水處理攪拌器設(shè)備設(shè)計(jì)選型與故障診斷

導(dǎo)言
   污水用潛水?dāng)嚢杵魇且环N強(qiáng)制攪拌設(shè)備，可適用于各類污水處理的攪拌，能對(duì)周圍水體進(jìn)行攪拌、混合，從而提高污水處理效率。
　　污水用攪拌器的品牌選擇和設(shè)備選型對(duì)提高污水廠污水處理率和優(yōu)化污泥排放具有非常關(guān)鍵的作用。潛水?dāng)嚢杵髯鳛橐环N在全浸沒條件下連續(xù)工作，兼攪拌混合和推流功能為一體的浸沒式設(shè)備，在污水處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，在活性污泥工藝中采用潛水?dāng)嚢杵骺煞乐刮勰喑练e在池底部，將污水與回流和再循環(huán)水流混合在一起使懸浮固體均勻分布，從而使微生物與污水之間有充分的接觸。
　　在城市污水處理廠污水處理過程中，由于污水處理工藝的需要，污水和污泥的混合液必須以一定的流速在池體內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。如果流速過低，不僅會(huì)使污水處理無法連續(xù)進(jìn)行，而且會(huì)使混合液中的污泥絮凝沉淀，使池底大量積泥，大大減少池體的有效容積，降低處理效果，影響出水水質(zhì)。因此，需要借助水力機(jī)械—潛水?dāng)嚢杵鞯臄嚢?、推?dòng)，使得混合液保持一定流速，防止污泥沉積在池底部，并將污水與回流和再循環(huán)水流混合在一起使懸浮固體均勻分布，從而使微生物與污水之間有充分的接觸，達(dá)到混合攪拌、推進(jìn)的作用。
　  本次潛水?dāng)嚢杵骷夹g(shù)專題結(jié)合攪拌器設(shè)備滿意度調(diào)查結(jié)果，進(jìn)行總結(jié)、分析和比選，力爭(zhēng)為廣大水
業(yè)同行提供專業(yè)參考。

攪拌器造型“三步曲”
一、攪拌器設(shè)計(jì)因素分析
　　攪拌器設(shè)計(jì)中通常需要考慮的因素是能量密度(W/m3)和整體流速(m/s)，特別是在污水處理中。由于已
經(jīng)出現(xiàn)了新的高效的攪拌系統(tǒng)，故能量密度標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)轉(zhuǎn)而用來表示能耗了。
　　有效的攪拌是在整體流動(dòng)條件下獲得的，水池中的介質(zhì)整體都在發(fā)生運(yùn)動(dòng)，并且成為攪拌工藝的一部
分。整體流速通常為0.15～0.35m/s，現(xiàn)在往往被用作攪拌程度的設(shè)計(jì)參數(shù)。由于無循環(huán)通道的水池也存在
著如何正確定義和測(cè)量所需流速的問題，故只在學(xué)術(shù)上規(guī)定一個(gè)整體流速是不夠的。直到今天，整體流速
仍是污水處理中最可行的對(duì)通用攪拌狀態(tài)進(jìn)行定量分析的方法，而以沉積量、活體積、污泥分布均勻度等
參數(shù)來定量表示攪拌度的工作正在進(jìn)行之中。
　　整體流動(dòng)是由攪拌器射流的動(dòng)量驅(qū)動(dòng)的，其根本上就是攪拌器的反應(yīng)推力，它與攪拌器的位置共同決
定著所產(chǎn)生的流動(dòng)形式。如果攪拌器的位置和某一應(yīng)用中所需要的推力以及攪拌器的推力數(shù)據(jù)已知，就可
據(jù)此進(jìn)行設(shè)備選型。
二、流量的計(jì)算
　　最近的一篇報(bào)道顯示，使用計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)(CFD)可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)潛水?dāng)嚢杵魉a(chǎn)生的流量。為了
計(jì)算流量，必須解出納維—斯托克斯方程，這可依靠計(jì)算機(jī)的幫助并采用雷諾數(shù)平均的方法，還需要正確
選擇湍流、攪拌器型式以及計(jì)算中所采用的計(jì)算網(wǎng)格。解納維—斯托克斯方程時(shí)所施加的力必須包括在內(nèi)，如射流沖力(即攪拌器推力，單位：牛頓)。另外，與攪拌器力矩(角動(dòng)量通量)也有一定的關(guān)系，但沒有那么重要。
　　依照攪拌器推力和攪拌器位置，正確使用CFD可以進(jìn)一步增進(jìn)攪拌器系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的準(zhǔn)確性。在這些
設(shè)計(jì)中，攪拌器推力是最重要的定量因素。
三、攪拌器具體組件選型
　　 潛水?dāng)嚢杵鲬?yīng)可以被提升和放下，并且應(yīng)該可以方便地卸下進(jìn)行檢查或服務(wù)，而無需工作人員進(jìn)入
池體或井中。攪拌器應(yīng)有一個(gè)滑動(dòng)的導(dǎo)桿支架作為其整體的一部分，攪拌器的整個(gè)重量應(yīng)受力在一個(gè)支架
上，該支架必須能夠承受攪拌器造成的所有推力。攪拌器及其附件和電纜，應(yīng)能夠連續(xù)浸沒在深度為
20米的水下工作而不損失其水密性。
(1)殼體
　　考慮到污水處理廠污水具有酸堿、有機(jī)物、熱污染、腐蝕性溶液等工作環(huán)境因素，潛水?dāng)嚢杵鳉んw的
主要材質(zhì)應(yīng)為不銹鋼；而所有的螺母、螺釘和墊圈則應(yīng)為不銹鋼或更好的材質(zhì)。
(2) 電機(jī)
　　電機(jī)應(yīng)根據(jù)水深工作的需要，一般選用高絕緣等級(jí)(F 級(jí)) 的標(biāo)準(zhǔn)定子和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子組件組裝到設(shè)計(jì)緊
湊的潛水?dāng)嚢铏C(jī)殼體內(nèi)。電機(jī)功率等級(jí)和安裝尺寸均應(yīng)符合I．E．C 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，特別對(duì)接線端口設(shè)計(jì)應(yīng)完
全密封，能把電機(jī)和外界分隔。
(3) 減速傳動(dòng)裝置
　　減速傳動(dòng)裝置主要由一對(duì)斜齒輪、軸承和油箱組成。驅(qū)動(dòng)齒輪安裝在電機(jī)輸出軸上，被動(dòng)齒輪安裝
在攪拌器軸上，材料一般采用優(yōu)質(zhì)鋼。
(4) 攪拌螺旋槳
　　攪拌螺旋槳的設(shè)計(jì)根據(jù)潛射流理論，采用水力平衡的無堵塞的拽后設(shè)計(jì)， 它能有效傳遞對(duì)應(yīng)電動(dòng)機(jī)
輸出的攪拌效率，在葉片設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到防止水草或異物纏繞槳葉的因素。為了獲得遠(yuǎn)流程的流場(chǎng)
要求，設(shè)有導(dǎo)管式罩。制造完畢后需進(jìn)行靜平衡校驗(yàn)。
(5) 密封裝置
　　攪拌器由于長(zhǎng)期在水下工作，故其密封性是非常重要的。靜壓密封均采用“O”型橡膠圈。在攪拌器端
軸的動(dòng)密封采用內(nèi)裝單端面大彈簧非平衡的機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)，材料為碳化鎢或碳化硅。
(6) 監(jiān)控系統(tǒng)
　　在每相定子繞組線圈中裝入熱敏開關(guān)，當(dāng)熱敏開關(guān)斷開時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行并報(bào)警。在潛水電機(jī)油室設(shè)
置油室漏水傳感器：當(dāng)水滲入油室時(shí)，傳感器將發(fā)出報(bào)警信息。在潛水電機(jī)定子室設(shè)置漏水傳感器：定子
室中滲入水份時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)行并報(bào)警。熱敏開關(guān)、油室漏水傳感器和定子室漏水傳感器經(jīng)導(dǎo)線引至電機(jī)
接線盒(接線盒內(nèi)有端子板，而端子板則應(yīng)使用彈性“0”型環(huán)與電機(jī)密封)。接線盒內(nèi)的接線板應(yīng)采用穿線
壓緊桿方式長(zhǎng)期固定和連接電纜導(dǎo)線及定子進(jìn)線。
(7) 動(dòng)力和控制電纜
　　潛水控制電纜和動(dòng)力電纜的尺寸應(yīng)符合I.E.C標(biāo)準(zhǔn)并提供足夠的長(zhǎng)度以接入接線箱，且不能拼接。電纜
外護(hù)套應(yīng)是低吸水性的防泄露氯丁橡膠，并且其機(jī)械柔性應(yīng)能承受電纜進(jìn)線處的壓力。電纜至少能在水下
20m處連續(xù)使用而不失其防水性能。采用遠(yuǎn)程的監(jiān)控工作站則可以利用編程進(jìn)行遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)用、參數(shù)
修改功能，以達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

攪拌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型
   在污水處理廠污水處理中，為使得混合液保持一定流速，防止污泥沉積在池底部，并將污水與回流和再循環(huán)水流混合在一起使懸浮固體均勻分布，不僅需要確定潛水?dāng)嚢杵鞯男吞?hào)，而且還需要確定攪拌器在池體內(nèi)合理、
高效的分布，這就要建立池體的攪拌系統(tǒng)。
 　攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要考慮的通常是整體流速(m／s)* N能量密度(W／m)兩組因素。根據(jù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用的高效的攪拌系統(tǒng)，能量密度標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)轉(zhuǎn)而用來表示能耗了，一般只需考慮整體流速(m／s)就能得出攪拌系統(tǒng)。
   有效的攪拌是在整體流動(dòng)條件下獲得的，水池中的介質(zhì)整體都在發(fā)生運(yùn)動(dòng)，并且成為攪拌工藝的一部分。污水處理廠池體的整體流速通常為0.1～0 .4 m／s。迄今為止，整體流速是污水處理中最可行的對(duì)通用攪拌狀態(tài)進(jìn)行定量分析的方法，而以沉積量、活體積、污泥分布均勻度等參數(shù)來定量表示攪拌度的工作正在進(jìn)行之中。據(jù)資料顯示，使用計(jì)算機(jī)流體動(dòng)力學(xué)(CFD)可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)潛水?dāng)嚢杵魉a(chǎn)生的流量。根據(jù)潛水?dāng)嚢杵鞯牧髁枯^核攪拌器推力，就能形象地得出攪拌系統(tǒng)中個(gè)組攪拌器的合理位置。依照攪拌器推力和攪拌器位置，正確使用CFD可以進(jìn)一步增進(jìn)攪拌器系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具的準(zhǔn)確性。根據(jù)上述步驟，可以較準(zhǔn)確地計(jì)算出合理、高效的潛水?dāng)嚢杵鞯臄嚢柘到y(tǒng)。

設(shè)備故障診斷
   潛水?dāng)嚢杵鳎追Q推流器，在使用過程中也常遇到一些故障，最典型的是異常聲響問題。出現(xiàn)這種故障時(shí)，設(shè)備發(fā)出較大的聲響，十幾米處就能聽見，檢查電流均在正常范圍內(nèi)，簡(jiǎn)單的檢查也很難找到問題。可以將整臺(tái)設(shè)備分成機(jī)械密封總成、齒輪箱和電機(jī)三個(gè)部件，進(jìn)行單獨(dú)的分解檢查和分析處理。
1.機(jī)械密封總成的檢查
　　最容易出故障的是機(jī)械密封部分，常因磨損使機(jī)械密封失效，密封腔進(jìn)水。首先分解了機(jī)械密封總成，對(duì)包括兩套機(jī)械密封，骨架油封，輸出軸，軸承，殼體及端蓋等零件進(jìn)行了清洗檢查，并查驗(yàn)了軸承座和輸出軸的有關(guān)尺寸，如均未發(fā)現(xiàn)問題，說明機(jī)械密封部分完好，排除發(fā)生故障的可能性。
2.齒輪箱的分析與檢查
　　設(shè)備的齒輪箱加工精度較高，熱處理良好，對(duì)齒輪箱進(jìn)行*的清洗，仔細(xì)檢查各齒輪、齒輪軸、軸承。發(fā)現(xiàn)輪齒表面光滑，無點(diǎn)蝕、交合現(xiàn)象，齒輪嚙合側(cè)隙正常，齒廓無明顯磨損；各軸承徑向、軸向間隙正常，內(nèi)外圈及滾子表面均無點(diǎn)蝕斑點(diǎn)，整體質(zhì)量良好；各軸軸向間隙合理，手盤輸出軸，活動(dòng)自如，無卡殼現(xiàn)象，也無異常聲響。那么，可以排除齒輪箱的故障。
3.電機(jī)故障的檢查、分析及處理
　　電機(jī)故障表現(xiàn)：在分解電機(jī)前，進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)，以找出問題。如電機(jī)發(fā)出異常聲響，振動(dòng)很大；電機(jī)軸的軸套處發(fā)出咝咝的聲音，電機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)不到2分鐘軸伸溫度就達(dá)幾十度，燙手。軸承內(nèi)圈因點(diǎn)蝕產(chǎn)生梨皮狀點(diǎn)蝕區(qū)域，表面粗糙，暗淡，無光澤，可明顯看到點(diǎn)蝕孔；骨架油封內(nèi)圈破損；軸承內(nèi)圈和軸套與對(duì)應(yīng)的軸頸處有“跑圈”形成的暗斑。
   由于軸承內(nèi)圈點(diǎn)蝕形成梨皮狀點(diǎn)蝕區(qū)域，軸承滾子通過時(shí)，有明顯的卡滯現(xiàn)象，并發(fā)生聲響。這便可能是電機(jī)發(fā)生異常聲響的根本原因，那么通過更換軸承解決此問題。
4.需要說明的問題
　　1）電機(jī)轉(zhuǎn)子軸是推流器的基準(zhǔn)件，推流器的檢修，除修理基準(zhǔn)件，還需要對(duì)各個(gè)零件都進(jìn)行分解檢查，更換損壞件，使設(shè)備的性能得到了恢復(fù)。
　　2）潛水設(shè)備的大修時(shí)間一般為5-6年；
　　3）軸頸偏小的常用處理辦法是增加零件法，即車削該段直徑，增加一軸套，內(nèi)孔采用過盈配合的方式與軸配合，外表面滿足配合所要求的尺寸?；蛘吒鼡Q電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，*解決問題。

攪拌器常見問題
　　在攪拌器設(shè)備滿意度調(diào)查問卷的開放問題中，了解到來自水業(yè)設(shè)備最終用戶對(duì)攪拌器的意見反饋。主要反映在：
　　1、 最容易出故障的是機(jī)械密封部分，常因磨損使機(jī)械密封失效，密封腔進(jìn)水；
　　2、 出現(xiàn)齒輪輪齒打碎和齒輪軸未留軸向間隙的現(xiàn)象；
　　3、 電機(jī)發(fā)出異常聲響，振動(dòng)很大；
　　4、 設(shè)備易受別的物質(zhì)纏繞；
　　5、 耗電量太大等。