CN103510505A - 污染泥土原位固化稳定化处理系统 - Google Patents

Abstract

一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，包括用于连接液压挖掘机的连接基板模块，连接基板模块设在均混臂的臂结构框架的上端，臂结构框架下端对称设有两个向下倾斜布置的定筒体，定筒体内固设有液压马达，液压马达通过传动装置与转动筒体连接，转动筒体的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板。本发明通过采用特制的均混臂，实现了对泥土的高效切削、翻抛、均混能力，三维多方位深度搅拌，设置的转动筒体（106）配合成螺旋线布置的搅拌刀板，具有混合搅拌效果好，破碎能力强，扭矩大，运动阻力小，不易损坏的优点。在高速转动过程中，对于流塑态的物料具有很好的搅拌扰动作用，在克服泥土粘滞阻力的同时，实现了泥土土质均化。

Description

污染泥土原位固化稳定化处理系统

技术领域

本发明涉及污染土壤修复、河湖清淤淤泥及污水处理厂污泥安全处置、垃圾填埋场污泥坑和软基原位固化稳定化安全处置的技术领域。特别是一种污染泥土原位固化稳定化处理系统。

背景技术

淤泥污泥生态安全处理处置是我国当前亟需解决的重大环境问题，国内一部分污泥进行垃圾填埋场填埋，但由于污泥的含水量比较高（约80%），污泥堆放后持水性较强，渗透系数小，抗剪强度低，内摩擦角接近于零，具有较强的流变性，使得填埋作业面容易形成沼泽从而导致填埋作业面无法压实，严重影响了填埋场的正常运行以及周边生态环境。

淤泥污泥处置负荷已不能满足现实需求，成套处置技术开发已成燃眉之急。本发明采用淤泥污泥原位固化稳定化安全处理技术，通过污染泥土原位固化稳定化均混搅拌器配合专用供料设备，采用强力搅拌工法，实现污泥和药剂充分混合，使污泥与药剂快速脱水包裹强化，达到固化稳定化安全处置要求。

随着污泥固化技术的发展，目前国内尚没有成熟专业原位固化搅拌设备。在此类技术研究中，提到了部分概念型设备（如中国专利：200920037964.8）结构性能不能满足实际工况要求，传动效率低，密封性差，搅拌深度有限。不能有效的解决搅拌均匀度差，效率低、药剂不能定量化和成本高等关键技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，可以解决现有技术中固化搅拌深度不够、搅拌均匀度差，效率低、药剂不能定量化和成本高等关键技术难题，可以实现三维多方位深度搅拌，操作灵活便捷，快速高效的实现污泥和药剂充分混合，使污泥与药剂快速脱水包裹强化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，包括用于连接液压挖掘机的连接基板模块，连接基板模块设在均混臂的臂结构框架的上端，臂结构框架下端对称设有两个向下倾斜的定筒体，定筒体内固设有液压马达，液压马达通过传动装置与转动筒体连接，转动筒体的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板。

所述的传动装置为行星齿轮传动装置，其中液压马达的输出轴与第一齿轮连接，第一齿轮与至少一个行星齿轮啮合连接，行星齿轮与内齿圈啮合连接；

行星齿轮的轴与定筒体固定连接，内齿圈与转动筒体固定连接。

所述的定筒体轴线之间的夹角为120~130°。

所述的转动筒体端头设有锥形头，锥形头的夹角为150~160°。

所述的多个搅拌刀板通过连接部与转动筒体连接，搅拌刀板和连接部的横截面成“T”字形，搅拌刀板外壁切线与转动筒体外壁切线的夹角为15~20°。

还设有药剂供料装置，药剂供料装置的上端开口位于靠近连接基板模块的位置，药剂供料装置的下端侧壁设有两个朝向转动筒体方向的出药口，在药剂供料装置的下端管口设有分药锥，分药锥的尖端伸入到下端管口内。

还设有油路及信号输送模块，其中的油路通过分配阀与各个液压马达连接，油路及信号输送模块的上部接口位于靠近连接基板模块的位置。

所述的油路及信号输送模块中还设有温度传感器、速度传感器、漏油传感器和深度传感器。

在定筒体和转动筒体之间还设有密封盘，其中定盘体与定筒体固定连接，动盘体通过多根预紧螺栓与行星齿轮传动装置的内齿圈连接；定盘体与动盘体之间的边缘端面形成密封接触。

所述的连接基板模块与液压挖掘机连接，连接基板模块上设有用于控制整个均混臂姿态的两根销轴，两根销轴位于不同的高程；

在液压挖掘机的一侧还设有供料器，供料器上设有供气装置和定量供应药粉和湿剂的的装置，供气装置和定量供应药粉和湿剂的的装置通过管路最终与均混臂上的药剂供料装置连接。

本发明提供的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，通过采用特制的均混臂，实现了对泥土的高效切削、翻抛、均混功能，定筒体和转动筒体与水平面有一定的夹角，实现三维多方位深度搅拌，转动筒体的扭矩高达10000至20000Nm，配合成螺旋线布置的搅拌刀板，具有混合搅拌效果好，破碎能力强，扭矩大，运动阻力小，不易损坏的优点。在高速转动过程中，对于流塑态的物料具有很好的搅拌扰动作用，在克服泥土粘滞阻力的同时，实现了泥土土质均化。达到强力均混的效果，且有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可实现有效的破碎搅拌。

采用的密封盘结构，通过采用面密封方式，结构简单，维修保养成本低。油路及信号输送模块中特制的出药口和分药锥的配合，可以使药剂正好送到搅拌刀板的位置，从而提高搅拌固化效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中均混臂的立体示意图。

图3是本发明中定筒体和转动筒体的结构示意图。

图4是本发明中药剂供料装置下端的结构示意图。

图5是本发明中行星齿轮传动装置的结构示意图。

图6是图5中B处的局部放大视图。

图中：均混臂1，连接基板模块101，油路及信号输送模块102，臂结构框架103，药剂供料装置104，定筒体105，转动筒体106，连接部107，搅拌刀板108，分药锥109，油路110，分配阀111，液压马达112，密封盘113，传感器114，行星齿轮传动装置115，锥形头116，出药口117，预紧螺栓118，第一齿轮119，行星齿轮120，内齿圈121，液压管路2，液压挖掘机3，供料器4。

具体实施方式

如图2中所示，一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，包括用于连接液压挖掘机3的连接基板模块101，连接基板模块101设在均混臂1的臂结构框架103的上端，臂结构框架103下端对称设有两个向下倾斜布置的定筒体105，定筒体105内固设有液压马达112，液压马达112通过传动装置与转动筒体106连接，转动筒体106的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板108。

如图2、3中，所述的多个搅拌刀板108通过连接部107与转动筒体106连接，搅拌刀板108和连接部107的横截面成“T”字形，搅拌刀板108外壁切线与转动筒体106外壁切线的夹角为15~20°。由此结构，搅拌刀板108的受力较小，不易损坏，并在搅拌过程中形成一个三维搅拌扰动空间，实现破碎、翻抛的效果，达到强力均混的效果，且有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可实现有效的破碎搅拌。

如图5中，所述的传动装置为行星齿轮传动装置115，其中液压马达112的输出轴与第一齿轮119连接，第一齿轮119与至少一个行星齿轮120啮合连接，行星齿轮120与内齿圈121啮合连接；

行星齿轮120的轴与定筒体105固定连接，内齿圈121通过预紧螺栓118与转动筒体106固定连接。采用行星齿轮传动的扭矩传递大，高达10000至20000N· m，传动效率可达到98~99%，工作稳定。

优选的如图4中，所述的定筒体105轴线之间的夹角a为120~130°。由此结构，在搅拌过程中形成一个三维搅拌扰动空间，达到强力均混的效果，另外有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可有有效的破碎搅拌。

优选的如图5中，所述的转动筒体106端头设有锥形头116，锥形头116的夹角c为150~160°。设置的锥形头116同样便于破碎泥土，和便于设备的下沉，且足够的坚固，不易损坏。

优选的如图2、4中，还设有药剂供料装置104，药剂供料装置104的上端开口位于靠近连接基板模块101的位置，药剂供料装置104的下端侧壁设有两个朝向转动筒体106方向的出药口117，在药剂供料装置104的下端管口设有分药锥109，分药锥109的尖端伸入到下端管口内。由此结构，便于药剂被输送到搅拌刀板的位置，然后由螺旋形布置的搅拌刀板充分混合。

优选的如图2、3中，还设有油路及信号输送模块102，其中的油路110通过分配阀111与各个液压马达112连接，油路及信号输送模块102的上部接口位于靠近连接基板模块101的位置。

所述的油路及信号输送模块102中还设有温度传感器、速度传感器、漏油传感器和深度传感器。例如图3中的传感器114即为温度传感器。由此结构，便于实现自动控制。

优化的如图5、6中，在定筒体105和转动筒体106之间还设有密封盘113，其中定盘体F与定筒体105固定连接，动盘体R通过多根预紧螺栓118与行星齿轮传动装置115的内齿圈121连接；定盘体F与动盘体R之间的边缘端面形成密封接触。本发明采用采用复合型液压机械密封结构，定盘体F和动盘体R采用抗腐蚀高耐磨的复合材料密封圈，在行星齿轮传动装置中设有互相扣合的结构，以实现内齿圈121的轴向定位，并为预紧提供拉力，通过调节预紧螺栓118即可调节定盘体F和动盘体R之间的压紧力。在定盘体F和动盘体R之内设置有优质润滑机油，在定盘体F和动盘体R之外，与转动筒体106之间设有耐高温润滑脂。在设备运行过程中定盘体F和动盘体R之间发生相对运动，达到内外压力平衡，依靠复合型液压润滑系统内压可以有效隔离外部泥水混合物，尤其在深层泥水层作用尤为重要。

优化的如图1中，所述的连接基板模块101与液压挖掘机3连接，连接基板模块101上设有用于控制整个均混臂1姿态的两根销轴，两根销轴位于不同的高程；通过该结构便于由液压挖掘机3控制实现升降即旋转动作，参见图1。

在液压挖掘机3的一侧还设有供料器4，供料器4上设有供气装置和定量供应药粉和湿剂的的装置，供气装置和定量供应药粉和湿剂的的装置通过管路最终与均混臂1上的药剂供料装置104连接。

采用本发明的装置的施工主要步骤是：现场勘察及调查、设备集成到位、场地模块化规划、原位地层触探、计量参数匹配、强力控源均混、土工布及碎石摊铺。

首先对待处理场地进行地质勘探，根据勘探参数进行场地模块化划分形成一个个合理大小的处理单元，然后将整套系统设备进行集成到位；使用带均混臂1的均混搅拌器系统进行原位触探处理单元内具体地形结构参数为原位固化稳定化控源搅拌工作提供可靠依据；采用处理单元梯队推进式作业，在原位强力搅拌均混同时跟进表面材料摊铺作业，以保证原位固化稳定化处置工作的高效有序推进。

成套安全处理技术主要系统设备的组成。专用原位固化设备系统由带均混臂1的液压挖掘机3，复配气控材料的供料器4，药剂输送系统及数据监控系统组成。

均混臂1装配到主机即液压挖掘机3上，转动筒体106位于设备的两侧依靠液压动力带动。药剂供料装置104的药剂供料管道位于结构机架的外侧，通过专业快换接头与对应供料设备联接，药剂通过锥形喷洒装置喷出，这样的结构设计能够保证固化稳定化过程的均混搅拌。复配气控材料供料器可以集中精确供料，药剂材料可以分为粉剂和湿剂，依靠多相流转换装置来实现两种药剂的供应。各主要系统设备依靠集成在主机上的自动化控制系统来统一控制，保证整套工艺流程正常运行，从而实现原位固化稳定化可靠高效的控源均混效果。

采用本发明，具有以下的优点：

1、结构安全可靠

均混臂设备可以替代传统辅具设备与液压挖掘机等主机设备联接，设备整体结构设计安全可靠，钢结构主体框架采用焊接工艺，强度可靠制造成本低廉。与主机联接部位为液压快换联接基板，可以快速安全的安装，实现三维多方位深度搅拌均混。

2、传动效率高扭矩大

均混臂设备靠主机液压系统提供动力，液压传动损耗低，效率高扭矩大，液压系统稳定性及抗冲击性能强能实现连续搅拌。

3、供料便捷，定量化，节约成本

设备配置药剂加料管道，药剂适合粉剂和湿剂两种，通过专业快换接头与对应供料设备粉料复配供料器或定量化学泵联接，药剂通过锥形喷洒装置喷出并配置流量传感器对药剂实时监控，节约药剂成本。药剂喷射轨迹便于混合滚筒均混，达到污泥和药剂快速包裹充分混合。

其中，粉剂给料方案：当药剂为水泥、生石灰及粉煤灰等复合粉剂时，按照设计要求输入药剂总量(Kg)及供给流量（Kg/s）。将供料器4中的多相流转换装置控制在粉剂输出模式，启动复配气控材料供料器，依靠气动回转阀定量控制流量，并依靠流量传感器及重量传感器反馈信号，实时监控给料动态参数，同时供给流量参数与搅拌头转速参数有正比函数关系，可以自动微调修整, 药剂输送精度可达0.5kg/min。

湿剂给料方案：当药剂为液态湿剂时，按照设计要求输入药剂总量(L)及供给流量（mL/s）。将多相流转换装置控制在湿剂输出模式，启动复配气控材料供料器，依靠气动高压定量泵控制流量，并依靠流量传感器及重量传感器反馈信号，实时监控给料动态参数，同时供给流量参数与搅拌头转速参数有正比函数关系，可以自动微调修整, 湿输送精度可达500ml/min。

 4、搅拌均匀效率高

均混臂设备采用双液压马达双向驱动，液压集成管路简单可靠。液压马达驱动方式为同时可以不同步，分别配有安全溢流阀，可以自动调节马达供油，抗冲击抗干扰性强。

5、深度可调，提高作业范围

臂结构框架的钢结构主体设计有联接模块，可装配加长操作臂，拓展作业深度提高作业范围。

6、复合型液压密封

密封性能是设备核心技术指标之一，良好的密封性能才能保证设备使用寿命及液压系统的安全可靠。采用复合型液压机械密封结构，配套的复合型液压润滑系统靠内压可以有效隔离外部泥水混合物，尤其适合深层搅拌。安全可靠，维护便捷，成本低廉。

7、自动化程度高

污染泥土原位固化稳定化均混搅拌器配置各种传感器，如：药剂流量传感器、温度传感器、转速传感器、漏油传感器。通过信号线传输自动控制系统，实现对设备的自动化控制。降低操作风险，提高设备寿命，提高效率，降低成本。

Claims (10)

1.一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，包括用于连接液压挖掘机（3）的连接基板模块（101），其特征是：连接基板模块（101）设在均混臂（1）的臂结构框架（103）的上端，臂结构框架（103）下端对称设有两个向下倾斜的定筒体（105），定筒体（105）内固设有液压马达（112），液压马达（112）通过传动装置与转动筒体（106）连接，转动筒体（106）的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板（108）。

2.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的传动装置为行星齿轮传动装置（115），其中液压马达（112）的输出轴与第一齿轮（119）连接，第一齿轮（119）与至少一个行星齿轮（120）啮合连接，行星齿轮（120）与内齿圈（121）啮合连接；

行星齿轮（120）的轴与定筒体（105）固定连接，内齿圈（121）与转动筒体（106）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的定筒体（105）轴线之间的夹角（a）为120~130°。

4.根据权利要求3所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的转动筒体（106）端头设有锥形头（116），锥形头（116）的夹角（c）为150~160°。

5.根据权利要求1或3所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的多个搅拌刀板（108）通过连接部（107）与转动筒体（106）连接，搅拌刀板（108）和连接部（107）的横截面成“T”字形，搅拌刀板（108）外壁切线与转动筒体（106）外壁切线的夹角为15~20°。

6.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：还设有药剂供料装置（104），药剂供料装置（104）的上端开口位于靠近连接基板模块（101）的位置，药剂供料装置（104）的下端侧壁设有两个朝向转动筒体（106）方向的出药口（117），在药剂供料装置（104）的下端管口设有分药锥（109），分药锥（109）的尖端伸入到下端管口内。

7.根据权利要求1或2所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：还设有油路及信号输送模块（102），其中的油路（110）通过分配阀（111）与各个液压马达（112）连接，油路及信号输送模块（102）的上部接口位于靠近连接基板模块（101）的位置。

8.根据权利要求7所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的油路及信号输送模块（102）中还设有温度传感器、速度传感器、漏油传感器和深度传感器。

9.根据权利要求2所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：在定筒体（105）和转动筒体（106）之间还设有密封盘（113），其中定盘体（F）与定筒体（105）固定连接，动盘体（R）通过多根预紧螺栓（118）与行星齿轮传动装置（115）的内齿圈（121）连接；定盘体（F）与动盘体（R）之间的边缘端面形成密封接触。

10.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的连接基板模块（101）与液压挖掘机（3）连接，连接基板模块（101）上设有用于控制整个均混臂（1）姿态的两根销轴，两根销轴位于不同的高程；

在液压挖掘机（3）的一侧还设有供料器（4），供料器（4）上设有供气装置和定量供应药粉和湿剂的的装置，供气装置和定量供应药粉和湿剂的的装置通过管路最终与均混臂（1）上的药剂供料装置（104）连接。

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