一種用於汙泥乾燥機的具有嚙合葉片的自清攪拌式轉軸的製作方法
2023-09-24 03:31:25 1
本發明涉及汙泥乾燥設備，尤其涉及一種用於汙泥乾燥機的具有嚙合葉片的自清攪拌式轉軸。
背景技術：
隨著中國工業化進程的加快及城市基礎設施建設的加強，汙水的產生及其數量在不斷的增長，汙水處理率逐步提高，伴隨產生了大量剩餘汙泥。此外，在水環境治理過程中，江河湖泊疏浚等也會產生大量的汙泥。汙泥是一種量大面廣且對人體和環境都具有很大危害作用的固體廢棄物。目前，汙泥減量化、無害化處置已經成為在城鎮水汙染控制與治理過程中非解決不可、刻不容緩的重大共性問題。
汙泥常見的處置技術主要包括衛生填埋，土地利用、焚燒及建材利用。而一般汙水汙泥廠排放的機械脫水汙泥含水率仍然高達80％左右，為了滿足進一步的處理和處置要求，往往要將汙泥含水率降至40～50％，甚至更低。對於上述常見汙泥處置方法，都需要對汙泥進行不同程度的乾燥處理，因此汙泥乾燥是汙泥進行後續處理的重要一步。
熱乾燥技術是常用的汙泥乾燥技術，其中尤以間接傳熱乾燥技術居多。當汙泥在間接傳熱乾燥機中乾燥時，含水率較高的汙泥將呈現流體狀態，隨著汙泥被乾燥，含水率降低，汙泥乾燥將進入粘滯區(65％-30％左右)，汙泥的粘性和塑性將會隨之上升，並在50％-60％含水率時達到最大粘性和塑性，此時大部分汙泥將結成硬塊並粘附在乾燥機傳熱表面上，且難以破碎、清理，從而阻礙汙泥乾燥表面更新，以及汙泥乾燥過程的傳熱傳質，進而造成汙泥乾燥速率下降，能耗升高。
現有汙泥間接傳熱乾燥機以槳葉式以及圓盤式汙泥乾燥機為主，根據處理量包括單軸，雙軸以及四軸等不同模式，各轉軸上按一定距離垂直分布若干葉片，葉片多呈圓盤狀或楔形槳葉狀，由於相鄰葉片之間的空間結構在轉軸轉動時變化較小或基本無變化，相鄰葉片之間的汙泥在乾燥過程中受到外力較小，在高粘性狀態時易以一定厚度(多為葉片間距)粘附在換熱表面，且難以破碎和乾燥，亦即乾燥機攪拌效果和自清潔效果變弱，從而使整個乾燥過程惡化，能耗升高。
由此可見，改進乾燥機內部轉軸和葉片結構以保證乾燥機在處理汙泥高粘狀態時具有較好的攪拌、自清潔和乾燥效果是目前乾燥技術發展亟需解決的問題。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種用於汙泥乾燥機的具有嚙合葉片的自清攪拌式轉軸，能夠使乾燥機在處理汙泥高粘狀態時具有較好的攪拌和自清潔效果，以提高幹燥機乾燥和傳熱速率。
為解決其技術問題，本發明所採用的技術方案是：
提供一種用於汙泥乾燥機的具有嚙合葉片的自清攪拌式轉軸，包括由電機實現驅動的中空轉軸，以及設於轉軸上的中空葉片，葉片與轉軸的中空部分相互連通；所述轉軸至少有2根，呈空心圓柱狀；在轉軸上間隔布置了多個葉片組，每個葉片組中包括至少兩個相互交叉的葉片；葉片具有以轉軸為中心的對稱結構，在葉片兩個末端的表面均設有同方向的凸出部，使葉片的側面呈凹字形；同一個轉軸上葉片的凸出部具有相同方向，相鄰轉軸上葉片凸出部的方向與之相反；當任一葉片處於兩個轉軸所形成的平面上時，均有一個位於相鄰轉軸上的葉片與其嚙合；所述嚙合是指，兩個葉片之間部分重合且保持間距，一個葉片的凸出部位於另一個葉片的凸出部與其轉軸之間的範圍內，兩個葉片的凸出部呈相對方向且具有相同高度。
本發明中，每個葉片組中均包括兩個相互垂直交叉的葉片；葉片垂直於轉軸，其整體呈橢圓星形，外緣是由兩個與轉軸相切的等徑圓弧相交組成的。
本發明中，所述轉軸和葉片具有下述公式中所述的結構或尺寸關係：
R≥2r 公式(1)
式中，R為葉片外緣的圓弧半徑，r為轉軸半徑，l為凸出部的內緣與轉軸圓心之間的距離，m為凸出部內緣與葉片末端之間的距離，n為凸出部的內緣的半寬度，x為葉片末端與相鄰轉軸圓心之間的最近距離。
本發明中，所述轉軸通過傳動機構與電機相連，且能使相鄰的轉軸逆向轉動；該轉動是同速轉動或差速轉動。
本發明中，在相鄰的兩個轉軸上，能夠相互嚙合的兩個葉片組的幾何中心是相互對應的，即兩個葉片組的幾何中心連線垂直於這兩個轉軸。
本發明中，乾燥機導熱通過熱工質在轉軸和葉片的空腔內流動實現，熱工質可由轉軸一端進入，再從另一端流出，也可採用管內分管等形式使熱工質從同一端進入流出；汙泥在乾燥機的流動主要依靠乾燥機自身傾斜所產生的勢能差來完成。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
(1)本發明通過轉軸葉片結構在運動過程中周期性的相互嚴密嚙合使葉片之間的相對空間發生急劇變化，使附著在乾燥機葉片和壁面上的汙泥不停的受到來自其他與其相嚙合葉片或與壁面相鄰近葉片頂端凸出結構的大範圍、近距離的外力壓迫，從而發生劇烈形變、剪切、破碎和脫落，實現汙泥乾燥過程中乾燥機的攪拌和自清潔效果，解決汙泥在粘滯區時難以破碎以及粘壁的問題，保證汙泥換熱表面不斷更新，從而增大汙泥乾燥機的乾燥速率，提高幹燥機的汙泥處理能力和粘性處理範圍。此外，葉片轉動時，相較於現有的槳葉式以及圓盤式汙泥乾燥機，多個葉片組的嚴密嚙合和葉片頂端凸出結構有效擴大了葉片在乾燥機內的運動空間，使葉片運動範圍幾乎覆蓋了整個乾燥機內部空間，避免了混合死角的產生。
(2)本發明提出的設計方法能夠有效的實現本發明的意圖，根據乾燥機材質、所需汙泥處理能力、汙泥種類和熱工質種類，可確定轉軸的所有參數，保證本發明能夠運用於不同類型不同處理規模的乾燥機，為各類乾燥機的設計提供依據。
附圖說明
圖1是具有嚙合橢圓星形葉片的自清攪拌式轉軸結構示意圖；
圖2是嚙合橢圓星形葉片結構三視圖；
圖3是具有嚙合橢圓星形葉片的自清攪拌式轉軸側視旋轉示意圖。
圖中，轉軸1、葉片2、葉片3、熱工質進口4、熱工質出口5、葉片組6。
具體實施方式
參考附圖，對本發明的具體實施例進行詳細描述。
用於汙泥乾燥機的具有嚙合葉片的自清攪拌式轉軸如圖1所示。包括由電機實現驅動的2根空心圓柱狀的中空轉軸1，轉軸1通過傳動機構與電機相連，且能使相鄰的轉軸1逆向轉動；該轉動是同速轉動或差速轉動。在轉軸1上間隔布置了多個葉片組6，每個葉片組6中均包括兩個相互垂直交叉的中空葉片2、3；葉片2、3與轉軸1的中空部分相互連通。葉片2、3垂直於轉軸1，具有以轉軸1為中心的對稱結構。葉片2、3的整體呈橢圓星形，外緣是由兩個與轉軸1相切的等徑圓弧相交組成的。在葉片2、3表面的兩個末端均設有同方向的凸出部，使葉片2、3的側面呈凹字形；當任一葉片2或3處於兩個轉軸1所形成的平面上時，均有一個位於相鄰轉軸上的葉片與其嚙合；所述嚙合是指，兩個葉片之間部分重合且保持間距，一個葉片的凸出部位於另一個葉片的凸出部與其轉軸之間的範圍內，兩個葉片的凸出部呈相對方向且具有相同高度。在相鄰的兩個轉軸上1，能夠相互嚙合的兩個葉片組6的幾何中心是相互對應的，即兩個葉片組6的幾何中心連線垂直於這兩個轉軸。
所述轉軸1和葉片2、3具有下述公式中所述的結構或尺寸關係以保證該技術合理存在與葉片正常運行：
R≥2r 公式(1)
式中，R為葉片外緣的圓弧半徑，r為轉軸半徑，l為凸出部的內緣與轉軸圓心之間的距離，m為凸出部內緣與葉片末端之間的距離，n為凸出部的內緣的半寬度，x為葉片末端與相鄰轉軸圓心之間的最近距離。
作為進一步的設計優選方案，設計葉片時還可以進一步作出下述限定：
葉片外緣的圓弧半徑R與轉軸半徑r之間具有下述尺寸關係：
R∶r＝5～8∶1 公式(6)。
葉片的厚度a與葉片凸出部的高度b之間具有下述尺寸關係：
a∶b＝1∶1.5～2.5 公式(7)。
假設相互嚙合的兩個葉片中，一個葉片的凸出部距離另一個葉片的距離為c，所述葉片的厚度a與距離c具有下述尺寸關係：
a∶c＝1∶0.25～0.75 公式(8)。
假設相互嚙合的兩個葉片中，一個葉片的凸出部距離另一個葉片的距離為c，且該嚙合葉片組合與相鄰的另一個嚙合葉片組合之間的最近距離為d；則兩者具有下述尺寸關係：
c∶d＝1∶0.75～1.5 公式(9)。
設計方法說明：
(1)根據乾燥機材質，所需汙泥處理能力，汙泥種類和熱工質種類，確定乾燥機所需傳熱係數，從而確定熱工質流量，進而確定轉軸半徑r和葉片寬度a。
(2)為保證轉軸運行正常，即運行時轉軸之間不碰撞，外沿圓弧半徑R需滿足公式(1)；再根據汙泥粘性、乾燥機汙泥處理量以及公式(6)確定外沿圓弧半徑R；建議當汙泥處理量較大、汙泥粘性較小時，需向公式(6)上限取值；當汙泥處理量較小、汙泥粘性較大時，需向公式(6)下限取值；應同時考慮汙泥處理量和汙泥粘性綜合決定。
(3)為保證轉軸運行正常，即運行時轉軸之間不碰撞，需根據公式(2)確定葉片伸出部分靠近轉軸圓心的內沿與轉軸圓心的距離l；葉片伸出部分高度m和葉片伸出部分靠近轉軸圓心的內沿的半寬度n可直接分別根據公式(3)和公式(4)確定。
(4)為保證轉軸運行正常，即運行時轉軸之間不碰撞，同時為保證轉軸對於汙泥的攪拌和自清潔效果，需根據公式(5)確定葉片頂端與相鄰轉軸圓心之間的最近距離x。
(5)為保證轉軸對於汙泥的攪拌和自清潔效果，建議分別根據公式(7)和公式(8)確定葉片伸出部分長度b和同一葉片組或相鄰轉軸相鄰葉片組內伸出部分相對的兩葉片中其中一個葉片靠近葉片組的中心的內沿與另一個葉片伸出部分的外沿的距離c。
(6)為保證轉軸對於汙泥的攪拌和自清潔效果，建議根據公式(9)確定同一轉軸上相鄰葉片組相靠近葉片的相靠近外沿之間距離d。
使用方法說明：
當安裝了所述轉軸的汙泥乾燥機運行時，轉軸1需與傳動機構相連，且保證相鄰轉軸1均為逆向轉動，可同速轉動，亦可差速轉動，如圖3所示；乾燥機導熱用熱工質在轉軸1和葉片2的空腔內流動，熱工質可由轉軸一端熱工質進口4進入，再從另一端熱工質出口5流出，也可採用管內分管等形式使熱工質從同一端進入流出；如圖3所示，相鄰轉軸1上的相鄰葉片組6在逆向轉動時，相鄰轉軸1之間的相對空間由於相鄰葉片2的互相嚙合和分離，會發生急劇變化，附著在該相對空間乾燥機葉片和壁面上的汙泥會不停的受到外力壓迫，汙泥會隨之發生劇烈形變、剪切，汙泥塊將隨之破碎和脫落，從而實現該空間內汙泥的攪拌和自清潔效果；此外，葉片2轉動時，相較於現有的槳葉式以及圓盤式汙泥乾燥機，葉片2運動範圍幾乎覆蓋了整個乾燥機內部空間，避免了混合死角的產生；汙泥在乾燥機的流動主要依靠乾燥機自身傾斜所產生的勢能差來完成，汙泥在乾燥機內的停留時間主要由汙泥進口流量，乾燥機自身的傾斜角度和乾燥機出口溢流高度決定。
最後，仍需注意的是：以上舉例僅為本發明的具體實施例子。本發明不限於以上所述例子，可有許多變形。本領域普通技術人員可從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護範圍。