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下水道疏通清洗设备的设计制造——下水道疏通清洗设备的基本功能(上)

城市下水道网络作为城市建设的重要组成部分,在城镇居民生活中扮演着重要的角色。而近年来,随着我国城市的不断扩建,下水道管网不堪重负,管网堵塞现象时有发生,给疏通作业带来巨大压力。同时,由于下水道空间窄,环境恶劣,清理难度大、效率低,人工清理危险系数极高。在此背景下,下水道疏通清洗设备逐渐替代了人工清理。

下水道疏通清洗设备需要同时满足疏通清洗和污水抽吸功能,要求能够清除堆积粘附在下水道管壁上的任何杂物,并且能够吸起污水、淤泥、砂石以及较大的块状物。可广泛应用于城市各类地下污水管道、雨水井和窨井的污水、泥沙及砂石、大型块状物的清洗和疏通,同时也可用于大型厂矿企业的污水、工业废油的抽吸、运输以及小型河道的清淤和疏通作业。可大幅减少环卫工人的疏通工作量,在根本上避免安全事故发生。特殊的功能需要庞大复杂的结构支持,如何在满足功能需求的前提下使结构更加简单合理,成为设计的一-大难题,也是整台设备零部件设计的关键。

下水道疏通清洗设备的基本功能

“下水道疏通清洗设备所需要满足的主要功能包括疏通清洗功能和吸污抽排功能。经过调查研究,城市下水道堵塞的原因除了污水和淤泥沉积之外,大量的砂石和固体垃圾滞留是另-一个主要原因,这就需要具有较强破除障碍能力的疏通设备进行疏通。笔者在下水道疏通清洗设备研制过程中,经过反复试验验证后得出了一系列可靠的数据和结论,以下对下水道疏通清洗设备的各基本功能的解决方案分别进行介绍分析。

1、疏通清洗功能

目前国内外较为成熟的是高压疏通清洗的方法,即采用高压水流对下水管道进行冲洗,具有简单、高效、成本低等众多优点。但是,高压力的水流对水泵性能提出了更高的要求,如果要达到较好的清洗效果,水压需保证在20MPa以上(具体需根据使用环境和喷头的流量大小)。如图1所示,清水经高压水泵加压后进入疏通绞盘,再流经疏通软管进入喷头,水流经喷头分两个方向喷射,向后的射流B可清洗管道周围的淤积物,同时又给喷头和疏通管提供不断向前的动力,向前的速度由疏通绞盘的转速控制,图中的液压马达可通过节流阀控制疏通绞盘的转速。向前的射流A可破除前方的障碍物,为喷头开辟通道,一-旦喷头穿过障碍物,向后的射流可轻松击破周围的淤积物,从而达到疏通的目的。

图1高压水泵疏通清洗示意图

下水道疏通清洗设备的设计制造——下水道疏通清洗设备的基本功能(上)
1.高压水泵2.疏通绞盘3.液压马达4.疏通软管5.淤积物6.疏通喷头

为了达到更好的疏通和清洗效果,选择喷头时首先考虑喷头喷孔倾角与管道沉积物之间的关系。增加喷嘴喷孔倾角,推力减小,降低了喷头的穿透性,但对管道沉积物的清洗作用则显著增加;减小喷嘴喷孔倾角则前进推力加大,穿透性增强,疏通能力较为显著。选择喷头时除了考虑喷头本身的形状和喷孔倾角以外,也需要同时考虑系统工作压力与喷嘴流量等参数。

喷嘴的流量随压力的变化而变化,一般情况下,流量与压力的计算方法如下:

下水道疏通清洗设备的设计制造——下水道疏通清洗设备的基本功能(上)

式中,Q为流量,L/min;P为压力,Pa;n为喷嘴指数,不同的喷雾形状有不同的指数,通常为0.5。

在实际作业过程中,实现疏通清洗良好效果的一个重要的参数指标就是喷嘴喷出水柱的打击力大小。即喷嘴喷出水柱在距离喷嘴30cm处1mm’
‘面积_上的作用力,打击力越大,在同等情况下疏通清洗效果越好。打击力的大小可以按如下公式进行计算:

下水道疏通清洗设备的设计制造——下水道疏通清洗设备的基本功能(上)

式中,为理论总打击力;K为常量,K=0.24;Q为喷嘴流量;P为系统工作压力。

2、抽吸功能

由于污水夹杂大量淤泥和固体垃圾,作业时需要在保护泵体的前提下进行抽吸。传统的离心式水泵和污水泵无法抽吸带固体垃圾的污水,吸力有限,而此时真空泵显示出了自己的优势,目前真空泵的真空度可达到92%以上,真空度越大,负压就越大。其原理是,真空泵对罐体进行抽气,形成高真空后,利用大气压将外界污水垃圾等压入罐体内,抽吸介质无需通过泵体,由于吸污口始终浸在污水当中,罐体内可持续形成高真空状态,固体垃圾通过性强,因此抽吸效果显著。如图2所示,真空泵首先经真空管从罐体内抽吸空气,使罐体内形成高负压状态,此时大气压将下水道中的污水经吸污管压入罐体内,由此实现清理转移下水道内淤积物的目的。

在真空抽气系统中,由于空气直接流经泵体内腔,若空气夹带固体杂物则易对真空泵造成损坏,因此需在真空管路中设置防溢阀,当罐体中污水浸过防溢阀时,其内置的浮球会将吸气口堵住,以防止罐体内污物进入真空泵内。同样,罐体和真空管路本身都具有一定的承压极限,不论真空泵对罐体是抽还是排,压力过高都会对其产生破坏,因此需要在管路中设置负压安全阀和过压安全阀,负压安全阀可在一定负压状态下开启,过压安全阀在达到–定正压时开启,以防止罐体和真空管路变形。

图2 真空泵抽吸示意图

下水道疏通清洗设备的设计制造——下水道疏通清洗设备的基本功能(上)
1.吸污管2.污水3.污水罐4.空气5.防溢阀6.真空管7.负压安全阀8.过压安全阀9.真空泵

图2中,污水所能抽吸的最高高度为H,其数值跟所抽吸的介质密度有关系,计算方法如下:根据液体压强的计算公式P=pgh可知:

下水道疏通清洗设备的设计制造——下水道疏通清洗设备的基本功能(上)

因此,H2=H-H1,式中,H为污水抽吸的总高度;H为污水液面离地面高度;H2为污水抽吸最高高度;ρw为污水密度;g为重力加速度;P为1个大气压。

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