水翼式叶轮搅伴器在机械絮凝池中的应用

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1、水翼式叶轮搅伴器在机械絮凝池中的应用摘要：水翼式(hydrofoil)叶轮搅拌器非常适合于竖直轴机械絮凝池中作为絮凝搅拌器使用，并且与传统的桨板式叶轮搅拌器絮凝效果一样。在介绍搅拌器重要参数的基础上，对水翼式叶轮搅拌器的设计选型进行了探讨，阐述了流量系数法的计算方法和过程，深入剖析了设计中要注意的一些问题，并给出了两个典型的应用实例。关键词：水翼式叶轮搅拌器机械絮凝池排液量流量系数法前言机械絮凝池有水平轴式和竖直轴式搅拌器两种型式。传统的机械絮凝池的搅拌器大多采用桨板式(paddle)叶轮，在20世纪70～80年代国内使用较多，并且有了较系统的池型设计规范和搅拌

2、器设计方法，使用效果也较好。由于竖直轴式搅拌器的驱动装置(如减速箱等)位于池顶，过去的减速箱密封技术不过关，易出现漏油情况；另外，一个桨板就需要配备一套驱动装置等，所以这种机械搅拌器采用得不多。相反，水平轴式机械搅拌器的驱动装置位于池外，一套驱动装置可以串联几组桨板叶轮，所以，这种水平轴式机械搅拌器使用较多。在国外刚好相反，竖直轴絮凝搅拌器以其维护少、操作灵活、较小的水头损失、混合强度易控、效率高及一台絮凝搅拌器失灵对总体影响不大等特点而使用较多[1]，但其叶轮大多采用的是水翼式(hydrofoil)叶轮。80年代后，高效水力絮凝池的研究开发取得了非常好的效果，

3、因此，水力絮凝池因其构造简单，无需其他动力设备，运行管理方便而应用较多。在国外，机械絮凝池应用较多，搅拌器的布置形式也较多。搅拌器叶轮按流态可分为径向流式叶轮和轴向流式叶轮，轴向流式叶轮搅拌器不存在分区循环，单位功率产生的流量大，剪切速率小，且在桨叶附近较大范围内分布均匀，具有较强的最大防脱流能力[2]。水翼式叶轮搅拌器属于轴流式搅拌器的一种，叶轮为翼型叶片，叶片的倾角和叶片的宽度是随其径向位置变化的，如美国Lightnin公司的A305、A310系列，Chemineer公司SC-3和He-3系列。叶轮叶片由钢板按一定规律弯曲制成，不必使用铣或精密浇注等成型工艺

4、，用螺栓固定在轮毂上，易于装配成较大型的叶轮[2]。水翼式叶轮的这种接近等螺距变叶片角的结构特点可提供更大的流量和更小的剪切作用，靠近轮毂的叶片部分比起叶端部分来，叶片角度更陡，叶片宽度更宽。从轮毂至叶端，叶片角逐渐减小，叶宽逐渐变窄。因此，叶轮沿叶片长度上的各点接近等螺距，在整个排液面上产生的流速几乎是均匀的[3]。因此，水翼式叶轮搅拌器特别适合于机械絮凝池中絮凝搅拌器的使用。1水翼式叶轮和桨板式叶轮的比较由于传统的桨板式叶轮转速低，直径较大，造成搅拌机设备造价较高，运行费用也高。新型水翼式叶轮搅拌器的转速可以提高，同样可以取得良好的絮凝效果。 根据Oldsh

5、ue等人的研究[4]，美国Manchester，NewHampshire(新罕布什尔州，曼彻斯特)水厂安装了两种不同的絮凝搅拌器，进行了运行性能测试比较。在四组平行的絮凝沉淀池中安装了16台絮凝搅拌器，絮凝池分为两级，每级设置两台搅拌器。一种类型为悬挂板式(danglingplate)，类似于桨板式叶轮；另一种为水翼式叶轮搅拌器(见图1)，叶轮直径为2．4m，3片式变角叶片。絮凝区分为四组，每组设计流量为0．44m3／s，每组设4台絮凝搅拌器和2块挡板，排液方向为下向流。在四组池中，两组完全设置桨板式搅拌器，一组单独设置水翼式搅拌器，一组为两种搅拌器的组合。对一

6、组桨板式叶轮和一组水翼式叶轮搅拌器的运行效果进行对比，结果表明：桨板式叶轮搅拌器功率为2．2kW，采用涡轮减速器皮带变速驱动，速度范围可在0．5～1．5r／min之间变化；水翼式叶轮搅拌器功率为0．55kW，也是皮带驱动变速调节，但是灵活地采用了重载直角斜齿轮和螺旋伞齿轮组，旋转速度在3．5～11r／min。另外，两种搅拌器的絮凝效果基本没什么区别，但是，水翼式叶轮絮凝搅拌器在投资和运行费用上均具有优势。  2搅拌器的几个重要参数2．1搅拌功率搅拌功率按式(1)[3]计算：P＝Np(ref)ρ(N／60)3D5kpgpfp／1000(1)式中P——搅拌功率，kW

7、；Np(ref)——基准条件下的功率准数，基准条件参见文献[3]。对于水翼式叶轮，Np(ref)为0．28～0．30；ρ——流体密度，kg／m3，对于水ρ＝1000kg／m3；N——搅拌叶轮转速，r／min；D——搅拌叶轮直径，m；kp——吸气操作对功率的影响系数。对于絮凝过程，kp＝1；gp——非标准几何尺寸对功率的影响系数；fp——粘度不等于1cP(1cP＝10-3Pa·s)时对功率的影响系数，水在20℃时，fp＝l。2．2泵送流量(叶轮排液量)泵送流量按式(2)[3]计算：Q＝Nq(ref)(N／60)D3kqgqfq(2)式中Q——搅拌产生的排液量，m3

8、／s；Nq(ref)——