推進攪拌器在污水處理廠的應用探討

余志勝 陳楊

(漯河城發水務投資有限公司,河南漯河 462000)

1 概況

推進攪拌器對污水處理廠的穩定達標運行具有至關重要的作用。某城鎮污水處理廠,設計規模12萬m3/d,采用2000型氧化溝工藝,出水直接排放至黑河,其設計進出水參數如下表1所示。

該污水處理廠2008年建成投運,采用某國際知名品牌推進攪拌器,該設備運行100天左右后,便時有故障發生：起吊鋼絲繩磨斷、振動增大、減速機泄露進水、齒輪磨損且斷齒。

怎樣選擇一種混合液表面更新明顯、震動小、攪拌推流效果好、密封優良、使用起吊方便及定位精準的推進攪拌器,對現場的使用和日常維護都極其重要。本文結合生產應用實例,就推進攪拌器葉片、減速機、底座、起落架的選擇設計等問題進行了探討分析。

2 葉片選型

葉片是推進攪拌器的功能部件,葉片的結構形式決定著設備的推力大小和混合液的攪拌效果。葉片運轉動對液體產生剪切作用,剪切作用的結果會對水體產生軸線方向的推力和徑向的離心力,軸向的推力主要推動液體向前流動,徑向離心力主要驅動液體形成橫向攪拌混合,所以,推進攪拌器的作用一是推動液體向前移動形成體積流,二是要對池體內的液體進行攪拌防止沉淀[1]。

葉片的外形結構是決定推進攪拌器性能的重要因素。

推進攪拌器是以推推進流體為主導,攪拌混合次之。葉片結構可依據現場流體工況進行設計,但為使生產趨于規范化、通用化、標準化,葉片外形尺寸逐漸趨同,主要有2500mm,2000mm,1800mm,1500mm,1200mm等規格。由于各設備生產廠家的生產狀況和技術水平的差異性,在葉片的結構特點上又各具優劣。目前市場上常見的幾種葉片形式主要有薄型雙曲線寬葉面后掠式、香蕉型、薄型雙曲線型、薄型雙曲線形等。

前述生產應用中,上述四種葉片先后都選用過,但從其使用情況看,薄型雙曲線寬葉面后掠式應用效果最好。再者,就葉片的成型模式而言,又分為整體式成型和分體組合式成型,整體成型雖然制作工藝要求高,生產難度大,但其現場安裝誤差會更小,動平衡性能較好,由其產生的震動要小一些。

再者,葉片的材料也是影響葉片推進攪拌器效率和機械性能的關鍵因素,韌性好、強度大、密度小、成型穩定好的材料不僅能夠降低設備的能耗,而且還能提高葉片的機械性能,目前制作的葉片材料主要有鋁合金、工程塑膠、不銹鋼、玻璃鋼、聚氨酯等,雖然這幾種材質各具特性,但生產運行情況表明：聚氨酯葉片會出現碎爛解體,工程塑膠葉片聯接位置容易產生裂紋,不銹鋼葉片容易會發生脆斷現象,就使用經驗看,優質玻璃鋼材料制做的葉片更能滿足水體推流攪拌的使用要求。

3 減速機的結構

目前推進攪拌器設備廠家配套的減速機類型主要有斜齒輪減速機和擺線針輪減速機。因為推進攪拌器使用環境特殊,對其配套的減速機有較高要求：重量輕、震動小、結構緊湊、噪音低、能耗低、效率高。

減速機的構造形式對推進攪拌器的結構性能有較大影響,其軸向尺寸越小,葉片轉動時產生的擺動就會越小,由此引起的振動也就越小。重量越輕,推進攪拌器的安裝維護越方便。減速機齒輪嚙合適中、潤滑好,設備震動就小、設備的使用壽命就長。

前述污水處理廠曾選用過五個設備生產商的推進攪拌器產品,既有使用斜齒輪減速機的,也有使用擺線針輪減速機的。齒輪是影響減速機品質的重要因素,對推進攪拌器而言,選擇強度高、韌性好、齒面硬度高的齒輪更能滿足其使用要求[2]。但從生產運行使用情況看,只要減速機的齒輪材料、加工精度、熱處理及安裝精度等質量關鍵點控制好,構造形式緊湊、簡捷的二級斜齒輪減速機更利于污水處理廠的使用與維護。

4 設備底座

安裝設備時,設備底座緊固牢靠是設備安全運行的基本要求。通過對上述污水處理廠故障推進攪拌器的查看分析,發現很多設備都存在底座安裝松動的問題。就現今在用的推進攪拌器底座而言,主要有單管托架式的、插槽定位單點支撐式的、懸臂坐凳式的、平板托架式的,還有一種是近幾年才投放市場的U+V型錐床式減震底座。

表1 設計進、出水水質表

單管托架式的和插槽定位單點支撐式的底座運轉震動最大,且容易造成設備脫槽掉落,導致設備損壞。懸臂坐凳式的和平板托架式的底座雖有一定的減震效果,但葉片仍易擺動,且設備尾部與導軌的磨損易導致導軌斷裂。而U+V型錐床式減震底座的特別構造形式,可使推進攪拌器呈榫狀被自動夾固和自然楔緊,實現自動對心復位。再者,U+V型塊坡面橡膠減震墊的設置,既可以消減振動又能自然調適設備的復位狀態,消除了其他類型底座的缺陷,解決了設備擺動和震動的技術難題,能夠滿足生產使用需要。

所以,U+V型錐床式減震底座可作為推進攪拌器底座的首選。

5 起落架

起落架主要用于推進攪拌器的日常起吊安裝維護使用。起落架既要結構便捷又要便于設備起吊和安裝復位。現在污水處理廠常用起落架主要有鋼鏈(或鋼絲繩)固定安裝的和丁字形吊鉤活動安裝的,由于使用現場的工況條件各異,上述兩種結構各具特點：固定結構的比較適合于底部曝氣系統,丁字形吊鉤式的可適用于各種池型結構。固定結構的缺點在于受水流的抖動影響,起吊鋼絲繩容易磨損斷裂,而丁字形活動式的只在起吊時懸掛,不存在此類故障,且可以一套起落架多臺設備使用。但無論是活動式的還是固定式的起落架,都要求主機導向輪與導軌之間實現良好的起吊滑動(或滾動),且不易卡死,而主機導向輪最好還能起到前后與左右的限位作用。

6 結語

總而言之,推進攪拌器的選用需要慎重比對。建議最好能到實際應用現場去考察,詳細調研比較在用設備的噪音情況、震動情況、生物池混合液流動情況以及推進器的現場起吊情況等,使用性能良好的推進攪拌器應該是表觀液面置換明顯、震動小、推流效果好、噪音低、密封優良、能夠實現便捷起吊和精準復位的設備。

[1] 鄭銘,陳萬金,等.環保設備——原理·設計·應用[M].北京：化學工業出版社,2011.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社,2016.