一種露天皮帶機積水定向收集裝置

李 祥 孫海洋

張家港港務集團有限公司港盛分公司

1 引言

某碼頭主要從事煤炭、礦石等散貨裝卸作業，采用門座起重機→漏斗→固定皮帶機→斗輪堆取料機的裝卸工藝。碼頭前沿的皮帶機大部分在露天條件下工作，雨天皮帶機上會存有大量雨水，同時操作人員也會將皮帶機周邊的灑料清理到皮帶機上，皮帶機啟動時大量夾雜有物料的污水沿皮帶機溢出，造成碼頭面、轉運站及整個流程作業線污染嚴重[1]。為了減少雨水、污水灑漏造成的污染，決定研發皮帶機污水、積水定向收集裝置。

研發的雨污水收集裝置既要能將皮帶機上的積水定向回收排放到碼頭后沿排水明溝，又要能將皮帶機上的積料分離，且裝置需要在皮帶機連續運轉的情況下正常使用。

2 項目實施方案

2.1 總體思路

皮帶機承載面是一個平底V字型槽形結構，積水部位多處于水平段，常規排水采取積水處架設排水泵抽取的方式，如皮帶機中間有積料，經常需要操作人員移動水泵分段抽取[2]。若將排水泵定置在1個點，需要排水時取水頭采用電動升降或翻轉的方式靠近皮帶機，抽取到一定水位后用皮帶機運轉代替水泵移動，啟動皮帶機調整抽取位置后繼續抽取，皮帶機運行過程中取水頭遇到有積料的部位自動升降避開，避開積料后繼續進入正常抽取狀態，這樣就既完成了雨污水抽取，也實現了積料和雨污水的分離。

2.2 方案設計

設備的設計主要針對皮帶機積水抽取、取水裝置設計、雨污水與積料分離3個關鍵性環節。

2.2.1 積水抽取設備設計

皮帶機積水抽取的設備應用較多的是潛水泵、排污泵和自吸泵3種。3種常用水泵使用上差異較大，潛水泵使用時取水口緊貼水源、電機需要浸在水里冷卻，水位低于取水口后無法使用；排污泵使用前需要注水，水位偏低吸入空氣后不能繼續使用；自吸泵使用前無需注水，如進水口與水泵距離較遠，有空氣進入情況下上水比較慢，使用時進水口必須在水位下方。考慮到皮帶機上間斷性的積料會造成斷吸且泵體和取水裝置需要分離，現有設備不能滿足雨污水收集，借鑒吸污泵車的工作原理后決定研發一種新型負壓泵站，作為皮帶機積水的抽取設備(見圖1)。

1.切斷閥 2.污泥泵 3.污水箱 4.吸水口 5.清水箱 6.水環真空泵圖1 負壓泵站結構

負壓泵站工作時利用水環真空泵將污水箱內部空氣抽走，空氣抽走后污水箱形成負壓狀態，此時進水管利用虹吸原理吸水。當污水箱內部水位達到一定高度時，泥污泵開啟將污水箱內部積水抽空。泥污泵和真空泵同時開啟的情況下進水管流速加快，即使在進水管內混有空氣情況下也能正常抽取。

水環真空泵依靠泵體內的葉片轉動將進氣管的氣體轉移到排氣口從而形成負壓，工作時需要用水冷卻和真空密封，因此水箱被分成污水和清水2部分，清水一側為真空泵提供冷卻，污水一側作為雨污水臨時存儲。為確保真空泵開啟后污泥泵能正常排水，設計選型時污泥泵的揚程遠大于真空泵的極限真空度，污水箱一側安裝密封蓋板用于定期清理內部雜物，也作為后續加裝自動排料的預留接口。真空泵進氣管路加裝電磁閥，用于隔斷與污水箱的連接；污水箱積水通過一側的污泥泵抽取，污泥泵外側加裝自制切斷閥，確保污水箱負壓環境建立。

2.2.2 旋轉式吸水裝置設計

吸水裝置通過旋轉方式靠近輸送帶，設計時采用液壓油缸作為動力源，利用獨立液壓站驅動。吸水裝置采用方管支架固定在皮帶機上方，方管支架可根據皮帶機寬度及高度調整，吸水頭整體形狀與皮帶機凹槽形狀一致，吸水頭底部和周邊安裝輸送帶擋邊確保良好密封(見圖2)。

1.吸水頭 2.緊張彈簧 3.機架 4.旋轉油缸圖2 吸水裝置結構

吸水頭裝置液壓站設置有溢流保護和壓力超壓檢測保護。系統吸水工況下，液壓站換向閥導通，油缸內部壓力自動卸除，吸水頭靠自身重力和張緊彈簧張力與皮帶機膠帶貼牢；遇到皮帶機積料時，吸水頭阻力增加，此時吸水頭在物料推動下輕微抬起，抬起高度與物料高度成正比，抬起后積料從吸水頭底部順著皮帶機運行的方向運走，雨污水仍然留在積料上部實現積料和雨污水分離。吸水頭處進水管安裝的鋼制底閥將積水中的大塊顆粒堵在管外，小塊顆粒沿管道進入負壓站回收。

2.2.3 控制系統設計

整套系統采用PLC控制，設有相序、過流、欠壓保護，各類限位開關采用24 V安全電壓，整體滿足IP65防水等級，控制系統拓撲圖見圖3，主要功能如下。

圖3 系統控制拓撲圖0頁)一種楔形自鎖式軌道壓板組件的設計與應用周傳勝 王宏鋒 宗新斌 徐敏山寧波鎮海港埠有限公司

(1)系統設有手動和自動2種模式，手動模式下人工可獨立旋轉取水頭、開關真空泵和污泥泵；自動模式下，手動旋轉取水頭后系統自動開始工作，真空泵、污泥泵按設定流程自動運行。

(2)取水裝置采用獨立液壓控制，液壓站上裝有1路二位四通電磁換向閥，液壓系統采用雙重保護措施：系統達到設定壓力后，壓力開關動作，液壓站自動停止；取水頭轉動手柄處安裝上下極限限位，達到限位后系統自動停止轉動。

(3)真空泵入口電磁閥與真空泵聯動，污水泵后端切斷閥與污水泵聯動。

(4)系統開啟后真空泵一直工作，清水箱內冷卻水不足、污水箱負壓達到設定值時，真空泵停止運行并故障報警。

(5)污水箱液位高度高于最高水位時真空泵停止，污泥泵開啟，液位低于設定值時污泥泵停止工作。

(6)整套系統連續工作15 min后自動停止。

2.2.4 項目實施

為提高污水箱抗積料腐蝕能力和使用性能，箱體采用不銹鋼制作。為確保清水箱具有良好的散熱功能，污水箱與清水箱制作成一體，縮小了整套系統外形尺寸，污水箱內的水流可帶走清水箱內的熱量。各類檢測開關、傳感器及控制儀表選型如下：污水箱一側液位傳感器采用三針液位計，清水箱一側采用浮球液位開關，真空雙針表、液壓系統控制開關均手動調整；市場上的切斷閥均采用氣動、液壓作為動力源，為確保污泥泵停止工作后即刻形成密閉條件，項目中使用的切斷閥為自行設計。切斷閥采用電磁鐵作為動力源，有著響應快、可靠性高的特點。

3 結語

皮帶機雨污水收集裝置在散貨碼頭通用性強、適用性高、需求量大。此次研發的收集裝置在行業內未見同類產品，在港口碼頭及輸送機械領域具有一定的技術創新性和推廣價值。