制,而且3s相對過長,可以調節時間繼電器;張耙合耙時間是由液壓系統控制(如圖九),液壓系統圖里調速閥和溢流閥,通過調節溢流閥壓力大小和調節調速閥回流量,加快合耙和張耙的速度;行走速度和升降速度是通過減速機輸出扭矩傳動行走輪和鋼絲卷筒工作,由于小車的空間受大小和固定位限制,通過更換大功率減速機提高轉速和速度是不行,只有改變行走輪的鋼絲卷筒來提高行走和升降速度.


      縮短格柵除污機除污時間可以能過以下三步進行:


      (1)停頓時間的縮短,通過調節時間繼電器,將停頓時間由原來的3s調節成1s,每次停頓時間可以縮短2s.


      (2)在控制張耙合耙的液壓系統中調節調速閥,提高液壓傳動速度,將張合耙時間在原來的基礎上縮短5s,改進后張耙時間變成25s,合耙時間變成20s.


      (3)根據傳動減速機扭矩和空間,行走輪的直徑由?150mm改成?180mm.鋼絲繩卷筒由?460mm改成?550mm.計算改變后的速度,行走速度根據公式可計算行走速度V=.升降速度V=行走和升降速度分別比原來提高了0.02m/s和0.06 m/s.改變后


      第一進水渠耗時115s,第二條進水渠耗時168s,第三條進水渠耗時192s,第四條進水渠耗時215s,一個除污循環所耗時690s(11.5分鐘),時間上比原來差不多縮短了一半.


      五、改造效果分析


      技術改造后的移動式抓斗格柵除污機收到的效果是很顯著的,主要體現在以下4個方面.


      1.優化設備性能


      通過技術改造加裝配重塊,使設備運行更穩定,除污能力得到了很大的提高;增加液位差開關,能快速感應到液位高度、液位差大小,——


      與格柵除污機和閘門互鎖聯動,及時啟停格柵除污機和開關閘門控制液位.通過除污機和閘門發出指令,及


      時進行除污和開關閘門控制液位,使設備在汛期等惡劣環境下也能正常工作,有效地降低了設備故障率,減少了設備停機時間,保證生產的正常運行.


      2.降低勞動強度


      改造前由于設備沒有液位差開關,遇到汛期需要加大巡查的頻率,運行人員要根據進水渠液位情況人工操作進水閘門;如果發現不及時造成液位迅速上漲,超過了規定液位導致格柵條嚴重堵塞,此時需全廠停產,維修人員下到進水渠手動除渣.技術改造后,以上現象基本得了解決,運行人員和維修人員的勞動強度大大降低和勞動環境得到了很大的改善.


      3.改善周邊環境


      改造前造成的設備故障導致全廠停產,管道的污水只能通過溢流直接排到坪山河,導致河道下游居民深受其害.改造后由于設備穩定,故障率和停機時間大大減少,管道污水得到了有效的處理,河道周邊及下游居民生活環境得到了有效的保障.


      4.提高工作效率


      改造前格柵除污機一個循環除污所消耗的時間是1240s,通過增大抓斗升降鋼絲卷盤和高架導軌行走輪的直徑,改變每次到位的停頓時間,使一個循環除污時間由1240s縮短成690s,除污效率得到了很大的提高,在汛期柵渣量極多的情況下也很好地發揮快速除污的能力. ——


      5.擴大生產能力


      改造前由于在汛期格柵堵塞需要停產、設備故障需要停產以及除污效率不高導致進水量不能太大等原因,使很大一部分污水需要通過溢流直接排到坪山河,嚴重影響公司生產能力及對社會的治污減排能力.改造后的除污機運行穩定、除污能力強、效率高,有效保證生產正常運行的同時,加大了進水量,使公司生產能力和治污減排能力得到很大的提升.


      六、總結


      移動式抓斗格柵除污機通過抓斗增加配重、安裝液位差計控制液位、提高小車行走及抓斗升降速度、縮短停頓時間、提高張耙合耙的液壓速度和改變操作模式等系統技術改造能有效地解決設備改造以前存在許多不足的地方,使設備在汛期也能正常穩定工作,在保證設備穩定性、提高設備工作效率、擴大公司生產能力、降低員工勞動強度、改善坪山河周邊環境等方面都取得了明顯效果,保證生產正常進行.但是應設備與同類的進口設備相比,無論是制作工藝還是設備性能都有著很大的差距,主要體現在設備的穩定性不強、輔助設備、輔助元件容易出現故障等方面,這也是在污水處理行業里國產設備常出現的現象.


      粗格柵除污是污水處理工藝第一關,是污水處理系統的重點設備,格柵除污機出現故障直接影響污水處理后續工藝的進行,由于應設備沒有備用設備,設備出現嚴重故障時需要停產維修.因此如何優化移動式抓斗格柵除污機的整體性能、保證設備穩定性方面還需要在下一步進行研究和改進.


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