造紙工業嚴重污染了生態環境。現在的處理方法大多是把污泥拉到其它地方，進行掩埋處理，既費時又費工。為了改善這種情況，我們可以采取燃燒處理法。造紙pi遺留物是污泥、纖維和一些碳氫化合物的混合物，有很高的燃點，我們可以把污泥進行壓干處理，使污泥達到一定的干度，再加些燃油就可焚燒，既方便處理，又省事省力。實踐表明，當污泥的干度達到40%以上時，即可燃燒；然而，目前對污泥的壓干處理只能壓干到20%左右，達不到燃燒的干點，這就需要我們設計生產出更大壓力的機器。污泥擠干有兩種方法：往復式、螺旋式。往復式屬于間歇式運動，不利于產業化連續生產，故擬采用螺旋式，螺旋泵正好符合這個特點。

一、設計理論

1、工作原理

南方水泵廠螺旋泵是在螺旋密封的基礎上設想演變而來的，它的主要部件是帶有多頭螺旋的轉子和密封腔。當軸轉動時，螺旋側壁對黏性流體施加推進力，進行能量交換，使軸的旋轉動能變換為黏性流體的壓力能，獲得一個泵送壓頭。

污泥壓干螺旋泵的工作路線：

造紙產生的污泥漿→壓干機的進口→旋轉式螺桿增壓器（邊增壓邊濾水）→壓干機出口→后污泥成型裝置。把造紙產生的污泥漿通過壓縮濾水，使污泥達到可燃的干度。

2、結構設計

1）東莞南方水泵分析污泥壓干螺旋泵的結構

圖2示出了螺旋泵的基本結構，主要有螺旋葉片、主軸、濾網以及外殼組成。進口由一個管道輸送而來。

2）主要元件及其功能

(1)螺旋葉片：傳遞能量，產生足夠大的壓力。

(2)濾網：污泥壓干螺旋泵要有效地壓干污泥，除了產生巨大的壓強，還要能把含的水分有效擠壓排除出來，故采用網狀結構。由于泵腔內壓強很大，故需要濾網能承受巨大的應力，濾網的材質和設計形狀很重要。

(3)清洗機構：污泥中含有大量的纖維，隨著擠壓水的流出，可能會攜帶一些纖維，會堵塞濾網的濾網目，及時清洗可以保證污泥中水分更易流出，提高擠壓干度。

3、性能參數

1）介質特性

造紙的排污是污泥、纖維和一些碳氫化合物的混合物，具有一定的流動性，屬于非牛頓流體。所以在壓干過程中，污泥的輸送屬于層流。

2）螺旋轉子尺寸圖（圖3)

3）螺旋轉子的三維造型（圖4)

螺旋轉子是泵中能量的主要轉換機構，也是泵的核心部分。這里給出螺旋轉子的三維造型。葉片是嵌接在一個漸變徑軸上，轉子的外徑不變，軸徑遞增。

二、內部流場模擬

1、模擬方法

廣東南方水泵針對介質的特殊性質和實際運行情況，本研究采用層流模型，角速度w=960rad/min。邊界條件：進口邊界采用速度進口，假定進口是均勻進流，忽略流量進入不均；出口邊界采用壓力出口；由于螺旋表面、固體壁面上，滿足速度無滑移條件，對于固壁附近的流動，采用標準壁面函數法確定；計算方法采用一階迎風格式、SIMPLE算法。

2、網格劃分

用Gambit軟件對模型進行網格劃分及邊界條件的設定；采用非結構網格，分別對進口部分、螺旋部分以及出口部分進行網格劃分，采用interface的方法對交接面混合，并用Tgrid軟件對其合并，生成網格55682個。

三、南方水泵分析模擬結果

1、流場分析

圖5為流場分布圖，從圖中可以看出，液流從入口流向出口，保證壓干的污泥能通過葉片的擠壓順利輸出；從進口1經3到4，液流隨著軸徑的變大，流速緩慢增大；在4到5處，由于葉片螺旋角的改變，導致流道的變窄，污泥作為非牛頓流體流動性又不是很好，導致5這一段流速變低，有可能產生流道的堵塞，設計時應考慮其葉片表面的光滑性；從5到6，葉片的螺旋角不再變化，液流又逐漸暢通，流速增大。

2、壓力分布

東莞南方水泵從圖6可以看出，壓力從進口到出口是一個遞增的過程，出口處壓力巨大，足以把水從污泥中擠出；由于污泥是固液的混合物，里面充斥著大量的空氣，對葉片可能有一定的破壞。

四、結論

壓力分布是從進口到出口漸次增大，最大壓力在出口部分，可達到16.8MPa；我們知道，榨油機擠壓花生、大豆的壓力大約為5~7MPa吒如此髙的壓力足以把污泥中的水分榨干；有人做過試驗，運用往復式機構擠壓污泥，當壓力到達約15.6MPa時，它的干度可以到達46.4%，往復式擠壓它所受的壓力是由外到內的，不利于水分的流出；而螺旋擠壓分別可擠壓各個部分的污泥，并與濾網連通，容易使水分流出，更有利于壓干。故16MPa足以達到壓干的要求。

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