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(lèi)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、泵的原理與分類(lèi)
在專(zhuān)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(lèi)如下：
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。
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。
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(lèi)。
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。
其他類(lèi)型泵
葉片式泵和容積式泵基本包括了所有常用的泵的類(lèi)型，還有一些其他類(lèi)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、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(Net Positive Suction Head)表示。在葉片泵的性能參數(shù)中，廠家一般會(huì)提供允許汽蝕余量供設(shè)計(jì)人員在選型設(shè)計(jì)時(shí)使用，汽蝕余量的參數(shù)說(shuō)明如下：
NPSHc—臨界汽蝕余量，由汽蝕試驗(yàn)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(fù)壓越大，水泵的性能越好。
3、泵的選型過(guò)程
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(lèi)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(lèi)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(lèi)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(lèi)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)。
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(jiǎn)稱，在潛水泵的基礎(chǔ)上通道采用抗堵塞設(shè)計(jì)，用于一級(jí)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(chǎng)合，排送含固形物和長(zhǎng)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(jiǎn)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(xiàng)目中最常用的提升設(shè)備之一。潛污泵常見(jiàn)的安裝方式主要有兩種：耦合式安裝和移動(dòng)式安裝。
其中耦合式安裝是通過(guò)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(shí)通過(guò)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(dòng)式安裝指泵出口管路直接通過(guò)軟管連接至水面上，潛污泵靠自重置于水池底部或通過(guò)鐵鏈等懸掛在起吊裝置上。移動(dòng)式安裝無(wú)需耦合器和池底固定，便于移動(dòng)，檢修時(shí)連管道一起起吊即可。同時(shí)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(rèn)后，潛污泵的廠家會(huì)提供安裝條件圖，設(shè)計(jì)人員需要能讀懂各尺寸和符號(hào)的意思。以某潛污泵廠商的樣本安裝條件為例說(shuō)明如下：
1)最低運(yùn)行液位
功率11kw以上的泵可以選擇裝置電機(jī)冷卻系統(tǒng)對(duì)泵進(jìn)行冷卻，若不選冷卻系統(tǒng)，是由泵送介質(zhì)直接冷卻電機(jī)。兩種不同的冷卻方式對(duì)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。
在廠家提供的安裝條件圖中，用實(shí)心三角“▼”和空心三角“▽”來(lái)進(jìn)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(shí)，有效最低液位距離耦合裝置底部為570mm，不帶冷卻系統(tǒng)時(shí)，距離為785mm。即有冷卻系統(tǒng)時(shí)有效液位可以低出215mm。
2)平面開(kāi)孔與定位
潛水泵耦合式安裝時(shí)，平面的開(kāi)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。
在進(jìn)行定位時(shí)，安裝導(dǎo)桿的池邊是基準(zhǔn)線。這是因?yàn)闈撐郾玫木臀皇强颗c耦合裝置連接的導(dǎo)桿來(lái)完成的，導(dǎo)桿的位置由池邊確定。耦合器基座的螺栓進(jìn)行定位時(shí)，也需以池邊為基準(zhǔn)線進(jìn)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(guò)螺栓孔的間距350mm來(lái)確定另外兩個(gè)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(kāi)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(jìn)行后澆混凝土的設(shè)計(jì))。
頂部的導(dǎo)桿固定通常采用膨脹螺栓的方式完成。
電氣保護(hù)措施
由于潛污泵為潛水運(yùn)行，可能會(huì)出現(xiàn)漏水等情況而損壞水泵，需要進(jìn)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(jī)繞組過(guò)熱保護(hù)元件和漏水探頭;11kw及以上的泵設(shè)有電機(jī)繞組過(guò)熱保護(hù)元件、浮子開(kāi)關(guān)、漏水探頭;30kw及以上的泵在電機(jī)上端蓋內(nèi)增設(shè)漏水探頭等。
其中過(guò)熱保護(hù)元件是置于電機(jī)定子繞組內(nèi)，不正常運(yùn)行狀況下，繞組穩(wěn)定達(dá)到過(guò)熱保護(hù)原件的設(shè)定值時(shí)，通過(guò)電柜過(guò)熱保護(hù)裝置停止電機(jī)。
漏水探頭用作漏水檢測(cè)，電機(jī)側(cè)進(jìn)水后通過(guò)電控柜報(bào)警并停機(jī)。浮子開(kāi)關(guān)用作檢測(cè)電機(jī)側(cè)機(jī)械密封是否失效，電機(jī)腔是否進(jìn)水，探測(cè)到進(jìn)水后通過(guò)電控柜報(bào)警并停機(jī)。
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(jìn)行電控柜的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到保護(hù)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(jìn)行非常仔細(xì)的校核計(jì)算。水泵進(jìn)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(jì)算結(jié)果供設(shè)計(jì)時(shí)利用，實(shí)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(jì)有關(guān)，由設(shè)計(jì)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(jìn)水管路水頭損失越大，允許幾何安裝高度越小。
不同海拔時(shí)的大氣及對(duì)應(yīng)的水頭高度見(jiàn)下表：
不同溫度時(shí)水的飽和蒸汽壓力計(jì)對(duì)應(yīng)水頭高度見(jiàn)下表：
例：由泵樣本知某離心泵汽蝕余量為[NPSH]=3.29m，欲在海拔500m高度的地方工作，該地區(qū)夏季最高水溫為40℃，若吸水管的水頭損失為1m，則該泵在當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)行幾何安裝高度[Hg]計(jì)算如下：
設(shè)吸水水面壓力為當(dāng)?shù)卮髿鈮?，由表查得海?00m處大氣壓頭9.7m，水溫40℃時(shí)，水的飽和蒸汽壓頭為0.752m，計(jì)算得：[Hg]=9.7-0.752-3.29-1=4.658m
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