潛水推流器的技術提升

梅紅霖

（江蘇亞太水處理工程有限公司，江蘇 泰興 225400）

潛水推流器的技術提升

梅紅霖

（江蘇亞太水處理工程有限公司，江蘇 泰興 225400）

為解決傳統(tǒng)潛水推流器故障率高、可靠性低、使用壽命短的技術問題，對主機和安裝系統(tǒng)進行多方面的技術提升，原創(chuàng)“玻璃鋼葉輪、微型潛水式減速機構、V錐夾固式吸振耦合座”三大核心技術和“內外組合式動密封機構、電纜進線密封防損壞裝置、水上懸掛式安裝系統(tǒng)”三大應用技術，使設備主機結構、水力結構、安裝結構有了大的創(chuàng)新和突破，極大地提高了設備的機械性能，水力性能，同時工況適應性和降耗節(jié)能性大大增強。

潛水推流器;技術提升;玻璃鋼葉輪;微型潛水式減速機構;V錐夾固式吸振耦合座

1 引言

潛水推流器[1]由推流器主機、提升機構和安裝系統(tǒng)組成,工作在水下5～7米的位置，具有推動水體介質流動、增加池底流速、防止污泥沉降、提高污水處理效率的功能，可廣泛應用在污水處理工藝的厭氧池、缺氧池、曝氣池等，是污水處理廠的基本配置，也是A2/O、SBR、氧化溝等污水處理工藝必不可少、具有較高技術含量的關鍵定型設備。

潛水推流器已經應用多年，市場反映卻不是很理想。國產設備的價格適中、維修方便，但存在著體積較大、水力性能不理想、減速傳動機構效率低、可靠性差、使用壽命短、需經常維修更換配件等技術難題；進口產品盡管體積小巧、制作精良、效率較高，但也存在投資較大、維修不便、配件價格高等不利因素。因此，開發(fā)質量優(yōu)、效果好、成本較低的潛水推流器是用戶的迫切需求，也是設備廠家必須攻克的難關。

目前，國內企業(yè)已自主研發(fā)出一種新型潛水推流器，該技術包括“玻璃鋼葉輪、微型潛水式減速機構、V錐夾固式吸振耦合座”三大核心技術和“內外組合式動密封機構、電纜進線密封防損壞裝置、水上懸掛式安裝系統(tǒng)”三大應用技術，設備的主機結構、水力結構、安裝結構創(chuàng)新幅度大，機械性能、水力性能、降耗節(jié)能效果明顯提升，同時設備體積小、重量輕、推流能力強、滲漏保護功能全、動靜密封質量好、機械傳動效率高，徹底解決了傳統(tǒng)推流器振動、噪聲、工作不穩(wěn)定、使用效率低，需經常維修更換，不適應應用工況的技術難題，并在近幾年的市場應用中取得了較好的效果。

2 新型潛水推流器的核心技術

2.1 玻璃鋼葉輪

葉輪是潛水推流器凸顯水力性能的核心功能件，其技術、材料和性能可直接體現(xiàn)設備的先進性和降耗節(jié)能性。傳統(tǒng)的葉輪材料曾經歷過碳鋼防腐、不銹鋼、鋁合金等應用階段，但這些材料的密度高、成型難、平衡差，都不是葉輪應用的優(yōu)選。因而開發(fā)成本低、工藝好、密度小、防腐性能強的復合材料葉輪是潛水推流器必須突破的第一技術難關。經過與國內外的葉輪材料優(yōu)劣比較，并參考風力發(fā)電機的葉片材質性能，研制出了玻璃鋼復合材料葉輪（見圖1），該葉輪具有以下技術和結構特點：

（1）水力模型先進，成功地運用了流體力學、水力學、螺旋槳推進原理，結合了污水處理應用工況特點和國內外前沿技術，進行了計算機工況模擬設計，并經多次試驗和改進而最終成型，推流效果好、水力效率高。

（2）整體式結構、模具化成型，玻璃鋼葉輪改變了傳統(tǒng)葉片與輪轂分體、螺紋機構聯(lián)接的結構型式，采用了葉片、輪轂整體式結構，模具化成型的設計、制造一體化方案，從結構上保證了幾何中心對稱精度高，平衡度高。避免了分體式結構因螺紋調節(jié)不當而易造成葉片不平衡、松動、振動等不良現(xiàn)象的發(fā)生；從工藝上保證了復雜型面技術的實現(xiàn)，以及幾何尺寸、葉面形狀、伸展方向零誤差的要求；質量穩(wěn)定，生產效率高。

（3）玻璃鋼材料具有無可比擬的優(yōu)越性，其天然的耐腐蝕性能強、綜合機械強度高（接近鋼材），水阻小，密度小，工藝性好，是制造葉輪的理想材料。

（4）玻璃鋼葉輪的重量輕，玻璃鋼密度小，只有金屬材料的1/4，可減輕受力支承彎矩負荷的壓力、改善受力結構，為減速機構的微型化和推流器整體體積的小巧化創(chuàng)造了條件。

圖1 整體式玻璃鋼葉輪

2.2 微型潛水式專用減速機構

對于減速傳動機構反應設備的機械性能，傳統(tǒng)的設計為三級傳動，體積大的通用減速機構，結構松散，密封聯(lián)接可靠性差，不適宜潛水結構緊湊型布置和水下工況，特別是與水下耦合座難以配套。微型潛水式減速機構（見圖2）是為了改變傳統(tǒng)結構的不足、提高設備機械性能、提升品質而設計，其結構型式為二級傳動，潛水式設計，傳動簡潔、結構緊湊、密封可靠。通過這種高效和專配式的技術改進，推流器的體積縮小，機械性能提高，產品檔次提升，有效地解決了傳統(tǒng)機構重量大、使用壽命短，容易損壞、需經常維修更換的技術難題。微型潛水式減速機構的突出優(yōu)勢是：

圖2 微型潛水式減速機構

（1）專用性強，針對污水工況設計；

（2）體積小巧，采用小中心距、小齒輪模數(shù)、小箱體外形的設計方案，使設備趨向小巧化；

（3）材料強度高，核心受力部位、易損壞部位、抗沖擊部位采用了坦克用高強度齒輪材料，并嚴格按高加工精度要求，高標準裝配要求保證過程質量和整體質量；

（4）傳動扭矩大、抗沖擊性能強、機械效率高；

（5）配套性好，與其它部件組裝協(xié)調性好，與水下耦合座耦合性能好，潛水工況下適應性強。

2.3 V錐夾固式吸振耦合座

潛水推流器水下安放的就位座，是推流器主機的固位工作支承，但由于其位置在水下，掩蔽性強，因此工作質態(tài)如何，在過去并沒有得到應有的重視。水下安裝系統(tǒng)的質量和可靠性也是設備關鍵的環(huán)節(jié)之一。對于推流器的損壞問題，傳統(tǒng)的做法是單純加強和提高推流器主體結構的強度和質量，但這并不能解決問題。實際上，水下安裝系統(tǒng)結構不合理，基礎聯(lián)接不可靠也是推流器損壞的重要原因之一。傳統(tǒng)的水下安裝系統(tǒng)，工作安放座結構是平板式托架或懸臂坐凳式托架，推流器主機在其上猶如立著或坐著，由于安放座無固定和夾緊的功能，設備主體的自由度不能得到有效約束，而推流器主機的振動或晃動在水上又看不見，因而設備長期處于振動和不穩(wěn)定的狀態(tài)，使得設備使用壽命不能長久。另外，安放座的基礎聯(lián)接采用的是膨脹螺栓方式，也是安裝系統(tǒng)不可靠的原因之一。膨脹螺栓長期在水下無法檢修和監(jiān)護，其松動和失效也無法被感知。

對潛水推流器安裝系統(tǒng)進行技術改進，首先，基礎聯(lián)接不再采用膨脹螺栓結構，而采用預埋件焊接結構或混凝土加固結構，牢固的根基才是設備長久、可靠、穩(wěn)定的保障；其次，對傳統(tǒng)的水下平板式托架或懸臂坐凳式托架結構進行改進，改進為V錐夾固式吸振耦合座（見圖3），可實現(xiàn)三大功能：1）預設位置，保證推流器主機自動耦合對接，精準定位；2）夾緊固定，限制設備自由度，能對主機自動夾緊固定，設備在耦合座內就像睡在床里，完全處于可靠工作狀態(tài)；3）設備上移滑行時，能與耦合座自然分開，真正實現(xiàn)耦合就位，自然夾固；脫開分離時，自然松開；工作運行，平穩(wěn)可靠。

圖3 V錐夾固式吸振耦合座

V錐夾固式吸振耦合的座技術優(yōu)勢有：

（1）V錐夾固結構。設計了兩個開口向上、合理錐角和合理坡面的V型塊。工作時，推流器在提升機構及重力均衡作用下，沿水下的導軌滑移至預設的V錐耦合座位置，在V型塊斜面的自然導向下，逐漸楔入V型塊下托錐體，使推流器呈榫狀被自動楔緊和自然夾固。

（2）吸振裝置。V型塊坡面設置有橡膠減振墊，以吸收振動，抵御沖擊載荷，并自然調適設備的就位狀態(tài)。

（3）床式結構。耦合座整體呈床式布置，設備平臥在其內，在夾固和吸振的共同作用下，穩(wěn)定可靠，解決了設備振動和使用壽命短的技術難題。

3 改進應用技術

3.1 內外組合式動密封結構

潛水推流器葉輪和減速機構之間的動密封是主機非常重要的環(huán)節(jié)，其結構合理與否，直接關系到設備潛水工作的成敗。目前國內外比較普遍的結構為兩道單端面機封，一道內置在油室腔，由機械油潤滑；另一道外置在污水中，裸露式布置，由污水潤滑。實際應用中發(fā)現(xiàn)，這種動密封結構的可靠性不十分理想，原因是裸露在污水中的單端面機封易被懸浮污垢物、水草纖維、布條紗線等侵害和損壞，影響密封效果，造成滲水、漏水現(xiàn)象，并導致內部軸承、齒輪等傳動構件腐蝕、生銹，引發(fā)故障。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，進一步提高密封可靠性，將此改進為內外組合式動密封結構（見圖4）。

圖4 內外組合式動密封結構圖

內外組合式動密封結構也是由兩道動密封把關，內道布置雙端面機械密封件，內置式、油潤滑封閉結構是主要密封；外道布置攔污多唇密封件，外置式、水潤滑為敞開結構。攔污多唇密封件是針對推流器工況專門設計的內骨架聚四氟乙烯多唇結構，其內徑設計成多唇，唇筋呈錐角斜向污水伸展，在污水壓力下，多道唇口緊緊抱住傳動軸，水壓越大，密封效果越好。外道攔污多唇密封為密封的第一道關口，攔擋著污水中的污物和污垢，保護了內道機械密封件不受污物損壞，與內道機封一體構成動密封組合，擋污和防水，功能明確，結構合理，可確保密封永久可靠。

3.2 電纜進線密封防護裝置

電纜進線密封防護裝置如圖5。電纜的密封處也是容易泄漏的地方，主要原因是在設備安裝過程中，電纜線常被拽拉，易造成進線密封處損壞，影響密封性能；在設備工作運行時，電纜線也處在微振動中，長期如此，進線密封處也容易損壞。為消除此不利影響，在進線密封處增加防護裝置，使拽拉和晃動形成的沖擊影響就作用在防護裝置上，不會影響電纜線進線密封機構，這樣就可保護電纜線進線密封，使其不易損壞。

圖5 電纜線進線密封防護裝置圖

3.3 水上懸掛式安裝系統(tǒng)

潛水推流器安裝系統(tǒng)普遍設計為水下池底型結構，水下部件一旦發(fā)生故障，須放水才能維修，非常不方便。為彌補傳統(tǒng)池底安裝結構的不足，設計了一種水上懸掛安裝系統(tǒng)，應用于污水處理廠的升級改造（見圖6）。

圖6 水上懸掛式安裝系統(tǒng)的潛水推流器

水上懸掛式安裝系統(tǒng)分為三部分，上部分為水上固定聯(lián)接座；中間為垂直懸掛式軌道桁架，下部分為V錐夾固式吸振耦合座，上中下連為懸掛式整體剛性桁架。該系統(tǒng)具有以下技術結構特點：

（1）水上操作，簡潔快捷。水上做預埋施工或化學螺栓固定，懸掛桁架水上規(guī)定連接座結構與安裝基礎相適應，安裝十分方便，可以不放水，不會影響正常生產。

（2）結構合理，承力均衡。懸掛桁架為雙梁型式，底部設計兩支承耦合裝置，沿雙梁橫向截面前后布置，這樣就可以兼顧和保證設備的強度、剛度，以及抗擊性能、抗扭曲性。

（3）維修方便，省時省力。該裝置水下耦合座如有故障，可將懸掛架直接拉上來維修。

（4）水流流暢，效率提高。懸掛式桁架結構與傳統(tǒng)潛水推流器水下裝置相比，池底沒有安裝座和影響水流的阻擋物，水流流暢，流速不受影響，提高了推流效果和水力效率。

水上懸掛式安裝系統(tǒng)的設計，是對水下池底型安裝和進口設備安裝技術的顛覆性革命，并有望淘汰落后的池底安裝結構技術，推廣應用先進的水上安裝方式，簡化安裝、方便維修，可滿足現(xiàn)代污水處理廠發(fā)展的新需求。

4 結論

潛水推流器通過大幅度的應用改進和技術提升，性能和可靠性得到很大的提高，并在解決國產設備使用壽命短、穩(wěn)定性差、故障率高等方面做出了重大的貢獻。

經過技術改進和提升的潛水推流器已在甘肅隴南市武都污水處理廠、漯河污水處理廠、西安市第四污水處理廠等污水處理廠應用，有很多用戶已運行3年以上，無任何故障，穩(wěn)定可靠、高效，完全解決了過去需要經常維修更換配件和許多難以解決的困難。

潛水推流器的技術提升，使設備的應用效果得到了很大的提高，并在淘汰落后、替代進口，提高國產設備的裝備制造水平和提高污水處理廠對國產設備的認可上，都有積極的意義。

上海市政工程設計研究院.給水排水設計手冊（第9冊第2版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2000.

Technical Advance of Diving Plug-flow Device

MEI Hong-lin
(Jiangsu Yatai Water Treatment Engineering Co., Ltd, Taixing Jiangsu 225400, China)

In order to settle the technical problems of traditional diving plug-flow device, such as high rate of malfunction,low reliability and short life use, the technical advance on mainframe structure and installation system is processed. The glass fiber reinforced plastic impeller, mini-diving decelerating organ and coupling seat of V prick nip shaking absorption present three big core technologies, which promote the great innovation and breakthrough of mainframe structure, hydro-structure and installation structure of equipment, and the machine performance and hydro-capability of equipment are increased greatly and the working condition adaptability, and lower consumption and energy saving are improved greatly.

diving plug-flow device; technical advance; glass fiber reinforced plastic impeller; mini-diving decelerating organ; coupling seat of V prick nip shaking absorption

X703

A

1006-5377（2012）05-0055-04