《雙曲面攪拌機》行業標準解讀

王遜，王月萍，張鑫珩

（中冶華天工程技術有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 概述

雙曲面攪拌機是一種攪拌、混合設備，適用于環保、市政、能源、食品等行業需要對液體與固體、液體與液體、液體與氣體或三相混合液進行攪拌、混合的場合，尤其適用于污水處理工程、凈水工程中的攪拌。在污水處理工程中，該攪拌機的主要功能是在缺氧池、厭氧池、水解生化池等反應池中對污水與活性污泥進行充分均勻攪拌、混合，使污泥懸浮在水體中與污水發生充分的生物反應，從而對氮、磷等物質進行降解。

雙曲面攪拌機在工作時，葉輪繞葉輪軸線旋轉，水流由葉輪上方吸入，隨雙曲線葉輪曲面高速切向甩出，觸碰至池壁后改變運動方向而往垂直上方流動，到達液面后又沿葉輪軸線下行，形成水平旋流、上下環流的立體、復合型流態流場。該攪拌機的葉輪剪切力小且流量較大，在池中可產生均勻的底部全向推流，無沉淀、無死角，池內混合效果好，且節能、低耗，目前已被各大污水處理廠廣泛運用。

2020年4月1日起，《雙曲面攪拌機》（JB/T 13742—2019）[1]行業標準開始實施。該標準對雙曲面攪拌機關鍵零部件的設計、制造、檢驗等方面都做了詳細的要求和規范，特別是對雙曲面攪拌機結構、可靠性、壽命、比功率等都做出了嚴格的規定。該標準的頒布，規范了國產雙曲面攪拌機設備的設計和生產，使其制造、檢驗、選型有據可依，進一步提高了行業雙曲面攪拌機的生產質量和技術水平。

2 制定雙曲面攪拌機行業標準的背景與意義

在污水處理工程中，最早使用的是槳葉式攪拌器，隨著流體力學的發展和機翼模型的引入，雙曲面攪拌機得以誕生并發展迅速，且在污水處理廠得到快速推廣和廣泛應用。目前，國外的雙曲面攪拌機研制生產單位主要以德國的INVENT公司、法國的Robin公司等為主。而我國的雙曲面攪拌器起步較晚，除了直接引進國外的攪拌設備外，大多生產廠商以仿制加工為主。隨著國家對環保行業的不斷重視，以及國內制造業水平的不斷提高，各有關廠商都加快了雙曲面攪拌機設備的研發，部分企業制造的雙曲面攪拌機在葉輪結構、可靠性、壽命及能效方面都有了明顯提升，甚至有的已達到國際先進水平。但由于缺失統一的國家或行業標準的規范指導，各企業在零部件材質的選用、生產、制造等方面僅遵循各自的企業標準，導致設備的性能差異性較大，易損件的通用性較低。用戶在選型時僅能依據供應商提供的參數，而缺失國家第三方檢測提構提供的可靠性檢測報告。

《雙曲面攪拌機》（JB/T 13742—2019）行業標準，全面規范了行業內雙曲面攪拌機的產品質量、性能等要求，代表絕大多數國內制造企業的設計和生產、制造水平，順應了行業發展的需要，有效地推進了雙曲面攪拌機向著高效能、高可靠性、長壽命的目標不斷靠近。該標準同時也為用戶提供了選型和產品質量問題的追溯依據，使得廠家和用戶協同發展、共同進步，是目前雙曲面攪拌設備行業技術進步和發展的直接體現。

3 標準的主要內容

雙曲面攪拌機涉及的技術面廣，涉及流體力學、通用機械、傳動機械、電機、控制工程等眾領域。為了增加標準的可操作性，便于引用標準的各方準確地理解和應用標準。該標準對雙曲面攪拌機的工作環境、葉輪結構、電機和電控設備、傳動減速機等進行了詳細的規范要求，全方位地剖析了雙曲面攪拌機具有高可靠性、高效率、長壽命的必要條件。

3.1 對電動機的要求

目前，行業內的雙曲面攪拌機有些采用的是非標準電機，尤其是潛水式的雙曲面攪拌機，有的甚至使用小功率電動機來以小充大降低配套成本，非標電機的效率很低，根本不符合《中華人民共和國節約能源法》。而我國對電動機的能效要求早有規定，即必須符合《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》（GB 18613—2012）。為了使環保設備做到真正的節能、降耗、增效，該標準規定雙曲面攪拌機的配套電動機必須選用不低于GB 18613—2012規定的2級能效電機。

行業內，雙曲面攪拌機通常有潛水安裝和干式安裝兩種安裝方式。針對兩種不同工況條件下的產品，該標準嚴格按《旋轉電機整體結構的防護等級（IP代碼）分級》（GB/T 4942.1—2016）的規定，其中戶外干式電動機的防護水平應不低于IP55，而潛水式電動機的防護水平應為IP68。同時，考慮到安全因素，該標準對電動機的性能和絕緣等級也做了相應的要求。

3.2 對減速機的要求

電動機、減速機、雙曲面葉輪是雙曲面攪拌機三個關鍵核心組成部件，其中減速機作為聯接動力部件電動機與執行部件葉輪的重要連接部件，其壽命對雙曲面攪拌機的壽命有十分重要的影響。行業中，一些企業為了迎合低價中標的惡性競爭機制，故意壓低成本，多采用擺線針輪減速機構或渦輪蝸桿減速機構。擺線針輪減速機構由于擺輪與針齒相嚙合會產生一定的滑動摩擦，在長期連續使用后，由于齒形磨損會造成齒間側隙增大，減速機的壽命無法得到保證，故障率提高、壽命縮短。而渦輪蝸桿減速機的效率較低，且因工作時溫升較高，不能滿足雙曲面攪拌機不間斷工作的惡劣工況。為保證設備具有高效能和高可靠性，該標準建議不再采用擺線針輪和渦輪蝸桿減速機，并對減速機的使用系數、密封和潤滑油等參數做了相應的規定。

3.3 對雙曲面葉輪（水力件）的要求

雙曲面葉輪作為雙曲面攪拌機的執行部件，是該設備最為核心的部件。為了達到高效、充分的攪拌、混合效果，實現池內形成無死角的立體復合型流態流場，葉輪表面需要做到足夠平整光滑，葉片線型一致、且分布均勻。若雙曲面葉輪在加工制造過程中存在誤差，不能保證雙曲面葉輪和理論曲線完全一致，則會影響設備的性能；且葉輪輪轂與傳動部件不能滿足垂直度要求時，葉輪旋轉便會產生擾動，長期運行不僅使能耗加大，更會對設備造成破壞。故此，該標準規范了雙曲面葉輪形狀的誤差要求，對葉輪的平衡性能、尺寸和幾何形狀做了規范性的要求，并在附錄中詳細地為制造、檢測人員規定了葉輪輪轂上端面對軸線的垂直度、葉輪輪轂的徑向跳動偏差和軸向跳動偏差等形位公差。

3.4 對主軸的要求

主軸作為雙曲面攪拌機主要的傳動部件，在整機中至關重要。其中主軸聯接法蘭回軸度誤差、垂直度誤差過大，都會造成攪拌機的不平衡工作，增大減速箱齒輪偏載。因此該標準規定了主軸軸線對法蘭端面的垂直度公差值以及兩端法蘭的同軸度公差的要求。同時考慮到雙曲面攪拌機的工作環境，主軸需要長期浸泡在水中，故主軸材質應采用不銹鋼材料以保證在水中不被銹蝕。

3.5 對工作性能的要求

《潛水推流式攪拌機》（GB/T 33566—2017）[2]國家標準首次提出“比功率”的概念，比功率作為能效標準的性能參數被廣泛推廣[2]。該標準也將比功率作為考核雙曲面攪拌機工作性能的參數，比功率值即在規定的試驗條件下，確保池內水體攪拌不致沉積的前提下〔按《室外排水設計規范》（GB 50014—2016）規定：水池斷面軸向平均流速為0.1m/s時，流體不產生沉淀現象〕，實際消耗的電能與作用水體體積量的比值。雙曲面攪拌機的比功率值直觀地反映了設備的工作性能和效率，用戶可通過設備的比功率參數直接選型，通過性能參數對比，有效促進企業不斷創新研發，使產品不斷更新升級以滿足市場需求，有效保障了雙曲面攪拌機行業向高效、節能的方向發展。

4 結語

《雙曲面攪拌機》（JB/T 13742—2019）行業標準，詳細地對該類產品的各組成部件做出了規范性要求，為雙曲面攪拌機的生產廠家提供了生產制造、裝配檢驗等全方位的指導并起到標桿作用；也是第三方檢測機構對產品進行檢測、評判的依據；對用戶或設計選型人員提供了設備各部件詳細參數的有力支撐。該標準極大地促進了雙曲面攪拌機向著節能、高效、可靠、安全等方向發展，順應了國家大力發展節能、環保、高效設備的整體趨勢。