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發(fā)布時(shí)間:2021年11月25日 10:05 作者:筑龍給排水 點(diǎn)擊數(shù):次
來(lái)源:筑龍給排水
水處理設(shè)備的合理選型,是每一個(gè)設(shè)計(jì)人員需要掌握的知識(shí)。作為輸送提升的核心設(shè)備,泵在水處理項(xiàng)目中無(wú)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(chǎng)合,泵的使用方法也各有差異。
1、污水泵的原理與分類
在專業(yè)定義上,泵是指將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的壓力能和動(dòng)能,從而實(shí)現(xiàn)流體定向輸運(yùn)的動(dòng)力設(shè)備。在使用時(shí)常按用途來(lái)進(jìn)行命名,比如潛污泵、污泥泵、計(jì)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(jí)、多級(jí)),軸流泵,混流泵,旋渦泵等。 離心泵-利用旋轉(zhuǎn)葉輪帶動(dòng)流體一起旋轉(zhuǎn),借離心力的作用,使流體的壓力能和動(dòng)能得到增加。潛水電機(jī)直接與泵葉輪同軸相連,水力部件由水泵殼體、葉輪組成。水泵殼體的出水口為徑向,出水口中心線與電機(jī)中心線在同一平面內(nèi)。為了確保流量穩(wěn)定且沒(méi)有過(guò)多渦旋,水力部件設(shè)計(jì)和制造成沒(méi)有銳利的棱角。泵出水配管法蘭按ISO標(biāo)準(zhǔn),公稱壓力為1MPa。
上圖為潛水離心泵
水平軸流泵-應(yīng)為成套設(shè)備,并需配備管道連接管、拍門、導(dǎo)桿、吊索(吊鏈)、起吊支架和葫蘆、潛水電纜、接線盒(IP65)和監(jiān)控裝置等所有安裝附件和不銹鋼緊固件。
水平軸流泵采用導(dǎo)桿自動(dòng)結(jié)合就位固定方式,滑行桿支架作為水泵整體的部件之一,水泵的全部重量以及泵送時(shí)產(chǎn)生的推力全部作用在對(duì)接的出口管路法蘭上。水平軸流泵可以上下方便地進(jìn)行升降移動(dòng),檢查或維修人員無(wú)需進(jìn)入池底。
潛水內(nèi)回流泵應(yīng)為臥式單級(jí)結(jié)構(gòu),垂直單導(dǎo)軌、自耦式安裝。葉輪的設(shè)計(jì)應(yīng)采用無(wú)堵塞、防纏繞結(jié)構(gòu)型式,通過(guò)固體顆粒直徑可達(dá) 120mm 以及允許長(zhǎng)纖維垃圾。
上圖為水平軸流泵
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?;炝鞅脼殡姍C(jī)驅(qū)動(dòng),適用于抽吸原生污水,采用底吸,水平出流,單蝸殼,混流葉輪,泵的軸向荷載由泵基座或者電機(jī)座承受,泵的進(jìn)水流道為泵整體設(shè)計(jì)的一部分,合力確定進(jìn)水流道的尺寸。
上圖為混流泵
(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(lái)輸送流體,并提高其壓力,包括活塞式、柱塞式和隔膜式三類。
上圖為隔膜泵
回轉(zhuǎn)式泵-利用一對(duì)或幾個(gè)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(yùn)動(dòng)來(lái)輸送流體并提高其壓力。
上圖為螺桿泵
自吸式轉(zhuǎn)子泵-應(yīng)適合初沉與二沉的混合污泥(含固率3%~7%)、表面浮渣、沉砂等,污泥中含有粒徑小于0.15mm的細(xì)砂約10%,系統(tǒng)中不設(shè)置污泥切割裝置,允許最大通過(guò)60mm不可壓縮異物,具有無(wú)堵塞、耐磨等特點(diǎn)適合高含砂污泥輸送。
上圖為自吸式轉(zhuǎn)子泵
(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(dòng)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(kuò)大與減小的空間,形成負(fù)壓,吸入氣體并排出,達(dá)到抽真空的目的。
噴射泵-利用高速射流的抽吸作用來(lái)抽吸并輸送液體,可以起到抽真空的作用。
2、污水泵的主要性能參數(shù)
(1)流量與揚(yáng)程
泵在單位時(shí)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(guò)泵后所獲得的能量增加值,稱為揚(yáng)程,用H表示,單位為m。
在選型時(shí),流量與揚(yáng)程是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)工藝計(jì)算結(jié)果給出的核心參數(shù),是一個(gè)固定值。對(duì)于水泵自身性能而言,流量與揚(yáng)程往往是一個(gè)區(qū)間內(nèi)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,是一個(gè)范圍。在選型時(shí),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(diǎn),在有偏差時(shí),要綜合評(píng)估偏差可能帶來(lái)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(yùn)行時(shí)原動(dòng)機(jī)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(shí)間內(nèi)通過(guò)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。
泵的效率與泵本身的設(shè)計(jì)水平、機(jī)械加工水平等有關(guān),效率的高低直接影響能耗,同時(shí)泵有各自的高效率區(qū)間,選型時(shí)需要落在這個(gè)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。
轉(zhuǎn)速一般與電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng),可通過(guò)變頻器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整,水泵性能曲線也對(duì)應(yīng)變化。在實(shí)際流量揚(yáng)程變化時(shí),通過(guò)變頻來(lái)調(diào)節(jié)可以達(dá)到很好的節(jié)能效果。
(4)汽蝕與汽蝕余量
汽蝕指水泵運(yùn)行中,因?yàn)槟承┰蚴沟帽脙?nèi)局部壓力降低到水的汽化壓力時(shí),水會(huì)產(chǎn)生汽化而形成氣液流,到達(dá)高壓區(qū)后氣泡受到擠壓破滅重新凝結(jié)成水,在這個(gè)過(guò)程中會(huì)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(duì)葉片泵而言,是在泵的選型設(shè)計(jì)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(jì)有關(guān)。
汽蝕余量指泵入口處液體所具有的總水頭與液體汽化時(shí)的壓力頭之差,單位用米(水柱)標(biāo)注,用(NPSH)表示,具體分為如下幾類:
NPSHa——裝置汽蝕余量又叫有效汽蝕余量,越大越不易汽蝕;
NPSHr——泵汽蝕余量,又叫必需的汽蝕余量或泵進(jìn)口動(dòng)壓降,越小抗汽蝕性能越好;
NPSHc——臨界汽蝕余量,是指對(duì)應(yīng)泵性能下降一定值的汽蝕余量;
[NPSH]——許用汽蝕余量,是確定泵使用條件用的汽蝕余量,通常取 [NPSH]=(1.1~1.5)NPSHc。
必需汽蝕余量和有效汽蝕余量有何區(qū)別
汽蝕余量分有效氣蝕余量NPSHa和必須氣蝕余量NPSHr。泵的必須汽蝕余量是泵的特性,由設(shè)計(jì)決定,泵的有效汽蝕余量由工藝管路決定。
對(duì)于給定泵,在給定轉(zhuǎn)速和流量下必需具有的汽蝕余量稱為必需汽蝕余量,常用NPSHr表示。又稱為泵的汽蝕余量,是規(guī)定泵要達(dá)到的汽蝕性能參數(shù)。NPSHr和泵的內(nèi)部流動(dòng)有關(guān),是由泵本身頭定的,其物理意義是表示液體在泵進(jìn)口部分壓力下降的程度,也就是為了保征泵不發(fā)生汽蝕,要求在泵進(jìn)口處單位重量液體具有超過(guò)汽化壓力水頭的富余能量。必須汽蝕余量與裝置參數(shù)無(wú)關(guān),只與泵進(jìn)口部分的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(vo、wo、wk等)有關(guān),這些運(yùn)動(dòng)參數(shù)在一定轉(zhuǎn)速和流量下是由幾何參數(shù)決定的。這就是說(shuō)NPSHr是由泵本身(吸水室和葉輪進(jìn)口部分的幾何參數(shù))決定的。對(duì)于既定的泵,不論何種介質(zhì)(黏性大介質(zhì)因影響速度分布除外),在一定轉(zhuǎn)速和流量下流經(jīng)泵進(jìn)口,因速度大小相同故有相同的壓力降,即NPSHr相同。所以NPSHr與液體的性質(zhì)無(wú)關(guān)(不考慮熱力學(xué)因素)。NPSHr越小,表示壓力降小,要求裝置必須提供的NPSHa小,因而泵的抗汽蝕性能越好。因此:r代表required必需的,由泵本體決定,具體與轉(zhuǎn)速,葉輪形式等有關(guān);
有效汽蝕余量是指由泵安裝條件所確定的汽蝕余量,常用NPSHa表示。又稱為裝置汽蝕余量,是由吸入裝置提供的在泵進(jìn)口處單位重量液體具有的超過(guò)汽化壓力水頭的富余能量。NPSHa越大,泵越不容易發(fā)生汽蝕。有效汽蝕余量的大小與裝置參數(shù)及液體性質(zhì)(p、pv等)有關(guān)。因?yàn)槲胙b置的水力損失和流量的平方成正比,所以NPSHa隨流量的增加而減小。因此: A代表available有效的,可以提供的,這個(gè)由系統(tǒng)和管路決定,必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格計(jì)算;
要保證泵不氣蝕,NPSHa必須大于NPSHr。具體大多少,各種不同形式的泵都有經(jīng)驗(yàn)值, 一般把泵的必須汽蝕余量增加0.5-1m的富余能頭作為允許汽蝕余量。
3、污水泵的選型
(1)確認(rèn)使用條件
在泵的選型時(shí),首先需要確認(rèn)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(yáng)程、溫度、裝置汽蝕余量、操作狀態(tài)。
c.現(xiàn)場(chǎng)條件
泵的安裝位置、環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力、大氣腐蝕狀況及危險(xiǎn)區(qū)域劃分等級(jí)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(duì)應(yīng)的合適類型:
a.進(jìn)水的提升
在廢水的進(jìn)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(shí),最常用的為潛污泵。在方便設(shè)置泵房時(shí),可采用 干式無(wú)堵塞排污泵。在大型規(guī)模項(xiàng)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(xiàng)目中,進(jìn)水纏繞物雜質(zhì)少時(shí),經(jīng)常根據(jù)需求選用自吸泵等。
進(jìn)水提水泵在允許時(shí),建議盡量選擇質(zhì)量?jī)?yōu)秀的產(chǎn)品,可以大大減少日常運(yùn)行維護(hù)中的麻煩,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
b.中間提升及尾水排放
中間提升及尾水排放時(shí),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(shí),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。
c.有自吸需求
有自吸需求時(shí)可選用自吸泵、轉(zhuǎn)子泵。根據(jù)需求可配套真空泵。
d.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(shí)配套破碎機(jī)。
二沉池污泥及污泥回流:污泥含水率高,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(yáng)程低,可選用穿墻泵。
化學(xué)污泥:根據(jù)污泥情況可選擇無(wú)堵塞排污泵、螺桿泵。
濃縮后污泥:一般選擇螺桿泵,也可選擇隔膜泵。
脫水后污泥:脫水后污泥的管道輸送需要揚(yáng)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(jì)量泵,PAM的投加可選擇螺桿泵。
大流量的藥劑投加可選擇耐腐蝕泵等。
(3)確定泵的型號(hào)
在類型確定后,再根據(jù)泵的性能曲線選擇合適的型號(hào):
a.查系列型譜圖,選擇泵的額定工作點(diǎn)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。
b.校核泵的材質(zhì)、密封等是否能滿足輸送介質(zhì)要求。
c.校核安裝檢修條件是否滿足單體設(shè)計(jì)的要求。
當(dāng)有兩種以上規(guī)格符合條件時(shí),選擇綜合指標(biāo)高的設(shè)備:效率高、重量低和價(jià)格低。
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