推进搅拌器在污水处理厂的应用探讨

余志胜 陈杨

(漯河城发水务投资有限公司,河南漯河 462000)

1 概况

推进搅拌器对污水处理厂的稳定达标运行具有至关重要的作用。某城镇污水处理厂,设计规模12万m3/d,采用2000型氧化沟工艺,出水直接排放至黑河,其设计进出水参数如下表1所示。

该污水处理厂2008年建成投运,采用某国际知名品牌推进搅拌器,该设备运行100天左右后,便时有故障发生：起吊钢丝绳磨断、振动增大、减速机泄露进水、齿轮磨损且断齿。

怎样选择一种混合液表面更新明显、震动小、搅拌推流效果好、密封优良、使用起吊方便及定位精准的推进搅拌器,对现场的使用和日常维护都极其重要。本文结合生产应用实例,就推进搅拌器叶片、减速机、底座、起落架的选择设计等问题进行了探讨分析。

2 叶片选型

叶片是推进搅拌器的功能部件,叶片的结构形式决定着设备的推力大小和混合液的搅拌效果。叶片运转动对液体产生剪切作用,剪切作用的结果会对水体产生轴线方向的推力和径向的离心力,轴向的推力主要推动液体向前流动,径向离心力主要驱动液体形成横向搅拌混合,所以,推进搅拌器的作用一是推动液体向前移动形成体积流,二是要对池体内的液体进行搅拌防止沉淀[1]。

叶片的外形结构是决定推进搅拌器性能的重要因素。

推进搅拌器是以推推进流体为主导,搅拌混合次之。叶片结构可依据现场流体工况进行设计,但为使生产趋于规范化、通用化、标准化,叶片外形尺寸逐渐趋同,主要有2500mm,2000mm,1800mm,1500mm,1200mm等规格。由于各设备生产厂家的生产状况和技术水平的差异性,在叶片的结构特点上又各具优劣。目前市场上常见的几种叶片形式主要有薄型双曲线宽叶面后掠式、香蕉型、薄型双曲线型、薄型双曲线形等。

前述生产应用中,上述四种叶片先后都选用过,但从其使用情况看,薄型双曲线宽叶面后掠式应用效果最好。再者,就叶片的成型模式而言,又分为整体式成型和分体组合式成型,整体成型虽然制作工艺要求高,生产难度大,但其现场安装误差会更小,动平衡性能较好,由其产生的震动要小一些。

再者,叶片的材料也是影响叶片推进搅拌器效率和机械性能的关键因素,韧性好、强度大、密度小、成型稳定好的材料不仅能够降低设备的能耗,而且还能提高叶片的机械性能,目前制作的叶片材料主要有铝合金、工程塑胶、不锈钢、玻璃钢、聚氨酯等,虽然这几种材质各具特性,但生产运行情况表明：聚氨酯叶片会出现碎烂解体,工程塑胶叶片联接位置容易产生裂纹,不锈钢叶片容易会发生脆断现象,就使用经验看,优质玻璃钢材料制做的叶片更能满足水体推流搅拌的使用要求。

3 减速机的结构

目前推进搅拌器设备厂家配套的减速机类型主要有斜齿轮减速机和摆线针轮减速机。因为推进搅拌器使用环境特殊,对其配套的减速机有较高要求：重量轻、震动小、结构紧凑、噪音低、能耗低、效率高。

减速机的构造形式对推进搅拌器的结构性能有较大影响,其轴向尺寸越小,叶片转动时产生的摆动就会越小,由此引起的振动也就越小。重量越轻,推进搅拌器的安装维护越方便。减速机齿轮啮合适中、润滑好,设备震动就小、设备的使用寿命就长。

前述污水处理厂曾选用过五个设备生产商的推进搅拌器产品,既有使用斜齿轮减速机的,也有使用摆线针轮减速机的。齿轮是影响减速机品质的重要因素,对推进搅拌器而言,选择强度高、韧性好、齿面硬度高的齿轮更能满足其使用要求[2]。但从生产运行使用情况看,只要减速机的齿轮材料、加工精度、热处理及安装精度等质量关键点控制好,构造形式紧凑、简捷的二级斜齿轮减速机更利于污水处理厂的使用与维护。

4 设备底座

安装设备时,设备底座紧固牢靠是设备安全运行的基本要求。通过对上述污水处理厂故障推进搅拌器的查看分析,发现很多设备都存在底座安装松动的问题。就现今在用的推进搅拌器底座而言,主要有单管托架式的、插槽定位单点支撑式的、悬臂坐凳式的、平板托架式的,还有一种是近几年才投放市场的U+V型锥床式减震底座。

表1 设计进、出水水质表

单管托架式的和插槽定位单点支撑式的底座运转震动最大,且容易造成设备脱槽掉落,导致设备损坏。悬臂坐凳式的和平板托架式的底座虽有一定的减震效果,但叶片仍易摆动,且设备尾部与导轨的磨损易导致导轨断裂。而U+V型锥床式减震底座的特别构造形式,可使推进搅拌器呈榫状被自动夹固和自然楔紧,实现自动对心复位。再者,U+V型块坡面橡胶减震垫的设置,既可以消减振动又能自然调适设备的复位状态,消除了其他类型底座的缺陷,解决了设备摆动和震动的技术难题,能够满足生产使用需要。

所以,U+V型锥床式减震底座可作为推进搅拌器底座的首选。

5 起落架

起落架主要用于推进搅拌器的日常起吊安装维护使用。起落架既要结构便捷又要便于设备起吊和安装复位。现在污水处理厂常用起落架主要有钢链(或钢丝绳)固定安装的和丁字形吊钩活动安装的,由于使用现场的工况条件各异,上述两种结构各具特点：固定结构的比较适合于底部曝气系统,丁字形吊钩式的可适用于各种池型结构。固定结构的缺点在于受水流的抖动影响,起吊钢丝绳容易磨损断裂,而丁字形活动式的只在起吊时悬挂,不存在此类故障,且可以一套起落架多台设备使用。但无论是活动式的还是固定式的起落架,都要求主机导向轮与导轨之间实现良好的起吊滑动(或滚动),且不易卡死,而主机导向轮最好还能起到前后与左右的限位作用。

6 结语

总而言之,推进搅拌器的选用需要慎重比对。建议最好能到实际应用现场去考察,详细调研比较在用设备的噪音情况、震动情况、生物池混合液流动情况以及推进器的现场起吊情况等,使用性能良好的推进搅拌器应该是表观液面置换明显、震动小、推流效果好、噪音低、密封优良、能够实现便捷起吊和精准复位的设备。

[1] 郑铭,陈万金,等.环保设备——原理·设计·应用[M].北京：化学工业出版社,2011.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社,2016.