《環(huán)保設(shè)備及其應(yīng)用》第3章-環(huán)保動(dòng)力設(shè)備-泵和風(fēng)機(jī)的選用

第3章環(huán)保動(dòng)力設(shè)備

---泵和風(fēng)機(jī)的選型泵和風(fēng)機(jī)都是輸送流體或者提高流體壓力的通用機(jī)械動(dòng)力設(shè)備。工作對(duì)象是液體的機(jī)械叫泵；工作對(duì)象是氣體的機(jī)械叫風(fēng)機(jī)。泵和風(fēng)機(jī)不僅廣泛應(yīng)用于采礦、冶金、電力、石油、化工、農(nóng)業(yè)、市政等行業(yè)，而且在環(huán)保行中起到舉足輕重的作用。泵常用于輸送生活污水、工業(yè)廢水、污泥、空氣、廢氣和藥劑。泵通常是水處理工藝系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的樞紐，工程中泵的運(yùn)行一旦出現(xiàn)故障，往往會(huì)使整個(gè)水處理系統(tǒng)停止工作。泵通常被人比作廢水處理工藝流程中的“心臟”。風(fēng)機(jī)常用于輸送氣體、產(chǎn)生高壓氣體和獲得真空，不僅在大氣污染控制工程中必不可少，而且在水污染治理工程和固體廢物資源化工程中得以廣泛應(yīng)用，譬如廢水好氧生物工藝的鼓風(fēng)曝氣和好氧堆肥的鼓風(fēng)供氧等。污水曝氣處理示意圖污水曝氣鼓風(fēng)機(jī)實(shí)物圖畜糞堆肥發(fā)酵示意圖3.1泵的選型與應(yīng)用基礎(chǔ)3.1.1泵的主要性能參數(shù)流量、揚(yáng)程、功率、效率、轉(zhuǎn)速、允許汽蝕余量等。泵的銘牌上標(biāo)有這些參數(shù)的具體數(shù)值，以說明泵在最佳或額定工作狀態(tài)時(shí)的性能。3.1.2泵的分類及特點(diǎn)（1）按產(chǎn)生的壓力分類低壓泵：全壓小于2Mpa。中壓泵：全壓在2～6MPa之間。高壓泵：全壓大于6MPa。（2）按泵的結(jié)構(gòu)與工作原理分類離心泵在環(huán)境工程中應(yīng)用最為廣泛。離心泵常用于輸送水、腐蝕性液體及懸浮液，但不適于輸送粘度大的物料。離心泵提供的壓頭范圍和適用的流量范圍都很大。冶金化工廠的液體輸送所用的泵，有80％～90％是采用離心泵。離心泵不適用于周期脈動(dòng)供料。

軸流泵是流量大、揚(yáng)程低、比轉(zhuǎn)數(shù)高的葉片式泵，軸流泵的液流沿轉(zhuǎn)軸方向流動(dòng)，其設(shè)計(jì)的基本原理與離心泵基本相同。與離心泵不同，軸流泵流量愈小，軸功率愈大。軸流式泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，重量輕等特點(diǎn)。軸流式泵適用于大流量、低壓頭的場(chǎng)合。3.1.3常見泵簡(jiǎn)介3.1.3.2自吸泵

自吸泵：在啟動(dòng)前不需灌水（安裝后第一次啟動(dòng)仍然需灌水），經(jīng)過短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，靠泵本身的作用，即可以把水吸上來，投入正常工作。ZCQ磁力自吸泵：以靜密封取代動(dòng)密封，使過流部件處于完全密封狀態(tài)，不需底閥和引灌水。自吸泵結(jié)構(gòu)緊湊,外形美觀，體積小，噪音低，運(yùn)行可靠，使用維修方便，用于石油、化工、制藥、電鍍、印染、食品等行業(yè)抽送酸、堿、油類、易漏、易燃、易爆液體及稀有液體、毒液、揮發(fā)性液體，以及循環(huán)水設(shè)備配套。WFB型無密封自控自吸泵具有耐溫、耐壓、耐磨、“一次引流“、”終身自吸“等多種功能。目前生產(chǎn)不銹鋼、增強(qiáng)聚丙烯、鑄鋼、鑄鐵等多種材質(zhì)的系列無密封自控自吸泵整機(jī)。SFBX型耐腐蝕不銹鋼自吸泵兼過流零部件及連接架采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼材料制造，具有耐腐蝕性能可靠，使用、維護(hù)方便、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低、密封性能好等優(yōu)點(diǎn)，不銹鋼耐腐蝕自吸泵適用于食口、飲料、醫(yī)藥、污水處理、化工、電鍍、漂染、精細(xì)化工等行業(yè)輸送不高于90℃(直聯(lián)式)或不高于105℃(帶軸承托架式)帶有細(xì)小軟顆?；蚶w維質(zhì)，帶腐蝕性或有衛(wèi)生要求的液體。3.1.3.3.排污泵

排污泵種類主要有YW型液下排污泵、GW型管道排污泵、WL型立式排污泵、ZW型自吸式排污泵、LW立式無阻塞排污泵、YWJ型自動(dòng)攪勻液下泵、AS/AV型撕裂潛水排污泵、WQ型潛水無堵塞排污泵、YW型液下式無堵塞排污泵、JYWQ系列自動(dòng)攪勻排污泵、WQK/QG帶切割裝置排污泵等規(guī)格系列。3.1.3.4隔膜泵依靠一個(gè)隔膜片的來回鼓動(dòng)而改變工作室容積來吸入和排出液體的。動(dòng)畫:氣動(dòng)隔膜泵工作原理圖氣動(dòng)隔膜泵采用空氣壓縮機(jī)壓縮空氣為動(dòng)力源，對(duì)于各種腐蝕性液體，帶顆粒的液體，高粘度、易揮發(fā)、易燃、劇毒的液體，均能予以抽光吸盡。氣動(dòng)隔膜泵應(yīng)用于石油、化工、電子、陶瓷、紡織、油漆、制藥機(jī)械等系統(tǒng)，安置在種特殊場(chǎng)合，用來抽送各種常規(guī)泵不能抽吸的介質(zhì)，且替代齒輪泵的理想產(chǎn)品，均取的了滿意的效果。3.1.3.5螺旋泵請(qǐng)同學(xué)們課后自學(xué)各類泵和風(fēng)機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)3.1.4.1泵選型原則（1）使所選泵的型式和性能，符合裝置流量、揚(yáng)程、壓力、溫度、汽蝕流量、吸程等工藝參數(shù)的要求。3.1.4泵的選型

譬如，必須滿足使用流量和揚(yáng)程的要求，即要求泵的運(yùn)行工況點(diǎn)（裝置特性曲線與泵的性能曲線的交點(diǎn)）經(jīng)常保持在高效區(qū)間運(yùn)行，這樣既省動(dòng)力又不易損壞機(jī)件。圖3-5泵性能曲線及安裝特性曲線把泵特性曲線和裝置特性曲線畫在同一張圖上，特性曲線和裝置特性曲線的交點(diǎn)就是泵的運(yùn)行工況點(diǎn)。如果泵偏離M點(diǎn)在A點(diǎn)工作，這時(shí)，多余的能量促使管內(nèi)流速增加，泵的流量增加，工況點(diǎn)從A點(diǎn)移動(dòng)到M點(diǎn)；反之，如泵在B點(diǎn)工作，這時(shí)，，管內(nèi)流速減少，泵的流量減少，從B點(diǎn)移動(dòng)到M點(diǎn)，最后都回到M點(diǎn)穩(wěn)定下來。故泵的穩(wěn)定工況點(diǎn)一定是泵特性曲線和裝置特性曲線的交點(diǎn)。（2）必須滿足介質(zhì)特性的要求：①對(duì)輸送易燃、易爆、有毒或貴重介質(zhì)的泵，要求軸封可靠或采用無泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驅(qū)動(dòng)泵、隔膜泵等；②對(duì)輸送腐蝕性介質(zhì)的泵，要求過流部件采用耐腐蝕材料；③對(duì)輸送含固體顆粒介質(zhì)的泵，要求過流部件采用耐磨材料，必要時(shí)軸封應(yīng)采用清潔液體沖洗。(4)經(jīng)濟(jì)上要綜合考慮到設(shè)備費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)、維修費(fèi)和管理費(fèi)的總成本最低。

（3)機(jī)械方面可靠性高、噪聲低、振動(dòng)小。

(5)必須滿足現(xiàn)場(chǎng)的安裝要求：①對(duì)安裝在有腐蝕性氣體存在場(chǎng)合的泵，要求采取防大氣腐蝕的措施；②對(duì)安裝在室外環(huán)境溫度低于-200℃以下的泵，要求考慮泵的冷脆現(xiàn)象，采用耐低溫材料；③對(duì)安裝在爆炸區(qū)域的泵，應(yīng)根據(jù)爆炸區(qū)域等級(jí)，采用防爆電動(dòng)機(jī)。泵選型依據(jù)，應(yīng)根據(jù)工藝流程，給排水要求，從五個(gè)方面加以考慮，既液體輸送量、裝置揚(yáng)程、液體性質(zhì)、管路布置以及操作運(yùn)轉(zhuǎn)條件等。3.1.4.2泵選擇的步驟（1）搜集原始資料，確定泵的類型選型設(shè)計(jì)的原始資料包括：整個(gè)工程工況，裝置的用途，管路布置、地形條件、水位高度以及裝置的工藝參數(shù)，被輸送介質(zhì)的物理化學(xué)性能（固體顆粒含量、顆粒大小、密度、粘度、氣化壓力、耐蝕性、毒性等性質(zhì)），操作周期，以及泵的結(jié)構(gòu)特性等。例如，環(huán)境工程中，選泵時(shí)應(yīng)弄清被輸送液體的性質(zhì)，以便選擇不同用途的水泵（如清水泵、污水泵，鍋爐給水泵，冷凝水泵、氨水泵等）。常用污水泵或污泥泵來輸送污水和污泥；選擇耐腐蝕泵或帶襯里的耐腐蝕泵輸送腐蝕性污水；輸送的流體中有磨損性物質(zhì)時(shí)，要考慮泵的耐磨性；如果是加藥使用時(shí)，要考慮采用計(jì)量泵；如果要在水中進(jìn)行輸送時(shí)，就要使用潛污泵。此外，還要考慮處理工藝過程、動(dòng)力、環(huán)境和安全要求等條件，例如，是否長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，揚(yáng)程和流量是否波動(dòng)，環(huán)境溫度極限如何等。①有計(jì)量要求時(shí)，選用計(jì)量泵。②揚(yáng)程要求很高，流量很小且無合適小流量高揚(yáng)程離心泵可選用時(shí)，可選用往復(fù)泵；如汽蝕要求不高時(shí)也可選用旋渦泵。③揚(yáng)程很低，流量很大時(shí)，可選用軸流泵和混流泵。④介質(zhì)粘度較大時(shí)，可考慮選用轉(zhuǎn)子泵或往復(fù)泵；粘度特別大時(shí)，可選用特殊設(shè)計(jì)的高粘度轉(zhuǎn)子泵和高粘度往復(fù)泵。⑤介質(zhì)含氣量>5%時(shí)，流量較小且粘度小于37.4mm2/s時(shí)，可選用旋渦泵，如允許流量有脈動(dòng)，可選用往復(fù)泵。⑥對(duì)啟動(dòng)頻繁或灌泵不便的場(chǎng)合，應(yīng)選用具有自吸性能的泵，如自吸式離心泵、自吸式旋渦泵、容積式泵等。⑦對(duì)于污泥則可用隔膜泵、旋轉(zhuǎn)螺旋泵等。

（2）確定泵的流量與揚(yáng)程泵數(shù)據(jù)表上往往只給出正常和額定流量?？紤]到泵在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的流量波動(dòng)以及開車、停車等情況，為了安全可靠，選泵時(shí)，要求額定流量不小于裝置的最大流量，或取正常流量1.1～1.15倍。如果基本數(shù)據(jù)只給重量流量，應(yīng)換算成體積流量。根據(jù)輸送系統(tǒng)的管路，用伯努利方程式計(jì)算在最大流量下管路所需的揚(yáng)程Hmax。泵的計(jì)算揚(yáng)程為幾何揚(yáng)水高度和管路系統(tǒng)流動(dòng)阻力之和。幾何揚(yáng)水高度為上下兩液面的高度差。泵在閉合環(huán)路管網(wǎng)上工作時(shí)，泵所需揚(yáng)程僅僅是該環(huán)路的流動(dòng)阻力。由于管道阻力計(jì)算時(shí)常有誤差，而且在運(yùn)行過程中管道的結(jié)垢、積炭也使管道阻力大于計(jì)算值，所以揚(yáng)程H也采用計(jì)算值的1.1～1.2倍，即H＝（1.1～1.2）Hmax。（3）泵系列和材料的選擇泵的系列是指泵廠生產(chǎn)的同一類結(jié)構(gòu)和用途的泵，如IS型清水泵、Y型油泵、ZA型化工流程泵、SJA型化工流程泵等。當(dāng)泵的類型確定后，就可以根據(jù)工藝參數(shù)和介質(zhì)特性來選擇泵的系列和材料。如確定選用離心泵后，可進(jìn)一步考慮如下項(xiàng)目：①根據(jù)介質(zhì)特性決定選用哪種特性泵，如清水泵、耐腐蝕泵或化工流程泵和雜質(zhì)泵等等。介質(zhì)為劇毒、貴重或有放射性等不允許泄漏物質(zhì)時(shí)，應(yīng)考慮選用無泄漏泵（如屏蔽泵、磁力泵）或帶有泄漏液收集和泄漏報(bào)警裝置的雙端面機(jī)械密封。如介質(zhì)為液化烴等易揮發(fā)液體應(yīng)選擇低汽蝕余量泵，如筒型泵。②根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件選擇臥式泵、立式泵（含液下泵、管道泵）。③根據(jù)流量大小選用單吸泵、雙吸泵或小流量離心泵。④根據(jù)揚(yáng)程高低選用單級(jí)泵、多級(jí)泵或高速離心泵等。以上各項(xiàng)確定后即可根據(jù)各類泵中不同系列泵的特點(diǎn)及生產(chǎn)廠家的條件，選擇合適的泵系列及生產(chǎn)廠家。（4）確定泵的型號(hào)按已確定的流量和揚(yáng)程從泵類產(chǎn)品樣本或產(chǎn)品目錄中查閱特性或性能表，選出合適的型號(hào)。若無一個(gè)型號(hào)的流量Q和揚(yáng)程H與所要求的流量Q和揚(yáng)程H相符，則在相鄰型號(hào)中選用Q和H都略大的型號(hào)。當(dāng)有幾個(gè)型號(hào)的H和Q都能滿足要求時(shí)，應(yīng)該選取效率較高的泵，即點(diǎn)（Q，H）坐標(biāo)位置靠在泵的高效率范圍所對(duì)應(yīng)的H-Q曲線下方為宜。若有該系列泵的性能范圍圖，則可方便地確定型號(hào)。泵的型號(hào)選出后，應(yīng)列出該泵的各種性能參數(shù)。（5）流量和揚(yáng)程的校核制造廠提供的泵的性能曲線或性能表一般是在常溫下用清水測(cè)得的，若輸送的液體的物理性質(zhì)與水的差異較大，則應(yīng)將泵的性能指標(biāo)揚(yáng)程和流量換算成針對(duì)被輸送液體的揚(yáng)程和流量值，然后把處理工藝條件所要求的揚(yáng)程和流量與換算后的泵的揚(yáng)程和流量比較，確定所選泵的性能是否符合要求?？傊玫倪x擇還要考慮方方面面的問題，如安裝的場(chǎng)地大小，基礎(chǔ)如何，是否采用并聯(lián)或串聯(lián)工作方式。一般按照設(shè)計(jì)參數(shù)(如流量和揚(yáng)程等)，利用合理的選擇方法，先選出同時(shí)能滿足要求的幾種型式，然后對(duì)其進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，最后確定一種型式?！纠磕彻S供水系統(tǒng)由清水池往水塔充水，如圖3-8所示。清水池最高水位標(biāo)高為112.00，最低水位為108.00，水塔地面標(biāo)高為l15.00，最高水位標(biāo)向?yàn)?40.00。水塔容積為30m3，要求一小時(shí)內(nèi)充滿水，試選擇水泵。已知吸水管路水頭損失為1.0m，壓水管路水頭損失為2.5m。圖3-5水塔充水工程示意圖【解】選擇水泵的參數(shù)值應(yīng)按工況要求的最大流量及最大揚(yáng)程再乘以附加安全系數(shù)的數(shù)值作為依據(jù)。即當(dāng)附加安全系數(shù)取1.1時(shí)，泵的流量：

泵的流量：泵的揚(yáng)程：離心泵適于工礦企業(yè)、城市給水、排水和農(nóng)田排灌，供輸送清水或物理、化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其它液體，考慮選擇IS型離心泵。查表3-2可知IS型離心泵的性能：流量Q為6～400m3/h；揚(yáng)程H為5～125m，由此可見IS型離心泵適合本工況。查IS型泵性能范圍圖，得到具體型號(hào)為IS80-50-200（該泵型號(hào)意義參見表3-3）。并進(jìn)一步查該泵的特性曲線圖3-9和性能表3-5，可得該泵的主要參數(shù)：轉(zhuǎn)速n=2900r/min，必需汽蝕余量(NPSH)r=2.5～3m，效率η＝55％～71％，軸功率Pa=7.87～10.8kW，所配電動(dòng)機(jī)功率為15kW。圖3-9IS80-50-200型清水泵的特性曲線圖3.2風(fēng)機(jī)的選型與應(yīng)用基礎(chǔ)風(fēng)機(jī)是我國(guó)對(duì)氣體壓縮和氣體輸送機(jī)械的習(xí)慣簡(jiǎn)稱。3.2.1風(fēng)機(jī)的主要性能參數(shù)流量（風(fēng)量）、壓頭（風(fēng)壓）、功率、效率和轉(zhuǎn)速等。3.2.2風(fēng)機(jī)分類（一）按壓力分類通風(fēng)機(jī)：排氣壓力<15kPa；鼓風(fēng)機(jī)：排氣壓力15～200kPa壓縮機(jī)：排氣壓力>200kPa真空泵：將低于大氣壓強(qiáng)的氣體從容器設(shè)備內(nèi)抽出的機(jī)械。（二）按結(jié)構(gòu)與工作原理分類（三）風(fēng)機(jī)按用途分類（四）按風(fēng)機(jī)的特性分類：根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性還可分為防爆風(fēng)機(jī)（由有色金屬制成），防腐風(fēng)機(jī)（由塑料或玻璃鋼制成），高溫風(fēng)機(jī)等。（1）通風(fēng)機(jī)軸流通風(fēng)機(jī)屋頂通風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī)（2）鼓風(fēng)機(jī)HC系列回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)羅茨鼓風(fēng)機(jī)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)為離心式鼓風(fēng)機(jī)，它是在傳統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)上應(yīng)用了主動(dòng)式磁懸浮軸承技術(shù)及高速永磁同步電機(jī)技術(shù)，并進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)的新型高效節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)工作原理是利用主動(dòng)式磁懸浮軸承系統(tǒng)，通過可控電磁力對(duì)內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)的磁懸浮軸承進(jìn)行無接觸、無磨損的懸浮支撐，磁懸浮軸承與葉輪直接連接，傳動(dòng)零損失，以此達(dá)到成功輸送氣體而機(jī)器內(nèi)部無磨損、低噪音、無需潤(rùn)滑等效果。與羅茨鼓風(fēng)機(jī)比，節(jié)能30%以上，噪音低至80分貝以下，廣泛應(yīng)用于污水處理行業(yè)領(lǐng)域。磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)是未來的發(fā)展趨勢(shì)。磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)典型結(jié)構(gòu)圖（3）壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)（4）真空泵3.2.3風(fēng)機(jī)的選型確定風(fēng)機(jī)的型式、臺(tái)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及與之配套的電機(jī)功率。（一）風(fēng)機(jī)選型的原則

（1）風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、安全可靠；（2）經(jīng)濟(jì)性高，使風(fēng)機(jī)能長(zhǎng)期在高效區(qū)運(yùn)行；（3）選擇的風(fēng)機(jī)性能曲線形狀合適，保證在正常工作區(qū)不發(fā)生汽蝕及其它不穩(wěn)定現(xiàn)象；（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，設(shè)備投資少；（5）耐腐蝕；安裝、維護(hù)及拆修方便。（二）風(fēng)機(jī)的選擇步驟及方法（1）收集原始資料。包括整個(gè)工程工況裝置的用途、管路布置、裝置位置、被輸送氣體性質(zhì)（如清潔空氣、煙氣、含塵空氣或易爆氣體）等，以便選擇不同用途的風(fēng)機(jī)。（2）確定工況要求的風(fēng)量Q和風(fēng)壓p（3）將使用工況狀態(tài)下的風(fēng)量Q和風(fēng)壓p換算為實(shí)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下風(fēng)量Q0和風(fēng)壓p0

由于廠家風(fēng)機(jī)樣本所提供的性能數(shù)據(jù)（Q，p）是在標(biāo)淮條件下經(jīng)試驗(yàn)得出的。這在風(fēng)機(jī)銘牌上均有標(biāo)示。一般風(fēng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)條件是大氣壓力p0=101.3kPa，t0=20℃，ρ0

=1.205kg/m3，大氣相對(duì)濕度50％；鍋爐引風(fēng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)條件是大氣