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倒伞型曝气机有限元分析及优化设计

发布于:2016-02-09 19:48
有限元分析

      表面曝气机是污水处理系统的关键设备。最早应用于荷兰DHV企业由Pasveer博士1967年发明的Carrousel氧化沟。国外大多数企业如EIMCO、SpansBabcockbv和Landus-trie企业生产的倒伞型表曝机的叶轮都采用大角度倒锥、宽叶片直辐射布置,整机结构型式基本上是一致的,叶轮焊接结构略有不同,而叶轮的水力几何参数,圆锥体的锥角、叶片都很相近。目前国内外用得最多的是美国EIMCO企业的OXYRATOR倒伞型表曝机,其次是荷兰Spaans-B型,大型表曝机叶轮直径基本都是 3500mm、 3750mm,功率是90kW、110kW和132kW最多,少数用160kW。
      由于技术落后和国外的技术封锁,目前,我国大功率倒伞表曝机仍然主要依赖进口。据不完全统计,自1996年至2002年,我国建造的16座卡鲁塞尔2000型氧化沟污水处理厂,使用EIMCO企业的OXYRATOR型叶轮直径 3500mm至 3750mm,功率90kW至160kW的表曝机共118台。究其原因,主要是有关表面曝气机搅拌、推流、充氧等理论匮乏、研究滞后,限制了我国有关产品的改良和发展的步伐,同时也阻碍了民族工业的发展壮大。所以开展表面曝气机推流搅拌和充氧方面的理论研究,开发出性能优良、能耗较小、价格低廉的产品意义深远。
      研究通过有限元分析的方法,从研究搅拌叶片的应力和应变入手,来优化搅拌叶片的流线和厚度,进而提高曝气机的充氧动力效率,为曝气机的优化设计另辟了一条蹊径。
倒伞型曝气机的主要参数如下:8个弧形叶片,叶轮直径3500mm,8个连接板,电机功率132kW。其结构示意图如图所示。
      曝气机具有充氧、推流和搅拌性能,反映这些性能的主要指标是充氧动力效率和底部流速。其中最主要性能指标是充氧动力效率OE(kgO2/kW·h):
      其中,OR是在室温和一个标准大气压下的氧气传输速率(mg/L/h),C*O2是试验时的氧气饱和浓度,这里假设为常数。KLa(20)为标准条件下的氧气传输体积系数(m3/h)。
      速度与叶片的流线、厚度关系密切,而且叶片的流线也是影响搅拌功率的一个主要因素。因此为了更好的研究叶片的流线和外形,从叶片的应力应变研究入手,对叶片的形状和厚度进行优化设计。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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