Разработка экологически безопасной технологии локальной регенерации очищающих сред, удаление и утилизация отходов очистки в ОАО “Дзержинский мотороремонтный завод”

Расчетно-пояснительная записка на 94 страницах, графическая часть на 10 листах формата А1, таблиц 11, иллюстраций 11, приложение.

В проекте приведены анализ ремонтного предприятия и анализ существующих технологий локальной регенерации очищающих сред, удаления и утилизации отходов очистки. Разработана экологически-безопасная технология локальной регенерации очищающих сред, удаления и утилизации отходов очистки на ОАО «Дзержинский МРЗ».
В конструкторской части проекта разработано приспособление для промывки фильтра, изложено его устройство и принцип работы, выполнены расчеты для приспособления.
В разделе по безопасности жизнедеятельности дана оценка экологической обстановке на предприятии, произведен анализ выбросов загрязняющих веществ.
Технико-экономические расчеты подтвердили целесообразность и обоснованность принятых в проекте решений.



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...............................................................6
1 ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА.....................7
1.1 Краткая характеристика предприятия .................7
1.2 Производственная структура предприятия.........9
1.3 Анализ существующих технологий локальной регенерации очищающих сред, удаления и утилизации отходов очистки............10
2 ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОУ ПРОГРАММЫ И ГОДОВОГО ОБЪЁМА РАБОТ..............................31
2.1 Расчет режима работы и фондов времени..........31
2.2 Расчет программы локальной регенерации очищающих сред, удаления и утилизации отходов очистки................................................................32
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ОЧИЩАЮЩИХ СРЕД, УДАЛЕНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ОЧИСТ-КИ.....................................35
3.1 Основные принципы принятия проектных решений и разработки рекуперативных (малоотходных) экологически безопасных техноло-гий......35
3.2 Проектирование перспективной технологии локальной регенерации очищающих сред, удаления и утилизации отходов очистки для ОАО «Дзержинский МРЗ».........................39
4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ УЧАСТКА ЛОКАЛЬНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ОЧИЩАЮ-ЩИХ СРЕД, ОБРАБОТКИ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ОЧИСТКИ.............44
4.1 Подбор и расчет количества оборудования.......44
4.2 Расчет количества рабочих мест.....................45
4.3 Расчет потребности в энергоресурсах..................46
4.4 Технологическая планировка.........................47
5 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА........................49
5.1 Обоснование актуальности разработки................49
5.2 Расчет потребности промывки загрузки фильтра......50
5.3 Описание конструкции и принципа работы приспособления.......51
5.4 Расчет геометрических параметров приспособления.............................52
5.5 Кинематический расчет и выбор электродвигателя............52
5.6 Расчет клиноременной передачи...........................53
5.7 Расчет промежуточного вала...................................55
5.8 Расчет шпоночных соединений.......................56
5.9 Выбор подшипников.............................. 56
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ........59
6.1 Безопасность жизнедеятельности на производстве....................59ции очищающих сред, удаление и утилизация отходов очистки в ОАО “Дзержинский мотороремонтный завод” Лит Лист Листов
6.2 Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных экологически неблагоприятных ситуациях...................................................................68
7 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЕКТА........74
7.1 Расчёт капиталовложений..................................74
7.2 Расчет себестоимости регенерации моющих сред, удаления и утилизации отходов очистки...........77
7.3 Цеховые (общепроизводственные) расходы......82
7.4 Определение отпускных цен на услуги................86
7.5 Оценка эффективности инвестиций..............87
7.6 Расчет критических объемов производства на предприятии......................89
7.7 Показатели эффективности.....................................90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................92
ЛИТЕРАТУРА.....................................................93
ПРИЛОЖЕНИЕ................................................95


3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ЛОКАЛЬНОЙ РЕГЕНЕРАЦИИ ОЧИЩАЮЩИХ СРЕД, УДАЛЕНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ОЧИСТКИ

3.1 Основные принципы принятия проектных решений и разработки рекуперативных (малоотходных) экологически безопасных технологий
 
Под проектированием понимают разработку проектной, конс-трукторской и другой технологической документации, предназначенной для осуществления капитального строительства и сооружения объекта (промышленного предприятия или его структурной части), для создания новых видов и образцов промышленной продукции.
Проект представляет собой совокупность исчерпывающей ин-формации в виде расчетов, чертежей, моделей, макетов, регламентов, инструкций и других материалов, необходимых для создания (или расширения, реконструкции, технического перевооружения) промышленного объекта, обеспечивающего выпуск заданного продукта требуемого качества и в необходимом количестве при высоких технико-экономических показателях производства и санитарно-гигиенических условиях труда, соответствующих нормам экологического равновесия.
Эффективность любого проектируемого или действующего объекта оценивается в системе с сопутствующими изменениями природной и социальной среды соотношением затрат (ущербов) и положительных результатов (выгод).
Для уменьшения величины ущербов в проекте должны быть предусмотрены: рациональное использование земель и охрана окружающей природной среды, рациональное использование и экономное расходование материальных и топливно-энергетических ресурсов, комплексное использование сырья и материалов, организация малоотходной технологии производства.
При решении задач проектирования, особенно при принятии проектных решений, использование термина «малоотходная технология» концептуально подчеркивает первоочередную значимость рациональной организации основного технологического процесса по сравнению с проведением одноцелевых природоохранных мероприятий.
В условиях постоянно развивающихся способов производства продукции можно сформулировать следующие основные направления создания малоотходной технологии (МОТ):
- разработка принципиально новых технологических процессов, а также соответствующего оборудования для производства продукции на основе комплексной переработки сырья и рационального использования энергии;
- разработка и создание многопрофильных производственных комплексов (МПК) взаимосвязанных и дополняющих друг друга технологий с использованием замкнутой структуры материальных потоков, что позволяет наиболее технически реально и экономически целесообразно минимизировать отходы (любая система не может формироваться из одинаковых элементов или на принципе монополизма одного из них);
- разработка систем последовательного использования и ре-циркуляции материальных потоков отдельных процессов и производств, в частности систем оборотного водо- и газоиспользования, которые и являются структурными единицами МПК;
- разработка способов переработки вторичных материальных
ресурсов, которые должны быть составной частью систем рециркуляции и последовательного использования материалов. Получение продукции из вторичных материальных ресурсов во многих случаях экономичнее, чем из природного сырья.
Перечисленные направления — многоцелевые, поскольку их реализация позволит улучшить производственные и маркетинговые показатели и одновременно снизить уровень загрязнения окружающей среды. Важными остаются и одноцелевые природоохранные мероприятия, к которым прежде всего относятся очистка и переработка сточных вод, газообразных и твердых отходов. Согласно ГОСТ 25916—83 «Ресурсы материальные вторичные. Термины и определения», отходы производства — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства.
Изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа, называют отходами потребления.
Отходы производства и потребления, которые образуются в народном хозяйстве, составляют вторичные материальные ресурсы (ВМР). Если ВМР могут повторно использоваться в народном хозяйстве, то они определяются как вторичное сырье.
От ВМР следует отличать потери — количество исходного сырья и материалов, которые безвозвратно теряются в процессе изготовления продукции.
Одноцелевые природоохранные мероприятия приходится предусматривать в проектах реконструкции действующих производств, а также при создании новых предприятий в МПК в которых количество природных ресурсов, например водных, ещё позволяет вводить системы однократного (или с малой кратностью) и одноцелевого их использования. При этом сточные воды и отходящие газы необходимо довести до кондиций, удовлетворяющих требованиям их сброса в водоем или в атмосферу; полужидкие и твердые отходы должны быть обезврежены и подготовлены к долгосрочному складированию в шламонакопителях, на полигонах и т. д.
Необходимость одноцелевых природоохранных мероприятий выявляется в результате обязательной проработки в соответствии с принципами создания МОТ решений по комплексной переработке природного сырья, рациональному использованию образующихся и накопленных отходов, а также по исключению или значительному уменьшению выделения вредных веществ.
Мероприятия по охране окружающей среды весьма дороги: ведущие химические компании выделяют на эти цели в настоящее время от двух до пяти процентов средств, полученных от всего объема реализации своей продукции.
Методы осуществления в проектах основных направлений создания МОТ постоянно совершенствуются. В основе этих методов — выбор из банка известных технологий с использованием определенных ограничительных критериев, а также непрерывный анализ и синтез интегральной (многопрофильной) технологии.
Важное значение при этом имеет инновационное управление при проектировании.
В разработке принципиально новых технологических процессов инженер-проектировщик участвует на всех стадиях проектирования, прежде всего при подготовке исходных данных совместно с исследователем-разработчиком этих данных. В выполненных проектах должны содержаться сведения об эффективности использования достижений науки и техники.
Для правильного формирования МПК важное значение имеют работы проектировщика по оценке оптимальности выбранного варианта размещения проектируемого объекта и кооперирования производств, а также разработка состава предприятия и проектных решений, направленных на комплексное и рациональное использование полезных ископаемых, отходов производства, вторичных энергоресурсов. При выполнении этих работ необходимо учитывать региональные различия устойчивости природно-территориальных комплексов к техногенной нагрузке. Включение проектируемого объекта в состав МПК должно снизить совокупное воздействие на окружающую среду всех предприятий комплекса и повысить использование благоприятных природных условий и ресурсов. Например, ряд многотоннажных отходов можно переработать в продукцию длительного применения, в частности стройматериалы. В связи с этим в проектах МПК следует предусматривать предприятия для производства таких материалов.
Переработка вторичных материальных ресурсов, как составная часть принципиальных направлений создания и развития МОТ основана на использовании методов рекуперации — возвращения части материала, расходуемого в том или ином технологическом процессе, на повторное использование в том же процессе. Часто целесообразнее использовать этот материал в другом производстве и даже в другой отрасли.
Для рекуперации вторичных материалов нередко требуется разделение, как правило, многокомпонентного однородного или неоднородного по фазовому составу вторичного материального ресурса на составные части механическими, физико-химическими, биохимическими методами или их сочетанием. Методы разделения сложных материалов составляют технологическую основу применения в проектах всех принципиальных направлений создания МОТ и одноцелевых природоохранных мероприятий.
В задачах рекуперации способы разделения или обогащения ВМР могут быть выбраны только на основании предварительных разработок и принятых решений о конечном продукте (или продуктах) рекуперации. Такой продукт должен иметь все признаки имеющего рыночную значимость товара по трем уровням его разработки: замысел (продукт должен иметь специфические, желательно уникальные отличительные свойства); реальное исполнение (характеризуется набором свойств, уровнем качества, специ-фическим оформлением, упаковкой, марочным названием и пр.); «подкрепление» товара комплектующими продуктами, гарантией, способами применения, доставки и т. д. При возможном многообразии товаров на основе ВМР выбор осуществляют, прежде всего, по рыночным показателям потребности, перспектив развития, степени конкурентоспособности, стабильности предполагаемого сегмента рынка. При переработке промышленных отходов (ВМР) чаще всего получают продукты или полупродукты промышленного и/или сельскохозяйственного назначения.
Таким образом, применение основных принципов создания и развития МОТ при проектировании промышленных объектов позволяет:
- минимизировать количество отходов и, следовательно, определить необходимость переработки ВМР, обосновав достаточную номенклатуру продукции (с учетом продукции, получаемой на основе ВМР);
- выбрать эффективные способы переработки и рекуперации
ВМР (обычно — это технологические приемы разделения сложных материалов), а также соответствующие сооружения и оборудование;
- определить рациональное место процессов переработки ВМР а также установок и цехов одноцелевого природоохранного назначения в технологической системе производства и МПК.
Этим не исчерпываются все преимущества реализации принципов МОТ при проектировании. Однако перечисленные возможности составляют основу для принятия технологических проектных решений, связанных прежде всего с задачами рекуперации вторичных материалов промышленности и охраны окружающей среды.
Технологическую часть проекта обычно ориентируют на максимальное использование типовых проектов, серийного или созданного из серийно выпускаемых узлов и деталей оборудования. Монтаж, например, канализационных сооружений в таком случае сводится к использованию всего 18—20 унифицированных блоков. Между тем настоящие и будущие требования к техническим средствам защиты окружающей среды и развития МОТ связаны с широким использованием новой технологии, новых сооружений и оборудования. При этом в новых конструктивных и объемно-планировочных решениях следует также максимально использовать се-рийные элементы, приспосабливая их к новой технологии.[11]




3.2 Проектирование перспективной технологии локальной регенерации очищающих сред, удаления и утилизации отходов очистки для ОАО «Дзержинский МРЗ»

Важнейшей частью технологического проектирования всего предприятия, основных и вспомогательных производственных цехов и установок является создание технологической схемы, отражающей взаимосвязь и характер отдельных технологических процессов и оборудования. Как проектный документ технологическая схема представляет собой графическое изображение совокупности операций, составляющих законченный технологический процесс, и сопровождается описанием и необходимыми расчетами (расчетно-пояснительной запиской).
Технический уровень и качество технологической схемы определяются детальной проработкой отдельных технологических узлов предварительно намеченной принципиальной схемы. Технологическим узлом обычно называют аппарат (сооружение, машину) или их группу в которых начинается и полностью заканчивается один из этапных процессов, необходимых для достижения заданной степени переработки исходного материала, в том числе вторичного материала для специализированных предприятий, цехов или установок переработки отходов. Технологическая схема, таким образом, представляет собой различные взаимосвязанные узлы, включающие:
- транспортные средства (вентиляторы, газодувки, компрессоры, многочисленные грузоподъемные и транспортирующие машины);
- оборудование для механического разделения, смешения, усреднения, отстаивания, фильтрования, диспергирования, сортировки и др.;
- оборудование для осуществления физических или физико-химических методов переработки (сорбции и десорбции, выпаривания, кристаллизации, ректификации, сушки, экстракции и пр.);
- реакторы разных типов для химической переработки;
- узлы биохимической переработки;
- узлы теплообмена и утилизации тепла;
- узлы термической переработки (печи, аппараты, сооружения для пиролиза, жидкофазного окисления и т. д.);
- узлы для создания требуемых параметров работы (например, узлы вакуумирования) и др.
Следует учесть, что непременной частью любого узла технологической схемы являются обвязочные трубопроводы, арматура, оборудование для контроля и автоматического регулирования.
Правильная работа каждого технологического узла обеспечивает необходимую степень надежности всей схемы, что способствует снижению потерь сырья, материалов, энергии.
Технологическая схема разрабатывается для непрерывного или периодического процесса.
При периодическом процессе проще осуществляются пуски и остановки системы, легче осуществляется переход от производства одного вида продукции к другому. Для периодического процесса обычно требуется более простое оборудование.
При непрерывном процессе обеспечивается получение более качественной продукции и образуется сравнительно меньшее количество отходов. Непрерывные процессы легко поддаются механизации и автоматизации. Их применение наиболее рационально в производствах большой мощности.
При разработке конкретных технологических узлов особое внимание уделяют рециркуляции технологических потоков (рециркуляция части дистиллята и кубовой жидкости при ректификации; поглотителя при абсорбции, экстракции и адсорбции транспортирующего влагу сушильного агента при сушке; твердого материала при измельчении; отходящих газов двигателей внутреннего сгорания и т. д.).
Применение рециклов в реакторных узлах позволяет обеспечить оптимальные параметры работы аппаратов, наиболее полно использовать реагенты и энергию, высвобождающуюся в данном технологическом узле, а также уменьшить прямые вредные выбросы в окружающую среду.
Большое значение имеет комбинирование технологических и энергетических элементов каждого проектируемого объекта. Целесообразно вести энерготехнологическое проектирование производства, с тем, чтобы предусмотреть полное использование энергии всех реакций процесса и последовательную по мере снижения температурного потенциала утилизацию всех возможных тепловых потоков. Имеется опыт производства аммиака, метанола, высших спиртов и других продуктов, основанного на принципе энерготехнологического комбинирования с максимальной эконо-мией энергии и минимальным «тепловым загрязнением» окружающей среды.
При оформлении схемы производства наряду с основной тех-нологической линией необходимо учитывать технологические потоки воды, пара и конденсата, газа, сжатого воздуха, отходов производства и т. д.
В технологической схеме должно быть отражено, куда и какими способами удаляются отходы производства, в том числе сточные воды. В схемах технологических узлов, установок, цехов следует предусматривать локальную очистку промышленных вод. Технологические решения такой очистки должны быть составной частью систем повторного использования воды.
Процессы разделения сложных материалов, например, пред-почтительны при минимальном числе продуктовых потоков; токсичные или коррозионно-активные компоненты следует выводить в первую очередь; деление компонентов с относительно низким коэффициентом разделения следует проводить в отсутствие неключевых компонентов; компонент, присутствующий в исходном материале в наибольшем количестве, выделяется в первую очередь; разделение на компоненты предпочтительно для наиболее концентрированных материалов без их смешения с другими потоками и т. д.[11]


Проанализировав существующие технологии локальной регенерации очищающих сред, наиболее оптимальным для ОАО «Дзержинском МРЗ» является применение методов отстаивания, флотации, фильтрации. Данные методы применяются в, выпускаемой промышленностью установке «Соловей-МСФ-1/2.2».
В установке «Соловей-МСФ-1/2.2» применён эффективный способ очистки сточных вод от нефтепродуктов - струйная флотация с доочисткой на фильтре с плавающей загрузкой. Расположение наземное, занимаемая площадь - 2 м2. Загрузка фильтра легко поддаётся промывке, не требует замены в течение всего срока эксплуатации.
Производительность 0,7-2,2 м3/час.
В комплект установки «Соловей-УСФ-1/2.2» входит отстойник ПТ-03 со встроенной песколовкой; модуль струйной флотации «Соловей-МСФ-1/2.2», совмещенный с промывным фильтром; емкость очищенной воды.
Преимущество данной технологии заключается в простоте эксплуатации оборудования, отсутствие использования реагентов, отсутствие необходимости замены фильтра, малая занимаемая площадь, эффективная очистка от нефтепродуктов и взвешенных веществ.

Для обработки и утилизации отходов очистки целесообразно применить технологию, предлагаемую ЗАО «ИНСТЭБ». Технология заключается в химическом обезвреживании отходов препаратом «Эконафт-М». Сущность химического обезвреживания и утилизации отходов очистки состоит в следующем.
Способ основан на свойствах окиси минеральных сорбентов (негашеная известь - СаО) при гашении увеличивать удельную поверхность в 15-30 раз и тем самым превращаться в объемное вяжущее вещество с высокой абсорбционной способностью для высокомолекулярных веществ и, в частности, для углеводородов нефти.
«Эконафт-М» состоит из:
- негашеная известь по ГОСТ 9179-77 «Известь строительная». Содержание в составе препарата до 95%;
- «Модификатор», ТУ 2123-002-11085815-94.
- Поглощающий сорбент.
В состав препарата "Эконафт-М" введен модификатор - полный эфир глицерина и высших жирных кислот - триглицерид. При смешении с известью глицерид образует с поверхностью минерального сорбента прочную химическую связь, что приводит к образованию нового соединения - триглицерида кальция и активации поверхности для последующего гидрофобного взаимодействия с углеводородами нефти.
Добавление поглощающего сорбента позволяет получить препарат с более высокой способностью в отношении ионов тяжёлых металлов, лёгких фракций углеводородов, в том числе серосодержащих соединений.
Таким образом, сущность химического способа обезвреживания нефтемаслоотходов включается в том, что нефтемаслоотходы обрабатываются препаратом «Эконафт-М» путем их перемешивания в смесителе. При этом оксид щелочно-земельного металла образует с водой гидроксид, в результате чего нефтепродукты равномерно им адсорбируются с получением сухого, морозостойкого, гидрофобного, стойкого при хранении порошкообразного вещества, состоящего из мельчайших гранул, представляющих по химическому составу мельчайшие частицы обезвреженных нефтемаслоотходов, заключенные в известковые оболочки - капсулы, которые равномерно распределены в массе продукта.
Полученные обезвреженные продукты гидрофобны, имеют высокую плотность и однородный состав. Содержащиеся ионы тяжёлых металлов переходят в форму нерастворимых гидроксидов.
Полученный продукт утилизации соответствует ГОСТу 16557-78 "Минеральная добавка в асфальтобетон" и относится к IV классу опасности.
Порошок может применяться в качестве добавки или составной части в производстве следующих материалов и конструкций:
- асфальтобетонные смеси П-Ш марки по ГОСТ 9128 для автомобильных дорог не выше II технической категории;
- конструктивные элементы автодорог: теплоизоляционные, гидропрерывающие и дополнительные слои земляного полотна автомобильных дорог, также для устройства площадок для стоянок техники и строительства внутриплощадных дорог, строительного материала для очистных сооружений, «поямочного» ремонта дорог, и др.
Порошок минеральный «ПУН» также применяется для профилирования поверхности полигонов твердых бытовых отходов.
Соотношение отходы - препарат определяется в зависимости от содержания нефтепродуктов в отходах и колеблется в соотношении 1-1..2 (по объему) или 1-2..4 в случае утилизации токсичных нефтемаслоотходов.
Необходимое оборудование для осуществления данной технологии: смеситель, бункер для извести, бункер для шлама, бункер для модификатора, дозаторы извести, шлама и модификатора, бункер для продукта утилизации, транспортёр продукта утилизации.
Преимущество данной технологии заключается в простоте её реализации, малая стоимость реагента, возможность реализации конечного продукта, либо использование его для своих целей.

Помимо перечисленного выше оборудования также необходим отстойник, для отстаивания залпового сброса раствора «Лабомид-312» в межсменное время, и ёмкость для накопления отработанного раствора ТЕМП-100Д от высоконапорных аппаратов и моечных машин.

Технология локальной регенерации очищающих сред, обработки и утилизации отходов очистки для ОАО «Дзержинский МРЗ» следующая. С 800 до 1100 отработанный раствор «Лабомид-312» после межсменного отстаивания в отстойнике (объём 6м3) поступает на очистку в установку «Соловей-МСФ-1/2.2» и далее в ёмкость очищенного раствора (объём 6м3). С 1100 до 1200 – техническое обслуживание установки «Соловей-МСФ-1/2.2». В данное время (с 800 до 1200) отработанный раствор ТЕМП-100Д от высоконапорных аппаратов и моечных машин накапливается в ёмкости (объём 3м3). С 1200 раствор ТЕМП-100Д из накопительной ёмкости поступает на очистку в установку «Соловей-МСФ-1/2.2» (при этом, раствор ТЕМП-100Д от высоконапорных аппаратов и моечных машин продолжает поступать в накопительную ёмкость) и далее в ёмкость очищенного раствора (объём 4м3).
Шлам из отстойника и установки «Соловей-МСФ-1/2.2» накапливается в бункере для шлама (объём 1м3). По мере заполнения бункера оператор включает установку и перерабатывает шлам.
Данная схема позволяет сократить количество дорогостоящего оборудования (установка «Соловей-МСФ-1/2.2») и максимально его использовать.[13,14,15]





5 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА

5.1 Обоснование актуальности разработки

Важнейшие задачи, стоящие перед ремонтным производством, в значительной степени связаны с непрерывным ростом комплексной механизации производственных процессов, повышением производительности труда. Немаловажным является внедрением на РОП средств малой механизации, не сложной, но прогрессивной оснастки, позволяющей частично или полностью механизировать труд работников. В прямой зависимости от этого находится качественное проведение ремонта сельскохозяйственной техники, а, следовательно, и повышение работоспособности и долговечности техники.
При осветлении воды фильтрованием в толще зернистой загрузки накапливается осадок и уменьшается свободный объем пор. Это приводит к увеличению гидравлического сопротивления загрузки и росту в ней потери напора. Осветление воды - это основной рабочий цикл фильтров, а прирост потери напора - сопутствующий процесс.
В основе теории этого процесса лежат физические представления, разработанные Д.М. Минцем.
Закрепление взвешенных веществ на зернах загрузки происходит под действием сил прилипания; Образующийся в загрузке осадок весьма непрочен. Под влиянием возникающих при движении воды гидродинамических сил структура осадка разрушается, некоторая часть ранее прилипших к загрузке частиц отрывается от нее в виде мелких хлопьев, проносится в последующие слои загрузки, где вновь задерживается.
Процесс осветления воды в каждом элементарном слое происходит до тех пор, пока интенсивность прилипания частиц превышает интенсивность их отрыва. Причем, по мере накопления осадка в каждом слое загрузки, интенсивность отрыва частиц увеличивается. Наконец, наступает такой момент, когда вся имеющаяся толщина загрузки оказывается уже недостаточной для обеспечения требуемой степени осветления воды и концентрация взвеси на выходе из загрузки начинает быстро увеличиваться (рисунок 5.1).
Время, в течение которого данная загрузка способна осветлять воду
до заданной степени, называется временем (продолжительностью) защитного действия загрузки. Пока это время не исчерпано, на выходе из загрузки получается вода требуемого качества. По истечении времени защитного действия, качество фильтрата начинает ухудшаться.
Определение времени защитного действия загрузки - основная задача изучения закономерностей процесса осветления воды фильтрованием.
По истечении времени защитного действия загрузки фильтр необходимо промывать для достижения его первоначальных характеристик.







Рисунок 5.1 - Изменение концентрации взвеси в растворе
на выходе из фильтрующего слоя во времени.

Для механизации этого процесса предлагается разрабатываемое нами приспособление для промывки загрузки фильтра. Использование данного приспособления позволяет повысить производительность труда, улучшить качество фильтрации, избавиться от потерь времени связанных с простоем оборудования.


5.2 Расчет потребности промывки загрузки фильтра

Таким образом, в практике водоподготовки методом фильтрования основными параметрами являются:
- продолжительность защитного действия загрузки, в течение которого фильтр обеспечивает подачу воды нужного качества, tз;
- время, в течение которого достигается предельно допустимая потеря давления воды в слое загрузки, tн.
Используя критерии подобия для процесса осветления, можно вычислить значения tз и tн
, (5.1)

, (5.2)


где - толщина слоя загрузки, см; - предельная потеря давления воды в слое загрузки, см; - параметры фильтрования; - начальные потери давления в загрузке, см; - функция (значения берутся из таблицы); - параметр, характеризующий интенсивность прилипания загрязнений к зернам загрузки; - параметр фильтрования.

, (5.3)

где - коэффициент формы зерна (для песка: 1,17 - 1,25; для антрацита: 1,5; для горелых пород: 1,8 - 1,9; для дробленого керамзита: 2,30 - 2,67); - скорость фильтрования, м/ч; d - диаметр зерен загрузки, мм.

.
ч.

Из расчёта видно, что промывка требуется довольно часто, но не постоянно. Для нормальной работы фильтра её необходимо делать три раза в смену.[13]

5.3 Описание конструкции и принципа
работы приспособления

Приспособление для промывки загрузки фильтра состоит из следующих узлов и деталей:
- упор для корзины с роликами;
- корзина с фильтрующим элементом;
- шкивы с ремнями;
- электродвигателя с креплением;
- насос;
- трубопроводы.
Приспособление предназначено для установки «Соловей-УСФ-1/2.2», а именно для промывного фильтра с плавающей загрузкой.
Его работа заключается в следующем.
На внутреннюю поверхность фильтра закрепляется упор для корзины с закреплёнными на нём по периметру роликами. Далее на упор устанавливается корзина с фильтрующим элементом, загруженным между двух сеток. Корзина свободно вращается на упорных роликах. В верхней части корзины предусмотрен шкив, который соединён со шкивом на промежуточном валу, а тот в свою очередь ременной передачей с валом электродвигателя.
Также в приспособление входит насос с системой трубопроводов.
При работе установки, корзина с фильтрующим элементом вращается с необходимой скоростью вокруг своей оси на роликах, приводимая в движение электродвигателем. Насос забирает из резервуара часть очищенного раствора и под давлением подаёт его на промывку фильтра. При этом патрубки установлены таким образом, что в процессе вращения корзины, промывке подвергается вся загрузка фильтра. Одновременно с промывкой фильтра через специальный патрубок из корзины откачивается загрязнённый раствор и подаётся на повторную очистку.

5.4 Расчет геометрических параметров приспособления

При расчете параметров фильтров для достижения определенной степени очистки, для расчета основных габаритных размеров фильтра исходными будут следующие параметры:
- производительность Q (в нашем случае Q=4 м3 /ч с учётом работы насоса на промывку);
- время контактирования tф с дисперсной загрузкой (0,08 ч.);
- линейная скорость Vл движения воды в загрузке(12 м/ч).
Ориентировочный объём резервуара очищаемого раствора рассчитаем по формуле

Vр= Q tф . (5.4)
Vр=40,08=0,32 м3.

Принимаем: радиус – 0,5 м, высота – 0,5 м. Получаем объём равный 0,392 м3.
Высота слоя загрузки
Нз=tфVл . (5.5)
Нз=0,0812=0,96 м.


5.5 Кинематический расчет и выбор электродвигателя

Для выбора электродвигателя необходимо определить КПД привода.
Для одной пары роликов р = 0,992;
Для ременной передачи рем = 0,950.
Общий КПД привода определяем по формуле
пр=4рем.р6 . (5.6)
Получаем
пр=0,99260,954=0,776

Мощность электродвигателя определяем по формуле
    (5.7)
где  РТ = 1 кВт – мощность, необходимая для привода корзины.

  кВт


Выбираем асинхронный двигатель серии 4А основного исполнения с синхронной частотой вращения n1=750 мин-1. Условное обозначение – 4А112МА8У3. Параметры выбранного электродвигателя: мощность Рдв = 2,2 кВт; асинхронная частота вращения nдв = 705 мин-1.
Определяем передаточное число привода

uобщ = nдв /nТ = 705/8 =88,125   (5.8)

где  nT = 8 мин-1 – частота вращения корзины.

Определяем частоты вращения:
вал электродвигателя nд. = 705 мин-1;
промежуточный вал nп = 195,8 мин-1;
корзина nк=7,84 мин-1.
Определяем мощности на валах:
вал электродвигателя Рд=2,2 кВт;
промежуточный вал Рп= 2,09 кВт;
корзина Рк= 1,98 кВт.
Определяем крутящие моменты на валах:
вал электродвигателя Тд = 9550• Рд/nд =29,8 Нм;
промежуточный вал Тп=9550Рп/nп=101,9 Нм;
корзина Тк=9550Рк/nк=2411,8 Нм.


5.6  Расчет клиноременной передачи

Передача вал электродвигателя - промежуточный вал.
Выбираем клиновой ремень типа А.
Диаметр ведущего шкива D1 – 50 мм, диаметр ведомого шкива D2 – 180 мм.
Приближенное межосевое расстояние рассчитываем по формуле

а=(0,55...2)( D1+ D2). (5.9)
Получаем а=250 мм.
Приближенную длину ремня рассчитываем по формуле

L=2a+0,5π( D1+ D2)+ ( D1+ D2)2/4a. (5.10)

Получаем L=914 мм. Уточняем длину ремня (по длинам стандартных ремней) и получаем L=900 мм.
Уточняем межосевое расстояние

а=2L-π( D1+ D2)+(( 2L- π( D1+ D2)2-8( D1+ D2)2)1/2.

Получаем а=241,12 мм.
Тяговая способность по допускаемому удельному окружному усилию

К=К0С1С2С3, (5.11)
где К0 - исходное удельное окружное усилие (1,18 МПа), С1, С2, С3 – поправочные коэффициенты
К=1,18•0,83•1,00•1,00=0,98 МПа.

Необходимое число ремней

Z=Ft•/K•S1 , (5.12)
где Ft•- окружное усилие, S1 – площадь сечения одного ремня (81 мм2).

Ft=2Tд/D1 =119,2 Н, (5.13)
Z=119,2/0,98•81=1,5.
Принимаем Z=1.
Нагрузка на валы передачи

Q=2•σ0• С3• S1• Z•sinα/2 , (5.14)

где σ0 – начальное напряжение (1,4 МПа), α – угол обхвата (120o).

Q=2•1,4• 1,00• 81• 2•sin60=392,8 Н.

Передача промежуточный вал - корзина.
Выбираем клиновой ремень типа А.
Диаметр ведущего шкива D1 – 50 мм, диаметр ведомого шкива D2 – 1250 мм.
Приближенное межосевое расстояние - а=780 мм
Приближенная длина ремня - L=4142 мм
Уточняем длину ремня (по длинам стандартных ремней) и получаем L=4000 мм.
Уточнённое межосевое расстояние а=773 мм.

Тяговая способность по допускаемому удельному окружному усилию

К=1,18•0,83•1,00•1,00=0,98 МПа.

Необходимое число ремней

Ft=2Tд/D1 =95,8 Н,
Z=119,2/0,98•81=1,2.
Принимаем Z=1.
Нагрузка на валы передачи

Q=2•1,4• 1,00• 81• 2•sin60=392,8 Н.

5.7  Расчет промежуточного вала

Предварительный расчет валов проводится по напряжениям кручения для определения наименьшего диаметра вала. Исходя из найденного диаметра, производится конструирование вала.
Принимаем допускаемые напряжения кручения = 25 МПа.
Диаметр определяем по формуле
, (5.15)
где  Т – крутящий момент на данном валу, Н•м.
Получаем соответственно для промежуточного вала
мм.
 Принимаем из ряда нормальных линейных размеров диаметр концевого участка промежуточного вала под шкивом dш=15 мм.
Исходя из диаметра вала под шкивом и правильного конструктивного оформления вала, выбираем остальные диаметры.



Рисунок 5.2 - Эскиз промежуточного вала.




5.8  Расчет шпоночных соединений

Призматическая шпонка рассчитывается на смятие и на срез.
Из условия прочности на смятие рассчитывается часть шпонки, выступающая из вала.

σсм=2Т/lpd(h-t1)<[ σсм], (5.16)

где σсм – напряжение смятия, Т – крутящий момент на валу, lp - длина шпонки, d – диаметр вала, h,t1 – справочные размеры соединения, [ σсм] – допускаемое напряжение смятия (30...50 МПа).

σсм1=2•101,9/40•20(6-3,5)=0,088<[ σсм],

σсм2=2•101,9/20•26(7-4)=0,13<[ σсм],

σсм3=2•101,9/20•14(5-3)=0,36<[ σсм].

Условие прочности шпонки на срез имеет вид

τср=2Т/b•l•d<[ τср] , (5.17)

где τср – напряжение на срез, [ τср] – допускаемое напряжение на срез (100 МПа).

τср1=2•101,9/6•40•20=0,036<[ τср] ,

τср2=2•101,9/8•20•26=0,048<[ τср] ,

τср3=2•101,9/5•20•14=0,14<[ τср] .

Условия на смятие и на срез выполняются, следовательно призматические шпонки ГОСТ 8794-68 6640, 8720, 5520 можно применять.

5.9  Выбор подшипников

Тип подшипника выбирается в зависимости от нагрузки, ее на-правления и характера действия на опору. При этом учитываются и такие факторы, как требуемая жесткость опоры, недопустимость перекосов от несоосности посадочных мест или прогибов валов, способ фиксации связанных с опорами деталей, обеспечение удобства монтажа и, если требуется, регулировка, быстроходность опоры, упрощение конструкции и унификация опор, их стоимость и др.
Наиболее просто решается задача, когда на опору действует только радиальная или совместно с ней небольшая осевая нагрузка (Fa<0,3 Fr). В данном случае необходимо ориентироваться на радиальные однорядные шарикоподшипники, обеспечивающие наибольшую простоту конструкции опор и имеющие наименьшую стоимость, если при этом к опоре не предъявляются особые требования по жесткости, самоустановке и точной фиксации валов в осевом направлении. Если опора должна иметь повышенную жесткость только в радиальном направлении, следует использовать радиальные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами, хотя при этом несколько усложняется конструкция опоры из-за необходимости осевого крепления одного или обоих колец. Такие подшипники можно применить только при отсутствии постоянно действующей осевой нагрузки и на подшипник с бортами, которые предназначены лишь для фиксации валов в осевом направлении и восприятия небольших непродолжительных осевых нагрузок. При повышенных требованиях к радиальной жесткости и действии небольших осевых нагрузок следует применять конические радиально-упорные подшипники, лишь немногим уступающие по стоимости радиальным роликоподшипникам, но обеспечивающие точную осевую фиксацию, простую конструкцию опорного узла, хотя и при меньшей быстроходности. Если опора требует самоустановки, в зависимости от требуемой радиальной жесткости при отсутствии особых требований к жесткости осевой применяют двухрядные сферические шариковые или роликовые подшипники. При этом предпочтительны шариковые подшипники, так как роликовые дороже примерно в 3 раза.
Самоустанавливающиеся подшипники могут воспринимать и небольшие осевые нагрузки, причем шариковые в меньшей степени, а роликовые до 25 % неиспользованной радиальной, но точную осевую фиксацию не обеспечивают. Следует иметь в виду, что сферические двухрядные роликоподшипники благодаря своей высокой радиальной грузоподъемности и жесткости применяют часто в тех случаях, когда самоустановка и не требуется, но опора несет большую радиальную нагрузку. При ограниченных радиальных габаритах и отсутствии осевых нагрузок часто применяют игольчатые роликоподшипники.
Если на опоры действуют одновременно радиальные и осевые нагрузки при Fa>0,3 Fr и не требуется самоустановка, в основном применяют конические роликовые или шариковые радиально-упорные подшипники. Причем при повышенных требованиях к жесткости опор и точности фиксирования связанных с ними деталей, например конических (с непрямыми зубьями) и червячных колес, предпочтительны конические роликоподшипники. Они по стоимости не уступают радиально-упорным шариковым, а при углах контакта 26° и выше дешевле их. Конические роликоподшипники по сравнению с радиально-упорными шариковыми менее быстроходны, имеют большие потери на трение, обладают меньшей точностью и большей шумностью. Если эти требования являются определяющими для конкретных опор, следует применять радиально-упорные шариковые подшипники. При увеличении отношения Fа/Fr нужно принимать шарикоподшипники с большим углом контакта α, так как с его увеличением увеличивается осевая жесткость, хотя и за счет уменьшения радиальной. Необходимо помнить, что с увеличением α уменьшается быстроходность подшипников. Рекомендуется принимать α=12° при Fа/Fr=0,35...0,7; α = 26° при Fа/Fr = 0,7..1; α = 36° при Fа/Fr >l. При Fa/Fr=l,5 лучше применять конические роликоподшипники, а если невозможно, нужно принять сдвоенные радиально-упорные шарикоподшипники, у которых одноименные торцы расположены в одну сторону (тип 436 000, 446 000 и 466 000). В одной опоре может быть несколько таких подшипников. На второй опоре в данном случае ставят два таких же подшипника, воспринимающих осевую нагрузку в обратном направлении, или, если позволяет частота вращения вала, один конический роликоподшипник. Следует иметь в виду, что отдельно взятый однорядный радиально-упорный подшипник воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении, поэтому для второй опоры нужно принимать радиально-упорный подшипник для восприятия осевой нагрузки в противоположном направлении.
В нашем случае на опоры промежуточного вала действует радиальная и совместно с ней небольшая осевая нагрузка в связи с его вертикальным расположением.
Выбираем следующие подшипники:
- для диаметра 10 мм – шариковый радиальный однорядный 1 000 099;
- для диаметра 20 мм – шариковый радиальный однорядный 304;
- для диаметра 20 мм – конический радиально-упорный 7604.[15,16,17,18]