一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置的制作方法

1.本发明涉及电化学水处理技术领域，具体是一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置。


背景技术：

2.随着工业化生产规模的不断扩大，人与自然环境的矛盾日渐突出，人对环境的诉求渐进强烈，工业废水排放标准日趋严格。工业废水电化学处理技术是利用电化学水处理设备，通过阴阳极电解过程使废水产生一系列电化学反应，消除和转化水中有害物质，达到国家排水标准或工业用水标准。这是一种资源节约型、环境友好型的先进技术。近年来，随着人们环保意识、节水意识的增强，电化学废水处理技术以其独特的优势得到了长足发展。
3.然而实践表明，现有电化学反应室在应用于水处理时存在产水水质下降的问题，这是因为目前大中型电化学反应室用的阴极板大且表面起伏不平，使用普通刷结构的除垢刷，切削宽度大且仿形性能不足，现行刮削除垢法每刮削一次，残留在低洼处的垢层就被刮刀挤压一次，垢层的密度、硬度、电阻值就增加一次，随着刮削次数的增加，残留垢层的密度变大，电阻增加，电流有效利用率低，导致产水水质下降。基于此，有必要发明一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置，能够边自转边沿极板表面平行移动，能够清除阴极板表面低洼处的污垢，达到彻底清除不平阴极板表面垢物的目的。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有电化学反应室水处理时产水水质下降的问题，提供了一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置。
5.本发明是采用如下技术方案实现的：
6.一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置，包括反应室本体；所述反应室本体包括位于中部的圆柱形的内阴极筒，内阴极筒的外侧设置有与其同轴的外阴极筒，内阴极筒与外阴极筒之间设置有若干个与两者同轴且间隔分布的电极筒，电极筒是由交错分布的阴极筒与阳极筒组成的，且阳极筒和阴极筒、内阴极筒与外阴极筒呈交错分布；
7.内阴极筒的外侧、外阴极筒的内侧、阴极筒的内外两侧均设置有两个相对放置的圆柱形的除垢刷体，除垢刷体的圆周面下部滑动穿设有可沿除垢刷体的径向伸缩的刷丝。
8.进一步地，所述除垢刷体包括刷杆，刷杆包括中空的圆柱形的刷杆壳，刷杆壳的下部开设有若干个刷丝通孔，刷丝一一对应地穿于刷丝通孔；所述刷丝包括若干个上下分布的刷丝组，任意两相邻刷丝组的刷丝沿刷杆的周向呈交错布置，且刷丝组的上下排布以m个刷丝组为一重复单元，m为大于等于二的正整数；每个刷丝组均包括2n根均匀分布的刷丝，n为大于等于二的正整数，位于同一刷丝组的2n根刷丝的内端部通过n个弹性过桥杆对应连接，所述弹性过桥杆呈与刷杆壳内侧壁贴合的圆弧状，并分布为z列，z＝mn；刷杆壳的内腔穿有刷芯杆，刷芯杆的侧面下部一体设置有z个周向分布且竖向布置的凸棱条；z个凸棱条一一对应地抵触于z列弹性过桥杆的中部；刷芯杆的顶端部通过螺母安装有下表面紧贴刷
杆壳上表面的限位板。
9.进一步地，刷杆壳的上部尺寸小于其下部尺寸，且其内侧壁的上部、下部通过锥形导向面衔接；刷杆壳的内侧壁底部呈锥形定位面；刷杆壳上部一体设置有方向朝内的导向凸台；刷芯杆的上部尺寸小于其下部尺寸，且其侧面的上部、下部通过与刷杆壳的锥形导向面形状匹配的导向锥面衔接，刷芯杆的侧面底部呈与刷杆壳的锥形定位面形状匹配的定位锥面，刷芯杆的侧面上部的一侧呈与导向凸台贴合的导向平面；凸棱条的底部共同开设有环形的导水孔，刷芯杆的底面开设有若干个与导水孔连通的泄水孔。
10.进一步地，刷丝的侧面端部开设有两个相对设置的切削槽；弹性过桥杆(8)的直径小于刷丝的直径；
11.所述刷丝在自由状态下，刷丝切削端到刷杆轴线的距离r的数值满足公式(a)：
12.r≥s+w
ꢀꢀꢀ
(a)
13.式中，s是刷丝切削端到阴极筒、内阴极筒或外阴极筒表面的距离，单位为mm；w为阴极筒、内阴极筒或外阴极筒表面高低起伏的最大跳动量，单位为mm；所述阴极筒、内阴极筒或外阴极筒的表面为不带垢层的表面；
14.刷丝排布时，上下相邻两个刷丝组的设置间距小于等于单个刷丝有效切削宽度h。
15.进一步地，一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置，还包括除垢驱动机构，除垢驱动机构包括设置于内阴极筒内腔中部的花键轴和套设于花键轴外侧的花键套筒，花键套筒通过轴承座转动支撑于内阴极筒的顶部，花键套筒的底部固定装配有位于轴承座下方的花键套筒齿轮，轴承座的外侧设置有机座与其固定连接的减速电机，减速电机的输出轴朝下，且其输出轴上固定装配有与花键套筒齿轮啮合的减速电机齿轮；花键轴的顶端部固定套设有倒u形的除垢刷安装架，刷杆的顶部固定连接有转动穿于除垢刷安装架的除垢刷转轴，除垢刷转轴的顶端部固定装配有除垢刷齿轮；花键轴通过传动机构与除垢刷齿轮传动连接。
16.本发明相对于传统的普通刷除垢结构，具有如下有益效果：
17.(1)刷丝切削端的切削宽度微小，有利于不平表面的垢物清洁，而且每一根刷丝都能独立沿刷杆径向伸缩，不论有多少根刷丝同时参加切削，也不论被切削的表面是凹面，还是凸面，极板表面污垢都能够得到彻底切除，实现了大中型电化学废水处理反应室工作过程中阴极板电阻不因此而增大，电流效率不因此而降低，产水水质不因此而变差。
18.(2)刷丝沿刷杆径向伸缩仿形与刷丝横向弯曲仿形相比，明显降低了刷丝切削端前刀面对垢层的挤压作用，提高了刷丝切削端的切削性能，不仅除垢效果更加干净彻底，而且减小了除垢过程中的能源消耗。除垢刷体采用圆柱型，工作时边自转边移动，切削端对垢层形成良好的剥离切削，切削阻力小，节能效果更加显著。
19.(3)本发明所述的除垢装置能够将高低起伏不平的阴极板表面上的垢物全面彻底的刷除干净，所以使用本除垢装置清洁电化学反应室极板，可适度降低极板表面加工精度，从而减小极板的制造成本，经济效益明显。
20.(4)刷丝伸缩式除垢刷体与普通结构的除垢刷相比较，减小了刷体直径，缩短了刷丝在除垢刷体外的伸出长度，除垢刷的中心线靠近了阴极筒表面，阴极筒与阳极筒之间的间隔距离变小，减小了电解时水体中离子的运移距离，减小了反应室体积，降低了反应室制造成本，提高了电解电流的有效利用率。
21.(5)切削面连续方案中的理论成果，实现了多刷丝前后间断性的参加切削的情况下切削面没有漏切削，为圆柱型刷丝伸缩式仿形清洁刷的设计和应用提供了理论依据，促进了电化学水处理技术的发展。
附图说明
22.图1是本发明的结构示意图；
23.图2是本发明中除垢刷体的结构示意图；
24.图3是本发明中刷杆壳的结构示意图；
25.图4是本发明中刷芯杆的结构示意图；
26.图5是本发明中刷丝与弹性过桥杆的结构示意图；
27.图6是图1的断面示意图；
28.图7是图6中a处的局部放大示意图；
29.图8是图1的左视示意图；
30.图9是图1的俯视示意图；
31.图10是本发明中除垢刷体的断面示意图；
32.图11是本发明中除垢刷体的侧面示意图；
33.图12是本发明中除垢刷体除垢时的状态参考图；
34.图13是本发明中除垢刷体只做自转时刷丝在阴极板的切削长度示意图；
35.图14是本发明中除垢刷体自转和平移运动时前一个刷丝开始切削到后一个刷丝开始切削的切削状态参考图。
36.图中，1-内阴极筒，2-外阴极筒，3-阴极筒，4-阳极筒，5-刷丝，6-刷杆壳，7-刷丝通孔，8-弹性过桥杆，9-刷芯杆，10-凸棱条，11-限位板，12-导向凸台，13-泄水孔，14-切削槽，15-花键轴，16-花键套筒，17-轴承座，18-花键套筒齿轮，19-减速电机，20-减速电机齿轮，21-除垢刷安装架，22-除垢刷齿轮，23-固定内齿圈，24-第i传动轴，25-第i传动齿轮，26-第ii传动齿轮，27-第ii传动轴，28-第iii传动齿轮，29-第i中间齿轮，30-第ii中间齿轮，31-连接杆，32-转动内齿圈，33-连接杆i，34-垢层。
具体实施方式
37.一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置，如附图1、附图6、附图8、附图9所示，包括反应室本体；所述反应室本体包括位于中部的圆柱形的内阴极筒1，内阴极筒1的外侧设置有与其同轴的外阴极筒2，内阴极筒1与外阴极筒2之间设置有若干个与两者同轴且间隔分布的电极筒，电极筒是由交错分布的阴极筒3与阳极筒4组成的，且阳极筒4和阴极筒3、内阴极筒1与外阴极筒2呈交错分布；
38.如附图1、附图6、附图8、附图9所示，内阴极筒1的外侧、外阴极筒2的内侧、阴极筒3的内外两侧均设置有两个相对放置的圆柱形的除垢刷体，除垢刷体的圆周面下部滑动穿设有可沿除垢刷体的径向伸缩的刷丝5。
39.本发明中每根刷丝5都能独立沿刷杆径向伸缩，刷丝5切削端前刀面对垢层的挤压作用小，切削能耗少；可实现多刷丝5同时参加切削，不仅阴极板凸面和凹面都能同时得到有效切削，而且提高了除垢效率。刷丝5切削端的切削宽度微小，有利于不平表面的垢物清
洁。同时圆柱形的除垢刷体可实现边自转边移动，对垢层形成良好的剥离切削，切削阻力小。
40.如附图2、附图3、附图4、附图5、附图10、附图11所示，所述除垢刷体包括刷杆，刷杆包括中空的圆柱形的刷杆壳6，刷杆壳6的下部开设有若干个刷丝通孔7，刷丝5一一对应地穿于刷丝通孔7；所述刷丝5包括若干个上下分布的刷丝组，任意两相邻刷丝组的刷丝5沿刷杆的周向呈交错布置，且刷丝组的上下排布以两个刷丝组为一重复单元；每个刷丝组均包括六根均匀分布的刷丝5，位于同一刷丝组的六根刷丝5的内端部通过三个弹性过桥杆8对应连接，所述弹性过桥杆8呈与刷杆壳6内侧壁贴合的圆弧状，并分布为六列；刷杆壳6的内腔穿有刷芯杆9，刷芯杆9的侧面下部一体设置有六个周向分布且竖向布置的凸棱条10；六个凸棱条10一一对应地抵触于六列弹性过桥杆8的中部；刷芯杆9的顶端部通过螺母安装有下表面紧贴刷杆壳6上表面的限位板11。
41.刷丝5分布为若干个刷丝组，使得刷丝5沿刷杆的轴向分层分布，且相邻两层刷丝5错位分布；各个刷丝组刷丝5根数相等，同组刷丝5均匀分布，且相邻两根刷丝5构成圆心角α，如附图10所示，图中α＝60
°
，刷丝5轴向投影中相邻两刷丝通孔7的夹角为δ1或δ2，δ2＝α-δ1，图中δ1＝15
°
，δ2＝45
°
；相邻两凸棱条10之间对应的圆心角等于θ1或θ2，θ1＝α-δ1＝45
°
或θ2＝α+δ1＝75
°
。同时每根刷丝都能够独立地沿自身轴线方向往复直线运动，如附图13所示。
42.弹性过桥杆8的弯曲弧度与刷杆壳6的内侧面相吻合，使得刷杆壳6为弹性过桥杆8提供一定的支撑作用。
43.装配除垢刷体时，先把所有刷丝5的切削端经刷杆壳6的中心孔伸出刷丝通孔7(安装前两根刷丝5已与弹性过桥杆8连接成u形刷丝体)，再把凸棱条10抵压在对应的弹性过桥杆8的中部，实现了任一刷丝5都能在刷丝通孔7内按需独立伸缩。
44.工作时，除垢刷体的轴线平行于阴极筒3、内阴极筒1与外阴极筒2(以下简称为阴极板)的表面，除垢刷体一边沿阴极板表面平行移动，一边绕自身轴线作自转运动，如附图12所示；当某根刷丝5切削端运动到高低不平的阴极板上切削垢层时，该刷丝5在弹性过桥杆8和阴极板表面的共同作用下，一边紧贴起伏不平的阴极板表面向前滑行，一边沿着刷丝通孔7作伸缩运动。刷丝5由低向高滑行时，刷丝5在阴极板表面的作用下克服弹性过桥杆8的弹力向除垢刷体内缩进。刷丝5由高向低滑行时，刷丝5在弹性过桥杆8的弹力作用下向除垢刷体外伸出。当刷丝5切削端滑行路程达到其有效切削长度后，逐渐离开阴极板表面，下一个刷丝5切削端从前一刷丝5已切削的表面切入接着切削，形成无漏削除垢。由于除垢刷体上每一根刷丝5的伸缩运动都是独立的，所以不论阴极板表面上同时作用有多少根刷丝，也不论刷丝5是在阴极板的低洼表面切削还是凸起表面切削，每根刷丝5的切削端都能有效地抵压在阴极板的表面上进行切削。
45.如附图3、附图4所示，刷杆壳6的上部尺寸小于其下部尺寸，且其内侧壁的上部、下部通过锥形导向面衔接；刷杆壳6的内侧壁底部呈锥形定位面；刷杆壳6上部一体设置有方向朝内的导向凸台12；刷芯杆9的上部尺寸小于其下部尺寸，且其侧面的上部、下部通过与刷杆壳6的锥形导向面形状匹配的导向锥面衔接，刷芯杆9的侧面底部呈与刷杆壳6的锥形定位面形状匹配的定位锥面，刷芯杆9的侧面上部的一侧呈与导向凸台12贴合的导向平面；凸棱条10的底部共同开设有环形的导水孔，刷芯杆9的底面开设有若干个与导水孔连通的泄水孔13。
46.导向凸台12、锥形导向面、锥形定位面的组合结构设计，方便在装配时对刷芯杆9进行定位与导向；导水孔、泄水孔13的组合结构设计，方便将进入刷杆壳6内的水分排出。
47.如附图5所示，刷丝5的侧面端部开设有两个相对设置的切削槽14；弹性过桥杆8的直径小于刷丝5的直径；
48.弹性过桥杆8的直径小于刷丝5的直径是为了防止相邻两个弹性过桥杆8工作时发生干涉。
49.所述刷丝5在自由状态下，刷丝5切削端到刷杆轴线的距离r的数值满足公式(a)：
50.r≥s+w
ꢀꢀꢀ
(a)
51.式中，s是刷丝5切削端到阴极筒3、内阴极筒1或外阴极筒2表面的距离，单位为mm；w为阴极筒3、内阴极筒1或外阴极筒2表面高低起伏的最大跳动量，单位为mm；所述阴极筒3、内阴极筒1或外阴极筒2的表面为不带垢层的表面；
52.该参数设计实现了阴极筒3、内阴极筒1或外阴极筒2表面低洼处不出现漏切削，如附图12、附图14所示；由公式(a)可知，s≤r-w，即s和w一定时，r越大，刷丝切削端的有效切削长度l
单
越长；即r和w一定时，s越小，刷丝切削端的有效切削长度l
单
越长。
53.刷丝5排布时，上下相邻两个刷丝组的设置间距小于等于单个刷丝5有效切削宽度h。
54.该结构设计使得刷丝5在刷杆轴线方向上分层分布，相邻两个刷丝组错位排列，且层间距小于等于单个刷丝5有效切削宽度h，如附图11所示，图中刷丝5直径为0.8mm，h＝0.6mm，确保相邻两个刷丝组的有效切削面之间无漏切垢物。
55.如附图1、附图6、附图7、附图8、附图9所示，一种电化学反应室用刷丝伸缩式除垢装置，还包括除垢驱动机构，除垢驱动机构包括设置于内阴极筒1内腔中部的花键轴15和套设于花键轴15外侧的花键套筒16，花键套筒16通过轴承座17转动支撑于内阴极筒1的顶部，花键套筒16的底部固定装配有位于轴承座17下方的花键套筒齿轮18，轴承座17的外侧设置有机座与其固定连接的减速电机19，减速电机19的输出轴朝下，且其输出轴上固定装配有与花键套筒齿轮18啮合的减速电机齿轮20；花键轴15的顶端部固定套设有倒u形的除垢刷安装架21，刷杆的顶部固定连接有转动穿于除垢刷安装架21的除垢刷转轴，除垢刷转轴的顶端部固定装配有除垢刷齿轮22；花键轴15通过传动机构与除垢刷齿轮22传动连接。
56.工作时，在减速电机19的驱动下，减速电机齿轮20带动花键套筒齿轮18、花键套筒16转动，进而带动花键轴15、除垢刷安装架21转动，由此实现除垢刷体绕着反应室本体的轴线的公转运动；与此同时，利用传动机构，花键轴15转动带动各个除垢刷齿轮22转动，由此实现除垢刷体的自转运动。
57.如附图8、附图9所示，所述传动机构包括设置与内阴极筒1的内侧壁顶端的固定内齿圈23，除垢刷安装架21的一侧沿竖向转动穿设有位于除垢刷转轴内侧的第i传动轴24，第i传动轴24的底端部固定装配有位于除垢刷安装架21下方且与固定内齿圈23啮合的第i传动齿轮25；第i传动轴24的顶端部固定装配有位于除垢刷安装架21上方的第ii传动齿轮26；花键轴15的顶端转动穿设有第ii传动轴27，第ii传动轴27的下部固定装配有第iii传动齿轮28，第iii传动齿轮28与第ii传动齿轮26通过第i中间齿轮29与第ii中间齿轮30相啮合；第ii传动轴27的顶部固定有若干个沿周向均匀分布且位于除垢刷齿轮22上方的连接杆31，连接杆31的外端部固定有转动内齿圈32，转动内齿圈32分别与安装于除垢刷安装架21外端
的两个除垢刷齿轮22相啮合，位于同侧的除垢刷齿轮22自外向内依次啮合。
58.工作时，花键轴15与固定内齿圈23的相对转动带动第i传动齿轮25、第i传动轴24、第ii传动齿轮26转动，进而在第i中间齿轮29与第ii中间齿轮30的作用下，带动转动内齿圈32转动，转动内齿圈32转动带动安装于除垢刷安装架21外端的两个除垢刷齿轮22同步转动，并自外向内依次带动其余除垢刷齿轮22转动，由此实现除垢刷体自转运动时的传动过程。
59.如附图13所示，除垢工作时，刷丝5自转速度和刷丝5在阴极筒3、内阴极筒1或外阴极筒2表面的滑动速度的数值满足公式(b)：
[0060][0061]
式中，n为刷丝5自转速度，单位为转/s；r
ym
为有效切削阶段刷丝5切削端到刷杆轴线的最大距离，单位为mm，且r
ym
≤r；v为刷丝5在阴极筒3、内阴极筒1或外阴极筒2表面的滑动速度，该滑动速度为刷丝5自转线速度与公转线速度之和，单位为mm/s；α为位于同一刷丝组的相邻两根刷丝5之间的夹角，单位为度；ξ为有效切削阶段刷丝5的最小伸缩量，单位为mm；
[0062]
该条件设置保证了同一刷丝组的刷丝5的有效切削长度连续，没有漏切削现象。
[0063]
使用时，为了保证刷丝5切削端对垢层形成较好的剥离切削，刷丝5切削端在阴极板表面切削时的线速度方向与刷杆在阴极板表面的滑动速度方向保持一致，如附图12、如附图14所示；
[0064]
具体实施过程中，所述花键轴15的底部通过轴承转动支撑于内阴极筒1的内侧壁；外阴极筒2的外侧壁顶端一体设置有环形的溢水唇板；刷丝5切削端的切削刃的前角小于等于90
°
；轴承座17内设置有轴承；所述减速电机19的减速机为蜗轮蜗杆减速机；所述轴承座17的外侧壁通过三根沿周向均布的连接杆i33与内阴极筒1的内侧壁固定连接。