攪拌器在石油化工、污水處理及其他生產(chǎn)領(lǐng)域的應用范圍廣闊,目前在石化行業(yè)的污水處理中,大量使用潛水攪拌器。該種設備結構緊湊、安裝方便,但長(cháng)期置于水下,維護成本較高。新型的水力攪拌器可很好的解決此問(wèn)題。
一、背景
污水處理廠(chǎng)使用的推流器(潛水攪拌器),是污水處理生產(chǎn)流程中的一種推流裝置,在污水處理廠(chǎng)中數量眾多且不可或缺,目前市面大都采用電動(dòng)機直接驅動(dòng)推流槳葉,放置于污水處理池中。由于其長(cháng)年累月工作在復雜多變的污水中,且轉速受推流槳葉限制,大多不是同步轉速,因而往往需要配備減速箱,有的還有防爆等特殊要求,其工作環(huán)境苛刻,使用壽命較短,企業(yè)運行、維護成本較高。需要考慮合適的設備型式。
二、解決方案
經(jīng)綜合對比,參考循環(huán)水場(chǎng)水輪機的經(jīng)驗,采用直驅推流器的水力渦輪機可很好地解決該這一難題。這是一種利用水流能量驅動(dòng)污水處理廠(chǎng)推流器的超低比轉速微型水力渦輪機,推流槳葉通過(guò)鍵連接直接安裝于渦輪機的輸出軸上,利用外加水泵提供的、與之適應的富含水頭能量的水流驅動(dòng),取代原特種電動(dòng)機,不但滿(mǎn)足其惡劣的工作環(huán)境,還大大延長(cháng)了使用年限,大大降低了企業(yè)的運行、維護成本,具有良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。
利用外加水泵抽取推流器所在污水池水、或者污水處理廠(chǎng)處理過(guò)的合格水,形成一定水頭、一定流量的高能水流,將之一對一、一對多接入所發(fā)明的驅動(dòng)污水處理廠(chǎng)推流器的超低比轉速微型水力渦輪機,驅動(dòng)推流器按設計工況旋轉,替代原來(lái)驅動(dòng)的電動(dòng)機,在技術(shù)上是可行的。由于這種驅動(dòng)污水處理廠(chǎng)推流器的超低比轉速微型水力渦輪機采用有能水流驅動(dòng),滿(mǎn)足防爆要求;采用防腐材料制造,滿(mǎn)足防腐要求;針對推流器非同步轉速設計,滿(mǎn)足同轉速直聯(lián)要求;采用多年連續工作設計,極大減少了檢維修工作量。
三、設計選型
根據給定的原潛水攪拌器槳葉的額定轉速、額定功率,確定直驅推流器的水力渦輪機的設計參數,設計轉速n=680r/min,旋轉方向按出流方向為順時(shí)針;輸出功率P=4kW,渦輪機驅動(dòng)凈水頭H=20.38m,渦輪機轉輪最大直徑d=375mm。
根據渦輪機出力公式:P=9.8QHη,渦輪機出力P=4kW,初定渦輪機效率為η=85%,渦輪機靜壓水頭H=20.38m,按經(jīng)濟流速3m/s計算,水輪機流量Q=0.023562m3/s,根據比轉速公式ns=nPH54,得比轉速ns=31.4075,流量Q=0.023562m3/s,取管道直徑D=0.10m,得管道平均流速:vˉ=3m/s,選定渦輪機輸水水管型號為DN100。
根據水輪機比轉速及水輪機設計經(jīng)驗,該型水輪機宜采用沖擊式水輪機,但考慮該水輪機出流為有壓出流,因而必須發(fā)明一種新型的、適用于有壓出流的、超低比轉速的特種水輪機,以滿(mǎn)足工作條件的限制,因而發(fā)明了直驅推流器的水力渦輪機。
四、結構型式
直驅推流器的水力渦輪機采用梯形蝸殼,分為四個(gè)部分:蝸殼、導葉部分、轉輪部分、尾水部分。
蝸殼采用梯形蝸殼,在00~1800之間的每個(gè)斷面為正方形,在1800~3600之間的每個(gè)斷面為漸變的長(cháng)方形,蝸殼設計的原則:蝸殼內的平均流速保持保持不變,蝸殼出流口為圓環(huán)形軸向出流,并且滿(mǎn)足速度矩為常數。
導葉部分的主要功能是將流出蝸殼圓環(huán)形出水口、具有一定環(huán)量的水流,無(wú)沖角地引入到導葉柵的進(jìn)口端(切向進(jìn)水),并在導葉柵的流道中加速并按照設計的出流角度流出導葉,進(jìn)入渦輪機轉輪的槳葉柵中;導葉部分第二個(gè)功能是作為蝸殼的連接部件、渦輪軸的前軸承安裝著(zhù)力部件;導葉部分的第三個(gè)功能是安裝渦輪機的安裝固定支架,固定整個(gè)渦輪機。
轉輪部分由兩個(gè)主要部件組成:帶有槳葉柵的轉輪和與導葉部分、尾水部分靜連接的轉輪圍罩。轉輪的主要組成為槳葉柵,來(lái)自于導葉柵的速度水流,無(wú)沖角地沖入轉輪槳葉柵,將水流能量在槳葉柵中轉化為旋轉機械能后,軸向流出轉輪,進(jìn)入尾水部分;轉輪通過(guò)輪轂的利用鍵安裝于渦輪軸上;轉輪圍罩與導葉部分、尾水部分組成轉輪室,創(chuàng )造出準輪的工作環(huán)境。
尾水部分主要是將轉輪流出的水流的速度進(jìn)一步降低,以盡可能多的吸收水流的動(dòng)能量,提高渦輪機的能量轉化效率;其另外的一個(gè)功能就是提供渦輪機后軸承的安裝著(zhù)力點(diǎn)。
下圖為直驅推流器的水力渦輪機的結構示意圖。
通過(guò)實(shí)驗,直驅推流器的水力渦輪機輸入水頭20.4米、容積流量為84.45立方米每小時(shí),效率85.3%,長(cháng)度為465毫米,直徑為352毫米的類(lèi)圓柱形,滿(mǎn)足推流器的安裝要求。
由此,可構建一種新型的水力攪拌器系統,其由水泵、攪拌葉輪、水力攪拌機主機、安裝系統(含管道、金屬軟接等組成)等組成。水力攪拌機為直聯(lián)式結構,既有結構緊湊、能耗低、便于維護等優(yōu)點(diǎn),且有軸向推力大、自潔防纏繞的良好功能。如圖2
通過(guò)現場(chǎng)數月的試驗,該水力攪拌系統現場(chǎng)采用處理后的壓艙水(有一定壓力)可很好地解決攪拌需求,同時(shí)還能利用壓艙水自有的壓頭,節省部分電能。
五、結語(yǔ)
綜上所述,在介質(zhì)溫度不超過(guò)40℃、pH值在5-9之間、潛水深度不超過(guò)20m、介質(zhì)中沒(méi)有纏繞物和漂浮物的情況下,該類(lèi)水力攪拌器可適用于污水處理廠(chǎng)曝氣池、厭氧池和污泥池等含有懸浮物需混合、攪拌的場(chǎng)合。同時(shí),工業(yè)流程中一些對操作安全性較高的環(huán)境,如含有金屬鹽、紙漿和纖維物質(zhì)的水、含有一些磨損顆粒、碎渣與金屬鹽的某些工業(yè)污水處理過(guò)程均可有效使用。對潛水攪拌器具有很好的替代作用。( >
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