升降式输出轴减速机

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减速机作为水处理设备的配套，整体称作表面曝气机，简称表曝机或曝气机。它的整体构造如图 1所示。减速机部分，南减速机主体、输入电机和手控自控升降器组成；减速机通过机座用地脚螺栓固定在安装平台上。它所驱动的是曝气叶轮，南法兰联轴器连接。曝气叶轮由主轴和叶片组成。

由减速机组成的表曝机整体，实际上是-种水力机械。当曝气叶轮以∞转速作圆周运动时，溅起大片水花与空气接触，使空气溶于水中，此-工艺过程称作曝气充氧。同时，叶轮转动的水泵效应产生动扬程和势扬程，推动水流流动。

图 1 表曝机整体构造图曝气叶轮的充氧效率，除了与叶片大型叶轮转速有关外 ，与叶片在水中淹没深度有关。而且叶轮的淹没深度也影响水流推动力-发升降式输出轴减速机，能根据污水处理要求手动或自动调节到最优位置。

1 升降式输出轴减速机表曝机的曝气叶轮直径，常用 2000～4000mm，相应输出轴转速 58～30rpm。传动级数为 3级。升降式输出轴减速机是在MTH3SV平行轴齿轮箱扩展改进而成。

70 2013年第 6期 (总第 78期)表曝机的使用功率范围在 22～1 60kW。

2 表曝机运行的安全性作为污水处理的关键设备，表曝机必须不问断地连续运行，否则会中断污水处理进程。通常表曝机在户外使用，要充分考虑运行的安全性。图 1中的曝气叶轮，据污水处理的工艺要求设计，应坚固耐用。减速JOLL座应有支撑减速机的足够强度。此外，需要减速机的安全性和输出轴连接法兰的可靠性。减速机由减速机本体和输入电机组成。

2.1输入 电机输入电机常用三相异步电机，并应符合户外使用条件，且符合连续工作制 sl的要求。防护等级不低于 IP55，即防护灰尘和可用水冲洗。绝缘等级采用 F级，最高耐温可达155"C。有的用户要求通过变频器调节 (降低 )电机转速和功率，宜采用 SVPWM变频器。

2.2减速机齿轮箱的安全选用按工作条件，合理选用减速机的齿轮箱l，是表曝机运行的安全保证。下面以实例来说明齿轮箱的安全选用。

已知参数：减速机电机功率：PI75kW；电机转速 nl1500rpm；最大起动扭矩 T 720N·m；立式安装。曝气叶轮轴功率：P260kW；叶轮直径 D3m；转速 nz39rpm；工作制连续；环境温度 40℃；室外安装(风速≥4m/s)；海拔高度 1000m以下；减速器失效引起生产线停产 sA1.5。

选择齿轮箱的类型和规格：2.2.1传动比计算f-： ：-150-0：38.46，选用公称传动 iN40g-ta Z -二- - j 斗O J ，l 厶 l 、I2392.2.2确定额定功率污水处理工作条件系数 fl2.O；原动机系数 f21.0。则额定功率 ：JpⅣ≥ e2 X X X SA60X 2.0×1.0X 1.5180kW从额定功率表中选择齿轮箱类型 MTH3，规格 l1，对应的综述与综论P 239kW。满足条件：3.33X只 3.33X60199.8 ≥2.2.3检查起动扭矩当峰值扭矩系数 f31.25时× 720 1500x1.25141.4kWPN180kW > 141.4kW2.2.4确定热容量不带冷却装置的MTH3型机号 l l的热容量 PGl149kW；环境温度系数 厶1.27；海拔高度系数 f61.O；强制润滑系数f 1.05；热容量系数 1.09，计算齿轮箱热容量。

圪 l×f4× X × 149x1.27X1.0×1.05x1.09 216.6.i2P266 kW

3 升降式节能机构升降式输出轴是这种减速机的-个创新，它适应了表曝机的节能要求。图 2为表曝机在运行时的工况。

3.1表曝机的水泵效应3.1.1叶轮水泵扬程叶轮在旋转时，叶片在离心力的作用下，把液流从径向摔出。除了曝气充氧，因叶轮封板中心设有导流孔，形成了离心泵直锥形吸入的水泵效应。径向式叶片的安装角 13629Oo，由图 2俯视图可见，绝对速度 v2在圆周方向的投影等于圆周速度，V 2U2V2COS02，相对速度 w2与轴面分速Vm2相等，W2V 2V2sinot2。对于垂直进水，0l90。，V 1ulvlCOSO.10，叶片泵无限叶片方程改写为 ：Ht 生g俯栏圈 侧视图图 2 表曝机运行工况叶轮的叶片由 6-8片组成，采用小于 l的滑移系数 K来修正无限叶片的方程，即 H KHT。而以 表示水泵作用的水力效率，则曝气叶轮水泵的扬程表述为：1 T2H r1hHT：qhK f r1hKHAI XIA KE XUE若以 U27cDln/60代人式，-般取 "qhKO.5，考虑叶轮类水泵的效率 T1，则H：-rlxZn-2D (1)～ 7200g. 式中，H -无限叶片扬程，m；H- 曝气叶轮扬程，m；n- 曝气叶轮转速，rpm；Dl- 叶轮封板外径，m；g-重力加速度，m/S2；T1- 叶轮类水泵效率，%。

3.1.2叶轮水泵流量叶轮水泵流量，可利用离心水泵原 i导：Qr/BnDiU2-式中，Q-提升流量，m /s；B-封板出口宽度，m。

3.2氧化沟流量与水头损失表曝机用于循环流动的氧化沟p污水处理装置的关键设备，图 3是双机四沟的氧化沟简图。根据需要也可以是单机双沟和三机六沟等形式。

表曝机 i f l 牛 目曝气区曝气区图3 氧化沟简图和溶解氢控制3.2.1氧化沟流量流量等于氧化沟断面与流速乘积：QLBo/40V (3)式中，QI- 氧化沟流量，m /s；B -氧化沟宽度，m；H 广-氧化沟水深，m；v- 氧化沟流速，m。

3.2.2氧化沟水头损失沿程水头损失，按流体力学的曼宁公式[41：h ： L 4R 3(4)式中，h。- 氧化沟-周沿程水头损失，m；n 糙系数，混凝土或砂浆抹面渠道 ，nOO.013～0.014；R-7I<力半径，m(断面积 /湿周 )；L-氧化沟表曝机-周行程长度，ITIo局部水头损失 ：h ： 毛 (5)2g2013年第 6期 (总第 78期) 71-焉-时 Ⅱ件 D k- L-矮式中，h- 局部水头损失，13。

则沿程加局部总水头损失：n：h V2升降式输 出轴减速机QL：： BoV3.6 7.2 0.3 7.776m /s计算结果：HQO.2580.9850.254m /s；hQL0.02x7.7760.156m /s，即 HQ>hQL3.4升降行程与节能6 3.4.1升降行程3.3水泵效应的推流条件3.3.1推流条件公式据动量定律，推流条件是水泵作用的功率等于或大于氧化沟水流流动功率， 即Y HQ≥ Q 或 HQ QL (7)3.3.2计算实例已知：叶轮直径 D3m，叶轮封板直径 D。2.4m，封板出口宽度 B0.13m，转速 n40rpm，叶轮水泵效应效率取120% 。

计算：按现行规范和规程，氧化沟流速宜大于 O.25m/S，按 v0.3m/S计。常规的氧化沟最优断面4为深宽比 H0：B02：l，沟深取常用的H01.2D，则 H03.6m，B07.2m。混凝土表面粗糙系数 no0.0014。据式(1)、(2)、(3)、(6)可分别计算出H、Q、h、QL。

H：-rlx2n-2D2： -0.2xr24-02 x2.42： 0.2587200g 7200gQqBnDiUz.-- qBnx 2D： 0.985m /S·.： ： ：鱼 !： ：1.8 ，设 L60D。局部阻2爿0 2×3.67·2力系数 2两处，则h掣 ∑毛 2gR 3.： ： !兰：兰 2 2 - 十 三 X 二 - -4 2g1 .，8 372 2013年第6期 (总第 78期)图3中，输出轴降至叶轮叶片上缘的最高水位，再低叶片淹没将没有曝气作用，下缘高于最低水位失去表曝机应有功能。最高水位与最低水位之差是叶片的轴向高度。根据叶轮的直径与水处理工艺要求，轴向高度在 0.1～0.34m之间。

3.4.2升降调节与节能主轴升降器可使叶轮叶片上下缘在最高水位与最低水位之间调节。污水处理优化理论认为：溶解氧分布应符合好氧(DO>2mg/L)-有氧(0.5-2mg/L)-缺氧(0.2～0.5mg/L)-厌氧 (0～O.2mg/L)的有机物降解规律。图 3表明了每台表曝机的这样周期规律。理论计算，曝气机上游溶解氧趋近于0与溶解氧为 2me，，节能 24%5。只要调节升降器就能达到此目的。这可以通过氧化沟溶解氧测定仪，以电信号自动控制升降器调节曝气叶轮上下。

3.4.3水泵效应与节能从推流条件实例证实，表曝机叶轮的水泵效应，可以推动氧化沟内水流达到0.3m/s流速流动。如果另行设置推流器推流，常用推流器的功率密度>4W/m ，占表曝机常用功率密度 (15 W/m )的 26.7%∩见表曝机的推流作用得以发挥，节能效果显著。