污水管道清淤裝置的設計與研究

王 薇

（晉能控股煤業(yè)集團馬脊梁礦，山西 大同 037005）

引言

在污水管道漫長的使用中經常會發(fā)生淤積問題，污水管道中的泥沙或者固體狀的污物沉積在污水管道中，阻礙污水管道排污。沉積了泥沙或者污物的污水管道中污水流速降低，污水中的雜質進一步堵塞污水管道，最終污水管道的無法排污造成污水蔓延的現(xiàn)象，同時在雨季也會造成內澇，對人民群眾的財產和生命造成威脅[1]。企業(yè)中經常會發(fā)生污水管道淤積的現(xiàn)象，如果任由污水管道淤積而不進行排淤，會導致排污系統(tǒng)效率的降低甚至給企業(yè)員工的生活造成危害。

1 污水管道清淤工作中存在的問題

引發(fā)污水管道淤積問題的主要原因是排污管道的管徑較小，污水管道因為歷史遺留或者成本等原因仍然存在著大量的管徑較小的排污管道。小管徑的污水管道的清淤技術現(xiàn)階段仍不成熟，阻礙了對污水管道的清理排污工作，對城市排污系統(tǒng)的正常工作產生了不利的影響。

小管徑的污水管道清淤工作存在的主要問題有：

1）市政部門對小管徑的排污管道清淤工作不重視，往往等發(fā)生淤積問題時才會進行清淤工作；

2）小管徑的排污管數量多；

3）老舊企業(yè)的污水管道資料不清，構造復雜；

4）較小的管徑使得人工清淤難以進行，同時大型清淤設備也無法運行；

5）管道內會產生有害及易燃易爆或者有毒的氣體，例如CO、H2S、CH4、CO2、SO2等，有一定的危險性。為了能夠更好地完成小管徑排污管道的清淤工作，需要設計一款清淤裝置對污水管道進行清淤工作。

2 清淤裝置的設計方案

污水管道內環(huán)境未知，可能存在易燃易爆或者有毒的氣體，在清理污水管道時如淤積物不回收清除到污水管道外，可能會再次堵塞污水管道，所以清淤設備要能夠適應復雜的環(huán)境，為了避免發(fā)生爆炸的危險盡量不使用電氣設備或者要對電氣設備做好嚴密的保護；清淤設備的動力來源要穩(wěn)定簡單，盡量不要對污水管道造成二次污染；清淤設備的成本也要盡可能低，設備結構也要盡可能簡單，滿足大規(guī)模使用的條件[2]。所以在對清淤裝置方案進行設計主要有選擇何種動力、行進方式、是否回收淤積物以及采用何種控制系統(tǒng)這四個方面，清淤裝置具有淤積物的回收、充足的動力進行清淤和排污、安全可靠、結構簡單，方便操作，成本盡量低等特性。

2.1 動力系統(tǒng)方案（見表1）

經比較，清淤裝置采用氣壓傳動的方式為裝置提供動力，清淤裝置無需復雜的超控，對于小管徑的污水管道進行清淤工作時也無需太大的動力，同時氣動能夠保證在清淤過程中的安全性。

表1 動力方案

2.2 行進方式

清淤裝置的行進方式選擇間歇式行進，間歇式行進方式是指用行進氣缸前后一端固定另外一端前進的行進方式，清淤裝置往復進行伸出和收縮動作，從而帶動整個清淤機械裝置向前推進的行進方式，如下頁圖1所示。間歇式行進方式行進簡單，能適應污水管道內復雜的環(huán)境，能充分利用清淤裝置本身的機械結構，結構簡單，無需專門的傳動裝置。雖然采用間歇式行進方式的清淤裝置行進速度緩慢，需要復雜的控制系統(tǒng)，但是清淤裝置無需較快的行進速度，所以選擇間歇式行進方式能夠滿足清淤裝置的需求，清淤裝置間歇式行進的方式更可靠、設備也更為簡約。

圖1 間歇式行進方式

2.3 淤積物回收方案

在清淤的過程中如果不將淤積物回收，其會隨著水流污染到地下水，同時會增加污水處理廠的工作量，降低污水處理效果，所以在清淤時需要將淤積物抽出排水管道，對淤積物進行回收處理，在設計清淤裝置時可以利用裝置自身的動力將淤積物排出管道，以便精簡設備。

2.4 控制系統(tǒng)

清淤裝置采用氣動控制方式的原因為：清淤裝置的動力裝置為氣動，采用氣動控制無需再安裝其他動力的設備對清淤裝置進行控制；氣動控制系統(tǒng)能夠在含有易燃易爆氣體的污水管道內安全運行，不需像電動控制擔心其產生電火花引發(fā)安全問題。清淤裝置的運行動作簡單，也無需太復雜的控制，采用氣動控制系統(tǒng)可保證清淤裝置平穩(wěn)安全的運行，滿足清淤裝置的需求。

清淤裝置的構造原則為結構簡單、適用性強、安全節(jié)能，所以在設計清淤裝置時采用氣動傳動的方式為裝置提供動力，間歇式行進的方式還能將淤積物搜集排出污水管道，防止再次淤塞污水管，氣動控制的方式與動力方式相同，安全的同時減少零部件。

3 清淤裝置運行分析

清淤裝置的工作示意圖如圖2所示，清淤裝置在工作的同時將淤積物吸收進裝置后順著輸泥管道回收到容器中進行處理。

清淤裝置的氣動裝置需要的壓強為[3]：

式中：pf為淤積物在污水管道中造成的阻力消耗的能量；pm為排污管內局部阻力消耗的能量，與pf有關；ph為回收淤積物需要的能量。

圖2 清淤裝置的工作示意圖

淤積物在污水管道中造成的阻力消耗的能量為：

式中：ρm為淤積物的密度；λ為淤積物在污水管道中移動時阻力的系數；l為污水管道的長度；d為污水管道的管徑；v為清淤裝置在污水管道中移動的速度。

回收淤積物需要的能量為：

式中：ρm為淤積物的密度；g為重力加速度；h為排污管到地面的距離。

在污水管道清淤裝置運行過程中能夠通過公式確定在排污過程中需要的氣動裝置為滿足工作所需的壓力，避免了能量的浪費。

4 結論

小管徑污水管道的清淤問題一直是企業(yè)管理工作的難點，小管徑污水管道無法采用常用的人工方式進行清淤，所以為了解決污水管道的清淤問題設計了清淤裝置對污水管道進行清理，通過設計清淤裝置得到如下結果：

1）通過對清淤裝置選擇何種動力、行進方式、是否回收淤積物以及采用何種控制系統(tǒng)的分析研究，確定了清淤裝置的主要構造與功能；

2）通過對清淤裝置的運行狀態(tài)分析，分析出清淤裝置中氣動傳動與控制裝置為了滿足清淤的需要所需壓強的計算公式，在實際清淤過程中通過計算得出最佳的壓強，既能滿足工作需要又能節(jié)省能源。