CN110418908B - 复合环链条 - Google Patents

Abstract

一种污水处理系统的沉淀池，包括：收集器链条，其包括具有多个侧杆的链条链节；阶梯式连接销，其构造成连接多个侧杆，并包括第一端，第一端包括头部部分，头部部分具有大于阶梯式连接销延伸穿过的多个侧杆的部分的横截面面积；端盖，其构造成接纳阶梯式连接销的第二端；以及限定在端盖和阶梯式连接销的第二端中的孔口，该孔口被构造成接纳保持元件，该保持元件将端盖保持在阶梯式连接销的第二端上的适当位置。

Description

复合环链条

相关申请

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2017年3月14日提交的题为“COMPOSITE LOOPCHAIN WITH FEWER COMPONENTS(具有较少部件的复合环链条)”的序列号为62/471,013的美国临时申请的优先权，该临时申请通过引用以其整体并入本文。

背景

1.公开的领域

本文公开的方面和实施例总体上涉及利用沉淀池的污水处理系统以及用于操作沉淀池的设备和方法。

2.相关技术的讨论

设计链条和刮泥机污泥收集器装备以清除城市及工业用水和污水处理厂中矩形沉淀池(例如矩形混凝土沉淀池)的沉淀的悬浮固体(污泥)。在一些实施方式中，矩形沉淀池可以是从大约10英尺(3米)到大约30英尺(9.1米)宽，从大约50英尺(15.2米)到大约300英尺(91.4米)长，以及从大约8英尺(2.4米)到大约14英尺(4.3米)深。刮泥机刮板通常用于将池底上的沉积材料刮到污泥提取位置，例如沉积池中的料斗。在从池底部去除污泥的同时，可以利用其它刮泥机刮板将通常称为“浮渣”的漂浮材料从沉淀池中的液体表面推到浮渣收集器中进行去除。

沉淀池中的污泥和浮渣去除机构通常包括两条沿沉淀池长度延伸的环状链条。横跨沉淀池宽度的刮泥机刮板安装到链条。链条和附接到链条的刮板移动经过沉淀池，将污泥引向池一端处的在底部中的污泥提取位置。链条和刮板由链轮推动，链轮附连到横跨沉淀池宽度的主轴(headshaft)。

概述

根据本公开的一个方面，提供了一种污水处理系统的沉淀池。沉淀池包括用于驱动多个刮板经过沉淀池的收集器链条。收集器链条包括链条链节，链条链节包括多个侧杆，该多个侧杆包括一对内侧杆和一对外侧杆。多个侧杆中的每一个可以成形为扁平的开放环。收集器链条还包括被构造成连接多个侧杆的阶梯式连接销。每个阶梯式连接销包括第一端和第二端，第一端包括头部部分，头部部分的横截面面积大于由侧杆的端部区段的内部弯曲表面限定的孔口，阶梯式连接销延伸穿过该孔口，第二端位于阶梯式连接销的与第一端相对的端上，且第二端的横截面面积小于头部部分的横截面面积。收集器链条还包括端盖，该端盖被构造成接收阶梯式连接销的第二端。被构造成接收保持元件的孔口被限定在端盖和阶梯式连接销的第二端中。

在一些实施例中，端盖包括内部孔，该内部孔被构造成接收和保持阶梯式连接销的第二端。

在一些实施例中，端盖包括横截面面积减小的部分和较大横截面面积的部分，较大横截面面积的部分的横截面面积大于横截面面积减小的部分的横截面面积。端盖可以进一步包括限定在端盖的较大横截面面积的部分中的凹槽。凹槽可以被构造成接纳和保持穿过端盖的保持元件的端部。每个阶梯式连接销还可以包括阶梯部分，该阶梯部分的横截面面积介于头部部分的横截面面积和非阶梯部分的横截面面积之间。阶梯部分可以被配置成设置在多个侧杆的孔口内。

在一些实施例中，多个侧杆中的每一个包括向内延伸的突起，该向内延伸的突起将多个侧杆的端部区段的内部弯曲表面延伸超过180°。阶梯式连接销和端盖中的至少一个可以包括一个或更多个突起，该一个或更多个突起被构造成接合多个侧杆的向内延伸的突起，并抑制阶梯式连接销、端盖和外侧杆对之间的相对运动。

在一些实施例中，沉淀池还包括设定尺寸和形状以与多个侧杆的侧部对准的护罩(shields)。护罩可以与阶梯式连接销和端盖中的一个一体地形成。护罩可以包括保持在多个侧杆的外壁上的片材。护罩可以包括具有凹部的孔口，该凹部被设定尺寸和形状以接纳设置在阶梯式连接销和端盖中的一个上的径向延伸的突起。

在一些实施例中，多个侧杆中的至少一个包括应变仪。多个侧杆中的至少一个可以包括无线发射器，该无线发射器被配置为将数据从应变仪传输到外部数据记录器。多个侧杆中的至少一个还可以包括存储器，该存储器被配置为保存与多个侧杆中的至少一个的使用时间相关的信息。无线发射器可以被配置为将与多个侧杆中的至少一个的使用时间相关的数据传输到外部数据记录器。外部数据记录器可以被编程为响应于与多个侧杆中的至少一个的使用时间相关的数据指示多个侧杆中的至少一个接近或超过额定使用寿命而发出警报。应变仪和无线发射器可以用不透水材料封装在多个侧杆中的至少一个侧杆的表面上或多个侧杆中的至少一个侧杆中限定的空腔内中的至少一者。外部数据记录器可以被编程为响应于应变仪测量的应力超过预定水平而发出警报。应变仪和无线发射器可以设置在多个侧杆中的至少一个侧杆的中央部分的一部分中，该部分相对于中央部分的其它部分变薄。多个侧杆中的至少一个侧杆可以由与多个侧杆中的其它侧杆不同的材料形成。应变仪可以包括光学应变仪和声应变仪中的一种。

在一些实施例中，沉淀池还包括至少一个链轮，该链轮包括应变仪或压力变换器中的一种，该应变仪或压力传感器被配置为测量施加到收集器链条的应力。

在一些实施例中，阶梯式连接销中的至少一个包括内部芯，该内部芯具有应变仪，该应变仪被配置为测量施加到收集器链条的应力。

根据另一方面，提供了一种收集器链条，用于驱动多个刮板经过污水处理系统的沉淀池。收集器链条包括链条链节，链条链节包括多个侧杆，该多个侧杆包括一对内侧杆和一对外侧杆。多个侧杆中的每一个可以成形为扁平的开放环。收集器链条还包括被构造成连接多个侧杆的阶梯式连接销。每个阶梯式连接销包括第一端和第二端，第一端包括头部部分，头部部分具有大于阶梯式连接销延伸穿过的多个侧杆的部分的直径，第二端位于阶梯式连接销的与第一端相对的端上，且第二端具有小于头部部分的直径的直径。收集器链条包括被构造成接纳阶梯式连接销的第二端的端盖和包括在多个侧杆中的至少一个侧杆中的应变仪。

根据另一方面，提供了一种操作污水处理系统的沉淀池的方法。该方法包括利用联接到收集器链条的链条链节的应变仪和设置在沉淀池的链条驱动系统的链轮中的压力变换器中的一个来监测施加到沉淀池的收集器链条的应力，并响应于施加到收集器链条的应力超过预定值来对沉淀池进行预防性维护。

该方法还可以包括从收集器链条接收提供收集器链条的使用时间的指示的无线信号，并且响应于使用时间的指示表明收集器链条的至少一部分已经达到或超过额定使用寿命来替换收集器链条的至少一部分。

根据另一方面，提供了一种改造污水处理系统的沉淀池的方法。该方法包括以下一个或更多个步骤：用被配置为连接链节的侧杆的一个或更多个相应阶梯式连接销替换沉淀池的收集器链条的链节的一个或更多个连接器销，每个阶梯式连接销包括第一端，该第一端包括头部部分，头部部分的横截面面积大于阶梯式连接销延伸穿过的侧杆的部分的横截面面积；用包括凹槽的端盖替换联接到收集器链条的一个或更多个链节的一个或更多个连接器销的端部的端盖，凹槽构造成接纳用于将收集器销连接到端盖的紧固件的端部并减少紧固件的端部捕获沉淀池中的污水中的碎屑的趋势；将侧护罩添加到收集器链条的一个或更多个相应链节的一个或更多个侧杆，一个或更多个侧护罩覆盖在一个或更多个侧杆的侧部中限定的开口；或者用包括应变仪的相应的一个或更多个侧杆替换收集器链条的一个或更多个相应链节的一个或更多个侧杆。

附图简述

附图不旨在按比例绘制。在附图中，在各个图中图示的每个相同的或近似相同的部件由相似的标号表示。出于清楚的目的，并非每个部件都可以在每个图中被标记。在附图中：

图1是污水处理厂沉积池的实施例的平面图；

图2是沿图1的线2-2截取的图1的沉积池的横截面断裂图；

图3是沿图1的线3-3截取的图1的沉积池的另一横截面图；

图4是可用于图1的污水处理厂沉淀池中的链条链节组件的局部分解等距视图；

图5A是可以用在图1的污水处理厂沉淀池中的另一个链条链节组件的等距视图；

图5B是图5A的链条链节组件的分解图；

图6是图5A的链条链节组件的一部分的放大视图，以虚线示出了端盖；

图7A是链条链节组件的等距视图，该链节组件包括可用于图1的污水处理厂沉淀池中的侧盖；

图7B是图7A的链条链节组件的分解图；

图8是包括盖子和没有安装盖子的图7A的链条链节组件的一部分之间的比较；

图9是图7A的链条链节组件的分解图，其中盖子由垫圈代替；

图10是没有盖子的链条链节组件和安装有盖子的链条链节组件的局部横截面图；

图11示出了与外部监视器/数据记录器通信的链条链节组件的启用传感器的侧杆；

图12A示出了将传感器安装在链条链节组件的侧杆的壁上的方法；

图12B示出了将传感器封装在链条链节组件的侧杆的壁内的方法；

图13示出了可从链条链节组件的启用传感器的侧杆获得的应力数据的预测图；

图14示出了链条链节组件的启用传感器的侧杆的替代实施例；

图15示出了污水处理厂沉淀池的启用传感器的链轮；和

图16示出了链条链节组件的连接销的启用传感器的芯。

详细描述

本文公开的方面和实施例不限于在下文的描述中陈述的或在附图中图示的结构的细节和部件的布置。本文公开的方面和实施例能够具有其它实施例并且能够以各种方式实践或实施。

污水处理厂的沉淀池中使用的收集器链条可能会受到恶劣条件的影响。沉淀池中的液体可能显示出pH的波动和/或昼夜或季节之间的温度变化。收集器链条还会受到机械应力和反复振动应力的影响，这些应力与被驱动经过沉淀池相关。

用于污水处理厂沉淀池中的收集器链条合意地表现出许多特性。收集器链条有利地是轻质的，以便于安装或更换，并且最小化用于驱动收集器链条和附接的刮板经过沉淀池的功率。收集器链条应沿其整个长度具有机械强度，以抵抗由于与被驱动经过沉淀池相关的应力造成的变形。收集器链条合意地是耐腐蚀的，使得其不受到沉淀池中环境的影响，也不因其存在于那里而影响环境。收集器链条应具有较少的零件，以便于安装或更换，并减少可能的故障点的数量。收集器链条还应抵抗碎屑的积聚，例如沉淀池中的纤维物质或碎布。当链条被驱动经过沉淀池时，这种碎屑在收集器链条中的积聚可能会增加链条上的阻力(drag)，从而增加用于驱动链条通过沉淀池的功率。这种碎屑在收集器链条中的积聚也可能干扰收集器链条在沉淀池中的链轮上的通过，潜在地增加了功耗、收集器链条的停止或对收集器链条或链轮的损坏。收集器链条可以合意地提供当收集器链条被拉动经过沉淀池时收集器链条的链节所经受的应力的指示，以提供潜在问题的预先通知，并提供要执行的预防性维护而不是在沉淀池的部件发生故障后修理。

形成收集器链条的一种可能材料是金属。沉淀池收集器链条通常由碳钢或不锈钢制成。然而，金属收集器链条的重量通常很大，并且可以利用大量的功率来驱动金属收集器链条经过沉淀池。金属收集器链条的重量通常需要使用坚固且重的链轮和相关的安装装备，这可能导致沉淀池具有高资本成本。当要移除和/或更换金属收集器链条时，金属收集器链条的重量通常使得维护变得困难。当使用碳钢时，腐蚀可能是一个问题，因为金属收集器链条通常没有涂漆或以其它方式进行防腐处理。如果耐腐蚀的金属收集器链条是合意的，则收集器链条可以由不锈钢构成。然而，与碳钢相比，不锈钢的使用成本高，这是由于材料的费用和不锈钢加工的难度造成的。

可以形成收集器链条的另一种材料是工程塑料(以下称为“塑料”)。塑料通常耐腐蚀，且一般比大多数金属轻。此外，塑料收集器链条可以是机加工的或模制的，这与常规的钢收集器链条相比降低了构建成本。然而，大多数塑料不具备沉淀池收集器链条所需的机械强度。塑料收集器链条可能会随着时间的推移而变形，这是由于与驱动收集器链条和刮板经过沉淀池相关的力造成的。

收集器链条可以由陶瓷材料形成。陶瓷通常耐腐蚀且坚固。然而，陶瓷通常具有较差的抗冲击性，并且经历尖锐的力时可能破碎或在经受反复振动应力后可能破裂。

复合材料，例如纤维增强塑料或嵌有陶瓷材料的金属，可能是坚固、耐冲击、耐腐蚀和轻质的。可以模制许多复合材料，这与可能需要机械加工的常规钢收集器链条相比降低了构建成本。然而，许多复合收集器链条的一个缺点是它们相对于由普通金属例如碳钢或许多塑料形成的收集器链条的成本。然而，某些形式的复合材料并不太贵，并且可以在成本和收集器链条所需的机械性能之间提供可接受的折衷，该机械性能可优于纯金属、塑料或陶瓷材料的机械性能。

本文公开的方面和实施例涉及在污水处理厂沉淀池中的链条和刮泥机污泥收集器装备的设计中使用由复合材料形成的收集器链条(“复合收集器链条”)，而不是常规的实心钢收集器链条。复合材料可以是聚合物基质复合物，例如尼龙或环氧基质复合物，金属基质复合物，例如铝或钢基质复合物，或者陶瓷基质复合物，例如玻璃或氧化铝基质复合物。复合材料可以包括嵌入在基质中的纤维，例如玻璃纤维、金属纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维或硼纤维。复合材料可以包括嵌入在基质中的颗粒，例如金属颗粒、聚合物颗粒或陶瓷颗粒。在一些实施例中，复合物是长丝缠绕的玻璃纤维增强塑料(FRP)。

本文公开的方面和实施例可以包括用于在至少部分填充有污水的沉淀池中使用的链传动组件。设置在沉淀池中的链传动组件可以包括平行的复合收集器链条，该收集器链条承载刮板并且既沿着沉淀池底部延伸以去除沉淀的污泥又在沉淀池中的污水表面处延伸以收集和去除表面浮渣。与现有设计相比，收集器链条可以包括减少碎屑在收集器链条中或收集器链条的链节中积聚的可能性的特征。收集器链条可以包括提供当收集器链条穿过沉淀池时施加到收集器链条的链节的应力的指示的特征。

链条和刮泥机污泥收集器装备的其他部分，例如主轴、刮板、大链轮、收集器主轴链轮、惰链轮、链轮键元件和/或壁轴承或短柱(stub posts)，可以由金属例如钢形成。在其他实施例中，链条和刮泥机污泥收集器装备的这些部分中的任何一个或更多个可以由聚合物或复合材料形成，类似于可以形成收集器链条的一个或更多个部分的聚合物或复合材料。

图1中示出了矩形沉淀池100，其可以在污水处理厂中用于从正在处理的污水中沉淀和去除悬浮固体。沉淀池100包括一对相对的侧壁105、110、一对端壁115、120和底表面125。一对平行的收集器链条130由主轴140驱动。收集器链条130通过收集器主轴链轮135接合主轴，收集器主轴链轮135靠近主轴140的相对的端部固定到主轴140。收集器链条130还可以接合惰链轮165，惰链轮165可以在壁轴承中自由旋转，或者围绕固定到沉淀池100的侧壁105、110的短柱170自由旋转。

马达(例如沉淀池100外部的电动马达145)驱动传动链150，传动链150接合大链轮155，大链轮155靠近主轴140的端部固定到主轴140，以使主轴140旋转。主轴140由主轴安装件支撑并围绕主轴安装件旋转，主轴安装件例如为固定到沉淀池100的侧壁105、110的短柱160。

一系列污泥和浮渣收集器刮板175在相对的端部处连接到收集器链条130。在操作中，刮板175从沉淀池100的底表面125收集污泥，并将其引入污泥料斗180中进行移除。刮板175还撇去沉淀池中液体的顶面，并将浮动的浮渣引入浮渣收集器中，例如，浮渣管组件185。

在图2中在沿图1的线2-2的横截面中示出了沉淀池100。如图2所示，收集器链条130围绕收集器主轴链轮135和惰链轮165沿顺时针方向行进。刮板175既将沉淀的污泥(未示出)从沉淀池100的底表面125刮到污泥料斗180中，又将浮渣(未示出)从沉淀池100中的液体的表面210撇去，并将其引到浮渣管组件185。

在图3中在沿图1的线3-3的横截面中示出了沉淀池100。在图3中，可以看到传动链150接合大链轮155，大链轮155固定到主轴140。在图3所示的实施例中，大链轮155配置有外齿区段155a，外齿区段155a接合传动链150，传动链150从基部部分155b朝向沉淀池100的壁水平偏离，在基部部分155b处，大链轮155连接到主轴140。

在美国专利第4,863,418号(‘418专利)中描述了可用于沉淀池100中的收集器链条130的一个例子，该专利的全部内容通过引用并入此文。‘418专利中呈现的示例收集器链条的链条链节组件的图示在图4中总体以10再现。链条链节组件10包括两个相同的侧杆12，每个侧杆具有扁平开放环的形状，扁平开放环具有由弯曲的端部区段20一体地连接的一对直且平行的中央区段18。侧杆12通过连接销14连接，并通过延伸穿过连接销14的每一端的开口销16保持在连接销14上。

每个侧杆12由例如热固性聚酯或环氧树脂的硬化树脂基质形成。基质材料由高拉伸强度的连续长丝增强，例如，玻璃、钢、碳或芳族聚酰胺长丝，其以平行路径围绕环缠绕。

侧杆12包括一体的向内延伸的硬化树脂突起26，突起26将端部区段20的内部弯曲表面28延伸到大于180°的圆弧。这些突起26用于将销14的端部纵向地且同心地定位和保持在侧杆12的端部处。

连接销14由圆柱形芯32组成，该芯32具有聚合物套筒34和在其端部处的用于接收开口销16的一对钻孔38。芯32优选为硬化热固性树脂的复合物，其由沿芯的纵向轴线的方向延伸的高强度丝状材料增强。销14还包括由低摩擦塑料材料构成的套筒34，套筒34环绕芯32以在芯周围形成耐磨涂层或套筒。

套筒34包括适于接合链轮齿的一体的中央筒形部分35，套筒的中央筒形部分的材料厚度大于套筒的相对的端部37的材料厚度，且套筒的中央部分35的相对的端部39限定适于被内侧的一对侧杆12的侧部接合的肩部，肩部39和筒形部分35使侧杆12保持处于间隔开的关系。

‘418专利公开了具有与现有技术链条尺寸相当且几何形状类似的所公开的收集器链条的实施例已经显示出具有接近40,000磅(18,144公斤)的最终强度并且预期具有6000磅力(26,689牛顿)的工作等级，其大于铸铁链的工作等级。

可以对‘418专利中公开的收集器链条进行各种改进。已经发现，与‘418专利中公开的相比，可以减少形成收集器链条的单个零件的数量，‘418专利可以具有大约每英尺24个零件(大约每米79个零件)。还发现‘418专利中公开的收集器链条的暴露的开口销和侧杆的开放环可能倾向于在行进经过沉淀池时不期望地绊住(snag)或收集碎屑，例如碎布或其他纤维碎屑。这些收集的碎屑可能会在收集器链条移动经过沉淀池时对收集器链条的链节造成压力，并最终可导致链条链节失效。与此类故障相关的维修费用很高，有时约为50,000美元或更多，因为在维修前需要对沉淀池进行排泄和消毒。

在图5A的透视图和图5B的分解图中，用于沉淀池收集器链条的改进的链条链节组件的一个例子总体上以200示出。链条链节组件200包括具有扁平的开放环形状的侧杆205，扁平的开放环具有由弯曲的端部区段215一体连接的一对直且平行的中央区段210。侧杆205由阶梯式连接销220连接。阶梯式连接销220与‘418专利中描述的连接销14的不同之处在于，保持元件(例如开口销225)仅在阶梯式连接销220的一侧上使用。阶梯式连接销220包括阶梯部分220A、非阶梯部分220B和头部220C。头部220C具有比阶梯部分220A更大的外径或横截面面积。阶梯部分220A比非阶梯部分220B具有更大的外径或横截面面积。开口销225穿过限定在端盖235中的孔口230，并穿过限定在阶梯式连接销220的靠近其终端的非阶梯部分220B中的对应的通道240(图6)，该端盖235连接到阶梯式连接销220的非阶梯部分220B。

阶梯式连接销220的非阶梯部分220B可以设置在端盖235的直径减小或横截面面积减小的部分250的中心孔245内或穿过整个端盖235的中心孔245内。端盖235的直径减小或横截面面积减小的部分250可以具有与阶梯式连接销220的非阶梯部分220B相同或大体相同的直径或横截面面积。在其他实施例中，端盖235可以延伸到阶梯式连接销220的非阶梯部分220B中限定的凹槽或孔中。

开口销225的下部部分255在开口销225穿过端盖235和阶梯式连接销220插入后弯曲成弧形构型。开口销225的弧形下部部分255装配到端盖235的较大直径或较大横截面面积的部分265(其直径或横截面面积大于减小的直径或减小的横截面面积的部分250)的表面中限定的凹槽260中。开口销225的下部部分255具有比标准开口销更低的绊在碎布或其他碎屑上的趋势，因为通过设置在凹槽260中而不是从端盖235的一侧突出，凹槽260防止开口销225的端部绊住沉淀池中污水中的碎屑。

应当理解，尽管阶梯式连接销220、端盖235和每者的部分被示出为圆柱形或具有圆形横截面，但是应当理解，连接销220或端盖235的一个或更多个部分可以具有非圆形横截面，例如三角形、正方形、五边形、六边形或椭圆形横截面，或者具有任何其他合适几何形状的横截面。

每个侧杆205由例如热固性聚酯或环氧树脂的硬化树脂基质形成。基质材料由高拉伸强度的连续长丝增强，例如玻璃纤维、钢纤维、碳纤维或

对位芳族聚酰胺合成纤维，其以平行路径围绕侧杆205的环缠绕。

阶梯式连接销220可以包括由硬化树脂基质形成的芯270，硬化树脂基质例如为由高拉伸强度的连续长丝增强的热固性聚酯或环氧树脂，高拉伸强度的连续长丝例如为玻璃纤维、钢纤维、碳纤维或

对位芳族聚酰胺合成纤维。阶梯式连接销220的芯270可以通过拉挤工艺形成，其中涂覆有树脂的增强长丝被拉动穿过模具，导致增强的长丝以相互平行的关系对准，并且导致长丝被压缩在一起以形成致密的芯材料。

阶梯式连接销220可以包括围绕芯270的套筒275。套筒275可以由尼龙或另一种自润滑聚合材料形成。在其他实施例中，套筒275可以由非腐蚀金属材料形成，例如304SS、316SS、硝基60、双相或超双相不锈钢或聚合物涂覆的金属。套筒275可以任选地用高拉伸强度、连续长丝或短的离散长丝(例如玻璃纤维、钢纤维、碳纤维或

对位芳族聚酰胺合成纤维)来增强。

侧杆205包括一体的、向内延伸的硬化树脂突起280，其将端部区段215的内部弯曲表面285延伸为大于180°的圆弧。这些突起280用于纵向地且同心地在侧杆205的端部处定位和保持阶梯式连接销220的非阶梯部分220B和端盖235。阶梯式连接销220的头部具有比由侧杆205的端部区段215的内部弯曲表面285限定的孔口更大的直径或横截面面积，因此不需要开口销或其他紧固件或保持元件就可以防止阶梯式连接销220的头部穿过侧杆205的端部区段215。

阶梯式连接销220的阶梯部分220A和端盖235两者可以包括一个或更多个例如两个或四个向外延伸的突起或突出部(tab)290，突起或突出部290接合外侧杆205(其间夹有其它侧杆205的侧杆205)中的向内延伸的突起280的内部侧295(见图6)，以防止或抑制阶梯式连接销220、端盖235和外侧杆205之间的相对运动。在非限制性示例中，突出部的中心线可以围绕阶梯式连接销220的阶梯部分220A或端盖235的圆周偏移大约92°。在其他实施例中，突起或突出部可以接合外侧杆205中的对应凹部，以防止或抑制阶梯式连接销220、端盖235和外侧杆205之间的相对运动。阶梯式连接销220、端盖235和外侧杆205之间没有相对运动防止了阶梯式连接销220和端盖235的外表面上以及外侧杆205的内部弯曲表面285上的磨损。夹在外侧杆205之间的内侧杆205相对于外侧杆205围绕阶梯式连接销220和端盖235自由旋转，以允许收集器链条围绕沉淀池中的链轮弯曲。

滚子305可以在内侧杆205之间围绕阶梯式连接销220设置。滚子305可以在内侧杆205之间围绕连接销220的表面自由旋转。滚子305可以由坚硬的耐腐蚀材料形成，例如不锈钢，以防止或减少由于连接销220与沉淀池中的链轮接触而引起的连接销220上的磨损。在其他实施例中，滚子305可以由低摩擦材料形成，例如尼龙、纤维增强尼龙或

对位芳族聚酰胺合成纤维。

相对于一些现有技术已知的沉淀池收集器链条设计中链为每英尺24个零件(大约每米79个零件)，对于侧杆205具有8英寸(20.3厘米)总长度的实施例，改进的链条链节组件的实施例可以包括每英尺16个零件(每米53个零件)。在沉淀池收集器链条200的非限制性例子中，侧杆205具有8英寸(20.3厘米)的总长度，其中相邻阶梯式连接销220之间的中心到中心距离为6英寸(15.2厘米)，且高度为2英寸(5.1厘米)。阶梯式连接销220可以具有大约4.1英寸(10.4厘米)的总长度，阶梯部分220A具有大约0.86英寸(2.2厘米)的长度和大约1.36英寸(3.45厘米)的直径，非阶梯部分220B具有大约2.72英寸(6.9厘米)的长度、大约1.12英寸(2.8厘米)的外径和大约1英寸(2.54厘米)的内径，头部220C具有大约0.5英寸(1.3厘米)的长度和大约1.75英寸(4.4厘米)的直径，且突出部290具有大约0.35英寸(0.9厘米)的长度和大约0.06英寸(0.15厘米)的高度。端盖235可以具有约为1.36英寸(3.45厘米)的总长度，直径减小部分250具有约为0.86英寸(2.2厘米)的长度、约为1.36英寸(3.45厘米)的外径和约为1.15英寸(2.9厘米)内径，且直径较大部分265具有约为0.5英寸(1.3厘米)的长度和约为1.75英寸(4.4厘米)的直径。

在一些实施例中，沉淀池收集器链条200可以包括护罩元件，以帮助防止碎屑被捕获在各个侧杆205的开放环内。护罩元件可以是片材的形式。包括护罩元件的沉淀池收集器链条200的例子在图7A的透视图和图7B的分解图中示出。如图7A和7B所示，护罩元件可以包括盖子405或由盖子405组成，盖子405被设定尺寸和形状以与侧杆205的侧部对准，并阻挡单个侧杆205的开放环内的开放空间。盖子405可以设置在各个侧杆205的外侧壁上。盖子405可以在收集器链条200的一侧上在阶梯式连接销220的头部220C和外侧杆205的外侧壁410之间被保持在外侧杆205上的适当位置，以及在收集器链条200的另一侧上在端盖235和外侧杆205的外侧壁410之间被保持在外侧杆205上的适当位置。内侧杆205的外侧上的盖子405可以夹在外侧杆205的内壁415和内侧杆205的外壁420之间。

盖子405可以包括孔口425，以接纳阶梯式连接销220的阶梯部分220A或端盖235的直径减小部分250。盖子405的孔口425可以包括凹部430，凹部430被设定尺寸和形状以接纳阶梯式连接销220和端盖235的突起或突出部290。

盖子405可以由聚合材料形成，例如聚四氟乙烯(PTFE)、尼龙或另一种合适的聚合物。

在一些实施例中，如图7A和7B所示，盖子405与收集器链条的其他部分不同或分开形成。在其他实施例中，盖子405可以与侧杆205、阶梯式连接销205或端盖235中的一个或更多个一体地形成。

在一些实施例中，沉淀池收集器链条200的部件可以被配置成向客户提供是否在侧杆205的面上安装盖子405的选择。如图8所示，沉淀池收集器链条200的一个或更多个部件(例如，连接销220)可以被设定尺寸以在连接销220的头部220C和外侧杆205的外侧壁410之间和/或外侧杆205的内壁415和内侧杆205的外壁420之间提供间隙435。如果希望将盖子包括在沉淀池收集器链条200中，则间隙435被设定尺寸以容纳盖子405。盖子405可以在大约0.03英寸(0.8毫米)和大约1/16英寸(1.6毫米)厚之间，并且间隙可以具有类似的尺寸。如果选择不将盖子405包括在沉淀池收集器链条200的一部分或全部中，如图9所示，则垫圈440可以插入连接销220的头部220C和外侧杆205的外侧壁410之间和/或外侧杆205的内壁415和内侧杆205的外壁420之间，以填充由于间隙435而本来存在的空间。

在图10的部分横截面中示出了带有盖子405和不带有盖子405的沉淀池收集器链条200之间的比较。

在一些实施例中，沉淀池收集器链条200的一个或更多个部件或用于沉淀池的收集器链条驱动系统的其他部件可以包括一个或更多个传感器，以提供沉淀池内一个或更多个条件的指示。一个或更多个条件可以包括例如收集器链条200上的应力或应变，这可以指示不期望的或异常的情况。不希望的或不寻常的情况可以是不同于(大于或小于)预期的应力或应变施加到收集器链条200或沉淀池的收集器链条200驱动和支撑系统中的链轮。对施加到收集器链条200或链轮的不同于预期的应力或应变的观察可以指示沉淀池中存在的污泥量不同于预期，或者可以指示由于例如碎屑被捕获在收集器链条200中而干扰收集器链条200的驱动和支撑系统。对不期望的或异常的情况的指示可以向调查沉淀池的沉淀池操作者提供不期望或异常情况的潜在原因，并进行调整或执行预先修理或预防性维护，以避免收集器链条200、收集器链条驱动系统或链轮或沉淀池的其他部分出现故障。

在图11所示的一个例子中，传感器/发射器510可以装在沉淀池收集器链条200的一个或更多个侧杆505的一部分中或安装到沉淀池收集器链条200的一个或更多个侧杆505的一部分。传感器/发射器510可以是应变仪传感器，包括无线数据传输能力和内部电池。传感器/发射器510可以安装在侧杆505的侧壁515上，如图12A所示，或者嵌入在侧杆505中限定的空腔520中，如图12B所示。可以在传感器/发射器510周围设置不透水且对沉淀池中的液体具有抵抗力或惰性的灌封材料525，例如环氧树脂或其他合适的灌封材料，以保护其免受由于与沉淀池中的液体接触而造成的损坏。传感器/发射器510可以设置在侧杆505的中央部分530的部分535中，该部分相对于中央部分530的其他部分变薄，但是足够厚以承载侧杆505的额定工作负载。变薄部分535可以在应力下变形到比侧杆505的中央部分530的剩余部分更大的程度，并且因此提供给传感器/发射器510比其设置在侧杆的非变薄部分上更大的灵敏度。具有厚度T的对应变薄部分545可以限定在侧杆505的相对的中央区段臂550上，使得侧杆505在施加的应力下均匀变形，并且不会在施加的应力下导致与相邻侧杆的未对准。

传感器/发射器510可以通过蓝牙无线技术标准、Zigbee、Wi-Fi或任何其他期望的标准或协议与沉淀池外部的监视器/数据记录器560通信。在一些实施例中，传感器/发射器510可以包括可从BlueRadios公司获得的nBlue^TM纳米安培网络模块之一，以向监视器/数据记录器560提供无线数据传输。传感器/发射器510可以连续地向监视器/数据记录器560传输，或者在其他实施例中，周期性地向监视器/数据记录器560传输，例如每10分钟一次，每30分钟一次，或者以不同的周期向监视器/数据记录器560传输，以保持电池寿命。传感器/发射器510可以包括存储器，例如RAM或闪存，以记录应力或应变随时间变化的分布图，以周期性地和/或当监测器/数据记录器560请求关于应力或应变随时间变化的分布图或来自传感器/发射器510的瞬时应力或应变测量的数据时传输到监测器/数据记录器560。

传感器/发送器510在其穿过沉淀池行进时可以向监视器/数据记录器560提供施加在侧杆505上的应变的指示。可以观察到施加在侧杆505上的应变随着侧杆505和相关联的刮板(例如，图1-3的沉淀池100中所示的刮板175)穿过沉淀池的底部上的污泥而增加，并且可以观察到施加在侧杆505上的应变随着侧杆505和相关联的刮板175离开污泥床并向沉淀池的顶部或沉淀池中的流体表面移动而减小。

应力(或应变)相对于时间和/或沉淀池中侧杆505和相关联的刮板175的位置的分布图可以随时间被收集，并且可以由监视器/数据记录器560开发应力(或应变)相对于时间和/或侧杆505和相关联的刮板175在沉淀池中的位置的数学模型或预期分布图。监视器/数据记录器560观察到侧杆505中的应力超过预定水平或者与数学模型或分布图的偏差超过期望的量可以导致监视器/数据记录器560向沉淀池100的操作者发出警报。导致警报的偏差可以是例如对于特定的时间和/或侧杆505和相关联的刮板175在沉淀池中的位置，应变与预期的应变相差(大于或小于)10％、20％、25％、50％或75％或更多，或者是违反针对预期应变(或应力)的数学模型或分布图所建立的一组统计过程控制规则的偏差。例如，在正常操作条件下，相对于时间和/或侧杆505和相关联的刮板175在沉淀池中的位置的应力(或应变)分布图可以显示图13中以605所示的分布图。如果观察到的应力分布图发生变化，显示出610指示的分布图，则监视器/数据记录器560可以发出警报，表明沉淀池100中的污泥床可能比预期的更厚或更深。应力分布图中的峰值615可以指示沉淀池收集器链条200中的链节携带着碎屑，该碎屑干扰链节在沉淀池的链轮上方通过。对这些峰值615的观察可导致监视器/数据记录器560发出警报，表明沉淀池收集器链条200的一个或更多个链节可能有问题。

在其他实施例中，传感器/发射器510的存储器可以包括识别其所联接到的特定侧杆505的信息。传感器/发射器510可以将识别信息连同任何应力或应变数据一起传输到监视器/数据记录器560，使得监视器/数据记录器560可以确定数据传输源自哪个侧杆505。附加地或可选地，传感器/发射器510的存储器可以包括关于侧杆505的制造日期或侧杆505或包括侧杆505的收集器链条200何时投入使用的信息。侧杆505或收集器链条200可以具有额定使用寿命。传感器/发射器510可以周期性地或者当监视器/数据记录器560请求这样的信息时，将关于侧杆505和/或收集器链条200的使用年限或时间的数据传输到监视器/数据记录器560。监视器/数据记录器560可以响应于关于侧杆505和/或收集器链条200的使用寿命或时间指示侧杆505和/或收集器链条200接近、达到或超过其额定使用寿命的数据，向沉淀池的操作者发出警告或警报。因此，操作员可以被告知侧杆505和/或收集器链条200可能需要更换，并且操作者可以在侧杆505和/或收集器链条200失效之前执行预防性维护以更换侧杆505和/或收集器链条200。

在一些实施例中，包括传感器/发射器510的侧杆505可以与侧杆505平行地被放置在收集器链条200的链节中，该侧杆505是大体上相似或相同的形状，并且由相同的一种或多种材料形成，使得两个侧杆505响应于施加的应力呈现相同程度的应变，以保持收集器链条200笔直并且保持收集器链条200的侧部对准。

包括传感器/发射器510的侧杆505可以由与收集器链条200的其它侧杆(例如，如上所述的侧杆205)相同或相似的材料形成。然而，在其他实施例中，包括传感器/发射器510的侧杆505可以由与收集器链条200的其它侧杆不同的一种或多种材料形成。由于制造过程中固有的可变性，由纤维增强聚合物形成的不同的侧杆可能表现出不同的应力/应变性质。因此，可能合意的是，形成包括传感器/发射器510的侧杆505，该侧杆505由从一个侧杆到另一个侧杆的应力/应变性质可变性较小的材料制成。这种材料可以包括例如不锈钢。可用于包括传感器/发射器510的侧杆505的主体的一种特定等级的不锈钢可以是17-4不锈钢。

侧杆505中包括的传感器/发射器510可以是各种常见的可获得的机电、半导体或微机电系统(MEMS)应变仪中的任何一种。可用于传感器/发射器510的应变仪的一个非限制性例子是可从Metrolog获得的T24-SA无线应变仪。在其他实施例中，传感器/发射器510可以是光学或声学应变仪。如图14所示，用605表示的侧杆的实施例可以包括应变传感器系统610，该应变传感器系统610包括光学或声学(例如超声波)发射器或收发器615以及相关联的接收器或反射器620。应变传感器系统610还可以包括无线发射器625，如上参考传感器/发射器510所述。侧杆605中引起的应变将反映在侧杆605的长度变化中，这可能导致发射器或收发器615和相关联的接收器或反射器620之间的距离变化。这种距离的变化可以由应变传感器系统610记录，并传输到监视器/数据记录器，例如上述监视器/数据记录器560。

在其他实施例中，发射器或收发器615可以将声学信号发射到侧杆605本身的主体中。声学信号通过侧杆605的主体630到达接收器或反射器620或返回发射器或收发器615所花费的时间可以取决于置于侧杆上的应变。关于声学信号传播时间的数据可以经由无线发射器620提供给监视器/数据记录器560，并且监视器/数据记录器560可以从该数据推导出施加到侧杆605的应力。

传感器/发射器510或应变传感器系统610的实施例可以被包括在沉淀池100的收集器链条200中的多个侧杆505、605中，以提供来自沉淀池100的多个区域的同时数据。

除了侧杆505、605之外，在沉淀池100的收集器链条驱动系统的一个或更多个部分中也可以或可选择地可以包括一个或更多个传感器。如图15所示，统一由715指示的应变仪或压力变换器、无线发射器和电池(以及可选的存储元件，例如RAM或闪存)可以被包括在沉淀池100的收集器链条驱动系统的至少一个链轮705的一个或更多个齿710中。传感器/发射器715可以以与传感器/发射器510封装在侧杆505中(如图12B所示)相似的方式封装在链轮705的齿710中，以保护传感器/发射器715免受湿气或其他污染物的影响。

链轮705可以是沉淀池100中的收集器主轴链轮135、惰链轮165、或者包括在电动马达145中或者联接到该电动马达145的主动链轮，例如参照图1-3描述的。

传感器/发射器715可以提供由收集器链条200或其单个链节施加到链轮705和/或施加到包括传感器/发射器715的齿710中的每个单个齿的应力的指示。一个或更多个传感器/发射器715可以测量施加在整个收集器链条200上的应力并将该应力的指示提供给监视器/数据记录器560，和/或可以将收集器链条200的各个链节的应力数据提供给监视器/数据记录器560。传感器/发送器715还可以以与上面参考侧杆505的传感器/发送器510描述的类似方式将识别链轮705和/或链轮705的使用寿命或时间的信息发送到监视器/数据记录器560。

传感器/发射器715和监视器/数据记录器560之间的通信可以类似于上面参考传感器/发射器510描述的那样来执行。

监视器/数据记录器560可以根据从一个或更多个传感器/发射器715接收的数据来确定沉淀池100内的全局条件，例如沉淀池100中存在的污泥量。监视器/数据记录器560还可以或可选择地可以从一个或更多个传感器/发射器715接收的数据中确定收集器链条200的各个链节或区段特有的条件，例如，收集器链条200的一部分或链节是否可能将碎屑捕获在其自身中。链轮705可以由从一个单元到下一个单元的应力/应变性质的变化程度低的材料形成，例如不锈钢。

在另一个实施例中，参照链轮705公开的传感器/发射器715可以包括在收集器链条200的连接销220的实施例中，或者包括在收集器链条200的一个或更多个连接销220的芯270中，如图16所示。包括在一个或更多个连接销220的芯270中的传感器/发射器715可以提供与上面参考侧杆505的传感器/发射器510描述的类似的数据。芯270可以由从一个单元到下一个单元的应力/应变性质的变化程度低的材料形成，例如不锈钢。

在本公开的另一方面，应当理解，现有的沉淀池100可以被改造以包括这里描述的收集器链条侧杆或收集器链条驱动系统的其他部分的任何实施例。

在这样描述了本公开的至少一个实施例的几个方面后，应认识到，本领域技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这种改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在本公开的精神和范围内。例如，尽管本公开的方面被描述为用于从污水中去除生物絮凝物，但是这些方面同样适用于去除任何形式的悬浮固体，例如沉淀单元或容器中的无机悬浮固体或脂肪、油或油脂。本文描述的污水处理系统的方面也可以使用非生物处理方法而不是生物处理方法来处理污水。因此，前文的描述和附图仅仅是示例性的。

本文使用的措辞和术语是为了描述的目的并且应当不被认为是限制性的。如本文使用的，术语“多个(plurality)”指的是两个或更多个项或部件。无论在书面描述还是权利要求及类似物中，术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包含在其后列出的项和其等效物，以及另外的项。相对于权利要求，仅过渡词组“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡词组。在权利要求中修饰权利要求要素的序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”及类似术语的使用本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或方法的动作被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用序数术语)以区分权利要求要素。

Claims (22)

1.一种污水处理系统的沉淀池，所述沉淀池包括：

收集器链条，其用于驱动多个刮板经过所述沉淀池，所述收集器链条包括链条链节，所述链条链节包括：

多个侧杆，其包括一对内侧杆和一对外侧杆，所述多个侧杆中的每一个成形为扁平的开放环；

阶梯式连接销，其被构造成连接所述多个侧杆，每个阶梯式连接销包括第一端和第二端，所述第一端包括头部部分，所述头部部分具有大于由所述多个侧杆的端部区段的内部弯曲表面限定的孔口的横截面面积，所述阶梯式连接销延伸穿过所述孔口，所述第二端位于所述阶梯式连接销的与所述第一端相对的端上并且具有小于所述头部部分的横截面面积的横截面面积；

端盖，其被配置成接纳所述阶梯式连接销的所述第二端，所述端盖包括横截面面积减小的部分和较大横截面面积的部分，所述较大横截面面积的部分的横截面面积大于所述横截面面积减小的部分的横截面面积；和

限定在所述端盖和所述阶梯式连接销的所述第二端中的孔口，其被构造成接纳保持元件。

2.根据权利要求1所述的沉淀池，其中，所述端盖包括内部孔，所述内部孔被构造为接纳和保持所述阶梯式连接销的所述第二端。

3.根据权利要求1所述的沉淀池，还包括限定在所述端盖的所述较大横截面面积的部分中的凹槽，所述凹槽被构造为接纳和保持穿过所述端盖的所述保持元件的端部。

4.根据权利要求1所述的沉淀池，其中，每个阶梯式连接销还包括非阶梯部分和阶梯部分，所述阶梯部分的横截面面积介于所述头部部分的横截面面积和所述非阶梯部分的横截面面积之间，所述阶梯部分被构造为设置在所述多个侧杆的所述孔口内。

5.根据权利要求1所述的沉淀池，其中，所述多个侧杆中的每一个包括向内延伸的突起，所述向内延伸的突起将所述多个侧杆的所述端部区段的所述内部弯曲表面延伸超过180°。

6.根据权利要求5所述的沉淀池，其中，所述阶梯式连接销和所述端盖中的至少一个包括一个或更多个突起，所述一个或更多个突起被构造为接合所述多个侧杆的所述向内延伸的突起，并抑制所述阶梯式连接销、所述端盖和成对外侧杆之间的相对运动。

7.根据权利要求1所述的沉淀池，还包括护罩，所述护罩被设定尺寸和形状以与所述多个侧杆的侧部对准。

8.根据权利要求7所述的沉淀池，其中，所述护罩与所述阶梯式连接销和所述端盖中的一个一体地形成。

9.根据权利要求7所述的沉淀池，其中，所述护罩包括保持在所述多个侧杆的外壁上的片材。

10.根据权利要求7所述的沉淀池，其中，所述护罩包括具有凹部的孔口，所述凹部被设定尺寸和形状以接纳设置在所述阶梯式连接销和所述端盖中的一个上的径向延伸的突起。

11.根据权利要求1所述的沉淀池，其中，所述多个侧杆中的至少一个侧杆包括应变仪。

12.根据权利要求11所述的沉淀池，其中，所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆包括无线发射器，所述无线发射器被配置为将数据从所述应变仪传输到外部数据记录器。

13.根据权利要求12所述的沉淀池，其中，所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆还包括存储器，所述存储器被配置为保存与所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆的使用时间相关的信息，并且所述无线发射器被配置为将与所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆的使用时间相关的数据传输到所述外部数据记录器。

14.根据权利要求13所述的沉淀池，其中，所述外部数据记录器被编程为响应于与所述多个侧杆中的至少一个侧杆的使用时间相关的数据指示所述多个侧杆中的至少一个侧杆接近或超过额定使用寿命而发出警报。

15.根据权利要求12所述的沉淀池，其中，所述应变仪和所述无线发射器用不透水材料封装在所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆的表面上或所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆中限定的空腔内中的至少一者。

16.根据权利要求12所述的沉淀池，其中，所述外部数据记录器被编程为响应于由所述应变仪测量的应力超过预定水平而发出警报。

17.根据权利要求12所述的沉淀池，其中，所述应变仪和所述无线发射器设置在所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆的中央部分的一部分中，所述中央部分的所述部分相对于所述中央部分的其它部分变薄。

18.根据权利要求11所述的沉淀池，其中，所述多个侧杆中的所述至少一个侧杆由与所述多个侧杆中的其它侧杆不同的材料形成。

19.根据权利要求11所述的沉淀池，其中，所述应变仪包括光学应变仪和声学应变仪中的一种。

20.根据权利要求1所述的沉淀池，还包括至少一个链轮，所述链轮包括应变仪或压力变换器中的一种，所述应变仪或所述压力变换器被配置为测量施加到所述收集器链条的应力。

21.根据权利要求1所述的沉淀池，其中，所述阶梯式连接销中的至少一个包括内部芯，所述内部芯具有应变仪，所述应变仪被配置为测量施加到所述收集器链条的应力。

22.一种用于驱动多个刮板经过污水处理系统的沉淀池的收集器链条，所述收集器链条包括链条链节，所述链条链节包括：

多个侧杆，其包括一对内侧杆和一对外侧杆，所述多个侧杆中的每一个成形为扁平的开放环；

阶梯式连接销，其被配置为连接所述多个侧杆，每个阶梯式连接销包括第一端和第二端，所述第一端包括头部部分，所述头部部分具有大于所述阶梯式连接销延伸穿过的所述多个侧杆的部分的直径，所述第二端位于所述阶梯式连接销的与所述第一端相对的端上，并且具有小于所述头部部分的所述直径的直径；

端盖，其被配置成接纳所述阶梯式连接销的所述第二端，所述端盖包括横截面面积减小的部分和较大横截面面积的部分，所述较大横截面面积的部分的横截面面积大于所述横截面面积减小的部分的横截面面积；和

应变仪，其包括在所述多个侧杆中的至少一个侧杆中。

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