大型溶气气浮污水处理系统的排渣装置设计

毕业设计（论文）题 目大型溶气气浮污水处理系统的排渣装置设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 年 级 07 学生姓名 指导教师 2011年 06 月 06 日郑州大学本科毕业论文摘 要气浮净水技术是国内外正在深入研究与不断推广的一种水处理新技术。目前应用的多种气浮净水工艺基本可归结为加压溶气和碎气两种基本工艺的变种两种气浮的基本理论都较成熟和传统，而各自工艺上的缺点也较突出：气泡质量较低或能耗较高。本文系统介绍了气浮净水技术的各种不同方法及工艺流程，其中着重研究了溶气气浮净水技术。在溶气气浮中的加压溶气气浮工艺中选择回流加压溶气方式气浮工艺流程来设计它的气浮系统装置，对系统设备进行建模，并对关键零部件进行校核计算。关键词：溶气气浮，建模，气浮系统Abstract The air-flotation waste water purification technology is a new water treatment technology：which is being scrutinized and popularized gradually at home and abroad. It can be divided into two categories of the currently used air-flotation technology：dissolved air flotation(DAF) and broken air flotationThe basis theories of the two technics both mature and traditionalbut each disadvantages are also evident：the quality of air bubble is low-grade or energy consumption is excessiveThe methods and flows of different kinds of air-floatation technique have been studied systematically，especially DAF techniqueIn the pressurized dissolved air flotation Dissolved Air Flotation process means choosing to return pressurized dissolved air flotation process to design its system devices，modeling of system equipment，and checking critical parts and components calculationKeyword：dissolved air flotation (DAF)；modeling；Air flotation systemI郑州大学本科毕业论文目录摘 要IAbstractI第1章 绪论21.1 概述21.2 气浮简介31.2.1气浮的基本概念31.2.2 气浮的基本原理31.2.3 气浮工艺的形式41.3 溶气气浮法的研究概况41.3.1 真空释气气浮法41.3.2 加压溶气气浮法概念及优点41.3.3 溶气新工艺研究5第2章 方案分析及选择8第3章 SOLIDWORKS进行设备建模装配和典型结构介绍133.1Solidworks介绍133.2 设备建模153.3 典型结构介绍23第4章 设计计算264.1电动机的选择264.2链传动的设计274.3主动轴的设计284.4 键的选择和校核30结论32致 谢33参考文献34第1章 绪论1.1 概述我国是世界上缺水最为严重的地区之一，据统计人均淡水拥有量不足世界平均水平的八分之一。随着我国经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高，工农业和生活用水需求不断增加，这些大多取自江河湖泊或地下水的生产生活用水一般要经过净化处理才能使用，尤其是生活饮用水更是如此；随之而来的是生产和生活中产生的废水也越来越多，这些废水如果不经过处理就直接排入河流或湖泊，将会对我国的生态环境带来极大的破坏，我国的水资源也将面临更加严峻的考验。 我国每年有大量的城市污水和工业废水几乎不经任何处理就直接排入河流或湖泊，这对我国的生态环境造成了极大的破坏。最典型的如滇池、太湖等。“三湖”和“三江”水资源的严重污染和生态环境的破坏。特别是许多工业污水中含有有毒或有害物质，如酚、氰、汞、铬等，对水生物以及人体健康会造成严重的危害。又如造纸工业污水排放量大。污水中含有大量的纤维素、木质素以及大量的化学药品等，耗氧量大，是世人瞩目的污染源，它能引起整个水体污染和生态环境的严重破坏，一个造纸厂往往污染一条河流，严重危害着人们的健康。随着城市生活污水和工业污水对环境污染日益严重，污水和废水处理及水资源再生利用是我国必须尽快解决的重大问题之一。净化污水可采用生化法、沉淀法、过滤法、吸附法、催化氧化法和气浮法等，气浮法是污水净化和从中分离有用物质的最有效的方法之一，是当今国际上正在积极研究和不断推广的一种水处理技术。 气浮技术是在待处理水中通入或产生大量的微细气泡，使其与杂质、絮粒相互粘附，带气的杂质、絮粒比重小于水，从而依靠浮力浮上水面形成浮渣，以完成固液和液液分离的一种净水方法。由于它可用于固体与液体、液体与液体、水中不同的固体与固体甚至溶液中离子的分离，而且这种分离技术具有设备简单、分离速度快等特点，因而近年来这种技术理论和应用的研究引起了越来越多的水处理和分析化学等科学工作者的广泛关注目前，气浮净水技术已应用于给水、城市生活污水和工业废水的处理,国内外应用较多的是压力溶气法(Dissolved Air Flotation，简称DAF)1.2 气浮简介1.2.1气浮的基本概念气浮处理法就是向废水中通人空气，并以微小气泡形式从水中析出成为载体，使废水中的乳化油、微小悬浮颗粒等污染物质粘附在气泡上，随气泡一起上浮到水面，形成泡沫一气、水、颗粒（油）三相混合体，通过收集泡沫或浮渣达到分离杂质、净化废水的目的。浮选法主要用来处理废水中靠自然沉降或上浮难以去除的乳化油或相对密度接近于1的微小悬浮颗粒。1.2.2 气浮的基本原理（1）带气絮粒的上浮和气浮表面负荷的关系 粘附气泡的絮粒在水中上浮时，在宏观上将受到重力G浮力F等外力的影响。带气絮粒上浮时的速度由牛顿第二定律可导出，上浮速度取决于水和带气絮粒的密度差，带气絮粒的直径（或特征直径）以及水的温度、流态。如果带带气絮粒中气泡所占比例越大则带气絮粒的密度就越小；而其特征直径则相应增大，两者的这种变化可使上浮速度大大提高。然而实际水流中；带气絮粒大小不一，而引起的阻力也不断变化，同时在气浮中外力还发生变化，从而气泡形成体和上浮速度也在不断变化。具体上浮速度可按照实验测定。 根据测定的上浮速度值可以确定气浮的表面负荷。而上浮速度的确定须根据出水的要求确定。（2）水中絮粒向气泡粘附 气浮处理法对水中污染物的主要分离对象，大体有两种类型即混凝反应的絮凝体和颗粒单体。气浮过程中气泡对混凝絮体和颗粒单体的结合可以有三种方式，即气泡顶托，气泡裹携和气粒吸附。显然，它们之间的裹携和粘附力的强弱，即气、粒（包括絮废体）结合的牢固程度与否，不仅与颗粒、絮凝体的形状有关，更重要的受水、气、粒三相界面性质的影响。水中活性剂的含量，水中的硬度，悬浮物的浓度，都和气泡的粘浮强度有着密切的联系。气浮运行的好坏和此有根本的关联。在实际应用中质须调整水质。（3）水中气泡的形成及其特性 形成气泡的大小和强度取决于空气释放时各种用途条件和水的表面张力大小。（表面张力是大小相等方向相反，分别作用在表面层相互接触部分的一对力，它的作用方向总是与液面相切。） 气泡半径越小，泡内所受附加压强越大，泡内空气分子对气泡膜的碰撞机率也越多、越剧烈。因此要获得稳定的微细泡，气泡膜强度要保证。 气泡小，浮速快，对水体的扰动小，不会撞碎絮粒。并且可增大气泡和絮粒碰撞机率。但并非气泡越细越好，气泡过细影响上浮速度，因而气浮池的大小和工程造价。此外投加一定量的表面活性剂，可有效降低水的表面张力系数，加强气泡膜牢度，r也变小。 向水中投加高溶解性无机盐，可使气泡膜牢度削弱，而使气泡容易破裂或并大。1.2.3 气浮工艺的形式气浮净水工艺已开发出多种形式。按其产生气泡方式可分为：布气法气浮（包括转子碎气法、微孔布气法，叶轮散气浮选法等）；电解气浮法；生化气浮法（包括生物产气浮法，化学产气气浮）；溶解空气气浮（包括真空气浮法，压力气浮法的全溶气式、部分溶气式及部分回流溶气式）。在这里我们主要介绍的是溶气气浮法。1.3 溶气气浮法的研究概况 溶气气浮法是用一定的方法先将气体溶解于水中，然后再在一定条件下使溶于水的气体释放形成净水微气泡的净水方法。根据溶气方式的不同。溶气气浮法又可分为真空释气气浮法和加压溶气气浮法。其中加压溶气气浮法应用最广。1.3.1 真空释气气浮法真空释气气浮法利用一个封闭的池子，将原水经调节流量后，先进入曝气室，由机械曝气器预溶气12min，让空气达到饱和溶解状态，再将未溶空气在消气井中脱除，然后，将原水送至气浮分离区，用真空泵将气浮分离区的真空度抽为22530 mmHg，在真空的作用下，溶解在水中的部分空气从水中释出，形成微气泡上浮实现气浮净水。真空释气气浮法的优点是能耗较低，气泡形成和气泡与絮粒的粘附都较稳定。但由于常压下空气在水中的溶解度较低，气泡释放量受到限制。另外，处理设备须密闭，运行检修困难，现已很少采用。1.3.2 加压溶气气浮法概念及优点加压溶气气浮法是在加压的情况下，使空气在水中的溶解度加大，将空气强制溶于水中，然后骤然减压，溶解的空气以微气泡的形式释放出来并粘附絮粒而促使其上浮。加压溶气气浮法是目前应用最广泛的一种溶气净水工艺。加压溶气气浮法与其它气浮方法相比具有以下优点：(1)加压的情况下，空气的溶解度大，供气浮用的气泡数量能够得到很大程度的满足，确保了气浮效果；(2)溶入的气体经骤然减压后释放，产生的气泡不仅尺寸微细、粒度均匀、密集度大，而且上浮稳定、对液体扰动小，适用于絮粒疏松、微粒细小的固液分离；(3)工艺流程及设备比较简单，管理、维修也较方便。1.3.3 溶气新工艺研究 近年来，气浮净水系统无论在溶气系统、固液分离系统还是释气系统等方面都有很大的发展，出现了很多相关技术和专利产品。（1）涡凹气浮技术涡凹气浮技术(Cavitations-Air Flotation，简称CAF)是1985年美国发明的一种新型水处理气浮技术，该技术有能耗低、效率高的优点，是一种集吸气、混合、气浮固体和澄清水排放等过程于一体的空气气浮技术。其水处理过程是：原水与絮凝剂一起进入曝气段，特制的涡凹曝气机将全部空气以“微气泡”的形式打入其中，同时曝气机使室内形成空穴产生负压，形成一个真空区。从进气管吸入的空气被直接送入水下并吸入真空区从而产生大量微气泡。在空穴室的负压作用下，约有14的水量又回到空穴室进行自然循环，在循环过程中，大量微气泡夹带原水中的悬浮物上浮到水面形成浮渣并进入气浮段，然后被刮渣机刮入排渣沟，而气浮系统中螺旋推进器把浮渣排走。该溶气工艺如图2.1所示。图2.1涡凹气浮溶气工艺示意图由于该系统中空气是由特殊曝气机带入，带有微气泡的水体自然循环，所以系统无需空压机和循环泵，这使得整个气浮系统结构简单紧凑、自动化程度较高，而且有投资省、运行费用低、工作可靠性较高、节能效益显著的优点。另外该装置产生的气泡直径大大小于溶气气浮法产生的气泡的直径，气泡在水里上浮速度很快，对被处理废水中悬浮物的去除率较高。涡凹气浮技术在美国1985年发明以后，首先在造纸废水处理中投入使用。现在美国和墨西哥已有30多家造纸厂污水处理站使用这项技术，除此之外，涡凹气浮技术还被应用于制革、印染、食品和肉类加工等工业废水处理上。我国在1996年从美国引进了此项技术，目前已在造纸和制革废水中投入使用。（2）浅层气浮技术20世纪70年代美国的Krofta博士发明了浅层气浮池，随后他在美国成立了以他名字命名的KROFTA工程公司生产这种产品，产品的完美和畅销使KROFTA成了浅层气浮池的代称。KROFTA净水工艺的突出点是“零速度”原理和“超浅池”结构。原水从池中心的旋转接头进入，通过配水器布水，配水器的移动速度和进水流速相同，这就是所谓的“零速度。原理，这也是KROFTA设备的关键技术，这样进水不会对原水产生扰动，使得颗粒的悬浮和沉降在一种静态下进行。应用“超浅池”理论设计的池深只有650mm外进出水的巧妙隔离使悬浮物的分离不受速度上下限的限制，气浮分离时间只有35min，使设备的占用空间大幅度减小。浮渣的清除用螺旋泥斗，清除的浮渣在某一时刻总是池内浮起时间最长的，也就是固、液分离最彻底的浮渣，而且浮渣瞬时清除，隔离排出，对水体几乎没有扰动。KOFTA溶气工艺中应用了新的溶气机理，其溶气管如图2.2所示图2.2 KROFTA气浮机的溶气管示意图该工艺利用一种特制机构，先把压缩空气切割成微细气泡，然后在扰动非常剧烈的情况下与加压水混合、溶解。这时空气在溶气管内以两种形式存在：一种是溶解在水中(与溶气罐类似)。另一种形式是微细气泡以游离状态夹裹、混合在水中，在气浮时这种气泡直接用于气浮，并且是气泡的主要来源，从溶气水中释放的气泡也加入到气浮过程中，这两种途径形成的微细气泡的数量要远大于溶气罐加溶气释放器的结构形成的气泡数量。该工艺中“零速度”混水机理显著减小了溶气水对废水污粒的扰动，与“超浅池”结构相结合使常规单池净水时间由20-30rain缩短为2-3min，显著提高了单池净水能力，但并未从根本上解决溶气过程能耗较高的问题。我国最初引进该设备时只作为造纸设备的附属设备随主机一起引进，或作为造纸行业的专用设备引进，忽视了它同时也是一种防治污染的水处理设备，近几年我国的用户和环保设计部门才开始重视起来。（3）气液混合泵气液混合泵是近年出现的新溶气工艺设备之一。离心泵的通常用途是输送纯液体，但在许多场合用做污水处理和饮用水处理的气浮设备。普通的离心泵不能满足或不能可靠地满足上述要求，这是由叶轮的结构限定的。在叶轮的进口弯道里，随气体含量的增加，将形成一个不断扩大的气穴阻塞区，干扰泵的平稳运行，直至阻塞流道，中断泵送。图2.3 EDUR公司生产的LBU型气液混合泵气液混合泵则很好地解决了上述问题。这种泵工作时，液体和气体在泵的入口处同时被吸入，气、液通过水泵叶轮的切割、分散作用以及泵体内的高压力使气体混合溶解于水，从而实现溶气的目的，随后在溶气水的常压释放过程中以微气泡形式析出。采用气液混合泵进行加压溶气，可省去普通加压溶气气浮设备中的空压机、溶气罐等设备，使系统大大简化。该泵具有体积小、压力高、占地面积小、工作噪音小、结构简单以及坚固耐用等一系列优点。但该类型气浮净水设备溶气量一般较小，因属于泵前射流溶气，溶气效率也相对较低，一般仅应用于小规模净水工程，较大型净水工程仍采用DAF工艺。这种类型气浮设备很多，如上海NIKLNI公司生产的NIKLNI系列气液混合泵，德国EDUR公司生产的LBU(如图2.3)、EBU型气液混合泵等。气液混合泵是离心泵，其产生的压力一般在0.71MPa以下，气液混合泵的运行压力只有0.36-0.42MPa。35第2章 方案分析及选择在第1章中，我们介绍了加压溶气气浮法，鉴于加压溶气气浮法效果好，稳定，而且工艺流程及设备比较简单，管理、维修也较方便。这些有点比较适用于中小企业的投资，所以我们选择加压溶气气浮法来作为此次排渣装置设计的系统。根据溶气方式不同，加压溶气系统大致可分为三种：水泵吸气式溶气系统、射流挟气式溶气系统和空压机供气式溶气系统。（1）射流挟气式溶气系统射流挟气式溶气系统利用加压水泵提供的压力水流经高效射流器时由于射流器高压喷射所形成的负压从大气中吸入空气，在射流器的混合管内高速水流与吸入的空气相互掺混、切割，使气体分散成无数微小气泡。然后气水两相混合流体进入溶气罐，在溶气罐中再进行接触溶解，并将剩余空气与水分离，从而完成溶气过程。该系统溶气方法简单，无需另设空压机，但释气气泡尺寸较大，溶气效率较低，未溶气体比例较大，极易破坏絮粒，因此不易用于处理絮粒含量较多的废水。而且射流器吸气时能量损耗较大，能耗较高。该溶气系统如图2.3所示。内循环射流加压溶气气浮法是在射流挟气溶气方法基础上发展而形成的一种新的溶气方式，无论在能耗还是在溶气效率上都比前者有了很大提高。该系统采用了空气内循环及水流内循环两个方面的有机联系，除了保持射流溶气方式的特点，不需空压机外，由于采用了内循环方式，在总的能耗上大大降低，达到了目前广泛采用的空压机供气式溶气方式的能耗水平，已受到较普遍的重视。该系统工艺流程如图2.4所示。图2.3射流挟气式溶气系统示意图图2.4内循环射流加压溶气气浮工艺流程示意图（2）空压机供气式溶气系统空压机供气式溶气系统如图2.5所示，该系统是目前应用最广泛的溶气系统。该系统由空压机供气，利用加压水泵与空压机提供的压缩空气，一并进入压力溶气罐中，以进行气一水的接触溶解，使空气溶入水中。空气在水中的溶解度取决于溶气罐的内部结构和溶气方式。由于在压力溶气罐中溶气，从而大大增加了气液两相接触面积和接触时间，溶气效率也大幅度提高，其溶气罐又可分为填料式溶气罐和空罐两种图2.5 水泵-空压机溶气系统示意图 加压溶气气浮是应用最广泛的水处理方法，根据用于溶解空气的水的性质是否为净化水及其所占原水比例可分为全溶气、部分溶气和回流加压溶气三种溶气方式。全溶气方式是将整个入流液全部进行加压溶气，再经减压释放装置进入气浮分离室进行固液分离的一种溶气气浮方式。该工艺流程如图2.6所示。这种溶气方式因全部原水需要加压溶气，故电耗较高，由于未加入溶气水，所以分离池的容积可以相应小一些。图2.6 全溶气方式气浮工艺流程示意图部分溶气方式是将部分入流液进行加压溶气，而其余的入流液则直接进入到气浮分离室的混合室。该溶气方式因只需给部分原水加压，故电耗较全溶气方式小，同时因加压水泵所需加压的溶气水量与溶气罐的容积也均为全溶气方式的一部分。故设备的体积也较小。但由于部分溶气方式提供的空气量较小，因此必须在较高的溶气压力下进行溶气。该溶气方式工艺流程如图2.7所示。图2.7 部分溶气方式气浮工艺流程示意图回流加压溶气方式是将部分气浮净化后的澄清液进行回流加压，而原水则进入絮凝池或直接迸入气浮分离室。经过加压溶气后的回流水经压力释放装置后和絮凝后的水相混合进入气浮分离室进行固液分离，如图2.8所示。该溶气方式具有处理效果稳定的优点，但由于回流水而造成气浮分离池的附加流量增大，故气浮分离池的容积比全溶气方式和部分溶气方式的大一些。图2.8 回流加压溶气方式气浮工艺流程示意图（3）水泵吸气式溶气系统水泵吸气式溶气系统装置简单，不需另设供气装置，而直接在加压水泵的吸水管前加入空气，由水泵吸入后与原水一起进入压力溶气罐进行溶气。按目前常用的方式还可分为以下两种型式：图2.1 水泵自吸式溶气系统示意图一种是水泵自吸式溶气系统，如图2.1所示。这种型式是利用水泵吸水管处的负压作用，在吸水管上接一分支管，装上进气调节计量设备，空气在负压作用下由此管进入水泵，并利用水泵的高速搅拌形成而气、水混合流体进入溶气罐。另一种是水泵压吸式溶气系统，如图2.2所示。在水泵压水管上接一分支管，并装上射流器，利用水泵的压力射流器吸入空气后与压力水一并进入吸水管，并由叶轮搅拌后送入溶气罐。图2.2水泵压吸式射流器供气溶气系统示意图由于该方法不需要空压机供气，所以没有因空压机运行带来的噪音污染，当吸气量控制适当(一般为饱和溶量的50左右)以及压力不太高时，运行基本稳定可靠。但当吸气量过大时(如超过7-8)，则会造成水泵运行不正常并产生振动，同时水泵压力下降25-30，长期运行还可能造成水泵叶轮及泵壳产生气蚀而损坏。对比以上三种溶气气浮的方式特点，可以看出，虽然空压机供气式溶气系统是目前最为广泛的溶气系统，效率也比较高，但是由于空压机的存在导致环境噪音太大，不太符合现在的设计理念，对于射流挟气式溶气系统，系统溶气方法简单，无需另设空压机，但释气气泡尺寸较大，溶气效率较低，未溶气体比例较大，极易破坏絮粒，因此不易用于处理絮粒含量较多的废水。而且射流器吸气时能量损耗较大，能耗较高。本此设计选用选择水泵吸气式溶气系统来作为本次设计的方案，因为处理量小，吸气量不需过大，而且对于吸气所产生的震动我们可以通过加减震装置来消除。第3章 SOLIDWORKS进行设备建模装配和典型结构介绍在本次设计中，由于已经有一定的要求，对于废水时处理量和排渣装置的速度区间以及气浮池的基本尺寸都已经明确给出，再加上本次设计又是一个比较传统的项目，所以设备的每个参数都有很多的参考资料，因此，在本次设计都先是按照整体尺寸要求进行建模，获得总装置的质量，最后在第四章中再对必要的零件进行校核。3.1Solidworks介绍 （1）Solidworks简单介绍Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。 在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。” 在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。Solidworks拥有多项模块，其中用到最多的当然就是它的建模模块了。SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。采用CAD技术对于产品的设计生产而言，突出体现以下几大优点：缩短了新产品的研制周期，有利于产品的更新换代和技术改进、改型；提高产品的质量；提高设计人员的工作效率；降低生产成本；增强了产品的市场竞争力；提高企业的整体技术水平。（2）Solidworks装配介绍Solidworks不仅提供了丰富的用于装配的工具，还提供了多种统计，计算和检查工具，如质量特性，干涉检查等，且可以方便的生成装配体爆炸图，清晰地表示装配体中零件之间的位置关系。在Solidworks2010中，装配体的零部件可以是独立的零件，也可以是其它的装配体子装配体。在大多数情况下，零件和子装配体的操作方法是相同的。零部件被链接（而不是复制）到装配体文件，装配体文件的扩展名为“.sldasm”。装配体文件保存了两方面内容：一是进入装配体中各零件的路径，二是各零件之间的配合关系。一个零件放入装配体中时，这个零件文件会与装配体文件产生链接关系。在打开装配体文件时，Solidworks2010要根据各零件的存放路径找出零件，并将其调入装配体环境。所以装配体文件不能单独存在，要和零件文件一起存在才有意义。在打开装配体文件时，系统会自动查找组成装配体的零部件，其检查顺序是：内存当前文件夹最后一次保存位置。如果在这些位置都没有找到相应的零部件，系统会自动弹出找不到零件对话框，提示用户自己进行查找。此时，用户可以两种选择：选择是，浏览至该文件的位置打开即可。在对装配体进行保存后，系统会记住该零件新的路径；选择否，则会忽略该零件，在打开的装配体绘图区中缺失该零件，但在设计树中仍有该零件的名称，且呈灰色显示。装配体的设计有两种方法：“自上而下”设计方法和“自下而上”设计方法。“自下而上”的设计方法是比较传统的设计方法。在“自下而上”设计中，先分别设计好各零件，然后将其逐个调入到装配环境中，再根据装配体的功能及设计要求对各零件之间添加约束配合。由于零部件是独立设计的，与“自上而下”设计法相比，使用“自下而上”设计法可以使用户更能专注于单个零件的设计工作。“自上而下”的设计方法从装配体中开始设计，允许用户使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或者生成组装零件后再添加新的加工特征，进一步进行详细的零件设计。目前通常使用的装配设计方法是“自下而上”，在本次设计装配体建模中，我使用的也是“自下而上”的方法。装配既然要表达产品零部件之间的配合关系，必然存在着参照与被参照的关系。对于静态装配而言，参照的概念并不是很突出，但是如果两个零件之间存在运动关系时，就必须明确装配过程中的参照零件。在装配设计中有一个基本概念“地”零件，即相对于基准坐标系静态不动的零件。一般将装配体中起支承作用的零件或子装配体做为“地”零件，即位置固定的零件，不可以进行移动或转动的操作。装配环境下另一个重要概念就是“约束”。当零件被调入到装配体中时，除了第一个调入的之外，其它的都没有添加约束，位置处于任意的“浮动”状态。在装配环境中，处于“浮动”状态的零件可以分别沿三个坐标轴移动，也可以分别绕三个坐标轴转动，即共有六个自由度。当给零件添加装配关系后，可消除零件的某些自由度，限制了零件的某些运动，此种情况称为不完全约束。当添加的配合关系将零件的六个自由度都消除时，称为完全约束，零件将处于“固定”状态，同“地”零件一样，无法进行拖动操作。SolidWorks默认第一个调入装配环境中的零件为“地”零件。在装配体的编辑过程中，我们可能会遇到装配体的某些特征并不是我们需要的，我们可以编辑装配体特征。装配体特征是指在装配体编辑状态下进行的，以装配体为操作对象的特征建立。装配体特征包括拉伸、旋转切除，各种类型孔、焊缝以及常用阵列形式。装配体特征只会影响装配体，对零部件不会造成影响，经常用于表达装配后再进行的钻孔和切除；也可以用于将复杂的三维装配体模型剖切开，以清楚地表达其内部的结构。装配体特征操作过程与零部件环境下的操作类似。在我的装配体中还存在很多相同的有一定分布规律的部件，这就用到了零部件的复制、阵列与镜像。当遇到这种情况是，不必一个一个地插入并添加装配关系，SolidWorks允许用户在装配体中对零部件进行复制，也允许用户在装配体中对零部件进行阵列和镜向操作，快速完成零部件的复制以及布置具有规律性零件的装配。当零件过多时，我们在装配时由于占用大量内存，电脑反应会变慢，影响效率，这样我们就可以使用子装配体，然后再用多个子装配体生成总的装配体。SolidWorks提供以下三种方法用以生成子装配体：子装配体的存在对总装配体工程图的零件序号和明细表是有影响的，子装配体以一个序号和名称进入工程图及明细表。子装配体解散后，组成子装配体的各个零件以各自的零件名进入到总装配体，设计树中零件的节点数量增加，总装配体工程图及明细表中的零件序号和数量也相应的增加。若要对子装配体进行编辑，可以在总装配体环境中将其打开，编辑保存后返回。在SolidWords的装配体中，可以将一个子装配体还原为若干个零部件，从而将零部件在装配体层次关系中向上移动一个层次。为了方便装配体的编辑，可以将插入的零部件进行显示状态切换。零部件的显示状态有三种：显示、隐藏与透明。通过切换装配体中零部件的显示状态，可以暂时将装配体中一些不必要的零部件隐藏起来，以便于用户专心地处理当前未被隐藏的零部件。也可将一些零部件设置呈透明状，以便用户观察和处理被该零部件遮挡的零部件。这三种状态的切换对装配体及零部件本身并没有影响，只是用以改变显示效果。大型装配体的简化有利于电脑快速运行装配，零部件的压缩状态有三种：压缩、轻化和还原。压缩命令可使零部件暂时从装配体中消失。被压缩的零部件自身及相关特征、装配关系等不再装入内存，所以装入速度、重建模型速度及显示性能均有提高，在还原之前与被删除后的零部件外在表现一样。但它的相关数据依然完整保留于内存中，只不过不参与运算而已，可以很方便地重新调入。当零部件为轻化状态时，只有部分零部件模型数据装入内存，其余的数据根据需要装入，这样可以明显提高大型装配体的显示性能。在前述装配体实例的设计树中，一些零件的名称图标前，附加了一个羽毛状的标记，表示该零件处于“轻化”的状态。需要注意的是，将某个零部件设定为轻化后，在装配体中由复制或镜向生成的所有同名零部件也将自动的被设定为轻化。这与对某个零部件进行隐藏、透明和压缩的操作结果是不一样的。还原命令是使装配体中的零部件处于正常状态。还原后的零部件数据会全部装入到内存中，可以使用所有的功能，并可以完全访问。SpeedPak是SolidWorks 2010的新增功能，是对大型装配体进行简化的有力工具。简单的说，SpeedPak功能就是指定大型装配体中的某个子装配体哪些面或实体参加配合，从而只把这些参加配合的面或实体调入内存，内存的使用得以减少。SpeedPak是在配置管理器中创建的。SpeedPak为装配体带来的性能提升在大型及复杂装配体中最为明显.3.2 设备建模（1）气浮池建模气浮池建模之后最终得到的三维图如图3-1所示图3-1下面来逐一介绍一下它的建模过程：首先我们先来画出气浮池的基础图，然后对气浮池进行抽壳。抽壳之后得出图形如图3-2： 图3-2接着，由于在气浮池上有走到的要求，因此在抽壳之后，我们将在基体上绘制草图添加槽钢焊接件来为后来的过道添加必要的结构。添加焊接件之后如图3-3所示：图3-3添加焊接件的时候首先应当绘制草图，来说明添加焊接件的位置及长度，所绘制的草图相当于生成焊接件的路径，草图的长度即为焊接件的长度。其添加焊接件的方式如图3-4：在绘制好草图之后，退出草图，然后选择图示中的结构构件命令，会出现图示界面，在标准里面就选择ISO标准，因为我们要做的是过道构件，应该有很多的槽钢，还有圆管式的扶手，还有各种支承，所以在选择类型的时候就根据所要使用的外形来选择不同的形式，大小中的选项我们根据实际需要的大小选择，在组中就是要选择需要生成构件所画的草图。在构建选择过程中，可能会遇到标准件中构件的大小并不符合我们所需要的大小，这是我们可以编辑构件生成时它们的草图进行编辑来改成我们需要的大小。在完成了结构件的生成焊接之后就基本完成了气浮池体的建模。其他的剩余工作只是些基本的拉伸切除，这里就不再赘述。 图3-4（2）气浮池和溶气系统装配体的建模此装配体暂且称其为装配体2。在创建装配体2的过程中，我们大量用到了routing，routing是在三维设计过程中非常有用的一个工具插件，轻松地自动执行线路系统设计任务。 加速管筒、管道、电力电缆、缆束和电力导管的设计过程。使用 SolidWorks Routing，可以尽享更高的设计效率、更佳的设计、更高的 BOM 精度、更短的产品上市时间，以及更低的成本。 简化机械、设备、小型工具或所有需要管筒、管道、电力电缆、缆束和电力导管的其他产品的设计。只要有与 SolidWorks 完全集成的、强大的线路系统设计应用程序和备件库 SolidWorks Routing，即可轻松完成线路系统设计。 更迅速地完成线路系统设计。SolidWorks Routing 能够在产品设计中快速轻松地设计管道、管筒和电力线路。 它是在线路系统设计中节省时间的关键工具：直观地创建和修改线路系统，包括拖放放置、自动调整零部件（零件或装配体）的大小、复制和镜向放置线路以及自动插入管道折弯和弯管。在复杂的产品和设备设计中迅速方便地进行管筒、管道、电力电缆和缆束系统的 3D 参数化建模。直接或通过线夹和吊架自动设计管筒、软管、电力电缆和缆束段。现成的管筒、管道、电力电缆和缆束零部件库，可以节约时间。自动创建包含完整信息（包括管道和管筒线路的切割长度）的工程图和材料明细表。专业功能包括为 CNC 管筒和管道折弯机械创建折弯数据文件，以及高效创建涉及管道和管筒的穿透切割。在新建电缆和缆束线路设计时，可以很方便地重用通过电子 CAD 软件和其它工具创建的数据，并以 Microsoft Excel 格式方便地导入数据。轻松生成电缆和缆束制造文档。 SolidWorks Routing 还为电力和电子系统设计人员提供了其它可节约时间的工具，用于生成电缆和缆束制造文档。其功能包括：展开 3D 电力电缆和缆束线路，以便轻松高效地创建工程图和相关文档。创建自动报表，包括电线清单、电线摘要、缆束材料明细表以及缆束连接信息。SolidWorks Routing 使用用户熟悉的 SolidWorks 3D 机械设计环境，使用起来快捷方便。工作人员的线路系统设计可在与设备设计相同的集成软件包中完成。首先我们先新建一个装配体零件，命名为装配体2，此时出现开始装配体的对话框。单击浏览，打开气浮池零件所在位置，选择气浮池作为前面我所介绍到的“地”零件。然后将气浮池拉入窗口去单击左键定位。以后所有零件的插入都是依照气浮池作为参考来进行定位。在确定好“地”零件之后，我们首先来使用solidworks中routing的功能来拉出生成一个溶气罐。然后对溶气罐进行定位。如图3-5所示图3-5第一步就是点击routing工具里面的通过拖放来开始按钮如上图。点击之后就会出现如图3-6的界面，找到需要的溶气罐，通过拖拽到绘图区域生成溶气罐，大小型号根据所需大小选择，然后对溶气罐定位。图3-6重复点击“通过拖/放来开始”按钮，完成气浮池与溶气罐之间各种管道的连接。在点击生成管道的过程中，每次加入的零部件都是先按照单个零件进行编辑的，编辑到所需要的尺寸之后退出零部件编辑，最后对零件进行定位。注意每次选择零部件的大小都要一致，避免在装配过程中出现不配套的现象。第一步还是先找到所需要的零件拖到绘图区其中编辑中的零件现实状态为上色，其它的零件都是显示轮廓的状态，显示状态如图3-7：图3-7此时对零件进行编辑，修改其特征。在修改特征的过程中，如果遇到了含有管道类的零件，我们可以对零件中所包含的3D草图进行编辑达到零件在装配体中所需要的长度。具体操作如图3-8所示：图3-8通过拖拽图示两橘黄色线的两个端点，可以改变紫色管道的长度，最终可以拖拽到装配体所需要的长度，如图3-9：图3-9在装配的过程中，有许多相同的零件会按照一定的规律排列。这时，为了减少重复工作的繁琐乏味，我们可以运用零部件的阵列来生成其他同样的零件。图3-10如图3-10所示，图中黄色法兰和紫色管道需要横向规则排列，大概需要十九组，如果按照以上选择routing拖拽的方式生成零件大概需要重复六十次这种操作，六十次的操作无疑是耗时费力的，如果电脑性能差的话时间会更长。在这个情况下，就用线性阵列就可以很快完成这个装配步骤。首先，点击Command manager上装配体中“线性零部件阵列”按钮，出现图3-11所示的对话框：图3-11在“方向1”的选择中点击与阵列方向平行的直线，间距输入需要间距200mm，要阵列的实例数中输入19，只有一个方向需要阵列，因此方向2就不需要任何输入，单击要阵列的零部件，在绘图区左击选择所需要的零部件。然后点击对号阵列就完成了，阵列后的效果如下图3-12：图3-12显然，这项操作确实省去了许多麻烦和时间。叙述貌似routing建模非常容易，但是在实际操作过程中总是会出现这样那样的问题。设计的过程就是发现难问题解决问题的过程，在解决问题的过程中提高自己。（3）排渣小车建模排渣建模看似容易，但是由于零部件非常多，因此还是比较麻烦的。首先。我还是先来建立“地”零件。选择车架基体作为“地”零件，因为几乎所有的零件都是附着在车架基体上的，车架基体如图3-13:然后将各种零件以车架为基体装配成一个完整的装配体，最终得到的装配题图3-14如下：图3-13图3-14最后以以上建模作为子装配体，新建一装配体生成总装配体，如图3-15：图3-153.3 典型结构介绍对于在本次设计中所涉及到的典型结构，在这里介绍一下。（1）对于进水口处结构的介绍。在气浮池的进水口，水的输入是由水泵输送的，由于水泵输送是靠对水的压力，当水进入气浮池的时候，还会保有一定的压力，因此水并不会平稳的流入气浮池，而是会喷洒，这对浮渣的形成产生很大的影响。通过设计图的结构可以减轻影响。如图3-16图3-16当水进入的时候，进水口处的隔板可以减小一部分水压，并且改变它的流向，但是这时候水流还不够稳定，还会对浮渣的形成产生扰动，这时候再在进入水池的方向上放一隔板，如下图3-17所示：图3-17这样当水由进水口进入的时候，进入的水并不能直接进入气浮池，只有当水的液面相当于隔板的高度的时候水才能流入气浮池，所以这个隔板的高度还要略高于进水口处隔板的高度，当水达到隔板高度时，水就从隔板整个长度方向稳稳流出。此时水流对浮渣的形成最小。（2）对于溶气水进入气浮池方式结构的介绍。原来设计的溶气水入池方式结构图如图3-18：图3-18此时，溶气水入池处零件的排列方式虽然很有规律，但是这样一来溶气水与污水的接触效率就减少了，浮渣的形成效率也跟着下降，为了增加污水处理效率，可以采用下图3-19的结构来改善。从下面的结构可以明显能看出，同样多的溶气水释放机构，在上图排列的情况下可以增大溶气水和污水的接触效率，从而可以提高污水处理效率，提高效益。图3-19第4章 设计计算由于传动机构的各个零件的参数都没有，所以对零件进行设计选择，并进行校核。但是目前任何参数都没有，所以首先先选取排渣架的滚轮直径：。利用solidworks中的质量属性功能计算排渣架的质量：选择滚轮与轨道的静摩擦系数：。由此可以求得重力：。4.1电动机的选择滚轮和轻轨间的静摩擦力：，由于排渣车架有两个滚轮驱动，所以每个滚轮所需要的转矩：滚轮所受转矩是一定的，当滚轮转速最大时功率最大。设计中要求的小车前进速度，从而可以求的排渣小车在工作时的滚轮转速区间：当电机不工作时，为了让排渣车架获得足够大的空运行转速，选择电机最小转速降速至车架所需要的最小转速。现初选带有二级齿轮减速机的MB系行星摩擦式机械无级变速器作为驱动电机，且转速范围，初算链轮的减速比：选择链轮的传动比：。此时滚轮的最大转速为：。此时驱动滚轮转动所需要的功率：,从电机到滚轮经过了一对轴承效率为，经过链轮传动效率为，经过二级齿轮减速传动效率为，由此可以求的需要电动机输出的最大功率：考虑到启动时转矩增加，功率增大，所以选择的驱动电机为：MBW04-Y0.37-C10-(2C)，额定功率为0.37。4.2链传动的设计选择链轮齿数取小链轮齿数，大连轮的齿数为。确定计算功率链所传递的功率由表9-6查得,由图9-13查得，单排链，则计算功率为选择链条型号和节距根据及，查图9-11，可选10A-1.查表9-1，链条节距为。计算链节数和中心距初选中心距。取。相应的链长节数为取链长节数节。查表9-8得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距为与初选中心距相差无几，不再做修改。计算链速，确定润滑方式由，链号10A-1，查图9-14可知应采用定期人工润滑。计算压轴力有效圆周力为：链轮垂直倾斜布置时的压轴力系数，则压轴力为：4.3主动轴的设计 求输出轴上的功率，转速和转矩在链传动的设计中已经求得所需参数：，。求作用在轴上的力链传动的压轴力，轴所受轻轨的支撑力初步确定轴的最小直径先按式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得轴的最小直径显然是在安装链轮处的轴的直径，为了使所选择的轴的直径链轮孔径相适应，故同时选取大链轮孔径，选择，链轮与轴配合的轮毂长度。轴的结构设计车架已经确定，所以两个轴承之间的距离也已确定，已经选择滚轮直径，所以选择与链轮配合轴颈直径为，由于轴和轴承处要设计轴肩，而且轴不受轴向力，所以轴承选择标准深沟球轴承6208，轴上零件的周向定位。轴与滚轮的连接选用A型平键，按表6-1查得平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为，链轮与轴的连接选用C型平键。参照表15-2，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径为1.6。求轴上的载荷轴的受力图如下：水平面中，垂直面中,总弯矩扭矩按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表（15-1）查得。因此，故安全。（3）轴承的校核轴承已经选定，基本额定静载荷Cr=22.8KN。深沟球轴承所受径向载荷深沟球轴承几乎不受轴向力，因此Fa=0根据表13-5，深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时初步计算当量动载荷P,根据式（13-8a）按照表13-6，取。按照表13-5，X=1，Y=0。计算寿命，根据式（13-5）由于对于所处理的废水一般腐蚀性都非常强，通常会在一两年内都会更换一次轴承，所以轴承的使用寿命足够。4.4 键的选择和校核主动轴上的键已经选择，轴和链轮的连接键：，轴和滚轮的连接键：，根据电动机减速器的伸出的轴端选择主动链轮的键：。键、轴、轮毂的材料都是钢，由表6-2查得许用挤压应力,取其平均值.车轮键的工作长度，键与轮毂键槽的接触高度。由式（6-1）得：因此车轮键的强度足够。同理求得大链轮键的工作长度,键与轮毂的接触高度。由式（6-1）得：大链轮键的强度也是足够的。由于在传动过程中有功率损耗，所以链传动所传递的功率可求。因此链传动所传递的功率：小连轮的最大转速：小链轮上的轴所受转矩：小链轮键的工作长度：键与轮毂键槽的接触高度：，由式（6-1）得：因此，小链轮键的强度也是足够的。结论本文系统总结了目前气浮净水技术尤其是压力溶气气浮技术的应用研究现状，对比分析了各种气浮方法的优缺点，在溶气气浮中的加压溶气气浮工艺中选择水泵吸气式溶气系统气浮工艺流程来设计它的气浮系统装置，对系统设备进行建模，在建模过程中加深了对solidworks的理解应用，并对关键零部件进行校核计算。在设计中发现，毕业设计完成过程也是一个学习的过程，发现问题解决问题，但由于个人能力有限，本次课程设计还有待完善与提高。致 谢本次课程设计的全部工作都是在李延民老师的悉心指导和热情鼓励下完成的。李老师每周都会检查我们进度，解答我们的疑惑，对我们进行悉心的指导。同时也要感谢同班同学在设计建模过程中对我的帮助。最后，向百忙之中抽出宝贵时间对本人论文进行评审的专家和答辩评委老师们致以最诚挚的谢意。参考文献1陈翼孙等气浮净水技术M北京：中国环境出版社，19912高廷耀水污染控制工程M高等教育与出版社，19893 ANClarke，DJWilsonFoam Flotation and ApplicationMarcel Decker19834王广丰气浮净水系统运行效率研究M高等教育出版社，2004，25王毅力，汤鸿霄气浮净水技术研究及进展J环境科学进展，1999，7(6)：94-1036REBaarson and CLRayAIME SYMPOSIUMTexas,19637JWWilson,DJWilsonSep Sci Technol，1987，9(5)：3818Msarker et a1Sep Sci Technol，1988，23(67)9RHYoonTechnol Proc1988，7：36311单忠健等气泡絮粒的粘附J水处理技术1989，15(2)：12012胡斌，陈翼孙气浮法净水机理的研究与应用J水处理技术1984，10(4)：31-3313陈翼孙，胡斌气浮净水技术的研究与应用M上海科学技术出版社，198514陈翼孙，胡斌环境工程治理丛书：气浮净水技术M中国环境科学出版社，199215陈翼孙，胡斌国内外气浮净水技术概况J净水技术1985，(2)16KFukusi et a1JJWWA1985，607：32-4117KFukusi et e1Water SciTech1995，31(3，4)：37-4718JAKitchener et a1Water Research1981，15：58519RAHyde et a1JAWWA1977，69(7)：36920JK.EdzwaldWater SciTech