污水处理厂推流器支架生物工程研究范文

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摘要：针对污水处理厂生物池推流器支架经常损坏的情况，选取了3种常用的推流器支架作为研究对象，利用相关软件在相同的安装条件和受力条件下对3种推流器支架进行了模拟分析并与实际受损情况进行了对比，最终对推流器支架提出了优化建议。该研究成果对设备厂家和污水处理厂运营方有一定的参考价值。

关键词：污水处理厂；推流器支架；受力分析

在污水处理厂的设计过程中，根据污水处理的工艺要求，生物池都会布置相应的推流器使池内流速不低于0.3m/s，促使微生物和流体充分接触，从而提高生化处理效率。因此生物池在污水处理环节起着重要的作用，推流器对生物池而言无疑又是其中最为关键的设备。该设备如果出现损坏往往会造成严重的后果，轻则设备报废，重则污水处理厂停产，这种情况对运营方而言是绝对不能接受的。然而在污水处理厂实际运营过程中推流器常常出现损坏情况，其中以推流器支架损坏的事故频率最高。因此，笔者选取了3个厂家的推流器支架作为研究对象，通过数值模拟分析计算对推流器支架给出了相应的优化建议。

1推流器支架模型

推流器支架采用相同的安装条件，即生物池池深为9m，推流器中心轴距池底为1.8m。根据安装条件，利用三维建模软件分别对3种推流器支架进行了建模[1]，如图1所示。3种推流器支架细节虽然各有不同，但是整体形式类似，均由端部固定件、主要承力柱、推流器设备主体、推流器机座、底部支架结构组成，如图2所示。

2推流器支架受力分析

推流器支架的受力分析主要采用静力学计算方法，利用的软件为ANSYSWorkbench[2-3]。首先将推流器支架系统的顶端和底部设置为固定约束，然后在主要承力柱的特定区域施加相同的力值。根据推流器叶片的CFD流体模拟计算，选取统一的1组力值（6000N，－1000N，－2000N）作用于支架系统，模拟计算结果如图3～5所示。从图3～5可以看出，厂家1推流器支架的最大应变位移为0.51mm，最大应力为5.67MPa；厂家2推流器支架的最大应变位移为0.18mm，最大应力为1.25MPa；厂家3推流器支架的最大应变位移为0.89mm，最大应力为1.70MPa。从3种类型推流器支架的受力分析可以看出，在推流器轴向推力较大的情况下，厂家1的推流器支架应变位移和应力值比较大，结构形式不太合理；厂家2和厂家3的推流器支架因为设置有合理的支持构件，因此应变位移和应力值相对较小。

3推流器支架受力分析与损坏情况对比

笔者主要对厂家1推流器支架的受力模拟与实际损坏情况进行了对比分析，同时结合工程中实际安装和运行情况分析得出推流器支架损坏的原因，为其后续的设计优化和实际应用给出合理的技术支撑。

3.1角钢翼缘损坏点受力分析

角钢翼缘模拟应力云图与实际损坏情况对比见图6。从图6可以看出，角钢翼缘的应力较大值出现在云图中椭圆所示部位，当推流器支架受力足够大时，该部位肯定是系统的薄弱环节，推流器支架的实际损坏情况也印证了这一点。

3.2主承力柱与机座轴套之间的挤压损坏分析

主承力柱模拟应力云图与实际损坏情况对比见图7。从图7a）可以看出，应力最大值出现在主承力柱与机座轴套之间的接触部位，当推流器支架受力足够大时，该接触部位会出现损坏。图7b）显示主承力柱与机座轴套之间的接触部位确实出现了损坏。

3.3推流器支架上端固定失效分析

在工程运行和设备安装过程中，笔者发现3种类型的推流器支架还存在共性的设计及安装问题，其中最为常见的就是上部固定端经常会出现固定不牢靠的情况。针对上述问题，笔者也进行了模拟分析和计算。首先根据受力特点情况，将推流器支架模型上部固定端的自由度释放，经过计算得出了3种支架的应变位移和应力云图，如图8～10所示。从图8～10可以看出，释放推流器支架上端固定之后，厂家1推流器支架的最大应变位移为5.7mm，最大应力为5.68MPa；厂家2推流器支架的最大应变位移为0.8mm，最大应力为1.25MPa；厂家3推流器支架的最大应变位移为5.9mm，最大应力为2.0Mpa。从计算结果的对比分析可以看出，当上部固定端的自由度释放之后，推流器支架系统的最大位移点位置发生了变化，即由主承力柱的偏中间位置转移到主承力柱的最上端，这主要是因为推流器支架的力学模型发生了变化。通过计算可以看出，厂家1和厂家3的推流器支架释放上端自由度要比固定上端自由度的最大应力大，而厂家2的推流器支架最大应力在2种状态下基本持平。由此可以看出，当推流器上部固定端因为安装或运行原因出现松动时，会导致推流器支架系统受力模型发生变化，在相同的推力下，系统更容易出现损坏的情况。因此，建议厂家采用合理、可靠的上端固定形式。

4推流器支架的优化

1）推流器支架尽量采用焊接连接，如果考虑到后续拆装问题，也可以采用螺栓连接，但应该保证螺栓和螺母有效、牢靠地连接，这样可以有效避免因为螺栓松动而磨损支架构件。2）推流器支架的局部设计要保证结构受力合理，例如增加主承力柱的支持构件、避免螺栓受到剪力或者磨损等。3）推流器支架上部固定端应采用有效的固定方式。目前的推流器支架上部固定端往往不能起到牢固的固定作用，因而导致支架局部受力的增大，最终导致支架系统或者叶片的损坏。

5结语

根据对推流器支架的模拟分析及其与实际损坏情况的对比，找出了推流器支架的结构薄弱环节，并提出了相应的优化建议，为推流器厂家的设备优化和污水处理厂运营方对既有推流器支架加固提供了必要的技术支持。

参考文献：

[1]陈超祥，胡其登.SolidWorks高级教程简编[M].北京：机械工业出版社，2012：1-37.

[2]龚曙光.ANSYS基础应用及范例解析[M].北京：机械工业出版社，2003：160-340.

[3]丁欣硕，凌桂龙.ANSYSWorkbench14.5有限元分析案例详解[M].北京：清华大学出版社，2014：125-171.

作者：谢敬革 史书舟 王娅娜 刘燕云 单位：北京市市政工程设计研究总院有限公司