潜水推流器的技术提升

梅红霖

（江苏亚太水处理工程有限公司，江苏 泰兴 225400）

潜水推流器的技术提升

梅红霖

（江苏亚太水处理工程有限公司，江苏 泰兴 225400）

为解决传统潜水推流器故障率高、可靠性低、使用寿命短的技术问题，对主机和安装系统进行多方面的技术提升，原创“玻璃钢叶轮、微型潜水式减速机构、V锥夹固式吸振耦合座”三大核心技术和“内外组合式动密封机构、电缆进线密封防损坏装置、水上悬挂式安装系统”三大应用技术，使设备主机结构、水力结构、安装结构有了大的创新和突破，极大地提高了设备的机械性能，水力性能，同时工况适应性和降耗节能性大大增强。

潜水推流器;技术提升;玻璃钢叶轮;微型潜水式减速机构;V锥夹固式吸振耦合座

1 引言

潜水推流器[1]由推流器主机、提升机构和安装系统组成,工作在水下5～7米的位置，具有推动水体介质流动、增加池底流速、防止污泥沉降、提高污水处理效率的功能，可广泛应用在污水处理工艺的厌氧池、缺氧池、曝气池等，是污水处理厂的基本配置，也是A2/O、SBR、氧化沟等污水处理工艺必不可少、具有较高技术含量的关键定型设备。

潜水推流器已经应用多年，市场反映却不是很理想。国产设备的价格适中、维修方便，但存在着体积较大、水力性能不理想、减速传动机构效率低、可靠性差、使用寿命短、需经常维修更换配件等技术难题；进口产品尽管体积小巧、制作精良、效率较高，但也存在投资较大、维修不便、配件价格高等不利因素。因此，开发质量优、效果好、成本较低的潜水推流器是用户的迫切需求，也是设备厂家必须攻克的难关。

目前，国内企业已自主研发出一种新型潜水推流器，该技术包括“玻璃钢叶轮、微型潜水式减速机构、V锥夹固式吸振耦合座”三大核心技术和“内外组合式动密封机构、电缆进线密封防损坏装置、水上悬挂式安装系统”三大应用技术，设备的主机结构、水力结构、安装结构创新幅度大，机械性能、水力性能、降耗节能效果明显提升，同时设备体积小、重量轻、推流能力强、渗漏保护功能全、动静密封质量好、机械传动效率高，彻底解决了传统推流器振动、噪声、工作不稳定、使用效率低，需经常维修更换，不适应应用工况的技术难题，并在近几年的市场应用中取得了较好的效果。

2 新型潜水推流器的核心技术

2.1 玻璃钢叶轮

叶轮是潜水推流器凸显水力性能的核心功能件，其技术、材料和性能可直接体现设备的先进性和降耗节能性。传统的叶轮材料曾经历过碳钢防腐、不锈钢、铝合金等应用阶段，但这些材料的密度高、成型难、平衡差，都不是叶轮应用的优选。因而开发成本低、工艺好、密度小、防腐性能强的复合材料叶轮是潜水推流器必须突破的第一技术难关。经过与国内外的叶轮材料优劣比较，并参考风力发电机的叶片材质性能，研制出了玻璃钢复合材料叶轮（见图1），该叶轮具有以下技术和结构特点：

（1）水力模型先进，成功地运用了流体力学、水力学、螺旋桨推进原理，结合了污水处理应用工况特点和国内外前沿技术，进行了计算机工况模拟设计，并经多次试验和改进而最终成型，推流效果好、水力效率高。

（2）整体式结构、模具化成型，玻璃钢叶轮改变了传统叶片与轮毂分体、螺纹机构联接的结构型式，采用了叶片、轮毂整体式结构，模具化成型的设计、制造一体化方案，从结构上保证了几何中心对称精度高，平衡度高。避免了分体式结构因螺纹调节不当而易造成叶片不平衡、松动、振动等不良现象的发生；从工艺上保证了复杂型面技术的实现，以及几何尺寸、叶面形状、伸展方向零误差的要求；质量稳定，生产效率高。

（3）玻璃钢材料具有无可比拟的优越性，其天然的耐腐蚀性能强、综合机械强度高（接近钢材），水阻小，密度小，工艺性好，是制造叶轮的理想材料。

（4）玻璃钢叶轮的重量轻，玻璃钢密度小，只有金属材料的1/4，可减轻受力支承弯矩负荷的压力、改善受力结构，为减速机构的微型化和推流器整体体积的小巧化创造了条件。

图1 整体式玻璃钢叶轮

2.2 微型潜水式专用减速机构

对于减速传动机构反应设备的机械性能，传统的设计为三级传动，体积大的通用减速机构，结构松散，密封联接可靠性差，不适宜潜水结构紧凑型布置和水下工况，特别是与水下耦合座难以配套。微型潜水式减速机构（见图2）是为了改变传统结构的不足、提高设备机械性能、提升品质而设计，其结构型式为二级传动，潜水式设计，传动简洁、结构紧凑、密封可靠。通过这种高效和专配式的技术改进，推流器的体积缩小，机械性能提高，产品档次提升，有效地解决了传统机构重量大、使用寿命短，容易损坏、需经常维修更换的技术难题。微型潜水式减速机构的突出优势是：

图2 微型潜水式减速机构

（1）专用性强，针对污水工况设计；

（2）体积小巧，采用小中心距、小齿轮模数、小箱体外形的设计方案，使设备趋向小巧化；

（3）材料强度高，核心受力部位、易损坏部位、抗冲击部位采用了坦克用高强度齿轮材料，并严格按高加工精度要求，高标准装配要求保证过程质量和整体质量；

（4）传动扭矩大、抗冲击性能强、机械效率高；

（5）配套性好，与其它部件组装协调性好，与水下耦合座耦合性能好，潜水工况下适应性强。

2.3 V锥夹固式吸振耦合座

潜水推流器水下安放的就位座，是推流器主机的固位工作支承，但由于其位置在水下，掩蔽性强，因此工作质态如何，在过去并没有得到应有的重视。水下安装系统的质量和可靠性也是设备关键的环节之一。对于推流器的损坏问题，传统的做法是单纯加强和提高推流器主体结构的强度和质量，但这并不能解决问题。实际上，水下安装系统结构不合理，基础联接不可靠也是推流器损坏的重要原因之一。传统的水下安装系统，工作安放座结构是平板式托架或悬臂坐凳式托架，推流器主机在其上犹如立着或坐着，由于安放座无固定和夹紧的功能，设备主体的自由度不能得到有效约束，而推流器主机的振动或晃动在水上又看不见，因而设备长期处于振动和不稳定的状态，使得设备使用寿命不能长久。另外，安放座的基础联接采用的是膨胀螺栓方式，也是安装系统不可靠的原因之一。膨胀螺栓长期在水下无法检修和监护，其松动和失效也无法被感知。

对潜水推流器安装系统进行技术改进，首先，基础联接不再采用膨胀螺栓结构，而采用预埋件焊接结构或混凝土加固结构，牢固的根基才是设备长久、可靠、稳定的保障；其次，对传统的水下平板式托架或悬臂坐凳式托架结构进行改进，改进为V锥夹固式吸振耦合座（见图3），可实现三大功能：1）预设位置，保证推流器主机自动耦合对接，精准定位；2）夹紧固定，限制设备自由度，能对主机自动夹紧固定，设备在耦合座内就像睡在床里，完全处于可靠工作状态；3）设备上移滑行时，能与耦合座自然分开，真正实现耦合就位，自然夹固；脱开分离时，自然松开；工作运行，平稳可靠。

图3 V锥夹固式吸振耦合座

V锥夹固式吸振耦合的座技术优势有：

（1）V锥夹固结构。设计了两个开口向上、合理锥角和合理坡面的V型块。工作时，推流器在提升机构及重力均衡作用下，沿水下的导轨滑移至预设的V锥耦合座位置，在V型块斜面的自然导向下，逐渐楔入V型块下托锥体，使推流器呈榫状被自动楔紧和自然夹固。

（2）吸振装置。V型块坡面设置有橡胶减振垫，以吸收振动，抵御冲击载荷，并自然调适设备的就位状态。

（3）床式结构。耦合座整体呈床式布置，设备平卧在其内，在夹固和吸振的共同作用下，稳定可靠，解决了设备振动和使用寿命短的技术难题。

3 改进应用技术

3.1 内外组合式动密封结构

潜水推流器叶轮和减速机构之间的动密封是主机非常重要的环节，其结构合理与否，直接关系到设备潜水工作的成败。目前国内外比较普遍的结构为两道单端面机封，一道内置在油室腔，由机械油润滑；另一道外置在污水中，裸露式布置，由污水润滑。实际应用中发现，这种动密封结构的可靠性不十分理想，原因是裸露在污水中的单端面机封易被悬浮污垢物、水草纤维、布条纱线等侵害和损坏，影响密封效果，造成渗水、漏水现象，并导致内部轴承、齿轮等传动构件腐蚀、生锈，引发故障。为避免这种现象的发生，进一步提高密封可靠性，将此改进为内外组合式动密封结构（见图4）。

图4 内外组合式动密封结构图

内外组合式动密封结构也是由两道动密封把关，内道布置双端面机械密封件，内置式、油润滑封闭结构是主要密封；外道布置拦污多唇密封件，外置式、水润滑为敞开结构。拦污多唇密封件是针对推流器工况专门设计的内骨架聚四氟乙烯多唇结构，其内径设计成多唇，唇筋呈锥角斜向污水伸展，在污水压力下，多道唇口紧紧抱住传动轴，水压越大，密封效果越好。外道拦污多唇密封为密封的第一道关口，拦挡着污水中的污物和污垢，保护了内道机械密封件不受污物损坏，与内道机封一体构成动密封组合，挡污和防水，功能明确，结构合理，可确保密封永久可靠。

3.2 电缆进线密封防护装置

电缆进线密封防护装置如图5。电缆的密封处也是容易泄漏的地方，主要原因是在设备安装过程中，电缆线常被拽拉，易造成进线密封处损坏，影响密封性能；在设备工作运行时，电缆线也处在微振动中，长期如此，进线密封处也容易损坏。为消除此不利影响，在进线密封处增加防护装置，使拽拉和晃动形成的冲击影响就作用在防护装置上，不会影响电缆线进线密封机构，这样就可保护电缆线进线密封，使其不易损坏。

图5 电缆线进线密封防护装置图

3.3 水上悬挂式安装系统

潜水推流器安装系统普遍设计为水下池底型结构，水下部件一旦发生故障，须放水才能维修，非常不方便。为弥补传统池底安装结构的不足，设计了一种水上悬挂安装系统，应用于污水处理厂的升级改造（见图6）。

图6 水上悬挂式安装系统的潜水推流器

水上悬挂式安装系统分为三部分，上部分为水上固定联接座；中间为垂直悬挂式轨道桁架，下部分为V锥夹固式吸振耦合座，上中下连为悬挂式整体刚性桁架。该系统具有以下技术结构特点：

（1）水上操作，简洁快捷。水上做预埋施工或化学螺栓固定，悬挂桁架水上规定连接座结构与安装基础相适应，安装十分方便，可以不放水，不会影响正常生产。

（2）结构合理，承力均衡。悬挂桁架为双梁型式，底部设计两支承耦合装置，沿双梁横向截面前后布置，这样就可以兼顾和保证设备的强度、刚度，以及抗击性能、抗扭曲性。

（3）维修方便，省时省力。该装置水下耦合座如有故障，可将悬挂架直接拉上来维修。

（4）水流流畅，效率提高。悬挂式桁架结构与传统潜水推流器水下装置相比，池底没有安装座和影响水流的阻挡物，水流流畅，流速不受影响，提高了推流效果和水力效率。

水上悬挂式安装系统的设计，是对水下池底型安装和进口设备安装技术的颠覆性革命，并有望淘汰落后的池底安装结构技术，推广应用先进的水上安装方式，简化安装、方便维修，可满足现代污水处理厂发展的新需求。

4 结论

潜水推流器通过大幅度的应用改进和技术提升，性能和可靠性得到很大的提高，并在解决国产设备使用寿命短、稳定性差、故障率高等方面做出了重大的贡献。

经过技术改进和提升的潜水推流器已在甘肃陇南市武都污水处理厂、漯河污水处理厂、西安市第四污水处理厂等污水处理厂应用，有很多用户已运行3年以上，无任何故障，稳定可靠、高效，完全解决了过去需要经常维修更换配件和许多难以解决的困难。

潜水推流器的技术提升，使设备的应用效果得到了很大的提高，并在淘汰落后、替代进口，提高国产设备的装备制造水平和提高污水处理厂对国产设备的认可上，都有积极的意义。

上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册（第9册第2版）[M].北京：中国建筑工业出版社,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