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打開水處理設(shè)計之門——【專題2】水處理設(shè)備之水泵

更新時間:2015-07-24,發(fā)布者:淏園網(wǎng),瀏覽人數(shù):

 

水處理設(shè)備的合理選型,是每一個設(shè)計人員需要掌握的知識。作為輸送提升的核心設(shè)備,泵在水處理項目中無處不在。泵的原理多樣,種類繁多,而且還在不斷地發(fā)展創(chuàng)新,不同的應(yīng)用場合,泵的使用方法也各有差異

1、泵的原理與分類  在專業(yè)定義上,泵是指將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能和動能,從而實現(xiàn)流體定向輸運的動力設(shè)備。在使用時常按用途來進行命名,比如潛污泵、污泥泵、計量泵等,工作原理各有不同。按工作原理可以分類如下:

1)葉片式泵  葉片式泵包括離心泵(單級、多級),軸流泵,混流泵,旋渦泵等?! ‰x心泵-利用旋轉(zhuǎn)葉輪帶動流體一起旋轉(zhuǎn),借離心力的作用,使流體的壓力能和動能得到增加。  軸流泵-利用葉輪上的翼型葉片在流體旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的升力使流體的能量增加。  混流泵-介于離心泵和軸流泵之間,部分利用了離心力,部分利用了升力。

2)容積式泵  容積式泵包括往復(fù)泵(活塞、柱塞、隔膜),回轉(zhuǎn)泵(齒輪、螺桿、滑片等)  往復(fù)式泵-利用工作容積周期性的改變來輸送流體,并提高其壓力,包括活塞式、柱塞式和隔膜式三類?! 』剞D(zhuǎn)式泵-利用一對或幾個特殊形狀的回轉(zhuǎn)體,如齒輪、螺桿或其他形狀的轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動來輸送流體并提高其壓力。

3)其他類型泵  葉片式泵和容積式泵基本包括了所有常用的泵的類型,還有一些其他類型的泵,比如:  水環(huán)式真空泵-水環(huán)式真空泵在啟動前注入一定水作為工作液體,靠星形葉輪的旋轉(zhuǎn),形成封閉水環(huán),葉輪與水環(huán)之間形成周期性擴大與減小的空間,形成負壓,吸入氣體并排出,達到抽真空的目的噴射泵-利用高速射流的抽吸作用來抽吸并輸送液體,可以起到抽真空的作用。

2、泵的主要性能參數(shù)

1)流量與揚程  泵在單位時間內(nèi)輸送的流體量稱為流量,泵的流量一般指體積流量,用q表示。單位重力作用下的液體通過泵后所獲得的能量增加值,稱為揚程,用H表示,單位為m在選型時,流量與揚程是由設(shè)計人員根據(jù)工藝計算結(jié)果給出的核心參數(shù),是一個固定值。對于水泵自身性能而言,流量與揚程往往是一個區(qū)間內(nèi)的對應(yīng)關(guān)系,是一個范圍。在選型時,兩者互相影響,理想的選型是工藝參數(shù)需要的固定值落在水泵性能曲線的最高效率點,在有偏差時,要綜合評估偏差可能帶來的不利影響,權(quán)衡后確定選型結(jié)果。

2)軸功率與效率  泵在運行時原動機傳遞到泵轉(zhuǎn)軸上的功率稱為軸功率,用P表示,單位為kw。單位時間內(nèi)通過泵的流體所獲得的功率稱為有效功率,用Pe表示。泵的效率為有效功率與軸功率之比,即η=Pe/P?! ”玫男逝c泵本身的設(shè)計水平、機械加工水平等有關(guān),效率的高低直接影響能耗,同時泵有各自的高效率區(qū)間,選型時需要落在這個區(qū)間,以降低能耗。

3)轉(zhuǎn)速  泵軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù),稱為轉(zhuǎn)速,用n表示,單位為r/min?! ∞D(zhuǎn)速一般與電機的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速對應(yīng),可通過變頻器對電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)整,水泵性能曲線也對應(yīng)變化。在實際流量揚程變化時,通過變頻來調(diào)節(jié)可以達到很好的節(jié)能效果。

4)汽蝕與汽蝕余量  汽蝕指水泵運行中,因為某些原因使得泵內(nèi)局部壓力降低到水的汽化壓力時,水會產(chǎn)生汽化而形成氣液流,到達高壓區(qū)后氣泡受到擠壓破滅重新凝結(jié)成水,在這個過程中會產(chǎn)生很高的水錘壓力,使材料收到侵蝕和破壞。汽蝕現(xiàn)象主要是針對葉片泵而言,是在泵的選型設(shè)計中必須避免的現(xiàn)象。汽蝕的產(chǎn)生與泵的性能有關(guān),也與泵的吸口裝置的設(shè)計有關(guān)?! ∑g余量指泵入口處液體所具有的總水頭與液體汽化時的壓力頭之差,單位用米(水柱)標(biāo)注,用NPSH(Net Positive Suction Head)表示。在葉片泵的性能參數(shù)中,廠家一般會提供允許蝕余量供設(shè)計人員在選型設(shè)計時使用,汽蝕余量的參數(shù)說明如下:  NPSHc—臨界汽蝕余量,由汽蝕試驗求得;  [NPSH]—允許汽蝕余量,是保證泵不發(fā)生汽蝕的汽蝕余量,通常取[NPSH]=(1.1~1.5)NPSHc或[NPSH]=NPSHc+K(一般取K=0.3)汽蝕余量主要影響安裝條件,允許汽蝕余量越小,意味著可承擔(dān)的泵前負壓越大,水泵的性能越好。

3、泵的選型過程

1)確認使用條件  在泵的選型時,首先需要確認使用的基本條件,包括:  a.輸送介質(zhì)的物理化學(xué)性能  影響泵的性能、材料和結(jié)構(gòu)。包括:介質(zhì)特性(如腐蝕性、磨蝕性、毒性等)、固體顆粒含量及顆粒大小、密度、黏度、汽化壓力等。  b.選型參數(shù)  流量、揚程、溫度、裝置汽蝕余量、操作狀態(tài)?! .現(xiàn)場條件  泵的安裝位置、環(huán)境溫度、相對濕度、大氣壓力、大氣腐蝕狀況及危險區(qū)域劃分等級等。

2)選擇泵的類型  水處理中根據(jù)用途的不同需要選擇對應(yīng)的合適類型:  a.進水的提升  在廢水的進水中雜質(zhì)往往較多,一般選擇抗堵塞的離心泵。中小規(guī)模水量時,最常用的為潛污泵。在方便設(shè)置泵房時,可采用  干式無堵塞排污泵。在大型規(guī)模項目,一般采用干式安裝的大型污水泵,以方便檢修。  在工業(yè)廢水處理項目中,進水纏繞物雜質(zhì)少時,經(jīng)常根據(jù)需求選用自吸泵等?! ∵M水提水泵在允許時,建議盡量選擇質(zhì)量優(yōu)秀的產(chǎn)品,可以大大減少日常運行維護中的麻煩,保證系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。  b.中間提升及尾水排放  中間提升及尾水排放時,廢水中的雜質(zhì)特別是纏繞性雜質(zhì)非常少,在水泵的選型上范圍大很多,基本常規(guī)的輸送污水的泵都能使用。在尾水水質(zhì)較好時,排放和回用泵可考慮選擇清水泵,泵的效率一般較污水泵高,成本也較低?! .有自吸需求  有自吸需求時可選用自吸泵、轉(zhuǎn)子泵。根據(jù)需求可配套真空泵?! .污泥的輸送  初沉污泥:污泥懸浮物濃度高、雜物較多,一般采用螺桿泵,需要時配套破碎機?! 《脸匚勰嗉拔勰嗷亓鳎何勰嗪矢?,特性與水類似,一般選用潛污泵、混流泵或軸流泵,內(nèi)回流需要揚程低,可選用穿墻泵?! 』瘜W(xué)污泥:根據(jù)污泥情況可選擇無堵塞排污泵、螺桿泵?! 饪s后污泥:一般選擇螺桿泵,也可選擇隔膜泵?! ∶撍笪勰啵好撍笪勰嗟墓艿垒斔托枰獡P程高,可選擇柱塞泵。  e.藥劑投加  小流量的藥劑投加一般選擇計量泵,PAM的投加可選擇螺桿泵?! 〈罅髁康乃巹┩都涌蛇x擇耐腐蝕泵等。

3)確定泵的型號  在類型確定后,再根據(jù)泵的性能曲線選擇合適的型號:  a.查系列型譜圖,選擇泵的額定工作點落在泵的高效工作區(qū)內(nèi),校核泵的汽蝕余量是否符合要求?! .校核泵的材質(zhì)、密封等是否能滿足輸送介質(zhì)要求?! .校核安裝檢修條件是否滿足單體設(shè)計的要求?! ‘?dāng)有兩種以上規(guī)格符合條件時,選擇綜合指標(biāo)高的設(shè)備:效率(高)、重量(低)和價格(低)。附:一些泵的圖片

4、潛污泵的安裝  潛污泵是潛水排污泵的簡稱,在潛水泵的基礎(chǔ)上通道采用抗堵塞設(shè)計,用于一級提升、中間提升及污泥回流等。主要用于市政工程、樓宇建筑、工業(yè)排污和污水處理場合,排送含固形物和長纖維的污水、廢水和雨水等。

1、常用的兩種安裝方式  潛污泵安裝條件簡單,流量覆蓋范圍較大,從10m3/h以下到幾千m3/h,是水處理工程特別是中小型項目中最常用的提升設(shè)備之一。潛污泵常見的安裝方式主要有兩種:耦合式安裝和移動式安裝。耦合式 移動式  其中耦合式安裝是通過耦合器將泵與管道相連,泵與出水管路脫離方便,水泵檢修時通過起吊裝置起吊即可。耦合式安裝適用于各種規(guī)格的潛污泵,是潛污泵最常用的安裝方式,耦合器由設(shè)備廠家成套供貨。  移動式安裝指泵出口管路直接通過軟管連接至水面上,潛污泵靠自重置于水池底部或通過鐵鏈等懸掛在起吊裝置上。移動式安裝無需耦合器和池底固定,便于移動,檢修時連管道一起起吊即可。同時由于安裝方式的原因,難以承擔(dān)大的力矩,只適用于小型的潛污泵。

2、安裝條件圖的解釋  在選型確認后,潛污泵的廠家會提供安裝條件圖,設(shè)計人員需要能讀懂各尺寸和符號的意思。以某潛污泵廠商的樣本安裝條件為例說明如下

:1)最低運行液位  功率11kw以上的泵可以選擇裝置電機冷卻系統(tǒng)對泵進行冷卻,若不選冷卻系統(tǒng),是由泵送介質(zhì)直接冷卻電機。兩種不同的冷卻方式對應(yīng)的最低液位不同,直接冷卻方式的需要液位高于帶冷卻系統(tǒng)的方式?!≡趶S家提供的安裝條件圖中,用實心三角“▼”和空心三角“▽”來進行區(qū)分,其中“▼”表示帶冷卻系統(tǒng),“▽”表示不帶冷卻系統(tǒng)。  在上面案例的安裝條件圖中,帶冷卻系統(tǒng)時,有效最低液位距離耦合裝置底部為570mm,不帶冷卻系統(tǒng)時,距離為785mm。即有冷卻系統(tǒng)時有效液位可以低出215mm。

2)平面開孔與定位  潛水泵耦合式安裝時,平面的開孔需考慮潛水泵的最小安裝尺寸。案例中A向視圖表示了水泵的最小安裝孔的大小尺寸,1000×700mm?! ≡谶M行定位時,安裝導(dǎo)桿的池邊是基準(zhǔn)線。這是因為潛污泵的就位是靠與耦合裝置連接的導(dǎo)桿來完成的,導(dǎo)桿的位置由池邊確定。耦合器基座的螺栓進行定位時,也需以池邊為基準(zhǔn)線進行。按上面案例,應(yīng)先確定距離池邊253mm的螺栓孔位置,再通過螺栓孔的間距350mm來確定另外兩個螺栓孔的位置。最終在圖紙中體現(xiàn)的最重要的尺寸為:頂部平面開孔的位置與大小,以及底部的預(yù)埋地腳螺絲的位置與規(guī)格(一般采用預(yù)留孔進行后澆混凝土的設(shè)計)?! №敳康膶?dǎo)桿固定通常采用膨脹螺栓的方式完成。

3、電氣保護措施  由于潛污泵為潛水運行,可能會出現(xiàn)漏水等情況而損壞水泵,需要進行預(yù)防。以某潛污泵廠家為例,采用的措施有:  7.5kw以下的泵設(shè)有電機繞組過熱保護元件和漏水探頭;11kw及以上的泵設(shè)有電機繞組過熱保護元件、浮子開關(guān)、漏水探頭;30kw及以上的泵在電機上端蓋內(nèi)增設(shè)漏水探頭等。  其中過熱保護元件是置于電機定子繞組內(nèi),不正常運行狀況下,繞組穩(wěn)定達到過熱保護原件的設(shè)定值時,通過電柜過熱保護裝置停止電機?! ÷┧筋^用作漏水檢測,電機側(cè)進水后通過電控柜報警并停機。浮子開關(guān)用作檢測電機側(cè)機械密封是否失效,電機腔是否進水,探測到進水后通過電控柜報警并停機。在潛污泵的電氣安裝中,需要根據(jù)選型條件及廠家反饋的電氣要求進行電控柜的設(shè)計,從而達到保護效果。5、離心泵的安裝  離心泵是輸水中最常用的泵之一,為了避免汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生,離心泵的安裝高度需要進行非常仔細的校核計算。水泵進水側(cè)裝置形式示意圖如下:  泵的允許幾何安裝高度與多方面條件有關(guān),公式如下:式中:  [Hg]—泵的允許幾何安裝高度,m;(計算結(jié)果供設(shè)計時利用,實際安裝高度需低于允許安裝高度)  pe—吸水水面壓力,Pa;(為吸水水面的大氣壓,海拔越高大氣壓越低)  pv—飽和蒸汽壓力,Pa;(與水溫有關(guān),水溫越高,飽和蒸汽壓力越高)  ρ—流體的密度,kg/m3;  g—重力加速度,9.81m/s2;  [NPSH]—水泵的允許汽蝕余量,m;(與水泵性能有關(guān),廠家提供)  hw—吸入管路中的水頭損失,m。(與吸水管路設(shè)計有關(guān),由設(shè)計人員確定)  由上式可知,海拔越高、水溫越高、允許汽蝕余量越大、進水管路水頭損失越大,允許幾何安裝高度越小。
 

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