涡凹气浮曝气机故障原因分析及改造

陈玉林

(江苏梅兰化工有限公司，江苏泰州 225300)

涡凹气浮系统主要由曝气机、链条刮渣机、螺旋推进器组成，用于去除工业和城市污水中的油脂、胶状物及固体悬浮物。工作时，污水由下而上进入涡凹曝气机充气段，在此阶段与曝气机产生的微气泡混合，借助因气水混合物和液体之间密度的不平衡而产生的向上浮力的作用，将固体悬浮物带至水面，从而达到除去固态悬浮物的目的。固态悬浮物再通过其他途径清除，如安装链条刮渣机，将固体悬浮物刮至污泥排放管道，通过管道中的螺旋推进器，将收集的污泥清理掉，净化后的污水自流至中提池。

曝气机运行的好坏直接影响气浮系统出水性能。曝气机故障较为频繁，影响了气浮系统的出水性能。笔者对曝气机产生故障的原因进行了分析，并提出了针对性的改造措施。

1 曝气机结构及工作原理

曝气机主要包括空心轴、散气叶轮、机封、轴承等，主轴为两根空心轴连接，带动叶轮旋转，同时作为输送液面上的空气到叶轮的通道;曝气机有4片中空叶轮，作用是生成微气泡，产生真空，以保证空气能源源不断从液面上到水下;机械密封为单端面非平衡型机械密封，作用是防止水泄露到曝气机中。其工作原理是利用空心轴输送空气到底部散气叶轮，通过散气叶轮的高速转动产生微气泡，产生的微气泡与污水充分混合，利用水中的浮力，将固体悬浮物带到水面。同时随着叶轮的高速旋转，在水中会形成一个真空区域，空气将被迅速吸入其中，填补真空。

2 曝气机故障原因分析

曝气机故障较为频繁，主要表现为机封损坏、轴承损坏、轴断裂等。经过对故障的分析，确定发生故障原因主要是机械密封失效和两轴连接处断裂造成。

2.1 曝气机机械密封失效原因分析

1)密封失效的主要原因是固体颗粒进入密封面。这是因为固体颗粒一旦进入摩擦副端面，将会起到研磨剂的作用，研磨时间久了，将会使密封发生剧烈磨损从而导致密封失效。

2)超期服役或在超过许可使用温度后，塑料型或橡胶型辅助密封件老化失效，失去了弹性。

3)使用碳－石墨环时，石墨炭化是密封失效的主要原因之一。这是因为在使用中，石墨环使用温度(一般在－105～250℃)一旦超过许用值时，石墨环会在摩擦面附近发生炭化，导致密封失效，泄漏加剧。

2.2 曝气机两轴连接处断裂原因分析

曝气机的轴断裂经常发生在两根空心轴连接处，这是因为曝气机轴旋转时主要受扭矩作用，在轴壁上会产生剪应力。曝气机轴传输的扭矩相同，两根空心轴连接处轴的抗扭截面系数最小，受的剪应力最大，故易断裂。

3 曝气机结构改造

在找出曝气机故障原因后，对曝气机结构进行了针对性的改造，改造的主要内容如下:a)取消了曝气机机械密封装置，将曝气机轴由2根空心轴改为1根空心轴，而轴的结构参数不变;b)滚动轴承改为填充聚四氟乙烯基化动轴承。

实施改造前，对轴的各段进行了强度校核，因轴传递的扭矩不变，故只对受剪应力大的截面进行强度校核。结果表明轴的强度和刚度均满足条件。

由于塑料的自润滑性和耐腐蚀性，可以在无油润滑状态或强腐蚀环境中发挥其独特的性能，满足使用要求，因此塑料轴承在许多场合下可以替代金属轴承制品。其中，尤以聚四氟乙烯(PTFE)各项性能相对较好，如具有良好的耐磨性能、抗蠕变性、抗弯曲性和导热性，较大的硬度和刚性，较低的线膨胀系数。因此，无油润滑条件下的强腐蚀、高温等苛刻工作环境中大多使用填充聚四氟乙烯的轴承。

由于聚四氟乙烯的线性膨胀系数大于金属，而其热导率却小于金属，不利于散热，因此，当填充聚四氟乙烯基时，轴承与轴颈的间隙必须大于金属材料的轴承与轴颈的间隙。轴承与轴颈之间的间隙一般为轴颈直径的0.3% ～0.4%。为解决填充聚四氟乙烯散热问题，在轴承常设置一定数量的沟槽，这样做的好处是除了便于散热冷却外，还可起到润滑的作用。沟槽通常设计成直线形或螺旋形，设计沟槽时，沟槽应满足轴承强度要求。直线形沟槽和螺旋形沟槽各有利弊，当用于排除磨屑、泥沙等时，直线形沟槽更具优越性。同时轴承的宽径比(B/d)一般在0.35～1.5之间，B/d小，便于排出磨屑，对轴的变形和两轴承孔不同轴心的敏感性亦低，且散热性能好。

将曝气机滚动轴承改为滑动轴承，材料为聚四氟乙烯为基材，填充玻璃纤维、青铜粉、石墨，宽径比B/d 为:60 mm/50 mm=1.2，轴承内径为 50.4 mm，轴承与轴颈的间隙为0.2 mm，同时在轴承内壁上开设6个对称散热沟槽，结构见图1所示。

图1 填充聚四氟乙烯滑动轴承

4 改造效果

改造后，避免了因机械密封失效而导致的滚动轴承损坏，杜绝了轴断裂等故障的发生。且改造后曝气机振动小、噪音小，能稳定运行在1年以上，提高了曝气机的运行稳定性，保证了气浮系统的运行效果，满足了生产的要求。现将改造前后气浮出水质量对比列于表1。

表1 气浮出水质量对比 单位:mg/L

曝气机改造后，产生的经济效益也很可观，改造前曝气机出现故障，备件都是由厂家提供，大修1次费用10 000元左右。改造后，大修1次的费用为7 000元。装置共有曝气机16台，假设改造前曝气机故障率为1.5次/年，改造后故障率为1次/年，1年节约费用为:10 000×16×1.5－7 000×16×1=240 000－112 000=128 000元/年。