鏈網(wǎng)式南水北調(diào)輸水渠道清藻機構(gòu)設(shè)計

馬夢華 郭術(shù)義 司 琪

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045）

鏈網(wǎng)式南水北調(diào)輸水渠道清藻機構(gòu)設(shè)計

馬夢華 郭術(shù)義 司 琪

（華北水利水電大學(xué)，河南 鄭州 450045）

南水北調(diào)輸水渠道目前存在大量浮游藻類污染水質(zhì)的現(xiàn)象。本文基于南水北調(diào)這一特殊工況，通過實地考察與計算設(shè)計鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機構(gòu)，采用Solidworks軟件建立該機構(gòu)的三維模型，以為下一步的參數(shù)優(yōu)化打下基礎(chǔ)。希望該機構(gòu)設(shè)計能夠彌補國內(nèi)河道自動化除藻的空白，對相關(guān)清藻機構(gòu)的設(shè)計與研究起到借鑒作用。

南水北調(diào)；清藻機構(gòu)；三維建模

南水北調(diào)作為國家戰(zhàn)略性工程，旨在緩解我國北方水資源嚴(yán)重短缺的現(xiàn)象。目前，一些不合理的生活、生產(chǎn)方式導(dǎo)致南水北調(diào)的輸水渠道中產(chǎn)生了大量的浮游藻類，夏季尤為明顯。南水北調(diào)河道中的水源多為飲用水，藻類自身帶有明顯的魚腥味，嚴(yán)重影響水質(zhì)，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化。富營養(yǎng)化水中含有亞硝酸鹽和硝酸鹽，人類長期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的水會中毒致病，危及人類的身體健康，因此清除南水北調(diào)輸水河道中的藻類至關(guān)重要。

1 除藻技術(shù)的選擇

目前，最常用的除藻技術(shù)一般可分為化學(xué)技術(shù)、物理技術(shù)和生物技術(shù)?；瘜W(xué)方法除藻的化學(xué)殘留物質(zhì)可能會對人體造成嚴(yán)重危害。生物除藻技術(shù)比較安全環(huán)保，但徹底除藻所需時間較長。物理方法中的黏土除藻需要大量的除藻材料，成本高；氣浮除藻除藻率不高，藻渣難處理；超聲波除藻能耗低，效果顯著，但其專用設(shè)備成本太高［1］。因此，通過考察研究南水北調(diào)的水質(zhì)、環(huán)境以及水中浮游藻類的生態(tài)特點，決定采用物理技術(shù)中的機械除藻方式來攔截浮游藻類。

國內(nèi)最常見的機械攔藻機構(gòu)是以機動性好的浮船為載體，安裝合適的過濾裝置，定時人工去除。這種方法耗費大量的人力，需要人員定時監(jiān)管，自動化程度非常低，且覆蓋面不夠，除藻效果不顯著。本文結(jié)合南水北調(diào)這一工況，設(shè)計了鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機構(gòu)。

2 清藻機構(gòu)工作原理及設(shè)計

南水北調(diào)輸水河道中止水閘門長期處于開閘狀態(tài)，鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機構(gòu)利用此建筑物作為支撐進行安裝。

鏈網(wǎng)式南水北調(diào)渠道清藻機構(gòu)主要包括傳動系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)、過濾除污結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)、高壓水槍及污水處理系統(tǒng)六大部分，其結(jié)構(gòu)三維如圖1所示。其主要工作原理是依托機械結(jié)構(gòu)，通過電機帶動鏈輪鏈條傳動機構(gòu)，使固定在鏈條上的兩段工作網(wǎng)面進行循環(huán)交替工作；通過機頭部分的高壓噴嘴將附著在網(wǎng)面上的水藻收集到盛污水箱并進行污水處理；通過傳感裝置和控制系統(tǒng)，一方面可控制電機正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速，從而經(jīng)傳動系統(tǒng)控制網(wǎng)面的運動方向和速度；另一方面，可控制噴嘴噴水的時長和噴水壓力的大小，從而控制清除網(wǎng)面上水藻的時間。

圖1 除藻系統(tǒng)三維示意圖

2.1 傳動系統(tǒng)

考慮到機構(gòu)的工作環(huán)境主要是在水面以下，工作面需要的承載力大等，結(jié)構(gòu)中的傳動系統(tǒng)主要由鏈傳動構(gòu)成。采用型號為64B的滾子鏈，露出水面的回轉(zhuǎn)部分，采用齒數(shù)17、分度圓直徑553mm的鏈輪，水面下機構(gòu)底端的回轉(zhuǎn)部分，采用齒數(shù)23、分度圓直徑746mm的鏈輪。鏈條與攔藻網(wǎng)連結(jié)，構(gòu)成圖2所示的鏈網(wǎng)。滾子鏈在鏈輪的帶動下沿著軌道運轉(zhuǎn)，帶動工作面網(wǎng)格到達設(shè)定好的位置。為防止鏈條松動，在機頭部位安裝如圖3所示的張緊裝置。

圖2 帶鏈條的鏈網(wǎng)

圖3 張緊裝置

2.2 機械結(jié)構(gòu)

主體結(jié)構(gòu)分為機頭、中部和底部三部分，主要由18a號輕型槽鋼和304不銹鋼板焊接或螺栓連接組成。機頭部分露出水面，安裝電動機和控制系統(tǒng)，以及由電動機帶動的上部分回轉(zhuǎn)鏈輪，高度1.7m。中部為焊接框架，導(dǎo)軌長3.5m，其上焊接滑塊，基本位于水面之上。底部位于水下，高3.5m，框架下部安裝載有回轉(zhuǎn)鏈輪的鋼結(jié)構(gòu)部分，對應(yīng)內(nèi)部靠下位置安裝有鏈輪，鏈輪裝在軸承座上，固定在鋼板上。

2.3 過濾除污結(jié)構(gòu)

采用如圖2所示的鏈網(wǎng)攔截水中藻類，并增加如圖4所示倒鉤攔截可能存在的污物。由于機構(gòu)要滿足7m寬的跨度，為防止網(wǎng)格下陷，在中間增加一條軌道，使網(wǎng)格分為左右兩部分，方便控制。

圖4 倒鉤

2.4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用按鈕和接觸器雙重互鎖的方法，主要控制電動機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)的時間、時間間隔以及高壓水槍的噴射時長和噴射間隔。

2.5 高壓水槍及污水處理系統(tǒng)

在機械頂端露出水面部分，鏈條經(jīng)過回轉(zhuǎn)部分后會到達高壓水槍工作范圍，高壓水管進行覆蓋型噴射，高速的水流洗掉網(wǎng)格上附著的浮游藻類及污染物，落在安置在地面部分的約7m長的大容量污水收集箱內(nèi)，等待處理。

3 結(jié)語

鏈網(wǎng)式南水北調(diào)清藻機構(gòu)適用于南水北調(diào)輸水渠道中，可以清除水體上層部分的藻類及部分污染物，自動化操作，節(jié)省人力，連續(xù)性好，操作簡單，價格成本低，綠色無污染，不會影響水質(zhì)健康。此外，該機構(gòu)彌補了國內(nèi)南水北調(diào)機械式自動化除藻機構(gòu)的空白，為南水北調(diào)輸水過程中水質(zhì)的處理起到了良好的作用。

［1］張翀，趙亮，張瑩.藻類爆發(fā)危害及其控制技術(shù)研究進展［J］.環(huán)境保護科學(xué)，2015（3）：107-112.

Design of Chain Net Typealgae Removal Mechanism for the Channel of South to North Water Diversion Project

Ma Menghua Guo ShuyiSi Qi
（North China University of Water Resources and Electrical Power，Zhengzhou Henan 450045）

There is a large amount of pollution of phytoplankton in the channel of South to North Water Di?version project.Based on a special condition of South to North Water Diversion project,this paper de?signedchain net type algae removal mechanism for the channel of South to North Water Diversion projectby investigating and calculating,and established the three-dimensional model of the mechanism by using solid?works software,which lays the foundation for further parameter optimization.The design of this mechanism can make up for the blank of automatic algae removal in domestic river,and can serve as a reference for the design and research of the relevant algae removal mechanism.

south to north water diversion project；algae removal mechanism；3D modeling

TH122

A

1003-5168（2017）12-0066-02

2017-11-01

2016年河南省科技攻關(guān)計劃項目“南水北調(diào)輸水中機械式除藻技術(shù)研究”（162102210081）。

馬夢華（1992-），女，碩士，研究方向：大型復(fù)雜機械系統(tǒng)設(shè)計及可靠性研究。