水处理搅拌器设备设计选型与故障诊断

   污水用搅拌器的品牌选择和设备选型对提高污水厂污水处理率和优化污泥排放具有非常关键的作用。潜水搅拌器作为一种在全浸没条件下连续工作，兼搅拌混合和推流功能为一体的浸没式设备 
 

导言
   污水用潜水搅拌器是一种强制搅拌设备，可适用于各类污水处理的搅拌，能对周围水体进行搅拌、混合，从而提高污水处理效率。
　　污水用搅拌器的品牌选择和设备选型对提高污水厂污水处理率和优化污泥排放具有非常关键的作用。潜水搅拌器作为一种在全浸没条件下连续工作，兼搅拌混合和推流功能为一体的浸没式设备，在污水处理领域有着广泛的应用，在活性污泥工艺中采用潜水搅拌器可防止污泥沉积在池底部，将污水与回流和再循环水流混合在一起使悬浮固体均匀分布，从而使微生物与污水之间有充分的接触。
　　在城市污水处理厂污水处理过程中，由于污水处理工艺的需要，污水和污泥的混合液必须以一定的流速在池体内循环流动。如果流速过低，不仅会使污水处理无法连续进行，而且会使混合液中的污泥絮凝沉淀，使池底大量积泥，大大减少池体的有效容积，降低处理效果，影响出水水质。因此，需要借助水力机械—潜水搅拌器的搅拌、推动，使得混合液保持一定流速，防止污泥沉积在池底部，并将污水与回流和再循环水流混合在一起使悬浮固体均匀分布，从而使微生物与污水之间有充分的接触，达到混合搅拌、推进的作用。
　  本次潜水搅拌器技术专题结合搅拌器设备满意度调查结果，进行总结、分析和比选，力争为广大水
业同行提供专业参考。

搅拌器造型“三步曲”
一、搅拌器设计因素分析 
　　搅拌器设计中通常需要考虑的因素是能量密度(W/m3)和整体流速(m/s)，特别是在污水处理中。由于已
经出现了新的的搅拌系统，故能量密度标准已经转而用来表示zui大能耗了。
　　有效的搅拌是在整体流动条件下获得的，水池中的介质整体都在发生运动，并且成为搅拌工艺的一部
分。整体流速通常为0.15～0.35m/s，现在往往被用作搅拌程度的设计参数。由于无循环通道的水池也存在
着如何正确定义和测量所需流速的问题，故只在学术上规定一个整体流速是不够的。直到今天，整体流速
仍是污水处理中zui可行的对通用搅拌状态进行定量分析的方法，而以沉积量、活体积、污泥分布均匀度等
参数来定量表示搅拌度的工作正在进行之中。
　　整体流动是由搅拌器射流的动量驱动的，其根本上就是搅拌器的反应推力，它与搅拌器的位置共同决
定着所产生的流动形式。如果搅拌器的位置和某一应用中所需要的推力以及搅拌器的推力数据已知，就可
据此进行设备选型。 
二、流量的计算 
　　zui近的一篇报道显示，使用计算机流体动力学(CFD)可以准确地预测潜水搅拌器所产生的流量。为了
计算流量，必须解出纳维—斯托克斯方程，这可依靠计算机的帮助并采用雷诺数平均的方法，还需要正确
选择湍流、搅拌器型式以及计算中所采用的计算网格。解纳维—斯托克斯方程时所施加的力必须包括在内，如射流冲力(即搅拌器推力，单位：牛顿)。另外，与搅拌器力矩(角动量通量)也有一定的关系，但没有那么重要。
　　依照搅拌器推力和搅拌器位置，正确使用CFD可以进一步增进搅拌器系统设计工具的准确性。在这些
设计中，搅拌器推力是zui重要的定量因素。
三、搅拌器具体组件选型 
　　 潜水搅拌器应可以被提升和放下，并且应该可以方便地卸下进行检查或服务，而无需工作人员进入
池体或井中。搅拌器应有一个滑动的导杆支架作为其整体的一部分，搅拌器的整个重量应受力在一个支架
上，该支架必须能够承受搅拌器造成的所有推力。搅拌器及其附件和电缆，应能够连续浸没在zui大深度为
20米的水下工作而不损失其水密性。
(1)壳体
　　考虑到污水处理厂污水具有酸碱、有机物、热污染、腐蚀性溶液等工作环境因素，潜水搅拌器壳体的
主要材质应为不锈钢；而所有的螺母、螺钉和垫圈则应为不锈钢或更好的材质。
(2) 电机
　　电机应根据水深工作的需要，一般选用高绝缘等级(F 级) 的标准定子和标准转子组件组装到设计紧
凑的潜水搅拌机壳体内。电机功率等级和安装尺寸均应符合I．E．C 标准，特别对接线端口设计应完
全密封，能把电机和外界分隔。
(3) 减速传动装置
　　减速传动装置主要由一对斜齿轮、轴承和油箱组成。驱动齿轮安装在电机输出轴上，被动齿轮安装
在搅拌器轴上，材料一般采用钢。
(4) 搅拌螺旋桨
　　搅拌螺旋桨的设计根据潜射流理论，采用水力平衡的无堵塞的拽后设计， 它能有效传递对应电动机
输出的zui大搅拌效率，在叶片设计时需考虑到防止水草或异物缠绕桨叶的因素。为了获得远流程的流场
要求，设有导管式罩。制造完毕后需进行静平衡校验。
(5) 密封装置
　　搅拌器由于长期在水下工作，故其密封性是非常重要的。静压密封均采用“O”型橡胶圈。在搅拌器端
轴的动密封采用内装单端面大弹簧非平衡的机械密封动、静环，材料为碳化钨或碳化硅。
(6) 监控系统
　　在每相定子绕组线圈中装入热敏开关，当热敏开关断开时，电机停止运行并报警。在潜水电机油室设
置油室漏水传感器：当水渗入油室时，传感器将发出报警信息。在潜水电机定子室设置漏水传感器：定子
室中渗入水份时，电机停止运行并报警。热敏开关、油室漏水传感器和定子室漏水传感器经导线引至电机
接线盒(接线盒内有端子板，而端子板则应使用弹性“0”型环与电机密封)。接线盒内的接线板应采用穿线
压紧杆方式长期固定和连接电缆导线及定子进线。
(7) 动力和控制电缆
　　潜水控制电缆和动力电缆的尺寸应符合I.E.C标准并提供足够的长度以接入接线箱，且不能拼接。电缆
外护套应是低吸水性的防泄露氯丁橡胶，并且其机械柔性应能承受电缆进线处的压力。电缆至少能在水下
20m处连续使用而不失其防水性能。采用远程的监控工作站则可以利用编程进行远程的实时数据调用、参数
修改功能，以达到远程监控的目的。

搅拌系统的设计与选型
   在污水处理厂污水处理中，为使得混合液保持一定流速，防止污泥沉积在池底部，并将污水与回流和再循环水流混合在一起使悬浮固体均匀分布，不仅需要确定潜水搅拌器的型号，而且还需要确定搅拌器在池体内合理、
的分布，这就要建立池体的搅拌系统。
 　搅拌系统设计中需要考虑的通常是整体流速(m／s)* N能量密度(W／m)两组因素。根据目前已经广泛应用的的搅拌系统，能量密度标准已经转而用来表示zui大能耗了，一般只需考虑整体流速(m／s)就能得出搅拌系统。
   有效的搅拌是在整体流动条件下获得的，水池中的介质整体都在发生运动，并且成为搅拌工艺的一部分。污水处理厂池体的整体流速通常为0.1～0 .4 m／s。迄今为止，整体流速是污水处理中zui可行的对通用搅拌状态进行定量分析的方法，而以沉积量、活体积、污泥分布均匀度等参数来定量表示搅拌度的工作正在进行之中。据资料显示，使用计算机流体动力学(CFD)可以准确地预测潜水搅拌器所产生的流量。根据潜水搅拌器的流量较核搅拌器推力，就能形象地得出搅拌系统中个组搅拌器的合理位置。依照搅拌器推力和搅拌器位置，正确使用CFD可以进一步增进搅拌器系统设计工具的准确性。根据上述步骤，可以较准确地计算出合理、的潜水搅拌器的搅拌系统。

设备故障诊断
   潜水搅拌器，俗称推流器，在使用过程中也常遇到一些故障，zui典型的是异常声响问题。出现这种故障时，设备发出较大的声响，十几米处就能听见，检查电流均在正常范围内，简单的检查也很难找到问题。可以将整台设备分成机械密封总成、齿轮箱和电机三个部件，进行单独的分解检查和分析处理。
1.机械密封总成的检查
　　zui容易出故障的是机械密封部分，常因磨损使机械密封失效，密封腔进水。首先分解了机械密封总成，对包括两套机械密封，骨架油封，输出轴，轴承，壳体及端盖等零件进行了清洗检查，并查验了轴承座和输出轴的有关尺寸，如均未发现问题，说明机械密封部分完好，排除发生故障的可能性。
2.齿轮箱的分析与检查
　　设备的齿轮箱加工精度较高，热处理良好，对齿轮箱进行*的清洗，仔细检查各齿轮、齿轮轴、轴承。发现轮齿表面光滑，无点蚀、交合现象，齿轮啮合侧隙正常，齿廓无明显磨损；各轴承径向、轴向间隙正常，内外圈及滚子表面均无点蚀斑点，整体质量良好；各轴轴向间隙合理，手盘输出轴，活动自如，无卡壳现象，也无异常声响。那么，可以排除齿轮箱的故障。
3.电机故障的检查、分析及处理
　　电机故障表现：在分解电机前，进行空运转，以找出问题。如电机发出异常声响，振动很大；电机轴的轴套处发出咝咝的声音，电机空运转不到2分钟轴伸温度就达几十度，烫手。轴承内圈因点蚀产生梨皮状点蚀区域，表面粗糙，暗淡，无光泽，可明显看到点蚀孔；骨架油封内圈破损；轴承内圈和轴套与对应的轴颈处有“跑圈”形成的暗斑。
   由于轴承内圈点蚀形成梨皮状点蚀区域，轴承滚子通过时，有明显的卡滞现象，并发生声响。这便可能是电机发生异常声响的根本原因，那么通过更换轴承解决此问题。
4.需要说明的问题
　　1）电机转子轴是推流器的基准件，推流器的检修，除修理基准件，还需要对各个零件都进行分解检查，更换损坏件，使设备的性能得到了恢复。
　　2）潜水设备的大修时间一般为5-6年；
　　3）轴颈偏小的常用处理办法是增加零件法，即车削该段直径，增加一轴套，内孔采用过盈配合的方式与轴配合，外表面满足配合所要求的尺寸。或者更换电机转子轴，*解决问题。

搅拌器常见问题
　　在搅拌器设备满意度调查问卷的开放问题中，了解到来自水业设备zui终用户对搅拌器的意见反馈。主要反映在：
　　1、 zui容易出故障的是机械密封部分，常因磨损使机械密封失效，密封腔进水；
　　2、 出现齿轮轮齿打碎和齿轮轴未留轴向间隙的现象；
　　3、 电机发出异常声响，振动很大；
　　4、 设备易受别的物质缠绕；
　　5、 耗电量太大等。