螺旋砂水分离器设计摘要本课题是在给水排水工程的设计中，螺旋砂水分离器是作为前级处理装置，必须考虑的传动设施，螺旋砂水分离器主要用于对沉砂池除砂设备排出的泥水混合物进行砂水分离，以利于运输。
随着给水排水处理工艺技术不断发展的同时，也针对如何选用螺旋砂水分离器设备提出了更高的使用标准，既要具备能保证良好的适应特殊情况条件的工作状态，又对这一专用设备要求具有易于维修和管理的通用性条件。
有些政府部门为了省钱采用用挖土机等代用品实现排砂,通过实践表明，此想法只能适用一般性无特殊要求的引水排水渠道，但电厂循环用水吸水口，水厂引水口等流量大处。
砂土积累很快的情况就不适用了,所以按照分离器规范生产的砂水分离设备，只具备特殊的使用性，而缺少专用设备的通用性。
经过调查研究表明，在给水排水治理领域方面要求，螺旋砂水分离器应具有下列特点，1、分离效率高达96～98%，可分离出粒径大于0.2mm的颗粒。
2、采用无轴螺旋输送，无水中轴承、重量轻、维护方便。
3、采用最新减速机，结构紧凑，运行平稳，安装方便。
4、U型槽内衬柔性耐磨衬条，噪声低，更换方便。
5、整机安装简单，操作方便。
与生产的机械螺旋砂水分离器设备具备选择使用的适应性，例如：引流入江，造纸电厂循环用水吸水口，水厂引水口，中水处理，流水渠道，按照常规采用用挖土机等代用品实现排砂,往往会事倍功半，造成后序工艺设备设施不能正常运转工作。
上述情况分析说明，传统形式的排砂已经不能很好的适应工程需要了，砂土多的情况条件，需使截留装置向机械化，自动化方向发展.关键字螺旋砂水分离器，AutoCAD第一章设计任务书1.2 技术参数:电机功率KW 0.37转速r/min 5处理量l/s 12-20U型槽宽度mm 260第一章、机械分析1.组成部分螺旋砂水分离器主要由驱动装置、U形槽、螺旋体、水箱、衬条等组成2.工作原理螺旋砂水分离器的工作原理是由一种特殊形状的无轴螺旋体（见图）利用螺旋的旋转，将砂逐渐推至出口处，掉入车中，完成泥水分离过程。
如图(1)又由于无轴螺旋体无水中轴承、重量轻，因此无轴螺旋体是由U型槽内衬支撑（见图），当传动系统经过减速机带动轴轮做均速定向旋转时整个螺旋体便平稳做圆周运动，并携带固体砂石从上而下的出来，在携带的过程中液体则通过无轴螺旋体链的隙流下去，整个工作状态连续进行。
如图(2)2、动力传动的方式动力传递形式为电机轴直联机械齿轮传动，首先选择依据是什么？机轴直联圆柱蜗轮蜗杆减速器减速，由一对联接环带动无轴螺旋体旋转运动工作.3、过载安全措施为了防止设备超载运行保护无轴螺旋体不被损坏或是由于超负荷导致工作电流过大，为了保护电机在减速器输出轴端与无轴螺旋体配合处设置有过载安全销，（见图3），一旦超载，安全销切断整个设备除电机一减速器还在转动外，工作机构部分均停止运行。
见图34.设备的自净措施1）由于无轴螺旋体的特殊结构形状使无轴螺旋体链携带砂石杂物运动到设备后部时,砂石可以相对位移到U型槽后部槽口促使杂物依靠重力落入装甲车上（见下图）；如图(4)2）在无轴螺旋体发生相对旋转位移的同时，设备将连水一起旋转,在上升的过程中水在重力的作用下进行砂水分离. 3）在设备的U型槽与无轴螺旋体的顶端安装有一球阀，可以起到调节负荷大小，防止过载或比重较大的沉积物卡住无轴螺旋体。
5、吸水流量的计算根据设备在运行排水渠道中安装的U型槽：计算公式：Q=m0·B·√2g·H3/2(m3/sec) （1）式中m0——流量系数.044；B——堰口宽度H——堰上水头Q=0.44×0.260×√20×0.93/2=0.433m3/s.6.水头损失的计算校核流速1m/s时阻力系数ξ=6.86，所以该设备的水头损失；h1=ξ·V2/2g=6.86/(2×10)=0.343m=343mm （2）h1不因流速（流量）减小而减小，故在小流量时阻力系数加大。
如图(5)三.其设计如上图：主要设计参数如下：水渠宽度B=1790mm；设备宽B1=1260mm；水渠深度H=1700mm；螺旋砂水分离器倾角θ=250；出渣口高度H1=1635mm；电机功率KW 0.37转速r/min 5处理量l/s 12-20U型槽宽度mm 260输送物：砂石、视比重0.8，保持一定的输送速度，连续运转。
设计内容：1、除砂石能力；2、驱动功率；3、无轴螺旋体的设计；4、驱动轴的设计；5、轴承的设计；6、驱动螺旋体的设计；7、键的设计；（1）除砂石能力输送垃圾的能力Q（吨/时），则：Q=VSγ60/P（3）式中V——容积；S——速度；r——垃圾的比重；P——间距；其值为V=(0.2×0.75)/2B=(0.2×0.75×1)/4 =0.15m3（4）则Q=（0.15×5×0.8×0.18）/0.02=5.4吨/时3）驱动功率机械螺旋砂水分离器的驱动轴功率N千瓦为各项和其他动力之和：1、电动机带动联轴器驱动无轴螺旋体的动力；2、无轴螺旋体去掉砂石的动力,；N=2（T1-T2）V×1.2/6120=2×(167.2-99.6) ×3×1.2/6120=0.08千瓦。
（10）驱动装置如上图所示，减速器的机械效率为η1。
则η1=0.9，传动效率为η2，η2=0.96-0.98，因此，驱动装置的机械效率η为：η=η1·η2=0.9×0.96=0.864即驱动功率Nm为；Nm=N/η=0.08/0.864=0.1千瓦(11)选用0.75千瓦（4）无轴螺旋体的设计机械螺旋砂水分离器的操作条件由于浸于污水中，砂粒多，且有腐蚀性，所以选材用不锈钢的上述的0.75千瓦为驱动功率，0.864是驱动部分的机械效率，速度为5米/分机械螺旋砂水分离器，在材质上采用了JA6205，其平均抗断强度26000kg ，节距100mm，概略重量Wc=9.3kg/m。
取安全率S，则：S=26000/1851=14.05所以是安全的。
（6）剪切销的设计剪切销是最简单的机械安全装置，当有超过设计扭矩的扭矩作用时，电动机与机械部分引开，是防止超负荷的一种装置。
剪切削装在链轮小齿轮与链轮座之间。
直连卧式电动机，因为行星摆线减速器低速输出力轴的安全旋转力为450kg·m，因此，剪切销是按450kg·m时被剪切进行设计，剪切销的材料是45钢，抗拉强度为41-50kg/mm2，屈服点在33kg/mm2以上，假定剪断强度是抗拉强度的70%，则为28.7kg/mm2，剪切销的直径υ12，其剪断力S为：S=(π/4)d2×28.7=113×28.7=3243kg （14）剪切销的插入位置R：R=45000/3243=13.9mm剪切销构造采用双头螺栓，剪断时容易拆除，为防止链轮与链轮座生锈，要注意加注润滑脂。
（7）驱动轴的设计上图是作用于驱动轴外力的关系，驱动轴产生的弯矩为M1（kg·cm）,则M1=1291×13.8=17815.8kg·cm其次，使驱动轴产生的弯矩为M2（kg·cm）,则：M2=（1322+324）×13.8=19623.6kg·cm弯矩如图所示，图中D是B和C的叠加。
另外，驱动轴的旋转力为T d。
T d=0.75×97300×0.864/6.4=9851.625kg·cm作用于驱动轴的合合矩力Me为：M e=0.35M1+0.65√M1+T d=1323.84+6253.53=19468.37kg·cm驱动轴的直径dd3=32Me/πτ=32×19468.37/3.14×4900=40.49cm3d=3.43cm 取Φ35mm其次，求M2点的轴径，则相应的弯矩Me为：M e=0.35M2+0.65√M2+T d=6868.26+1472.5=21140.8kg·cmd3=32Me/πτ=32×21140.8/3.14×4900=51.92cm3d=3.53cm 取Φ40mm即轴承部分的轴径为Φ35mm，主部分的尺寸为Φ40mm。
（8）轴承的选择由于载荷小而平衡，应选用球轴承，滚动体是球形，它与轴承套圈或垫圈之间是点接触，磨擦小，承载能力和受冲击能力也小,由于球的质量轻,离心惯性力也小，因而滚轴承的极限转速也高。
(9）键的设计键1设计键2设计键把驱动轴与无轴螺旋固定为一体，以传送旋转力，上图1是在驱动轴上的用键固定滚子链链轮的状态。
图2是用驱动轴与主链轮用键固定的状态，根据公式：P=T/RT=97300×千瓦·η/N=97300×（0.75×0.864/6.4）=9851.625kg·cmP=(9851.625/6.0)=1642kg根据公式σ=P/lh=1642/15×1.0=109kg/cm2根据下表所示，容许压应力α受到一个方向的受复载荷时是1000kg/cm2，因此较安全。
( 1)轴承的主体材料为FCD20，轴衬为BC3（2）挡母如图，挡母对拉杆起止转作用，连杆和挡母系用螺信连接，并用Φ8的定位销固定，挡母的材料为磷青铜，定位销为SUS304.四、设备的应用条件该设备的最大优点是可以机械式连续自动分离清捞液体中的杂物，对使用该种设备的工作场地无需特殊要求，只要能保证动力电源的安全，即介在无人看管的情况下连续稳定运行。
该设备动力消耗低，整机安装，对安装无特殊要求，工作时无需动无噪声。
该设备的机械设计合理，具有良好的水力条件，在设备工作时自身又具有一定的自清能力，水头损失小，所以一般不会发生堵塞现象，从长期安全运行来看，虽然设备本身具有一定的防腐能力，也应尽量避免在强酸的条件下使用。
当设备用于分离流体中的无机固体物质时应考虑固体物质比重，颗粒形状，及对无轴螺旋体轮的磨损情况等因素，在用于分离流体中含有机固体物质时一般可以不考虑上述问题。
当设备应用在进水深度较浅条件时，可以考虑把设备安装底标高降低于排水沟渠底，形成水流落差，以满足设备使用的水力条件，更好地保证设备的排渣能力。
根据国内所做的一些调查研究，认为该种设备可以用于下述方面：（1）给水厂进水口处；（2）电厂冷却水进口处；（3）管渠，管道内杂物；（4）原毛洗毛行业回洗（5）城市污水处理厂五、结论1、回转式耙链固液分离机具有结构合理，转动灵活，动力消耗低，水头损失小，工作效率高，应用范围广，管理维护方便等优点，是一种有前途，实用化的专用设备。