造紙工業(yè)嚴(yán)重污染了生態(tài)環(huán)境。現(xiàn)在的處理方法大多是把污泥拉到其它地方，進(jìn)行掩埋處理，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)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?xì)浠衔锏幕旌衔铮泻芨叩娜键c(diǎn)，我們可以把污泥進(jìn)行壓干處理，使污泥達(dá)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(shí)踐表明，當(dāng)污泥的干度達(dá)到40%以上時(shí)，即可燃燒；然而，目前對(duì)污泥的壓干處理只能壓干到20%左右，達(dá)不到燃燒的干點(diǎn)，這就需要我們?cè)O(shè)計(jì)生產(chǎn)出更大壓力的機(jī)器。污泥擠干有兩種方法：往復(fù)式、螺旋式。往復(fù)式屬于間歇式運(yùn)動(dòng)，不利于產(chǎn)業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)，故擬采用螺旋式，螺旋泵正好符合這個(gè)特點(diǎn)。

一、設(shè)計(jì)理論

1、工作原理

南方水泵廠螺旋泵是在螺旋密封的基礎(chǔ)上設(shè)想演變而來(lái)的，它的主要部件是帶有多頭螺旋的轉(zhuǎn)子和密封腔。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，螺旋側(cè)壁對(duì)黏性流體施加推進(jìn)力，進(jìn)行能量交換，使軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能變換為黏性流體的壓力能，獲得一個(gè)泵送壓頭。

污泥壓干螺旋泵的工作路線：

造紙產(chǎn)生的污泥漿→壓干機(jī)的進(jìn)口→旋轉(zhuǎn)式螺桿增壓器（邊增壓邊濾水）→壓干機(jī)出口→后污泥成型裝置。把造紙產(chǎn)生的污泥漿通過(guò)壓縮濾水，使污泥達(dá)到可燃的干度。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）東莞南方水泵分析污泥壓干螺旋泵的結(jié)構(gòu)

圖2示出了螺旋泵的基本結(jié)構(gòu)，主要有螺旋葉片、主軸、濾網(wǎng)以及外殼組成。進(jìn)口由一個(gè)管道輸送而來(lái)。

2）主要元件及其功能

(1)螺旋葉片：傳遞能量，產(chǎn)生足夠大的壓力。

(2)濾網(wǎng)：污泥壓干螺旋泵要有效地壓干污泥，除了產(chǎn)生巨大的壓強(qiáng)，還要能把含的水分有效擠壓排除出來(lái)，故采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。由于泵腔內(nèi)壓強(qiáng)很大，故需要濾網(wǎng)能承受巨大的應(yīng)力，濾網(wǎng)的材質(zhì)和設(shè)計(jì)形狀很重要。

(3)清洗機(jī)構(gòu)：污泥中含有大量的纖維，隨著擠壓水的流出，可能會(huì)攜帶一些纖維，會(huì)堵塞濾網(wǎng)的濾網(wǎng)目，及時(shí)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(shù)

1）介質(zhì)特性

造紙的排污是污泥、纖維和一些碳?xì)浠衔锏幕旌衔铮哂幸欢ǖ牧鲃?dòng)性，屬于非牛頓流體。所以在壓干過(guò)程中，污泥的輸送屬于層流。

2）螺旋轉(zhuǎn)子尺寸圖（圖3)

3）螺旋轉(zhuǎn)子的三維造型（圖4)

螺旋轉(zhuǎn)子是泵中能量的主要轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，也是泵的核心部分。這里給出螺旋轉(zhuǎn)子的三維造型。葉片是嵌接在一個(gè)漸變徑軸上，轉(zhuǎn)子的外徑不變，軸徑遞增。

二、內(nèi)部流場(chǎng)模擬

1、模擬方法

廣東南方水泵針對(duì)介質(zhì)的特殊性質(zhì)和實(shí)際運(yùn)行情況，本研究采用層流模型，角速度w=960rad/min。邊界條件：進(jìn)口邊界采用速度進(jìn)口，假定進(jìn)口是均勻進(jìn)流，忽略流量進(jìn)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(wú)滑移條件，對(duì)于固壁附近的流動(dòng)，采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法確定；計(jì)算方法采用一階迎風(fēng)格式、SIMPLE算法。

2、網(wǎng)格劃分

用Gambit軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分及邊界條件的設(shè)定；采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，分別對(duì)進(jìn)口部分、螺旋部分以及出口部分進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用interface的方法對(duì)交接面混合，并用Tgrid軟件對(duì)其合并，生成網(wǎng)格55682個(gè)。

三、南方水泵分析模擬結(jié)果

1、流場(chǎng)分析

圖5為流場(chǎng)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(guò)葉片的擠壓順利輸出；從進(jìn)口1經(jīng)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(dǎo)致流道的變窄，污泥作為非牛頓流體流動(dòng)性又不是很好，導(dǎo)致5這一段流速變低，有可能產(chǎn)生流道的堵塞，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(jìn)口到出口是一個(gè)遞增的過(guò)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(duì)葉片可能有一定的破壞。

四、結(jié)論

壓力分布是從進(jìn)口到出口漸次增大，最大壓力在出口部分，可達(dá)到16.8MPa；我們知道，榨油機(jī)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(guò)試驗(yàn)，運(yùn)用往復(fù)式機(jī)構(gòu)擠壓污泥，當(dāng)壓力到達(dá)約15.6MPa時(shí)，它的干度可以到達(dá)46.4%，往復(fù)式擠壓它所受的壓力是由外到內(nèi)的，不利于水分的流出；而螺旋擠壓分別可擠壓各個(gè)部分的污泥，并與濾網(wǎng)連通，容易使水分流出，更有利于壓干。故16MPa足以達(dá)到壓干的要求。

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