污水各类泵如何选型?看完这篇文章就懂了!

蓝标节能环保服务中心 2018-04-14 12:30:19

水处理设备的合理选型,是每一个设计人员需要掌握的知识。作为输送提升的核心设备,泵在水处理项目中无处不在。泵的原理多样,种类繁多,而且还在不断地发展创新,不同的应用场合,泵的使用方法也各有差异。

1、泵的原理与分类

在专业定义上,泵是指将原动机的机械能转换成流体的压力能和动能,从而实现流体定向输运的动力设备。在使用时常按用途来进行命名,比如潜污泵、污泥泵、计量泵等,工作原理各有不同。按工作原理可以分类如下:

叶片式泵

叶片式泵包括离心泵(单级、多级),轴流泵,混流泵,旋涡泵等。

离心泵-利用旋转叶轮带动流体一起旋转,借离心力的作用,使流体的压力能和动能得到增加。

轴流泵-利用叶轮上的翼型叶片在流体旋转所产生的升力使流体的能量增加。

混流泵-介于离心泵和轴流泵之间,部分利用了离心力,部分利用了升力。

容积式泵

容积式泵包括往复泵(活塞、柱塞、隔膜),回转泵(齿轮、螺杆、滑片等)

往复式泵-利用工作容积周期性的改变来输送流体,并提高其压力,包括活塞式、柱塞式和隔膜式三类。

回转式泵-利用一对或几个特殊形状的回转体,如齿轮、螺杆或其他形状的转子在壳体内作旋转运动来输送流体并提高其压力。

其他类型泵

叶片式泵和容积式泵基本包括了所有常用的泵的类型,还有一些其他类型的泵,比如:

水环式真空泵-水环式真空泵在启动前注入一定水作为工作液体,靠星形叶轮的旋转,形成封闭水环,叶轮与水环之间形成周期性扩大与减小的空间,形成负压,吸入气体并排出,达到抽真空的目的。

喷射泵-利用高速射流的抽吸作用来抽吸并输送液体,可以起到抽真空的作用。

2、泵的主要性能参数

1)流量与扬程

泵在单位时间内输送的流体量称为流量,泵的流量一般指体积流量,用q表示。单位重力作用下的液体通过泵后所获得的能量增加值,称为扬程,用H表示,单位为m。

在选型时,流量与扬程是由设计人员根据工艺计算结果给出的核心参数,是一个固定值。对于水泵自身性能而言,流量与扬程往往是一个区间内的对应关系,是一个范围。在选型时,两者互相影响,理想的选型是工艺参数需要的固定值落在水泵性能曲线的最高效率点,在有偏差时,要综合评估偏差可能带来的不利影响,权衡后确定选型结果。

2)轴功率与效率

泵在运行时原动机传递到泵转轴上的功率称为轴功率,用P表示,单位为kw。单位时间内通过泵的流体所获得的功率称为有效功率,用Pe表示。泵的效率为有效功率与轴功率之比,即η=Pe/P。

泵的效率与泵本身的设计水平、机械加工水平等有关,效率的高低直接影响能耗,同时泵有各自的高效率区间,选型时需要落在这个区间,以降低能耗。

3)转速

泵轴每分钟的转数,称为转速,用n表示,单位为r/min。

转速一般与电机的标准转速对应,可通过变频器对电机转速进行调整,水泵性能曲线也对应变化。在实际流量扬程变化时,通过变频来调节可以达到很好的节能效果。

4)汽蚀与汽蚀余量

汽蚀指水泵运行中,因为某些原因使得泵内局部压力降低到水的汽化压力时,水会产生汽化而形成气液流,到达高压区后气泡受到挤压破灭重新凝结成水,在这个过程中会产生很高的水锤压力,使材料收到侵蚀和破坏。汽蚀现象主要是针对叶片泵而言,是在泵的选型设计中必须避免的现象。汽蚀的产生与泵的性能有关,也与泵的吸口装置的设计有关。

汽蚀余量指泵入口处液体所具有的总水头与液体汽化时的压力头之差,单位用米(水柱)标注,用NPSH(Net Positive Suction Head)表示。在叶片泵的性能参数中,厂家一般会提供允许汽蚀余量供设计人员在选型设计时使用,汽蚀余量的参数说明如下:

NPSHc—临界汽蚀余量,由汽蚀试验求得;

[NPSH]—允许汽蚀余量,是保证泵不发生汽蚀的汽蚀余量,通常取[NPSH]=(1.1~1.5)NPSHc或[NPSH]=NPSHc+K(一般取K=0.3)。

汽蚀余量主要影响安装条件,允许汽蚀余量越小,意味着可承担的泵前负压越大,水泵的性能越好。

3、泵的选型过程

1)确认使用条件

在泵的选型时,首先需要确认使用的基本条件,包括:

a.输送介质的物理化学性能

影响泵的性能、材料和结构。包括:介质特性(如腐蚀性、磨蚀性、毒性等)、固体颗粒含量及颗粒大小、密度、黏度、汽化压力等。

b.选型参数

流量、扬程、温度、装置汽蚀余量、操作状态。

c.现场条件

泵的安装位置、环境温度、相对湿度、大气压力、大气腐蚀状况及危险区域划分等级等。

2)选择泵的类型

水处理中根据用途的不同需要选择对应的合适类型:

a.进水的提升

在废水的进水中杂质往往较多,一般选择抗堵塞的离心泵。中小规模水量时,最常用的为潜污泵。在方便设置泵房时,可采用干式无堵塞排污泵。在大型规模项目,一般采用干式安装的大型污水泵,以方便检修。

在工业废水处理项目中,进水缠绕物杂质少时,经常根据需求选用自吸泵等。

进水提水泵在允许时,建议尽量选择质量优秀的产品,可以大大减少日常运行维护中的麻烦,保证系统的正常运转。

b.中间提升及尾水排放

中间提升及尾水排放时,废水中的杂质特别是缠绕性杂质非常少,在水泵的选型上范围大很多,基本常规的输送污水的泵都能使用。在尾水水质较好时,排放和回用泵可考虑选择清水泵,泵的效率一般较污水泵高,成本也较低。

c.有自吸需求

有自吸需求时可选用自吸泵、转子泵。根据需求可配套真空泵。

d.污泥的输送

初沉污泥:污泥悬浮物浓度高、杂物较多,一般采用螺杆泵,需要时配套破碎机。

二沉池污泥及污泥回流:污泥含水率高,特性与水类似,一般选用潜污泵、混流泵或轴流泵,内回流需要扬程低,可选用穿墙泵。

化学污泥:根据污泥情况可选择无堵塞排污泵、螺杆泵。

浓缩后污泥:一般选择螺杆泵,也可选择隔膜泵。

脱水后污泥:脱水后污泥的管道输送需要扬程高,可选择柱塞泵。

e.药剂投加

小流量的药剂投加一般选择计量泵,PAM的投加可选择螺杆泵。

大流量的药剂投加可选择耐腐蚀泵等。

3)确定泵的型号

在类型确定后,再根据泵的性能曲线选择合适的型号:

a.查系列型谱图,选择泵的额定工作点落在泵的高效工作区内,校核泵的汽蚀余量是否符合要求。

b.校核泵的材质、密封等是否能满足输送介质要求。

c.校核安装检修条件是否满足单体设计的要求。

当有两种以上规格符合条件时,选择综合指标高的设备:效率(高)、重量(低)和价格(低)。

附:一些泵的图片


4、潜污泵的安装

潜污泵是潜水排污泵的简称,在潜水泵的基础上通道采用抗堵塞设计,用于一级提升、中间提升及污泥回流等。主要用于市政工程、楼宇建筑、工业排污和污水处理场合,排送含固形物和长纤维的污水、废水和雨水等。

1、常用的两种安装方式

潜污泵安装条件简单,流量覆盖范围较大,从10m3/h以下到几千m3/h,是水处理工程特别是中小型项目中最常用的提升设备之一。潜污泵常见的安装方式主要有两种:耦合式安装和移动式安装。


其中耦合式安装是通过耦合器将泵与管道相连,泵与出水管路脱离方便,水泵检修时通过起吊装置起吊即可。耦合式安装适用于各种规格的潜污泵,是潜污泵最常用的安装方式,耦合器由设备厂家成套供货。

移动式安装指泵出口管路直接通过软管连接至水面上,潜污泵靠自重置于水池底部或通过铁链等悬挂在起吊装置上。移动式安装无需耦合器和池底固定,便于移动,检修时连管道一起起吊即可。同时由于安装方式的原因,难以承担大的力矩,只适用于小型的潜污泵。

2、安装条件图的解释

在选型确认后,潜污泵的厂家会提供安装条件图,设计人员需要能读懂各尺寸和符号的意思。以某潜污泵厂商的样本安装条件为例说明如下:


1)最低运行液位

功率11kw以上的泵可以选择装置电机冷却系统对泵进行冷却,若不选冷却系统,是由泵送介质直接冷却电机。两种不同的冷却方式对应的最低液位不同,直接冷却方式的需要液位高于带冷却系统的方式。

在厂家提供的安装条件图中,用实心三角“▼”和空心三角“▽”来进行区分,其中“▼”表示带冷却系统,“▽”表示不带冷却系统。

在上面案例的安装条件图中,带冷却系统时,有效最低液位距离耦合装置底部为570mm,不带冷却系统时,距离为785mm。即有冷却系统时有效液位可以低出215mm。

2)平面开孔与定位

潜水泵耦合式安装时,平面的开孔需考虑潜水泵的最小安装尺寸。案例中A向视图表示了水泵的最小安装孔的大小尺寸,1000×700mm。

在进行定位时,安装导杆的池边是基准线。这是因为潜污泵的就位是靠与耦合装置连接的导杆来完成的,导杆的位置由池边确定。耦合器基座的螺栓进行定位时,也需以池边为基准线进行。按上面案例,应先确定距离池边253mm的螺栓孔位置,再通过螺栓孔的间距350mm来确定另外两个螺栓孔的位置。

最终在图纸中体现的最重要的尺寸为:顶部平面开孔的位置与大小,以及底部的预埋地脚螺丝的位置与规格(一般采用预留孔进行后浇混凝土的设计)。

顶部的导杆固定通常采用膨胀螺栓的方式完成。

电气保护措施

由于潜污泵为潜水运行,可能会出现漏水等情况而损坏水泵,需要进行预防。以某潜污泵厂家为例,采用的措施有:7.5kw以下的泵设有电机绕组过热保护元件和漏水探头;11kw及以上的泵设有电机绕组过热保护元件、浮子开关、漏水探头;30kw及以上的泵在电机上端盖内增设漏水探头等。

其中过热保护元件是置于电机定子绕组内,不正常运行状况下,绕组稳定达到过热保护原件的设定值时,通过电柜过热保护装置停止电机。

漏水探头用作漏水检测,电机侧进水后通过电控柜报警并停机。浮子开关用作检测电机侧机械密封是否失效,电机腔是否进水,探测到进水后通过电控柜报警并停机。

在潜污泵的电气安装中,需要根据选型条件及厂家反馈的电气要求进行电控柜的设计,从而达到保护效果。

5、离心泵的安装

离心泵是输水中最常用的泵之一,为了避免汽蚀现象的发生,离心泵的安装高度需要进行非常仔细的校核计算。水泵进水侧装置形式示意图如下:


泵的允许几何安装高度与多方面条件有关,公式如下:


式中:

[Hg]—泵的允许几何安装高度,m;(计算结果供设计时利用,实际安装高度需低于允许安装高度)

pe—吸水水面压力,Pa;(为吸水水面的大气压,海拔越高大气压越低)

pv—饱和蒸汽压力,Pa;(与水温有关,水温越高,饱和蒸汽压力越高)

ρ—流体的密度,kg/m3;

g—重力加速度,9.81m/s2;

[NPSH]—水泵的允许汽蚀余量,m;(与水泵性能有关,厂家提供)

hw—吸入管路中的水头损失,m。(与吸水管路设计有关,由设计人员确定)

由上式可知,海拔越高、水温越高、允许汽蚀余量越大、进水管路水头损失越大,允许几何安装高度越小。

不同海拔时的大气及对应的水头高度见下表:

不同温度时水的饱和蒸汽压力计对应水头高度见下表:

例:由泵样本知某离心泵汽蚀余量为[NPSH]=3.29m,欲在海拔500m高度的地方工作,该地区夏季最高水温为40℃,若吸水管的水头损失为1m,则该泵在当地的运行几何安装高度[Hg]计算如下:

设吸水水面压力为当地大气压,由表查得海拔500m处大气压头9.7m,水温40℃时,水的饱和蒸汽压头为0.752m,计算得:[Hg]=9.7-0.752-3.29-1=4.658m

来源:环保新课堂