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文本模板-食物垃圾處理器設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2024-12-15 00:51本頁面
  

【正文】 sinbiF ???徑 向 (21) 徑向動量的增長同被圓盤帶著轉(zhuǎn)動的流體的離心力相平衡, 2Fr????離 (22) 臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 13 ? 為被帶著轉(zhuǎn)動的流體層的厚度的量度 ,? 為圓盤旋轉(zhuǎn)的角速度, r 為圓盤半徑 , 故切應(yīng)力的徑向分量與 ???2 r 成比例,即: 2sinbi r? ? ?? ?? (23) 即: 2 sinbi r? ?? ? ?? 應(yīng)力的周向分量 cosbiF ???切 周 (24) ? ?0F ?? ??? ? ??切 周 按其量級可表示為 cosbi v? ? ? ?? (25) 圓盤的旋轉(zhuǎn)速度等于旋轉(zhuǎn)角速度乘以圓盤的半 徑 vr??? 所以 cosbi r? ? ?? ?? (26) 將式 (23)代入 式 (26)得: 2 c os si nrr?? ? ? ? ?? ?? 由實(shí)驗(yàn)可知 : ? 與半徑無關(guān),為一個常量 ,則化簡 上式得 : 2? ? ??? (27) 根據(jù)運(yùn)動粘性系數(shù)定義: ???? (28) ? 為運(yùn)動粘性系數(shù), ? 為粘性系數(shù), ? 為密度 將式 (28)代入 式 (27)得 : 2???? ? ?12???? (29) 將式 (29)代入 式 (23)得 : 21 sinb r? ? ?? ?? 由于 ? 為常量,所以 ? ?122bi r? ?? ??? ? ?12bi r? ? ? ??? 轉(zhuǎn)矩 ? 與 1b?? 面積 ? 力臂成 比例 ? ?124r?? ? ?? ? ? 對于半徑為 r 和周向速度為 V 的圓盤,其系數(shù)為 , 且 vr?? , 故阻力矩為 ? ?1243 .8 7 2 r? ? ?? ? ? ? ? ? 7 1 2r v r vr?? ? ? 依據(jù)食物垃圾迅速變?yōu)?3 5mm? 顆粒的設(shè)計(jì)結(jié)果要求。這樣,經(jīng)過一個短暫的起始階段后,便建立了一個定常流動,它對圓盤的旋轉(zhuǎn)施加了相當(dāng)大的阻力。 (1) 流體旋轉(zhuǎn)阻力矩 設(shè)一個半徑為 R 的圓盤,在本來靜止的流體中旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)軸通過圓盤的中心且與圓盤垂直。 粉碎刀盤的力學(xué)分析及材料的選擇 1 .粉碎刀盤工作的載荷: 組合刀盤工作時需克服阻力,為確保刀盤有足夠的強(qiáng)度,設(shè)計(jì)刀盤時首先應(yīng)對刀盤所承受的載荷進(jìn)行分析。 接口及刀盤尺寸的確定是參考我國廚房洗滌盆下水口的結(jié)構(gòu)尺寸及食物垃圾多、硬、雜、粗等特點(diǎn) , 目前我國廚房洗滌盆下水口的結(jié)構(gòu)尺寸基本上是統(tǒng)一的,直徑為114mm , 只是在輪廓上有大小、深淺之分。其中驅(qū)動電機(jī)和粉碎刀盤為垃圾處理器的關(guān)鍵部分,它們的好壞直接影響食物垃圾處理器的使用效果。 粉碎室內(nèi)壁四周嵌有套裝成一體的由內(nèi)齒環(huán)和端齒圈組成 , 作為臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 12 固定刀組的齒形碾磨環(huán) , 它與轉(zhuǎn)盤之間有一間隙 , 轉(zhuǎn)盤由永磁電機(jī)驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn) ,通過固定刀組與旋轉(zhuǎn)刀組實(shí)現(xiàn)多重多向粉碎功能。 圖 4 食物垃圾處理器工作原理圖 粉碎室下部側(cè)壁設(shè) 有排污管 (出水彎管 ), 室內(nèi)裝有多重多向粉碎功能的固定刀組和旋轉(zhuǎn)刀組 , 旋轉(zhuǎn)刀組由安裝在帶孔轉(zhuǎn)盤上下兩面的粉碎刀組成。這種垃圾處理方式不會阻塞化糞池 , 使食物殘?jiān)菀浊謇?, 廚房環(huán)境更加清潔 [23]。 圖 2 帶旋轉(zhuǎn)刀組的轉(zhuǎn)盤 圖 3 固定刀組 轉(zhuǎn)盤由下部高啟動轉(zhuǎn)矩永磁電機(jī)驅(qū)動高速旋轉(zhuǎn) , 依靠內(nèi)齒環(huán)和端齒環(huán)及高速旋轉(zhuǎn)的刀共同對被處理物進(jìn)行破碎,撕拉等作用,通過固定刀組與旋轉(zhuǎn)刀組實(shí)現(xiàn)多重多向粉碎功能。粉碎室內(nèi)壁四周嵌有套裝成一體的 , 由內(nèi)齒環(huán)和端齒圈組成 ,作為固定 刀組的齒型碾磨環(huán) , 它與轉(zhuǎn)盤之間有一定間隙 。前部 短片呈齒爪狀 , 位于垂直方向有夾角的多個平面內(nèi)。 廚房食物垃圾處理器的工作原理及組成 廚房食物垃圾處理器的工作原理 廚房食物垃圾處理器就是把廢棄食物倒入水池 , 隨水流下 , 落入粉碎室內(nèi)腔的轉(zhuǎn)盤1 上。在產(chǎn)甲烷菌群的作用下,生成甲烷和二氧化碳,完成對廚房垃圾有機(jī)廢物顆粒的消化過程。脂肪水解后形成甘油和脂肪酸,并進(jìn)一步 降解形成各種低級的有機(jī)酸。一般可分為酸性發(fā)酵和堿性發(fā)酵兩個階段。 廚房食物垃圾破碎后的顆粒在隨水流動的過程中,有可能被管道上的淤泥所阻擋而滯留,這時有機(jī)顆粒依靠厭氧菌群和兼性菌群進(jìn)行厭氧發(fā)酵。 圖 1 食物垃圾處理器的工藝流程圖 荷蘭有研究人員在荷蘭選取一些老城區(qū)做的研究表明:在設(shè)計(jì)的城市管道容量下,不會堵塞排水管道,而且我國現(xiàn)在正在增加城建管道的容量,廣泛使用塑料管道,增加管道的抗腐蝕性,加大污水廠的處理能力等各項(xiàng)措施,都有利于食物垃圾處理器進(jìn)入千家萬戶 [22]。被粉碎到一定粒度的顆粒進(jìn)入下水道后,在此流速下完全可隨水流沿城建管道送入生活污水處理廠進(jìn)行處理 [21]。由于在進(jìn)行污 水管道的水力學(xué)設(shè)計(jì)時,其原則是:不沖刷、不淤積、不溢流、要通風(fēng)。據(jù)上 海市環(huán)境研究所和美國賓夕法尼亞的環(huán)境工程研究院最近聯(lián)合調(diào)查顯示, 經(jīng)美國摯通公司的 U系列食物垃圾處理器處理過的食物垃圾在單位體積內(nèi)的分子數(shù)平均低于水分子的含量,食物垃圾的沉淀量少。本文所要設(shè)計(jì)的廚房食物垃圾處理器就是利用粉碎、剪切等方法把廚房食物垃圾快速粉碎成 3 5mm? 的顆粒狀,通過下水裝置排入污水管道系統(tǒng)。因此,我們決定采用第三個方案。垃圾處理器由投入口、粉碎室、驅(qū)動電機(jī)和排污口四部分組,驅(qū)動電機(jī)為處理器提供動力來源,粉碎室內(nèi)裝有多重多向粉碎功能的粉碎刀盤,是食物垃圾進(jìn)行粉碎的場所,驅(qū)動電機(jī)和粉碎刀盤是垃圾處理器 的關(guān)鍵部分,直接影響垃圾處理器的使用效果, 這種機(jī)器 更加適合我國的食物結(jié)構(gòu)和住宅特點(diǎn)。 但是這種機(jī)器由于有風(fēng)機(jī),所以不能粉碎剛從水池中流下的食 物垃圾,并且此種方案設(shè)計(jì)的機(jī)器噪音大、占地面積大,不能滿足家庭的使用要求。被粉碎的物料隨氣流進(jìn)入分級室,由于分級轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn),粒子既受到分級轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的離心力作用,又受到氣流粘性作用產(chǎn)生向心力作用,當(dāng)粒子受到的離心力大于向心力時,既分級徑上的粗粒子 返回粉碎室繼續(xù)粉碎分級徑以下的細(xì)粒子隨氣流進(jìn)入集粉器收集 。機(jī)殼內(nèi)壁全部經(jīng)機(jī)加工達(dá)到表面平整光滑,改變了老機(jī)型內(nèi)壁粗糙、 粉 塵堆積 的現(xiàn)象, 但是作為食物垃圾處理器我們需要的是占地面積小,便于連接,同時耗電量能被一般家庭所接受。 方案論證 方案一:設(shè)計(jì)的機(jī)器利用活動齒盤和固定齒盤間的高速相對運(yùn)動,使被粉碎 物經(jīng)齒沖擊、磨擦及物料彼此間沖擊等綜合作用獲得粉碎。加上政府在政策和輿論大力宣傳引導(dǎo),實(shí)行鼓勵政策,一方面提高了百姓的環(huán)境參與意識,充分調(diào)動社會力量保護(hù)環(huán)境。 3 有經(jīng)濟(jì)、社會效益 臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 7 由于我國經(jīng)濟(jì)與科技水平還不十分發(fā)達(dá),高額投入垃圾處理有較大困難, 許多固體垃圾處理廠在引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)后,由于缺乏科學(xué)的管理和資金的支持,處于半停產(chǎn)狀態(tài) ; 一些小區(qū)雖然引進(jìn)廚房垃圾的生化處理機(jī),但其使用成本太高,己經(jīng)超出百姓的支付能力范圍。 2 于垃圾的再處理 由于廚房垃圾含有大量的水分,給垃圾的焚燒帶來很大的困難,上海浦東垃圾焚燒廠現(xiàn)在就是依靠添加輔助燃料如油進(jìn)行垃圾焚燒,這樣一方面增加垃圾成本,另一方面在能源緊缺的中國還造成能源的大量浪費(fèi)。而減量化位居第一位,可見其重要性。 研究的意義 國外成功的應(yīng)用食物垃圾處理器來減少食物垃圾的經(jīng)驗(yàn),為我們處理日益增加的食物垃圾開辟了一條新途徑,從而呼喚適合我國的食物垃圾處理器。 課題目的和研究意義 課題目的 依據(jù)我國的實(shí)際情況,研制適合本國的廚房食物垃圾預(yù)處理裝置 —— 廚房食物垃圾處理器,使居民在家中可以直接對廚房垃圾進(jìn)行初 步處理,處理掉的食物垃圾通過下水管路排到陰井中。像 美國摯通公司生產(chǎn)的 U308 型食物垃圾處理器價格為 1580 元,而 insinkerator 公司生產(chǎn)的同規(guī)格產(chǎn)品價格竟為 2500 多元,如此高的價格為食物垃圾處理器在中國的廣泛推廣設(shè)置了障礙。同時,機(jī)器使用中產(chǎn)生的大噪音 也是不容忽視的因素。由于直接照搬國外產(chǎn)品,它不適合中國的住房特點(diǎn)和飲食結(jié)構(gòu)。 在上世紀(jì)九十年代末,食物垃圾處理器進(jìn)入中國。這種食物垃圾處理器目前在美國的家庭中使用率已很高,并由此波及至其他國家 [25]。由于固體垃圾的處理費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廢水的處理費(fèi)用,所以綜合全面因素進(jìn)行核算,應(yīng)用食物垃圾處理器可以為國家節(jié)約成本 [2026]。 只有一臺用電動機(jī)驅(qū)動的滾刀式粉碎機(jī)。海墨的設(shè)計(jì)師在自己的地下室設(shè)計(jì)出了世界上第一臺食物垃圾處理器,這一富于想象力的設(shè)計(jì)目的是為了減輕自己妻子廚房事務(wù)的負(fù)擔(dān),并且使廚房環(huán)境更干凈一些。食物垃圾處理器起源于美國。 食物垃圾處理器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀 目前,世界各國尋 求的方法各不相同 , 在加拿大,政府向居民免費(fèi)或低價提供堆肥桶,鼓勵居民將廚房垃圾在自己家進(jìn)行處理,而美國則鼓勵居民采用食物垃圾處理器,一種可以安裝在水槽下面的小型機(jī)器。在我國,北京、上海等地也都先后明令禁止運(yùn)用此類垃圾喂牲畜 [16][20]。另外,泔水在運(yùn)輸途中容易變質(zhì),嚴(yán)重的影響著人們以及牲畜的身體健康。另外,由于化臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 5 肥的低廉價格及廣泛應(yīng)用,使堆肥的前景并不樂觀。資料表明, 1 顆紐扣電池可以污染 60 萬升的水 [16], 1 節(jié)一號電池可以使 21m 的土地失去其使用價值 [20]。 堆肥 堆肥適合于食物垃圾,我國常采用傳統(tǒng)的厭氧堆肥,但其周期長,常為 36 個月,并受季節(jié)性影響。在各種垃圾組分中,廚 房殘 余垃圾的含水率最高,而且它的組分含量也最大,所以,影響生活垃圾焚燒效果的主要因素為廚 房殘 余垃圾。另外,我國的垃圾結(jié)構(gòu)也不 適合焚燒,表 2 和表 3 為長春市主城區(qū)生活垃圾的三 種 成分和垃圾各組分的含水率 調(diào)查統(tǒng)計(jì) 。其缺點(diǎn)是產(chǎn)生煙塵污染,投資大。 焚燒 焚燒是在高溫下燃燒垃圾 ,達(dá)到大量削減固體的目的,能迅速實(shí)現(xiàn)垃圾的“減量化”,焚燒后的體積僅為原來的 5%15%[16],同時焚燒產(chǎn)生的余熱還可以發(fā)電和供熱,對于土地面積比較小的國家,此種方法受到青睞。食物垃圾中含有更加豐富的有機(jī)物質(zhì),可回收再利用的成分很高,卻被直接的丟棄,造成能源的浪費(fèi) [1314]。垃圾填埋后,會釋放大量甲烷等溫室臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 4 氣體,污染空氣產(chǎn)生溫室效應(yīng)的同時也易引起爆炸,威脅著周圍居民的安全。另外,由于衛(wèi)生填埋產(chǎn)生的滲濾液能使周圍的地下水及土壤受到污染 (美國就曾發(fā)生過花費(fèi)數(shù)百億美元治理被垃圾填埋場滲漏液污染的地下水事件 ),故國外一些國家規(guī)定填埋的垃圾中有機(jī)質(zhì)含量不能超過 5%。 衛(wèi)生填埋 此特點(diǎn)是操作簡單,可處理多種類型的垃圾,但投資大,占地多,垃圾處理沒有減量化和資源化。再者,我國有把餐廚垃圾作為牲畜飼料的習(xí)慣,一些垃圾的細(xì)菌、重金屬 會通過牲畜的內(nèi)臟危害人體的健康,更有甚者,有一些不法之徒為了謀求 暴利,降低成本,甚至用“浴水油”提煉色拉油來加工食品,毒害百姓 [1820]。由于食物垃圾易腐爛,產(chǎn)生臭氣污染大氣的同時還使蒼蠅,嶂螂等害蟲橫行,傳播疾病。 廚房食物垃圾的危害 廚房食物垃圾中含有大量易腐物質(zhì),而我國垃圾收集容器和運(yùn)輸車輛對其并不適宜,從而帶來在垃圾收集和運(yùn)輸過程中的二次污染。 養(yǎng)元素高,可實(shí)施資源化 食物垃圾中營養(yǎng)元素含量高,干物料中粗脂肪約為 29%, 是大豆的 倍;粗蛋白約占 20%, 是玉米的 2 倍,有實(shí)驗(yàn)表明粗脂肪消化率為 %,粗蛋白消化率為 %,其消化率與常規(guī)飼料相近,是生產(chǎn)綠色飼料最理想的原料。 發(fā)熱值又稱發(fā)熱量,是指 1kg 的垃圾完全燃燒后 所釋放出的熱量,人們常用發(fā)熱值臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 3 來衡量或表示垃圾作為燃料的價值和能力。 食物垃圾的來源比較集中,主要是城鎮(zhèn)菜場垃圾、餐館飲食 垃圾、家庭廚房垃圾及各種市場的瓜果皮等城鎮(zhèn)垃圾。與其他垃圾相比,具有含水量、有機(jī)物含 量、油脂含量及鹽分含量高,營養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn),具有很大的回收利用價值。 表 1 19882021年上海市生活垃圾成分調(diào)查統(tǒng)計(jì)及 20212021年預(yù)測值 年份 產(chǎn)生量 有機(jī)垃圾(%) 無機(jī)垃圾(%) 紙類 塑料 竹木 布類 廚余 果類 金屬 玻璃 渣石 1988 240
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