专利名称：平衡旋转底盘连续沉降槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种重力分离过程的连续沉降分离装置，具体涉及一种设 有可动底盘的平衡旋转底盘连续沉降槽。
背景技术：
沉降槽作为一种重力分离装置，用于分离悬浊液中的固体悬浮物质， 其工作原理是基于悬浊液的不稳定性，悬浮于液体中的固体颗粒物质在重 力场作用下缓慢向下沉降，从而实现固、液两相的分离。固体颗粒的沉降 速度与颗粒大小、液体黏度、比重以及沉降截面大小有关。对给定的物料 介质，在连续沉降操作过程中，沉降速度只与设备的沉降截面有关，固体 颗粒的绝对沉降速度应大于液体通过沉降截面的上升速度。可见对于重力 沉降设备而言，增大设备的沉降截面是提高设备分离效率和处理能力的唯 一有效途径。
连续沉降的特点是分离操作的连续性和稳定性，能够适应现代工业 生产的客观要求，在市政、环保、采矿、冶金、发电、化工等领域被广泛 应用。市政工程主要用于城市给、排水的净化与处理；环保领域用于城市 污水、工业废水的净化处理；采矿领域如金属矿石的水选、煤矿洗煤用水 的澄清循环使用；冶金、发电用于水质净化；化工领域广泛应用于工艺用 水的净化处理，无机化工产品的生产、如产品蒸发法制取前的卤水净化、 化学法析出后的沉淀分离、氯碱行业盐水进槽电解前的精制、净化等，上 述处理过程都涉及到连续沉降分离技术。
连续沉降槽按液体流向可分为平流式、竖流式和辐流式。大型的金 属结构连续沉降槽其液流方式主要采用辅流式，辐流式的特点是液体在 槽内呈水平流动扩散，分散效率高，混凝效果好；连续沉降槽按沉降泥的 汇集方式可大致归纳为两种机械法和重力法。所谓机械法是指沉降泥的 汇集过程通过专设的机械装置执行。机械法的应用较为普遍， 一般情况下直径大于20m的沉降槽宜采用机械刮泥的方式；重力法沉降泥的汇集方式 是在沉降槽底部设若干锥形斗，沉降泥在重力作用下延锥斗斜面下滑，汇 聚到各锥形斗中，沉降泥的排出主要依靠槽体内物料的液柱静压和排泥泵 的吸程。
在生产实践中由于沉降泥的连续排出一直缺乏行之有效的技术手 段，严重制约了沉降设备向大型化的发展。传统的机械排泥方式由于存在 沉降泥的汇集过程，排泥效率差，而且随着沉降设备的大型化，沉降截面 增大，采用传统的机械方式汇集沉降泥变得越来越困难，如果仍然依靠现 有技术手段，不仅设备的投资成本和运行费用会显著增加，甚至设备的正 常操作与稳定运行也无法得到可靠保障。重力法因不设机械刮泥装置，设 备大型化不存在问题，但为确保设备的正常运行，沉降泥的排出需要依靠 大量的液体携带，液体含率达到排污总量的95-98%，而其中沉降泥的排量 只占2-5%，造成物料的大量浪费，分离效率极差，设备运行成本很高，而 且大量的排污对环境的侵害也是不容忽视的，因此需要对排污作二次分离 处理。
现有技术中的连续沉降槽存在的主要问题是排泥的技术手段落后， 原理简单，科技含量不高；设备结构陋笨，有效沉降截面积小、分离效率 低；设备的处理能力、运行的稳定性、操作与控制水平跟不上现代工业的 发展节奏；设备投资及运行成本高，特别是所含土建工程费用占设备总投 资的比例很大；更关键的是现有技术不能有效合理地解决设备大型化的问 题，因为处理能力小，很多大型企业只能通过增加设备数量以满足生产需 求。随着环境治理标准的提高，南水北调工程，城市化进程，重化工业的 发展，江河湖海等区域环境的治理，国家对水资源的综合有效利用及水环 境治理提出了更高的要求和发展规划，重力沉降分离技术的创新必将给国 家和社会的发展带来巨大的经济和社会效益；另外，企业产能的规模化也 迫切需求大型沉降分离设备的出现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提出一 种重力分离装置一一平衡旋转底盘连续沉降槽。该平衡旋转底盘连续沉降槽与同类设备现有技术相比，可从根本上解决制约重力分离装置大型化和智能 化的技术难题。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是该重力分离装置一一平 衡旋转底盘连续沉降槽包括沉降槽，该沉降槽为槽体内设有可动底盘及底盘 平衡装置的连续沉降槽。
可动底盘是设置在沉降槽内部可绕定轴转动和轴向平动的圆盘，其结 构为相对槽体独立的具有一定刚度的组合结构，盘体内设有许多总容积一定 的空腔(每个空腔的大小是不一定相等的，但空腔的总容积是限定的)，盘 面为平面。底盘设于沉降槽的底部并覆盖整个沉降截面，将沉降槽分成上、 下两个容腔。
工作状态下，底盘悬浮于沉降槽底部并处于稳定平衡状态，在外力驱 动下，底盘可同时绕定轴转动和轴向平动。
沉降槽内设多部沉降泥采集装置一一机械采集器。机械采集器由驱动 机构、旋转臂和联接在旋转臂上的用于采集沉降泥的刮泥盘组成。机械采集 器水平分布于沉降截面的不同位置、且为底盘平面上方，并可以绕各自旋转 中心转动。刮泥盘的刮泥间隙可通过底盘的轴向平动进行调节。
由于维持底盘的悬浮与稳定平衡是至关重要的，因此，本发明还包括 维持底盘悬浮平衡而设的动密封装置和气相平衡室，其中动密封装置用于封 闭底盘下部容腔内的工作介质，气相平衡室用于维持底盘的稳定平衡状态。
动密封装置设于底盘与沉降槽槽体形成的环形间隙之间，用以封闭底 盘下部的容腔。动密封装置由转动密封和平动密封两种密封副构成，解决底 盘在既绕定轴转动，又沿轴向平动的三维运动状态下的密封难题。其中转动 密封由与槽体焊接为一体的静环组和与底盘焊接为一体的动环组构成；平动 密封由静环组的腔体侧壁与一对可上下同步平移的滑动密封环构成。动密封 装置采取液压密封。
底盘可通过旋转动力系统带动而转动，所述旋转动力系统包括运动执 行机构、转轴以及与二者相联接的滑动联轴器。转轴为空心的刚性轴，位于 槽体中心且其底部与底盘刚性连接。在沉降槽底板上还设有轴心定位装置用 以固定底盘的旋转中心。所述气相平衡室置于转轴内，气相平衡室为中空的 半封闭气相空间，其上端封闭，下端与沉降槽的下部容腔连通，其对底盘的稳定平衡状态的调节为自力调节。
待处理的物料通过物料分散系统进入沉降槽，物料分散系统设置在底 盘平面上方，由呈水平辐射分布的多根进料管路及与之连通的多个分布器组 成。
设备准备运行时，首先向底盘的下部容腔内注入液态工作介质，直到 其从底盘平面上方溢出，此时，气相平衡室内的气体被液态工作介质封闭； 然后，向动密封装置内注入液态密封介质，使动密封装置进入密封状态，至 此底盘下部容腔被封闭，继续注入液态工作介质，基于液体的不可压縮性， 底盘开始沿轴向缓慢上升，直到其与沉降槽的底板脱离而悬浮于沉降槽底 部；当动密封装置进入密封状态后，工艺物料具备进槽条件；当底盘缓慢上 升到设定位置，工艺物料开始从沉降槽顶部的出液装置溢流时，设备进入稳 定工作状态，此时，底盘受其下部容腔内工作介质的浮力和气相平衡室的压 力作用与其自身重力和工艺物料的压力相平衡；运行中底盘受气相平衡室的
变压调节作用，使其处于稳定平衡状态(注释物体的平衡有三种类型，即 稳定平衡、不稳平衡和随遇平衡)。底盘在平衡状态下受旋转动力系统的驱 动作匀速旋转运动，当沉降泥落到底盘上时随同底盘一起旋转，设置于底盘 上方的多部机械采集器绕各自旋转中心转动以采集底盘上的沉降泥，其与底 盘的相对运动轨迹是在底盘平面上形成若干彼此相切的环形螺旋带，在一定 的运动周期内，二者的相对运动轨迹可以遍及整个沉降截面，从而完成沉降 泥的采集过程。各机械采集器均有相互独立的排泥管路，沉降泥于槽外汇集 后经排泥泵向外输送。
从机械原理上分析，本发明采取的技术方案只是将现有技术沉降槽中 刮泥耙的转动替换为底盘的旋转运动，机械的运动原理具有相似性，但从沉 降泥的运行轨迹分析，二者是截然不同的现有技术手段刮泥耙的旋转运动， 其作用是使沉降泥向旋转中心移动汇集，然后经中心排泥管导出槽外，排泥 效率差，制约了设备的处理能力；而本发明技术方案沉降泥的收集不存在向 旋转中心汇集的过程，而是直接被机械采集器采收后导出槽外，排泥效率得 到显著提高，这也意味着设备的机械能耗会显著降低，而且设备的沉降截面 越大，这种优势将越明显；从设备结构分析，现有技术的排泥方式需要沉降 槽底面设置一定的锥度，以利于沉降泥的定向移动，且锥度越小，移动越快，
7但是锥度的设置相应增加了设备的制造成本和制造难度，而本发明技术方案 涉及的沉降槽不存在上述问题。关于沉降泥的排放，本发明技术方案同样充 分利用了排泥泵的吸程和槽体内物料的液柱静压力。
本发明技术方案的有益效果是由于采用底盘平衡旋转的方式，沉降 泥的持续排放有了更为经济、可靠和便捷的技术手段，设备的处理能力与分 离效率得到显著提高；该平衡旋转底盘连续沉降槽可以提高沉降设备运行的
稳定性和操作弹性，使设备的操作与控制能够更好地与现代工业智能化的操 作控制水平相适应。本发明技术与现有技术相比具备大型化应用的先进的经 济、技术特性，是沉降设备向大型化方向发展的理想的技术途径。
图l为本发明技术方案涉及的连续沉降槽的工作原理图； 图2为本发明技术方案涉及的连续沉降槽的结构示意图； 图3为本发明技术方案涉及的连续沉降槽优选的物料分散及沉降泥排 放原理示意图4为图2中局部I的放大图5为本发明技术方案涉及的连续沉降槽的动密封装置工作原理图； 图6为图2中A-A向剖视图； 图7为图6中的B-B向剖视图； 图8为底盘纵向结构示意图9为本发明技术方案涉及的连续沉降槽的流程控制原理图。 图中l-槽体，2-进料管路，3-底盘，4-底板，5-气相平衡室，6-轴 心定位装置，7-分布器，8-排泥管路，9-机械采集器，10-驱动机构，11-动 密封装置，12-缓冲槽，13-排泥泵，14-伺服泵，15-贮罐，16-电器、仪表 和控制平台，17-出液装置，18-运动执行机构，19-滑动联轴器，20-转轴， 21-顶板结构，22-动密封条，23-静密封条，24、 26-滑动密封环，25-静环 组，27-动环组，28-刮泥盘
PT-压力变送器，PIC-压力显示与控制器，PE-压力检测仪，PV-压力调 节阀，PI-压力显示器，PG-现场压力显示仪，FIC-流量显示与控制器，F0-限流孔板，FQC-流量累积控制器，FY-流量计算器，FT-流量变送器，FV-流量调节阀，TE-温度检测仪，TG-现场温度显示仪，TI-温度显示仪，MLSS-污泥浓度，I-连锁控制器，DR-倒淋，HS-转换开关，H0A-手动/关/自动 转换器，ZS-位置开关，M-电机，NI-应力显示器，NE-应力检测仪，LIT-物位显示与传感器，LICA-物位显示、控制与报警器，LY-液位计算器，LV-液位调节阀，AY-分析计算器，AE-分析检测仪，AIC-分析显示与控制器，SY-频率计算器，SE-频率检测仪，SIC-频率显示与控制器，H-高位报警，L-低 位报警。
具体实施例方式
以下结合实施例及附图对本发明技术方案作进一步阐述。 下面实施例为本发明的非限定性实施例。
如图1所示，本发明技术方案涉及的连续沉降槽在正常运行时涉及三 种介质，分别是工艺物料Lid,、工作介质Lid2和密封介质Lid3。三种介质 的物性可以相同，也可以不同，需视具体设计任务确定。 一般情况下，工作 介质Lid2和密封介质Lid3宜采用工业循环水。
如图2所示，本发明技术方案涉及的连续沉降槽的结构特征是在沉 降槽的底部设有可以旋转的底盘3，以及为底盘3的稳定平衡与旋转而设置 的气相平衡室5、动密封装置11和运动执行机构18。下面结合附图详细说 明本发明技术方案涉及的连续沉降槽的设备结构组成与工作原理。
本发明技术方案涉及的连续沉降槽具备如下结构组成和功能单元
一、沉降截面和有效沉降高度
该单元由槽体1和底板4两部分组成，槽体1的直径决定了设备沉降 截面的面积，也就决定了设备的分离能力，因此槽体直径是沉降分离设备
的基本设计参数，槽体直径的设计计算公式为
式中，Q隨——最大设计流量，m7h;
q。——表面负荷，m7m、h，其值通过沉降试验确定； D——沉降槽槽体直径，m;
S =it D2/4 (2) S—一沉降槽的沉降截面积，m2。沉降槽的有效沉降高度
<formula>formula see original document page 10</formula> 式中，h2—一沉降槽有效沉降高度，m;
t——沉淀时间，hr。 槽体总高度的设计
<formula>formula see original document page 10</formula>式中，H——槽体总高度，m;
h,——沉降槽超高，m，取O. 3m; h3——缓冲层高度，m，取O. 3-0. 6m; h4—一底盘高度，m，根据具体设计任务确定。 h5——底盘轴向行程，m，取0.2-0. 4m;
本发明技术方案涉及的连续沉降槽的底板4不再具有汇集沉降泥的结 构特征，底板4的表面为水平面，且与槽体l全位置焊接。 二、轴向平动和绕轴转动的底盘
底盘是本发明技术方案涉及的连续沉降槽的核心部件，设置在沉降槽底 部。与现有技术中的沉降设备不同的是，沉降泥不是落到沉降槽的底板4上， 而是落到底板上方的可以升降、旋转的底盘3上并随同底盘3—起旋转。设 备运行时底盘可通过控制系统来调节其在轴向行程hs范围内的平衡位置，当 底盘3完全与底板4脱离后便可在运动执行机构18的作用下匀速旋转，沉降 槽开始正常工作；当沉降槽准备停用时，底盘3同样可以通过控制系统控制 回落到底板4上。底盘3的结构设计应满足以下条件
1、强度条件。底盘在平衡状态下旋转时应具有足够的强度传递力矩， 阻力矩主要来自于底盘旋转运动时克服密封副的滑动摩擦而形成的摩擦力矩 Mt和克服液体阻尼形成的阻尼力矩M2，因底盘的转速设计得极低，因此阻尼 力矩M2相对于摩擦力矩M,极小，可以忽略不计。底盘强度计算时的最大扭矩
<formula>formula see original document page 10</formula> 式中，M——设计最大扭矩，N'm;
M！——密封副摩擦力矩，N m; k——工况系数，k=1.2—1.6; f一 一转动密封副材料间的摩擦系数；q——密封室内密封介质Lid3的压强，Pa;
b——转动密封副的结合面宽度，m;
d"~~^转动密封副密封面中心圆直径，m。
2、 静力平衡条件。底盘的静力平衡(原理详见下文)是实现设备稳定 运行的前提条件。需要指出的是底盘3在进行结构设计时应尽可能利用其 在液体中所受的浮力来平衡自身的重力，以降低维持其稳定平衡所需的气相 平衡室5内气体的压强P，从而有效减小动密封装置11两侧流体的压力差， 这样在设计密封比压一定时，施加到密封介质Lid3的压强q可以减小，从而 可以减小底盘旋转时的摩擦力矩Mi，降低设备动力消耗和投资费用。为此， 底盘在进行结构设计时需要设计一定容积的空腔Sv,，来获得液体浮力。如 图8所示， 一定容积的空腔2vi由分布于整个底盘平面的容积大小不等的封 闭空间Vi组成，其设计原理与浮顶罐中浮顶的设计极为相似。
3、 刚度条件。底盘所受工艺物料Li山的液柱静压力和气相平衡室的压 力皆为均布载荷，甚至底盘的自重也可近似为均布载荷，因此底盘在结构设 计时对限定总容积的空腔Vi也应尽可能分散布置，正如图8所示的那样，以
期底盘浸没于工作介质Lid2中所获得的液体浮力能够尽可能均布于整个沉降
截面。如果底盘结构的空腔分布不当，底盘局部受力不均，必然会产生较大 地挠曲变形，从而使底盘轴向位移的有效行程h5减小，影响底盘的位置调节 和安全运行；底盘平面不平整将不利于沉降泥的机械采集和动密封装置的密 封；荷载分布不合理也将使底盘的制造成本增加。因此，刚度条件是要确保 底盘的挠曲变形控制在较小的范围。
底盘静力平衡的力学原理是如图l所示，设备运行时，处于悬浮状态 的底盘在静置状态下主要受如下力的作用
底盘自身重力G = g&ni (6)
工艺物料Li山的压力Fi^p!gh6S (7) 工作介质Lid2的浮力？2 = ^^(2111^+2 Vi) (8) 气相平衡室的压力F3 =-(P+p2gh7)s (9)
符号说明
m,——构成底盘各零部件的质量，kg;
Sm,——底盘总质量，Kg;g ^~~^重力加速度，m/s2;
S——底盘横截面积，m2;
Pi —~~构成底盘各零部件的材料密度，kg/m3;
Pl——工艺物料Lid!的密度，kg/m3;
p2——工作介质Lid2的密度，kg/m3;
h6——工艺物料Lid!的液柱高度，h6=h2+h3， m;
h7——气相平衡室内工作介质Lid2的液柱高度，m;
P ——气相平衡室内气体的压强，Pa;
Vi —一底盘各封闭空间的容积，m3;
2Vi——底盘设计空腔的总容积，m3， Sv尸S[mi(p,-p2)/p,]/p2。
当底盘所受上述各力的合力等于零时，底盘将平衡于液体中的某一位 置，此时有
G + F!+F2+F"0 (10) 将式(6)、 (7)、 (8)、 (9)代入式(10)，有: gSmi +pigh6s -p2g(2;mi/pi+2 vO-( P +p2gh7)s = 0 (10a)
得到
P = g{pih6 - p2h7 - [Smi (p2 -pi)/pi + p2 2 v, ]/s} (10b)
上式表明气相平衡室内气体的压强P是h7的函数；
而气相平衡室内的气体从开始被封闭到设备运行， 一直处于全封闭状 态，对气相平衡室内质量一定的气体而言，根据理想气体状态方程，有
Pivi/Ti = p2v2/T2 (11) 在此，指定状态1为气体被封闭时的状态，状态2为设备运行时的气体
状态，
各状态参数的值确定如下
Pi——状态l时的气体压强，Pa， Pl=PQ (绝压)；
——状态l时的气相空间体积，m3， Vl = Sl.h8; Sl——气相平衡室的横截面积，m2; h8——气相平衡室高度，m，取& = (0.8-1.2)116;
——状态l时的气体温度，k，取工作介质Lid2进槽时的温度。 P2——状态2时的气体压强，Pa, p2 = P (绝压)；
12vr~_状态2时的气相空间体积，m3， v2 = Sl.(h8-h7);
T2——状态2时的气体温度，k，取工艺物料Lid!的温度。
将各参数的值代入式ll中，得到P与h7的另一函数关系式
P - h8/(h8-h7) T/T, P0 (11 a)
联立方程式10b、 lla并化简，可以得到一个关于h7的一元二次方程式 ah72 + bh7+c-0 (12)
式中
a = p2g ;
b = g(P2hg + plh6 - [Snii (p2 —p,)/pi +p2 2 Vj ]/s};
c = gh8{ pih6 - [Snii (p2 -Pi)/pi + P2 Z Vi ]/s}- P。 h8 T2/Ti ;
方程式(12)的解可表示为
A7 =(-6±W - 4ac)/2a (12a) 对于给定的连续沉降槽，上式中各物理量的数值已知，系数a、 b、 c的
值是确定的，只要h7在0《h7〈hs的范围内有解，则底盘的静力平衡就能够 实现。h7是否会出现无解或在0《117<118的范围内无解的情况，这可以从公式 (lla)作定性分析当h7在h7E[0， hs)的范围内变化时，P在[PqIVT。 +
k)的范围内变化，可见，底盘在气相平衡室的气压作用下是一定能够实现静
力平衡的，也就是说h7在0《h7〈hs的范围内一定有解。
实际操作过程中还可以通过调控气相平衡室5内的气体质量，以改变初 始气压Po来调整平衡状态下h7的数值。
三、气相平衡室
如图2所示，气相平衡室5为半封闭的气相空间，其顶部封闭，底部与 底盘3的下部容腔连通，其对底盘的稳定平衡状态的调节为自力调节。优选 的气相平衡室的理想位置是将其设计在中空的转轴20内部。转轴为空心的刚 性轴，其下部与底盘固定连接，上部通过滑动联轴器与运动执行机构相联， 在沉降槽底板上还设有轴心定位装置用以固定底盘的旋转中心。
气相平衡室的功能是维持底盘的稳定平衡，其原理是
设备运行的准备阶段，当工作介质Lid2充满底盘的下部容腔后，与其连
通的气相平衡室的底部通道被液体封闭，形成封闭时的初始气压Po。此后， 随着工艺物料Li山和工作介质Lid2不断注入槽内，气相平衡室内的气体被工作介质Lid2不断压縮，最终形成稳定平衡状态下的气压P，此时，气相平衡 室施加到底盘的力F3如表达式(9)所示。
设备稳定运行阶段，如果工艺物料Li山的密度pi发生变化，将会改变 底盘的静力平衡，引起底盘轴向位移。当底盘发生轴向位移时，其下部容腔 的体积将发生变化，由于液态的工作介质Ud2被密封且不可压縮，底盘下部 容腔体积的改变将导致气相平衡室内气体体积的改变，且二者的体积变化量
相等，此时有如下关系式
Ah s — Ah7 sj =0 (13) 式中
Ah —一底盘轴向位移变化量；
Ah7——气相平衡室内工作介质Lid2的液柱高度变化量； 上式求导，得到
dh7 = s/Sl.dh (13a) 将式lla对h7求导，并将式13a代入，得到
dP = h8T2 P0 / (h8-h7)2 T! s / si dh (14)
上式表明底盘的轴向位置变化将引起气相平衡室内气压的改变。因S,
<<s，所以，当底盘发生微小轴向位移dh时，气相平衡室内气压的变化量dP 变化很大，根据式(9)知，底盘受来自气相平衡室的压力F3将显著变化， 该力的变化总是抑制底盘的位移倾向，使其始终指向初始的平衡位置，因此 底盘的平衡是稳定平衡，底盘的这种稳定平衡特性是通过气相平衡室内气压 的关联变化实现的，属自力调节作用。
正是基于上述特性，使本发明技术方案涉及的连续沉降槽对工艺物料 Li山的密度变化具有很强的适应能力，设备运行的稳定性和操作弹性得到充
分体现。气相平衡室的横截面积Si和高度h8可以设计选定，这两项参数的选
择将影响气相平衡室对底盘进行变压调节的灵敏性。 四、动密封装置
动密封装置11的作用是封闭底盘3下部容腔内的工作介质Lid2。只有 工作介质Lid2被有效封闭的情况下，才能保障底盘在气相平衡室5作用下的 稳定平衡，底盘轴向位移才可以通过控制系统进行调节。由于底盘的运动方 式不仅仅是绕定轴转动，而且还存在轴向平动，现有的填料密封、机械密封，
14甚至于忙罐浮顶密封技术，在此条件下均不能满足要求。
本发明技术方案为此专门设计一种动密封装置11设于底盘3和槽体1
形成的环隙之间。如图5所示，因底盘存在绕定轴转动和轴向平动两种运动 分量，所以动密封装置也是由转动密封副ZFh ZF2和平动密封副PF卜PF2、 PF3、 PF4两种密封构成。
如图4所示，动密封装置11分为动环组27和静环组25两大部件，动 环组27与底盘3密封焊接、静环组25与槽体1密封焊接。动密封装置11准 备进入工作状态时，首先向静环组25的腔体内注入密封介质Lid3，滑动密封 环24、 26在密封介质Lid3的液压推动下各自向静环组腔体的外侧移动，设置 于动环组27上的一对动密封条22与嵌于滑动密封环24、 26中的一对静密封 条23分别配合形成转动密封副ZF,和ZF2，构成对工作介质Licb的二级密封， 密封压力源自密封介质Lid3的液体静压强q;与此同时，滑动密封环24、 26 在密封介质Lid3的液体静压强q作用下与静环组的腔体侧壁压紧，从而形成 PF卜PF2和PF3、 PF4两组平动密封副，实现对密封介质Lid3的密封。在底盘 不发生轴向位移时，平动密封相当于静密封；底盘发生轴向位移时，因密封 介质Lid3是不可压缩的，滑动密封环24、 26随底盘同步位移，密封幅PF!、 PF2、 PF3、 PF4的密封位置随之改变。平动密封的密封压力同样来自于密封介 质Lid3的液体静压强q。对密封介质Lid3实施密封是为了确保转动密封副ZF,、 ZF2密封压力的稳定。
底盘在轴向位移过程中，转动密封副ZF卜ZF2与底盘同步位 移并始终 处于密封状态。设备正常操作与控制过程中可以对密封介质Lid3的压强q进 行调整，以改善密封状态或底盘的旋转负荷。设备停车阶段，底盘准备回落时， 动密封装置应泄压，解除密封状态。
动密封装置11较好地解决了底盘绕定轴转动和轴向平动两种运动分量 同时存在的密封问题，是本发明技术方案得以实现的关键。
五、旋转动力系统
底盘3在平衡状态下的旋转运动依靠旋转动力系统完成，旋转动力系统 由运动执行机构18、滑动联轴器19和转轴20组成。
运动执行机构18的减速机构采用行星摆线针轮减速机，电动机采用变 频调速电动机，减速机的结构为电动机直联型，这样选型的技术优点是使运动执行机构18的整体结构非常紧凑、传动比大、输出扭矩大、设备重量轻。 采用变频调速电动机一者可以有效控制底盘力矩，保障设备安全运行；二者 便于调整排泥负荷、增强设备的操作弹性。
转轴20的作用是传递扭矩，带动底盘旋转，转轴20与底盘3可采用焊 接连接。因所需传递的扭矩较大，同时考虑兼作气相平衡室5的需要，转轴 20宜设计成中空的管式结构。为防止底盘运转中发生径向偏移，设轴心定位 装置6与底板4固定对旋转中心定位。
运动执行机构18与转轴20之间宜采用滑动联轴器19联结。因底盘3 存在轴向的位移行程h5，滑动联轴器19的滑动行程应大于此行程。
底盘3在运动执行机构18的驱动下作匀速转动，其所受合外力矩为零， 转动不影响底盘的稳定平衡，但底盘的旋转运动必须是在底盘处于稳定的悬 浮状态下才可进行，在设备的开、停车阶段，底盘不宜旋转。
六、 物料分散系统
物料分散系统由呈水平辐射分布的多根进料管路2及与之连通的多个分 布器7组成。对沉降操作而言，进料流速及流体在槽内的分布方式对沉降的 影响是至关重要的，进料流速过快或物料在槽内分布不均都不利于沉降。水 平辐射的流动扩散方式对颗粒沉降的影响是最小的，也最有利于物料在整个 沉降截面的分布扩散，因此本发明技术方案优选采用多中心水平辐射流物料 分散系统。当动密封装置11进入密封状态，工艺物料Li山具备进槽条件时， 如图2、 3所示，工艺物料Lidi于槽体底部分多条进料管路2进入槽内，每根 进料管路上设有多台分布器7，进料管路与分布器设置的数量需根据沉降设 备沉降截面大小及物料流量具体确定。工艺物料Li山以各个分布器为辐射中 心呈水平流动向周围扩散。
物料分散系统设计得是否合理会对大型沉降设备的处理能力、分离效率 以及设备的操作与控制产生非常大的影响。
七、 排泥系统
在实现了沉降泥随底盘旋转运动的情况下，对沉降泥的采集可以有多种 技术手段。本发明提供的优选方案是如图3所示，在沉降截面投影方向的 不同位置，底盘平面上方沿径向排列设置若干机械采集器9，当底盘3围绕 旋转中心0以角速度co作匀速旋转运动时，机械采集器围绕各自的旋转中心Oi以角速度C0i作局部旋转运动，其与底盘的相对运动轨迹是在底盘平面上形 成若干彼此相切的环形螺旋带，在一定的运动周期内，二者的相对运动轨迹 可以遍及整个沉降截面，完成沉降泥的采集过程。
排泥系统由排泥管路8、机械采集器9、驱动机构10、缓冲槽12和排泥 泵13组成。机械采集器9的结构如图6、 7所示，在机械釆集器内部设有可 以垂直升降的刮泥盘28，当机械采集器在各自的驱动机构IO作用下旋转时， 带动刮泥盘旋转，刮泥盘依靠自身重力和刮泥时沉降泥的反作用力紧贴在底 盘表面，将沉积在底盘上的沉降泥刮起，采集到的沉降泥在排泥泵13的吸程 和工艺物料U山的液柱静压作用下被污泥区的液体携带排出槽外。当通过控 制系统调整底盘3的轴向位置时，刮泥盘28将随着底盘同时升降，从而使得
刮泥间隙h9发生变化，刮泥间隙h9的变化可以调节排污的固、液相组成和流
量，这是因为对于连续沉降这种稳定沉降操作过程而言，其沉降泥层的厚度 是相对稳定的，当底盘运行于其设计行程h5的上限时，刮泥间隙h9最小，可 以设计为零，此时系统排污量最小甚至中断排污；当底盘运行于其设计行程 hs的下限时，刮泥间隙h9达到设计最大值，此时刮泥盘与底盘分离，排污量 最大、液相含率最高。调整底盘的轴向平衡位置是本发明技术方案调整沉降 槽排污组成与流量的重要技术手段。
图3关于沉降泥的排放原理示意图中表明，每一部机械采集器9在底盘 3平面上控制一环形区域内沉降泥的采集，各环形区域彼此同心，由于各机 械采集器控制的环形区域的面积不同，因此排污负荷也各不相同。为控制排 污组成的相对稳定，各机械采集器宜选用不同的工作转速叫且转速可以变频 调节。变频调节是本发明技术方案调整沉降槽排污组成与流量的又一项重要 技术手段。基于排污负荷不等，每一部机械采集器均应单设排泥管路8，以 消除管路阻力不相等对排污造成的不利影响。缓冲槽12是一种容积相对较大 的封闭容器，其作用是汇集各排泥管路的排污，使排泥泵13能够在相对稳定 的流量下工作，稳定工况，提高效率。
八、 出液装置
出液装置17设置在沉降槽的顶部，其结构是沿沉降槽槽体1焊接锯齿 形溢流堰并与排液管路连通，澄清后的清液经溢流进入溢流堰后导出槽外。
九、 顶板结构顶板结构21的主要功能是支承运动执行机构18，同时封闭的顶板结构 可以将沉降槽与外界隔离，对槽内工艺物料Li山起到防挥发、防污染和保温
等作用。
十、控制系统
控制系统对本发明技术方案的连续沉降槽而言是必须具备的中枢神经 系统，设备的工作状态监测和操作指令的执行均依靠控制系统来完成。控制
系统由伺服泵14、贮罐15、电器、仪表和控制平台16组成。图9示出了本 发明技术方案涉及的连续沉降槽的流程控制原理图。控制系统含以下监测与 控制功能
1、 设备运行状态的监测与显示包括以下内容
a、 工艺物料LicU的进料流量FT-FIC，进料温度TE-TI、 TG和含污浓 度AE-AIC的监测；
b、 排出污泥的流量FT-FIC及污泥浓度AE-AIC监测；
c、 物位监测与显示，包括底盘平衡位置或行程、贮罐内Lid2的液位LIT。
d、 密封介质Lid3的压强PE-PT-PIC和气相平衡室压强PG的监测；
e、 转轴应力监测NE-NI并连锁I，该连锁为设计给定参数值，不可任意
修改；
f、 电机频率监测SE-SIC;
g、 泵的出口压力监测PG、 PT-PI;
h、 调节阀FV、 LV、 PV的开度以及位置开关ZS，转换开关HS的位置。
2、 设备运行状态的控制与调节。
a、 进出物料流量的控制与调节。实现进出物料流量在一定的流量变化 范围内自动调节，流量控制范围以不至于引起设备调整运行姿态为限度，保 持排污浓度的相对稳定。流量调节的过程是流量传感器FT将限流孔板FO 的流量信息传送到流量显示与控制器FIC，FIC根据流量设定条件控制流量 调节阀FV的开度，直到其满足给定条件，从而完成对物料流量的调节。对 FIC的条件设定来自于相应AIC的数据转换。
b、 密封压力的控制与调节。由于动密封装置不可避免地存在一定程度 的泄漏，导致密封介质Lid3的压强q逐渐下降，因此需要对该压力的波动进 行控制与调节，以维持动密封装置ll在设备稳定运行期间始终保持良好的密封状态。当密封压力低于设定值下限时，控制器PIC通过连锁系统I启动伺 服泵14,同时开启压力调节阀PV-B，当压力值高于设定值上限时，控制器 PIC开启压力调节阀PV-A进行泄压。若密封介质Lid3与工作介质Licb不能 采用同一介质时，该控制应分立设置。
c、 转轴应力监测与控制。底盘的悬浮平衡与旋转，要求底盘的结构设 计简约，重量轻，因此，应力求底盘荷载的准确性，减小设计荷载的安全裕 度。为此，在转轴20的上端部设应力检测装置NE，用以监测转轴和底盘的 受力情况，当应力达到设定最大值时，触发安全连锁I启动，底盘旋转中断。 在排除底盘超负荷的原因后，重新启动运动执行机构18。
d、 电机频率的控制与调节。电机的频率与电机的转速是成正比的，因 此通过改变电机频率就可以实现对底盘及机械采集器的转速的控制与调节。 从而调整排污的污泥浓度MLSS (控制MLSS为一范围值)，以适应工艺物 料Lich污泥组成变化的需要，增强设备对物料的适应性和操作弹性，控制排 污浓度稳定有利于污泥的后续处理；另外，电机频率的改变直接关系到电机 的功率输出，因此，频率的控制与调节也是设备运行中调整底盘所受荷载的
重要手段。
e、 污泥浓度的控制与调节。污泥浓度MLSS除了通过调整各变频电机 的频率进行调节之外，更为有效的调节措施是控制与调节底盘的轴向平衡位 置。图9所示的控制原理表明，变频调节与底盘位置调节的指令均来自于污 泥浓度的控制指令AIC-2， AIC-2通过AY-LY、 AY-SY的数据转换将其控制 指令传递到控制器LICA-1和SIC，当控制指令符合LICA-1和SIC的动作执 行条件时，从而引发电机频率或底盘位置的调节。
f、 底盘平衡位置的控制与调节。本发明技术方案涉及的连续沉降槽对 其所特有的底盘部件的控制与调节是控制系统的核心内容。沉降槽从开车、 运行到停车的全过程都是通过对底盘的轴向位置的控制和调节来实现的。运
行准备阶段，底盘3置于沉降槽的底板4上，不具备旋转条件，因此，首先 应使底盘上升与沉降槽的底板脱离；稳定运行阶段，也需要对底盘的平衡位 置适时作出修正与调节。对底盘进行修正的原因是动密封装置11总是难以避 免地存在一定程度的泄漏，造成工作介质Lid2向工艺物料Li山侧泄漏，泄漏 将导致底盘的缓慢下沉，如不对其适时进行修正，底盘将不可避免地与底板接触，威胁到设备的运行安全，对底盘进行位置调节是为了调整其与机械釆 集器9之间的刮泥间隙h9 (图7)，以调节排污流量及排污浓度；而在停车 阶段，底盘又需要回落到沉降槽的底板上。
控制系统对底盘轴向位置的控制与调节是通过伺服泵14完成的。当底 盘3需要上升时，控制系统通过控制伺服泵14及相关控制阀ZS的开闭将工 作介质Lid2由贮罐15加注到底盘的下部容腔内，因下部容腔被封闭，基于流 体的不可压縮性，底盘将缓慢上升；反向操作，则底盘将缓慢下降。设备在 稳定运行阶段，对底盘的升降控制与调节采取自动控制，其控制原理是控 制执行器UCA-1根据物位传感器LIT-1反馈的底盘位置检测信息，并根据 AIC-2发出的数据指令判断其是否具备动作执行条件，需要进行底盘位置调 节时，控制执行器LICA-1通过LY-FY数据转换将操作指令传递到流量累积 控制器FQC。 FQC控制伺服泵电机及相应的控制阀门ZS，使工作介质Lid2 在底盘的下部容腔与贮罐之间实现定向地质量传递，从而调节底盘到指定平 衡位置。
底盘初始平衡位置的适宜高度为其轴向行程h5的0.8-0.9倍。在满足安 全设置的前提下，实际操作中允许对控制系统的各项控制参数进行修改。
g、贮罐液位的控制与调节。工作介质Lid2在沉降槽和贮罐15之间传递 时，需要对贮罐的液位进行控制。为防止液位过低导致侍服泵抽空或形成汽 蚀，影响泵的正常工作，同时为了确保贮罐中的水量满足沉降槽最低的用水 量要求。在贮罐中设定了液位下限。当贮罐中的液位到达设定的液位下限时， 控制器LICA-2发出低位报警指示并打开液位调节阀LV-A从给水管线向贮罐 中注液，在液位到达设定的正常液位范围时，关闭LV-A;当贮罐中的液位到 达设定的液位上限，工作介质Lid2仍然从沉降槽流向贮罐时，LICA-2控制器 将关闭调节阀LV-C,与此同时打开LV-B向排水管线送液。贮罐液位上、下限 的设置以保证设备的安全、正常运行为底限。
贝亡罐15的作用是贮存工作介质Lid2，便于工作介质Lid2随时于贮罐和 沉降槽之间进行质量传递。当外部条件能够提供承担此项功能的类似设备或 管网，则该附属设备可以不必专设。
控制系统对关系到设备安全运行的操作指令采取连锁控制。
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权利要求
1、一种重力分离装置—平衡旋转底盘连续沉降槽，包括沉降槽，其特征是该沉降槽为槽体内设有可动底盘(3)及底盘平衡装置的连续沉降槽。
2、 根据权利要求l所述的连续沉降槽，其特征是沉降槽设有的可动 底盘(3)为可绕定轴转动和轴向平动的圆盘，其设置在沉降槽的底部并 覆盖整个沉降截面，底盘结构为具有一定刚度的组合结构，其盘体内设有 许多总容积一定的空腔，盘面为平面，底盘将沉降槽分成上、下两个容腔。
3、 根据权利要求2所述的连续沉降槽，其特征是沉降槽内设有多部 沉降泥采集装置一一机械采集器(9)，所述机械采集器由驱动机构、旋 转臂和联接在旋转臂上的刮泥盘组成，机械采集器水平分布于沉降截面的 不同位置、且为底盘平面上方，刮泥盘的刮泥间隙可通过底盘的轴向平动 进行调节，各机械采集器均有相互独立的排泥管路。
4、 根据权利要求3所述的连续沉降槽，其特征是底盘(3)在工作 状态下悬浮于沉降槽底部并处于稳定平衡状态，在外力驱动下，底盘可同 时绕定轴转动和轴向平动，机械采集器(9)可分别绕各自旋转中心转动 以采集降落到底盘上的沉降泥，其与底盘的相对运动轨迹是在底盘平面上 形成若干彼此相切的环形螺旋带，在一定的运动周期内，二者的相对运动 轨迹可以遍及整个沉降截面，从而完成沉降泥的采集过程，并将沉降泥排 除到沉降槽外。
5、 根据权利要求4所述的连续沉降槽，其特征是底盘(3)处于稳 定平衡状态，所述维持底盘稳定平衡的平衡装置为动密封装置(11)和气 相平衡室(5)，其中动密封装置(11)用于封闭底盘下部容腔内的工作 介质Lid2，气相平衡室(5)用于调节底盘的受力平衡。
6、 根据权利要求5所述的连续沉降槽，其特征是所述动密封装置 (11)设置于底盘与沉降槽槽体形成的环形间隙之间，用以封闭底盘下部的容腔，动密封装置由转动密封和平动密封两种密封副构成，其中转动密 封由与槽体焊接为一体的静环组和与底盘焊接为一体的动环组构成；平动 密封由静环组的腔体侧壁与一对可上下同步平移的滑动密封环构成，动密 封装置采取液压密封。
7、 根据权利要求5所述的连续沉降槽，其特征是底盘(3)通过旋 转动力系统带动而转动，所述旋转动力系统包括运动执行机构(18)、转 轴(20)以及与二者相联接的滑动联轴器(19)，转轴位于槽体中心且其 底部与底盘(3)刚性连接，所述气相平衡室置于转轴内，气相平衡室(5) 为中空的半封闭气相空间，其上端封闭，下端与沉降槽的下部容腔连通， 其对底盘的稳定平衡状态的调节为自力调节。
8、 根据权利要求7所述的连续沉降槽，其特征是在沉降槽底板上还 设有轴心定位装置用以固定底盘的旋转中心。
9、 根据权利要求1所述的连续沉降槽，其特征是待处理的物料通过 物料分散系统进入沉降槽，物料分散系统设置在底盘平面上方，由呈水平 辐射分布的多根进料管路(2)及与之连通的多个分布器(7)组成。
10、 根据权利要求1所述的连续沉降槽，其特征是槽体的下容腔与 外部可存储工作介质的贮罐通过管道连通。
全文摘要
一种平衡旋转底盘连续沉降槽，其包括沉降槽，槽体内设有可动底盘(3)及底盘平衡装置。底盘悬浮于沉降槽底部并处于稳定平衡状态。降落到底盘上的沉降泥随同底盘在旋转动力系统的驱动下匀速转动；底盘上方设置若干可以绕各自旋转中心转动的机械采集器(9)，用以采集底盘上的沉降泥，其与底盘的相对运动轨迹是在底盘平面上形成若干彼此相切的环形螺旋带，在一定的运动周期内，二者的相对运动轨迹可以遍及整个沉降截面，从而完成沉降泥的采集过程，并将沉降泥排除到沉降槽外。
文档编号B01D21/34GK101547726SQ200680056531
公开日2009年9月30日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者武奋超 申请人:武奋超