機械式下水道固液分離裝置設計含SW三維及11張CAD圖
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一、選題依據(jù)
1．論文（設計）題目
機械式下水道固液分離裝置設計
2．研究領域
本題涉及機械設計及模具設計領域
3．論文（設計）工作的理論意義和應用價值
水對我們的生命起著重要的作用 ,它是生命的源泉，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一。人的生命一刻也離不開水，水是人生命需要最主要的物質(zhì)。在現(xiàn)代工業(yè)中，沒有一個工業(yè)部門是不用水的。也沒有一項工業(yè)不和水直接或間接發(fā)生關系。更多的工業(yè)是利用水來冷卻設備或產(chǎn)品，例如鋼鐵廠等。水還常常用來作為洗滌劑，如漂洗原料或產(chǎn)品，清洗設備或地面，每個工廠都要利用水的各種作用來維護正常生產(chǎn)，幾乎每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有水的參與。
在生活中，家里的洗菜池有污物過濾網(wǎng)，但是需要人為定期清理污物，經(jīng)常會忘記清理導致污物流入下水道，即使是及時清理，也難免有一些污物流走，雖然每次進入下水道的污物比較少，但是時間長了，次數(shù)多了就會導致下水道堵塞。而校園等公共場所的下水道堵塞時間更是時有發(fā)生，主要應為是公共財產(chǎn)，所以大家都不以為然，從而造成了資源的浪費和環(huán)境的污染。
固液分離是一種重要的單元操作，從液相中除去固體一般采用篩或沉淀方法，水處理中有微濾、澄清和深床過濾等方法?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)固液分離技術主要集中在壓濾、過濾、重力沉降等方面，它廣泛的應用于醫(yī)藥衛(wèi)生、造紙、環(huán)境保護、食品、發(fā)酵等各大行業(yè)。在許多生產(chǎn)過程中，過濾與分離機構是關鍵設備之一，其技術水平的高低，質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到許多過程實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的可能性、工藝過程的先進性和可靠性、制品質(zhì)量和能耗、環(huán)境保護等經(jīng)濟和社會效益。全球水資源急劇短缺，生存環(huán)境日益惡化,人們因此對固液分離工藝也提出了更高的要求，世界各國的許多研究者在這方面的也有很多深入的研究。
對機械式下水道固液分離裝置進行設計有著重要的意義，有助于減少下水道的堵塞、減少頻繁的人力清理、減少能源的損失、給出合理的裝置設計，對于節(jié)能減排保護環(huán)境有著重要的意義。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢
近十幾年來, 隨著物料固液分離技術應用領域的擴大, “ 固液分離” , 尤其是 “過濾” 已幾乎存在于各個工業(yè)領域和環(huán)保過程。很多要求固液分離的漿體中的固形物顆粒粒度都很細。且有越來越細之勢, 而且總的發(fā)展趨勢是要求濾液的高澄清度和濾渣的低含濕量, 以減少干燥和進一步處理的工作量、 降低固液分離成本。這就使得固液分離技術面臨前所未有的挑戰(zhàn), 同時也就促使整個固液分離技術和設備圍繞這些挑戰(zhàn)而迅速發(fā)展。
當前除常用的固液分離設備與技術如真空過濾機和壓濾機, 過濾和沉降離心機, 普通沉降濃密機 (強化和高效濃度機), 普通澄清機, 有預涂層的過濾機、 壓濾機和深層床過濾機, 上向式分離的氣浮機, 篩分、 水力旋流器、 磁分離、 泡沫浮選以及凝聚和絮凝、 助濾劑、 洗滌、 過濾介質(zhì)及其選擇等以外, 面對微細料漿的微濾和膜濾, 則是近十年來重要的研究和發(fā)展方向。
目前國內(nèi)外的發(fā)展趨勢主要有4種：
(1)在不太增加能耗的前提下發(fā)展和改進各種壓濾機
為降低濾渣的濕含量和降低脫水總成本, 促進各式壓濾機的發(fā)展, 同時基于對濾餅尤其是可壓縮濾餅性質(zhì)的深入研究, 更加重視和發(fā)展濾餅的壓榨或壓縮技術。 間斷式板框壓濾機仍在材料、 板框結構、 進出口布置、 過濾介質(zhì)、提高和合理采用過濾壓力以及過濾機理等多方面進行研究和改進。
(2)為提高濾渣固含量和濾液澄清度, 沉降離心機還有許多潛力
沉降離心機和過濾離心機是固液分離的重要設備, 用途異常廣泛, 發(fā)展快、 品種多, 國內(nèi)外的廠家都相當多。除轉鼓和螺旋結構外, 離心機在機械傳動、 檢測、 指示、自動控制以及密封等方面。
(3)復合技術正在實踐中發(fā)展
復合技術在過濾脫水中的應用已經(jīng)越來越普遍,下面就舉幾個例子：
美國生產(chǎn)的 J-VAP 壓濾機, 將蒸發(fā)、 真空技術結合在板框壓濾機上, 使濾餅水分幾乎達到干燥的水平, 可在55%～ 99%固含量范圍內(nèi)選擇。 其過濾室很窄, 所以初步過濾階段的時間很短, 只是排除自由水, 接著就用65～ 80℃的熱水壓縮濾室, 并引入真空, 以使殘存的水分能蒸發(fā)。
Larox、 Scheibler 兩個過濾公司共同開發(fā)的過濾機很有特色, 利用了微米和亞微米顆粒能附著在過濾介質(zhì)的纖維上的吸附現(xiàn)象, 盡管這些顆粒的粒度足以通過介質(zhì)的孔隙,但這樣的料漿通過這種壓濾機后其濾液極清, 固體顆粒濃度僅百萬分之幾, 而且完全不需要助濾劑。 過濾機用耐腐蝕、 耐高溫的材料制作, 過濾面積可達 720m2 。 在實踐上可作為濃密機溢流中固體物的再回收。
Hydroflow 公司在離心過濾機中采用濾芯可以提高過濾去除微細顆粒的能力;美國的 Heinkel 公司推出的加壓過濾離心機的離心力可達 2000g, 通過后續(xù)的壓榨和吹氣脫水,濾餅水分可降低至 0.008%, 而且設備尺寸小、 工作周期短、 能耗低。
(4)膜濾技術蓬勃發(fā)展
由于需要脫水的物料的固形物顆粒越來越小, 納米級料漿的脫水成為突出的課題 , 過濾正在蓬勃發(fā)展, 包括濾膜和設備。
二、論文（設計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題
1)分離裝置結構設計，繪制分離裝置二維裝配圖，分離裝置三維設計。
2)分離裝置零件設計和零件圖繪制。
3)葉輪葉片模具設計。
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
1)分離裝置和葉輪葉片的性能研究
機械設計角度及動力學特征分析。對葉輪-分離裝置進行力學分析，研究選用合適的分離裝置及葉輪。
2)整機結構設計
①分離裝置設計
綜合考慮總體布局，經(jīng)濟學，可靠性等因素，分離裝置采用濾帶式固液分離裝置。濾帶式固液分離裝置能夠完美適應下水道工作，不占太大體積，不需要較多力去傳動。十分適合我的選題。
②傳動裝置設計
綜合考慮總體布局，經(jīng)濟性，可靠性和傳動力矩的大小等因素，傳動裝置采用帶傳動，二級加速。
③動力裝置設計
在本裝置中沒有外在能源供給，又因為本裝置的位置特殊性，可采用水能裝置。在下水道中可以將水能充分利用。
3)葉輪葉片設計及模具設計
① 塑料成型工藝（原材料，結構和尺寸）分析
② 計算塑料的體積和重量包括注塑機型號
③ 塑料注塑工藝的參數(shù)確定
④ 注塑模的結構設計，選擇分型面，確定型腔數(shù)量和排列方式，澆注系統(tǒng)的設計成型零件結構尺寸等
⑤ 模具設計的有關計算包含注塑機有關參數(shù)的校核等
3.本論文（設計）預期取得的成果
1)固液分離裝置
分離裝置結構設計，并繪制分離裝置二維裝配圖，分離裝置三維設計及分離裝置零件設計和零件圖繪制。
2)葉輪葉片模具設計
模具設計，并繪制模具零件圖，模具三維設計及零件設計和零件圖繪制。
三、論文（設計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；
1）查閱相關文獻，搜集有關的資料。初步了解固液分離的發(fā)展及應用。
2）設計并制定出所有固液分離結構部件的尺寸，通過計算選取標準化零件。
3）設計固液分離的動力系統(tǒng)。
4）用CAD軟件畫出固液分離裝置的全部設計圖和零件圖。
5）用SolidWorks軟件畫出固液分離裝置模具三維建模
6）制作固液分離各部件設計計算說明書
2.論文（設計）進度計劃
論文題目 機械式下水道固液分離裝置設計
第1周 安排設計任務，布置設計要求
第2周 分析設計題目，了解設計內(nèi)容，復習相關專業(yè)知識
第3周 查找設計資料，查找設計文獻
第4周 撰寫開題報告，修改開題報告，開題答辯
第5周 分離裝置技術要求分析和方案設計
第6周 分離裝置結構設計
第7周 分離裝置結構設計
第8周 繪制分離裝置二維裝配圖
第9周 分離裝置三維設計
第10周 分離裝置零件設計和零件圖繪制
第11周 葉輪葉片模具設計
第12周 編制葉輪葉片模具模具零件制造工藝方案
第13周 編制葉輪葉片模具模具零件制造工藝方案
第14周 相關參數(shù)計算和校核
第15周 撰寫設計說明書和外文翻譯
第16周 修改設計說明書，準備答辯
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述或報告
文獻綜述
一、 引言
1.1水資源重要性
（1）水對我們的生命起著重要的作用 ,它是生命的源泉，是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的最重要的物質(zhì)資源之一。人的生命一刻也離不開水，水是人生命需要最主要的物質(zhì)。
而對人體而言的生理功能是多方面，而體內(nèi)發(fā)生的一切化學反應都是在介質(zhì)水中進行，沒有水，養(yǎng)料不能被吸收；氧氣不能運到所需部位；養(yǎng)料和激素也不能到達它的作用部位；廢物不能排除，新陳代謝將停止，人將死亡。因此，水對人的生命是最重要的物質(zhì)。
（2）在現(xiàn)代工業(yè)中，沒有一個工業(yè)部門是不用水的。也沒有一項工業(yè)不和水直接或間接發(fā)生關系。更多的工業(yè)是利用水來冷卻設備或產(chǎn)品，例如鋼鐵廠等。水還常常用來作為洗滌劑，如漂洗原料或產(chǎn)品，清洗設備或地面，每個工廠都要利用水的各種作用來維護正常生產(chǎn)，幾乎每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有水的參與。
所以,水作為大自然賦予人類的寶貴財富，早就被人們關注。但是人們經(jīng)常使用“水資源”一詞，卻是近一二十年的事。關于水資源的定義，有幾十種之多，較普遍的說法是指“可以供人們經(jīng)常取用、逐年可以恢復的水量”。也就是通常所指的淡水資源。
1.2 固液分離裝置的特點及應用
固液分離是一種重要的單元操作，從液相中除去固體一般采用篩或沉淀方法，水處理中有微濾、澄清和深床過濾等方法。現(xiàn)有的傳統(tǒng)固液分離技術主要集中在壓濾、過濾、重力沉降等方面，它廣泛的應用于醫(yī)藥衛(wèi)生、造紙、環(huán)境保護、食品、發(fā)酵等各大行業(yè)。在許多生產(chǎn)過程中，過濾與分離機構是關鍵設備之一，其技術水平的高低，質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到許多過程實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的可能性、工藝過程的先進性和可靠性、制品質(zhì)量和能耗、環(huán)境保護等經(jīng)濟和社會效益。全球水資源急劇短缺，生存環(huán)境日益惡化,人們因此對固液分離工藝也提出了更高的要求，世界各國的許多研究者在這方面的也有很多深入的研究。
下面介紹固液分離技術的應用：
①化工生產(chǎn)?
在無機鹽工業(yè)中常涉及酸解、堿溶、浸出物的過濾和濾餅的洗滌，如制堿行業(yè)中重堿的過濾和氨泥的分離，在化肥生產(chǎn)中，磷石膏的過濾，酸不溶物的分離都離不開液固分離操作，其分離的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量及收率。因此固液分離在化工生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。
②采礦和冶金工業(yè)?
幾乎所有的采礦工藝都與水和礦石分離有關，冶金工業(yè)中，氧化鋁和氧化鋅的生產(chǎn)及黃金生產(chǎn)，原子能工業(yè)中鈾的分離，選煤水的回收及煤粉的合理利用都要借助于液固分離操作。這不僅可解決環(huán)境保護問題還能達到能源的綜合利用的目的，應用前景非常廣闊。?
③制藥工業(yè)?
生物發(fā)酵和生物制品工業(yè):生物發(fā)酵工藝中都有發(fā)酵液和菌絲體分離的問題，最常用的是過濾和離心分離。
④環(huán)境保護工程?
在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中都會產(chǎn)生大量的污水，如不經(jīng)處理直接排放，將造成環(huán)境的嚴重污染，影響人民身體健康，因此污水的綜合治理能力已經(jīng)成為一個國家經(jīng)濟實力和技術水平的重要標志。
二、固液分離裝置綜述
2.1固液分離設備
? ⑴過濾設備：板框壓濾機，真空鼓式過濾機。
? ⑵離心設備：過濾式離心機，沉降式離心機。
2.2過濾方式
⑴常規(guī)過濾：料液流動方向與過濾介質(zhì)（能使固液混合料液得以分離的某一介面）垂直。
? ⑵錯流過濾：料液流向平行于過濾介質(zhì)。過濾介質(zhì)通常為微孔膜或超濾膜。
2.3主要的固液分離裝置
目前在國內(nèi)外發(fā)展了多種固液分離裝置，涉及多個學科的知識。每種固液分離的方法技術要素不同、實施手段不同，側重點不同就有不同的分離方法。本文就幾個不同裝置分類研究。
（1）螺旋擠壓式固液分離機
螺旋擠壓式固液分離機，由變距斷續(xù)螺旋轉子、條狀楔形篩網(wǎng)、電機、齒輪箱、進料裝置、液體收集裝置、液壓驅動環(huán)隙出料裝置和機架組成，進入分離機后的固液混合物，在變距斷續(xù)螺旋的2014 年 8 月擠壓推進下，液體從篩網(wǎng)排出，通過液體收集裝置被回收利用;而停留在篩網(wǎng)上的固體被螺旋擠壓輸送到卸料端，脫水后的固體從環(huán)隙出料裝置排出，進入下游加工工段或直接成為產(chǎn)品[3]。
水力旋流器分離裝置
（2）板框式壓濾裝置
板框式壓濾裝置屬于間歇式加壓過濾機,具有壓力高并可獲得較低含水率濾餅,對物料適用性強,占地少等優(yōu)點。七十年代以后開發(fā)了全自動板框壓濾機,對結構進行了改進,在壓濾機上裝備了開板裝置、濾餅排出裝置,又在濾板材料上使用了 性能優(yōu)越的耐腐蝕輕型聚丙烯樹脂,其壓濾板的進液口部分密封用固定的零件,并采用濾布自動洗凈裝置和濾餅自動脫落裝置相結合方法,即配有用利刀直接落 下的濾餅剝離裝置,成為高性能高精度化的固液分離設備[5]。
（3）滾筒式固液分離裝置
滾筒式固液分離裝置屬于離心式分離裝置，具有較強的離心力。離心過濾過程從廣義的概念上來說，可理解為包括加料、過濾、洗滌、甩干和卸渣等五個步驟。如果就狹義的概念而言，可分為兩個物理階段:生成濾渣和壓緊濾渣。第一個階段與普通過濾在原則上相近似，但其推動力不同；而第二階段與普通過濾的規(guī)律根本不同[6]。
（4）濾帶式固液分離裝置
待脫水的污泥首先進入預處理系統(tǒng)，然后投加絮凝劑形成絮團，之后流入重力脫水段脫去自由水，而后進入楔形預壓段，使污泥平整并受到輕度擠壓，然后污泥進入 S 形壓榨脫水段，經(jīng)過幾個由大到小輥筒的反復壓榨和剪切脫水，使污泥形成濾餅狀，最后通過卸料裝置將濾餅卸掉[10]。
（5）水力旋流器分離裝置
旋流分離器是基于重力沉降原理，也就是利用物質(zhì)重度差進行分離的。電石渣漿液經(jīng)進料口沿切向進入圓筒，向下作螺旋形運動，固相顆粒在離心力的作用下具有向旋流器壁沉降的趨向。粗顆粒由于受到較大的離心力作用，向旋流器壁面運動并隨外旋流從旋流器底部排出形成底流，細顆粒則由于所受的離心力較小，來不及沉降就隨內(nèi)旋流從溢流管排出形成溢流，通過底流和溢流從而進行不同介質(zhì)的分離。從溢流管排出的即為需要的Ca(OH)2含量高的電石渣漿液[11]。
三、動力裝置綜述
由于本裝置為機械裝置，無其他動力來源，又由于本裝置位置特殊。故采用水能作為動力。提到水能裝置，很多人就會想到在古代人們的生產(chǎn)和經(jīng)濟活動中，水力機械具有不可替代的重要作用。
水碓，又稱機碓、水搗器、翻車碓、斗碓或鼓碓水碓，是腳踏碓機械化的結果。西漢末年出現(xiàn)的水碓，是利用水力舂米的機械。水碓的動力機械是一個大的立式水輪，輪上裝有若干板葉，轉軸上裝有一些彼此錯開的撥板，撥板是用來撥動碓桿的。每個碓用柱子架起一根木桿，桿的一端裝一塊圓錐形石頭。值得注意的是，立式水輪在這里得到最恰當最經(jīng)濟的應用，正如在水磨中常常應用臥式水輪一樣。利用水碓，可以日夜加工糧食。凡在溪流江河的岸邊都可以設置水碓，還可根據(jù)水勢大小設置多個水碓，設置兩個以上的叫做連機碓，最常用是設置四個碓，《天工開物》繪有一個水輪帶動四個碓的畫面。
針對本機構完全可以采用該機構的水輪來承受水流，把水力變?yōu)闄C械轉動的裝置，將水輪旁的小輪與傳遞裝置相連，這樣當水流從上而下留下來時，沖擊水輪使它轉動，通過傳動裝置將動能傳遞到過濾裝置上，使過濾裝置能夠正常的運行，故本裝置只要有水就可以正常運行。
四、目前研究的概況和發(fā)展趨勢
4.1目前的研究方向
液固分離是重要的單元操作,是非均相分離的重要組成部分,在國民經(jīng)濟各部門如化工、輕工、制藥、礦山、冶金、能源、環(huán)境保護等應用非常廣泛。在許多生產(chǎn)過程中,過濾與分離機構是關鍵設備之一,其技術水平的高低,質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到許多過程實現(xiàn)工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)的可能性、工藝過程的先進性和可靠性、制品質(zhì)量和能耗、環(huán)境保護等經(jīng)濟和社會效益。
隨著科學技術和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,能源、資源、農(nóng)業(yè),三廢治理、節(jié)能等問題將更受到重視,生物化工,新型材料、精細化工等高技術領域的迅速發(fā)展,必然會對液固分離技術提出更高的要求。預期今后液固分離技術的研究和開發(fā)將會主要集中于以下幾個方面:
(1)能源多元化中燃料(如煤、油、鈾)開采過程中物料的處理;
(2)低品位,其生礦資源利用過程中提取精礦時,液體和固體的分離過程;
(3)水處理,包括工業(yè)用水的處理,工業(yè)和生活水處理和再生利用;
(4）生物化工,醫(yī)藥化工的高純制品,半導體工業(yè)和微電子工業(yè)的高純水處理技術;
(5)現(xiàn)有傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)中的如礦山、化工、冶金、輕工、食品、機電 行業(yè)中過濾設備的改進、更新?lián)Q代和替代進口設備等。
4.2固液分離技術的發(fā)展趨勢
從發(fā)展趨勢來看，固液分離技術研究的目的是要縮短整個下游工程的流程和提高單項操作的效率，以前的那種零敲碎打的做法，既費時、費力，效果又不明顯，跟不上發(fā)展的步伐?，F(xiàn)在對整個生活用水要有一個質(zhì)的轉變，并認為可以從兩個方面著手，其一，繼續(xù)研究和完善一些適用于生活用水的新型分離技術；其二，進行各種分離技術的高效集成化。目前出現(xiàn)的新型單元分離技術，如親和法、雙水相分配技術、逆膠束法、液膜法、各類高效層析法等。
五、總結
以上研究成果為保證人們方便生活提供了技術支持，但以上研究成果只局限于下水道機構本身。對于生活來說，這只是一小部分的簡化，生活中還有很多可以被發(fā)現(xiàn)可以被簡化東西。對于讓生活更加輕松有著重要的意義，因此，是當前生活技術研究的發(fā)展方向之一。這次綜述使我對固液分離技術有了更深的了解和認識，讓我擴展了相應的知識面和了解最新的固液分離技術。
審 核 意 見
指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）
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教研室主任意見
簽字： 年 月 日
學院教學指導委員會意見
簽字： 年 月 日
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