水處理設備的合理選型，是每一個設計人員需要掌握的知識。作為輸送提升的核心設備，泵在水處理項目中無處不在。泵的原理多樣，種類繁多，而且還在不斷地發(fā)展創(chuàng)新，不同的應用場合，泵的使用方法也各有差異。

1、泵的原理與分類

在專業(yè)定義上，泵是指將原動機的機械能轉換成流體的壓力能和動能，從而實現(xiàn)流體定向輸運的動力設備。在使用時常按用途來進行命名，比如潛污泵、污泥泵、計量泵等，工作原理各有不同。按工作原理可以分類如下：

葉片式泵

葉片式泵包括離心泵(單級、多級)，軸流泵，混流泵，旋渦泵等。

離心泵-利用旋轉葉輪帶動流體一起旋轉，借離心力的作用，使流體的壓力能和動能得到增加。

軸流泵-利用葉輪上的翼型葉片在流體旋轉所產(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

容積式泵包括往復泵(活塞、柱塞、隔膜)，回轉泵(齒輪、螺桿、滑片等)

往復式泵-利用工作容積周期性的改變來輸送流體，并提高其壓力，包括活塞式、柱塞式和隔膜式三類。

回轉式泵-利用一對或幾個特殊形狀的回轉體，如齒輪、螺桿或其他形狀的轉子在殼體內(nèi)作旋轉運動來輸送流體并提高其壓力。

其他類型泵

葉片式泵和容積式泵基本包括了所有常用的泵的類型，還有一些其他類型的泵，比如：

水環(huán)式真空泵-水環(huán)式真空泵在啟動前注入一定水作為工作液體，靠星形葉輪的旋轉，形成封閉水環(huán)，葉輪與水環(huán)之間形成周期性擴大與減小的空間，形成負壓，吸入氣體并排出，達到抽真空的目的。

噴射泵-利用高速射流的抽吸作用來抽吸并輸送液體，可以起到抽真空的作用。

2、泵的主要性能參數(shù)

1)流量與揚程

泵在單位時間內(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泵后所獲得的能量增加值，稱為揚程，用H表示，單位為m。

在選型時，流量與揚程是由設計人員根據(jù)工藝計算結果給出的核心參數(shù)，是一個固定值。對于水泵自身性能而言，流量與揚程往往是一個區(qū)間內(nèi)的對應關系，是一個范圍。在選型時，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，在有偏差時，要綜合評估偏差可能帶來的不利影響，權衡后確定選型結果。

2)軸功率與效率

泵在運行時原動機傳遞到泵轉軸上的功率稱為軸功率，用P表示，單位為kw。單位時間內(nèi)通過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計水平、機械加工水平等有關，效率的高低直接影響能耗，同時泵有各自的高效率區(qū)間，選型時需要落在這個區(qū)間，以降低能耗。

3)轉速

泵軸每分鐘的轉數(shù)，稱為轉速，用n表示，單位為r/min。

轉速一般與電機的標準轉速對應，可通過變頻器對電機轉速進行調整，水泵性能曲線也對應變化。在實際流量揚程變化時，通過變頻來調節(jié)可以達到很好的節(jié)能效果。

4)汽蝕與汽蝕余量

汽蝕指水泵運行中，因為某些原因使得泵內(nèi)局部壓力降低到水的汽化壓力時，水會產(chǎn)生汽化而形成氣液流，到達高壓區(qū)后氣泡受到擠壓破滅重新凝結成水，在這個過程中會產(chǎn)生很高的水錘壓力，使材料收到侵蝕和破壞。汽蝕現(xiàn)象主要是針對葉片泵而言，是在泵的選型設計中必須避免的現(xiàn)象。汽蝕的產(chǎn)生與泵的性能有關，也與泵的吸口裝置的設計有關。

汽蝕余量指泵入口處液體所具有的總水頭與液體汽化時的壓力頭之差，單位用米(水柱)標注，用NPSH(Net Positive Suction Head)表示。在葉片泵的性能參數(shù)中，廠家一般會提供允許汽蝕余量供設計人員在選型設計時使用，汽蝕余量的參數(shù)說明如下：

NPSHc—臨界汽蝕余量，由汽蝕試驗求得;

[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，意味著可承擔的泵前負壓越大，水泵的性能越好。

3、泵的選型過程

1)確認使用條件

在泵的選型時，首先需要確認使用的基本條件，包括：

a.輸送介質的物理化學性能

影響泵的性能、材料和結構。包括：介質特性(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、揚程、溫度、裝置汽蝕余量、操作狀態(tài)。

c.現(xiàn)場條件

泵的安裝位置、環(huán)境溫度、相對濕度、大氣壓力、大氣腐蝕狀況及危險區(qū)域劃分等級等。

2)選擇泵的類型

水處理中根據(jù)用途的不同需要選擇對應的合適類型：

a.進水的提升

在廢水的進水中雜質往往較多，一般選擇抗堵塞的離心泵。中小規(guī)模水量時，最常用的為潛污泵。在方便設置泵房時，可采用干式無堵塞排污泵。在大型規(guī)模項目，一般采用干式安裝的大型污水泵，以方便檢修。

在工業(yè)廢水處理項目中，進水纏繞物雜質少時，經(jīng)常根據(jù)需求選用自吸泵等。

進水提水泵在允許時，建議盡量選擇質量優(yōu)秀的產(chǎn)品，可以大大減少日常運行維護中的麻煩，保證系統(tǒng)的正常運轉。

b.中間提升及尾水排放

中間提升及尾水排放時，廢水中的雜質特別是纏繞性雜質非常少，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。在尾水水質較好時，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

有自吸需求時可選用自吸泵、轉子泵。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，需要時配套破碎機。

二沉池污泥及污泥回流：污泥含水率高，特性與水類似，一般選用潛污泵、混流泵或軸流泵，內(nèi)回流需要揚程低，可選用穿墻泵。

化學污泥：根據(jù)污泥情況可選擇無堵塞排污泵、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

在類型確定后，再根據(jù)泵的性能曲線選擇合適的型號：

a.查系列型譜圖，選擇泵的額定工作點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、密封等是否能滿足輸送介質要求。

c.校核安裝檢修條件是否滿足單體設計的要求。

當有兩種以上規(guī)格符合條件時，選擇綜合指標高的設備：效率(高)、重量(低)和價格(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稱，在潛水泵的基礎上通道采用抗堵塞設計，用于一級提升、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)排污和污水處理場合，排送含固形物和長纖維的污水、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目中最常用的提升設備之一。潛污泵常見的安裝方式主要有兩種：耦合式安裝和移動式安裝。

其中耦合式安裝是通過耦合器將泵與管道相連，泵與出水管路脫離方便，水泵檢修時通過起吊裝置起吊即可。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，耦合器由設備廠家成套供貨。

移動式安裝指泵出口管路直接通過軟管連接至水面上，潛污泵靠自重置于水池底部或通過鐵鏈等懸掛在起吊裝置上。移動式安裝無需耦合器和池底固定，便于移動，檢修時連管道一起起吊即可。同時由于安裝方式的原因，難以承擔大的力矩，只適用于小型的潛污泵。

2、安裝條件圖的解釋

在選型確認后，潛污泵的廠家會提供安裝條件圖，設計人員需要能讀懂各尺寸和符號的意思。以某潛污泵廠商的樣本安裝條件為例說明如下：

1)最低運行液位

功率11kw以上的泵可以選擇裝置電機冷卻系統(tǒng)對泵進行冷卻，若不選冷卻系統(tǒng)，是由泵送介質直接冷卻電機。兩種不同的冷卻方式對應的最低液位不同，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，用實心三角“▼”和空心三角“▽”來進行區(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，有效最低液位距離耦合裝置底部為570mm，不帶冷卻系統(tǒng)時，距離為785mm。即有冷卻系統(tǒng)時有效液位可以低出215mm。

2)平面開孔與定位

潛水泵耦合式安裝時，平面的開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。

在進行定位時，安裝導桿的池邊是基準線。這是因為潛污泵的就位是靠與耦合裝置連接的導桿來完成的，導桿的位置由池邊確定。耦合器基座的螺栓進行定位時，也需以池邊為基準線進行。按上面案例，應先確定距離池邊253mm的螺栓孔位置，再通過螺栓孔的間距350mm來確定另外兩個螺栓孔的位置。

最終在圖紙中體現(xiàn)的最重要的尺寸為：頂部平面開孔的位置與大小，以及底部的預埋地腳螺絲的位置與規(guī)格(一般采用預留孔進行后澆混凝土的設計)。

頂部的導桿固定通常采用膨脹螺栓的方式完成。

電氣保護措施

由于潛污泵為潛水運行，可能會出現(xiàn)漏水等情況而損壞水泵，需要進行預防。以某潛污泵廠家為例，采用的措施有：7.5kw以下的泵設有電機繞組過熱保護元件和漏水探頭;11kw及以上的泵設有電機繞組過熱保護元件、浮子開關、漏水探頭;30kw及以上的泵在電機上端蓋內(nèi)增設漏水探頭等。

其中過熱保護元件是置于電機定子繞組內(nèi)，不正常運行狀況下，繞組穩(wěn)定達到過熱保護原件的設定值時，通過電柜過熱保護裝置停止電機。

漏水探頭用作漏水檢測，電機側進水后通過電控柜報警并停機。浮子開關用作檢測電機側機械密封是否失效，電機腔是否進水，探測到進水后通過電控柜報警并停機。

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行電控柜的設計，從而達到保護效果。

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行非常仔細的校核計算。水泵進水側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，公式如下：

式中：

[Hg]—泵的允許幾何安裝高度，m;(計算結果供設計時利用，實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，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，廠家提供)

hw—吸入管路中的水頭損失，m。(與吸水管路設計有關，由設計人員確定)

由上式可知，海拔越高、水溫越高、允許汽蝕余量越大、進水管路水頭損失越大，允許幾何安裝高度越小。

不同海拔時的大氣及對應的水頭高度見下表：

不同溫度時水的飽和蒸汽壓力計對應水頭高度見下表：

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?shù)氐倪\行幾何安裝高度[Hg]計算如下：

設吸水水面壓力為當?shù)卮髿鈮?，由表查得海?00m處大氣壓頭9.7m，水溫40℃時，水的飽和蒸汽壓頭為0.752m，計算得：[Hg]=9.7-0.752-3.29-1=4.658m

來源:環(huán)保新課堂

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