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污水处理风机基础知识及C系列风机详解

作者:王军(139-7298-9387)

关键词:污水处理风机、C50-1.7多级离心鼓风机、风机配件、风机修理、工业气体输送、轴瓦、转子总成、碳环密封

前言:污水处理中的风机关键角色

在现代化污水处理工艺中,尤其是活性污泥法、氧化沟、SBR序批式反应器等主流工艺,曝气环节是生化处理的核心,其能耗约占整个污水处理厂总能耗的50%-70%。而为曝气系统提供稳定、高效气源的核心设备,正是污水处理风机,常被称为污水处理厂的“肺”。其核心任务是向污水中强制注入空气或氧气,为好氧微生物提供生存和降解污染物质所必需的溶解氧,同时起到搅拌混合、防止污泥沉淀的作用。因此,风机的选型、运行与维护直接关系到污水处理的效果、运行成本及系统的稳定性。本文将系统阐述污水处理风机的基础知识,并以典型型号C50-1.7多级离心鼓风机为例进行深度剖析,同时对其关键配件、常见维修要点以及输送工业气体的特殊考量进行说明。

第一章 污水处理风机主要类型及选型基础

污水处理厂根据处理规模、工艺要求、曝气水深、能耗指标及投资预算,会选择不同类型的鼓风机。主流机型涵盖了从低风压大风量到高风压小风量的多种需求。

“C”型系列多级离心鼓风机:本文重点阐述的类型。采用多级叶轮串联结构,通过逐级压缩气体来达到所需的出口压力。其特点是效率曲线相对平坦,在较宽的工况范围内能保持较高效率;运行平稳,噪音相对较低;结构成熟可靠,维护保养经验丰富。特别适用于中型污水处理项目,是曝气风机市场的主流和经典机型之一。 “D”型系列高速高压多级离心鼓风机:在“C”型系列基础上发展而来,通常采用齿轮箱增速,使转子达到更高转速,从而在单级叶轮上获得更高的能量头。因此,在相同压比要求下,所需叶轮级数更少,结构更紧凑,但制造精度和转子动平衡要求更高。适用于需要更高出口压力的深水曝气或高压输送场合。 “AI”型系列单级悬臂加压风机:叶轮悬臂安装在主轴一端,结构简单紧凑。通常与高速电机直联或通过齿轮箱增速,依靠单个高性能叶轮(如三元流叶轮)实现所需的压力和流量。优点是体积小、重量轻、零部件少。但对叶轮强度、转子动平衡及轴承性能要求极高,常用于风压要求适中、流量较大的场合。 “S”型系列单级高速双支撑加压风机:同样采用单级高速叶轮,但叶轮安装在两个支撑轴承之间,转子动力学性能更优,运行稳定性好,能适应更高的转速和压比。是现代高效风机的发展趋势之一,尤其适合集成式污水处理设备和需要紧凑布置的场合。 “AII”型系列单级双支撑加压风机:此类型通常指传统结构的单级双吸入或双支撑离心风机,风压相对较低,但流量可以做得很大,在早期污水处理厂或特定工艺段有应用。

选型核心参数:无论哪种类型的风机,选型的根本依据是工艺需求,核心参数是流量(风量)压力(风压)

流量(Q):单位为立方米每分钟或每小时,根据污水水质、处理量、需氧量计算确定。 压力(P):出口绝对压力或升压。对于曝气风机,其所需压力主要克服曝气系统阻力(管路、阀门、曝气器阻力)静水压力。公式可简述为:风机所需出口压力 ≈ 当地大气压 + 曝气器淹没水深(米水柱)乘以水密度乘以重力加速度换算系数 + 管网阻力损失。因此,污水池水深是决定风压的关键因素之一。

第二章 典型型号深度解析:污水处理风机C50-1.7

以型号污水处理风机C50-1.7为例,对其进行全面解读。

型号释义

“C”:代表该风机属于“C”型系列多级离心鼓风机。 “50”:代表风机在标准进气状态(通常指进口压力为1个标准大气压,温度20℃,相对湿度50%)下的额定容积流量,即每分钟排气量为50立方米。这是风机设计的核心性能参数之一。 “-1.7”:此标注具有特定含义。它表示该风机的出口绝对压力为1.7个大气压(绝对压力)。由于标注中没有“/”符号来分隔进口和出口压力(例如,若标注为“C50-1.0/1.7”,则表示进口压力1.0个大气压,出口压力1.7个大气压),按照行业惯例,隐含表示其进口压力为1个标准大气压。因此,该风机的实际升压(压差)为0.7个大气压(约70kPa)与污水池水深的关联:如前所述,风机压力需克服水深。0.7个大气压的升压,理论上海拔零地区)可以克服大约7米水深的水静压(忽略管网阻力)。这意味着C50-1.7型风机非常适合用于曝气器安装水深在5-6米左右的污水处理工艺(如常规氧化沟、推流式曝气池),在留有合理管网阻力余量后,能够稳定高效运行。

性能特点

适用性广:流量50立方米每分钟,折合每小时3000立方米,属于中等偏小流量范围,适用于日处理量数千至一两万吨的中小型污水处理厂或作为大型厂的系列化配置单元。 压力匹配典型:1.7个大气压的出口压力覆盖了大部分市政污水处理的曝气水深需求。 多级压缩:通过多个叶轮逐级压缩,每级压比适中,叶轮线速度相对较低,对材料要求不如单级高速风机苛刻,运行可靠。 可调节性:通常可通过进口导叶调节或变频调速来适应工况变化,实现节能。

第三章 C系列风机核心配件详解

理解风机的关键配件对于运行维护至关重要。以C50-1.7为代表的C系列多级离心鼓风机主要包含以下核心部件:

风机主轴:整个转子系统的核心承载和动力传递部件。要求极高的强度、刚性和抗疲劳性能。通常采用优质合金钢锻造而成,经精密加工和热处理,确保各装配段的同轴度、圆度及表面硬度。 风机转子总成:这是风机的心脏,由主轴、多级叶轮、平衡盘(若有)、联轴器部件等组装而成。每个叶轮都经过动平衡校正,整个转子总成在高速下需进行精密的动平衡,以确保运行平稳,振动值在标准范围内。叶轮多采用前向或后向叶片设计,材料为铝合金或不锈钢,通过过盈配合或键连接固定在主轴上。 风机轴承与轴瓦:C系列风机常采用滑动轴承(轴瓦)而非滚动轴承。轴瓦通常为剖分式,内衬巴氏合金(一种耐磨减摩的白色合金)。其工作原理是靠高速旋转的主轴将润滑油带入轴与瓦之间,形成稳定的油膜,实现液体摩擦,具有承载能力强、运行平稳、耐冲击、寿命长等优点。需要持续、清洁的润滑油供应和冷却。 轴承箱:容纳和固定轴承(轴瓦)的箱体结构。它不仅是轴承的支座,还构成了润滑油路的一部分,内部有油槽、油路。轴承箱要求有良好的刚性和密封性,防止漏油和异物进入。 密封系统:防止气体沿轴端泄漏和润滑油进入流道的关键部件。 气封(级间密封和轴端密封):在C系列风机中,常用碳环密封(也称为石墨环密封)作为气封。碳环由多个扇形石墨环组成,靠弹簧力抱紧在轴套上,利用石墨的自润滑性和微小间隙形成节流密封,有效减少级间窜气和向大气泄漏。其优点是磨损小、密封效果好、适应热膨胀。 油封:位于轴承箱两端,主要防止润滑油外泄。常用形式有骨架油封、迷宫密封或填料密封。与气封结合,构成完整的轴封系统。 其它关键配件:包括进口蜗壳、级间蜗壳、出口蜗壳(共同构成机壳)、进口导叶调节机构、润滑油系统(油泵、冷却器、过滤器)、联轴器及护罩、底座等。

第四章 风机常见故障与修理要点

基于上述配件知识,污水处理风机C50-1.7的日常维护与修理应重点关注以下方面:

常见故障一:振动值超标

可能原因: 转子总成动平衡破坏(叶轮结垢、腐蚀、磨损不均匀,或平衡块脱落)。 对中不良(电机与风机主轴中心线偏差过大)。 轴承(轴瓦)磨损,间隙过大。 地脚螺栓松动或基础刚性不足。 联轴器损坏或膜片磨损。 修理要点:首先检查对中和地脚螺栓。停机后,检查轴瓦间隙(使用压铅法测量)。若怀疑转子不平衡,需将转子总成送专业动平衡机进行校正。清洗叶轮污垢是污水处理风机常见的维护工作。

常见故障二:轴承温度过高

可能原因: 润滑油量不足、油质劣化(进水、乳化、杂质多)或油路堵塞。 轴瓦刮研不当或已发生磨损、刮伤、胶合(烧瓦)。 冷却器效率下降,润滑油冷却不足。 轴承装配间隙过小。 修理要点:立即检查油位、油压和油温。分析润滑油质量,必要时更换。检查油过滤器是否堵塞。若温度持续过高,需停机检查轴瓦接触情况,必要时重新刮研或更换新轴瓦。清洗油冷却器。

常见故障三:风量或压力不足

可能原因: 进口过滤器堵塞,进气阻力增大。 叶轮磨损严重或流道结垢,效率下降。 密封(特别是碳环密封)磨损严重,级间和内泄漏量过大。 管网阻力变化(如曝气头堵塞)或工艺需求变化。 修理要点:清洗或更换进口过滤器。检查并清洗叶轮。重点检查各级碳环密封的磨损情况,测量其间隙,若超过允许值必须成套更换。核对实际运行工况是否与设计选型点偏离。

常见故障四:润滑油泄漏

可能原因: 油封老化、磨损或损坏。 轴承箱结合面或油管接头密封不严。 呼吸器堵塞,轴承箱内部压力过高。 修理要点:更换失效的油封。紧固接头或更换密封垫。清理呼吸器。

大修周期与内容:建议根据运行小时数(通常8000-16000小时)或状态监测结果进行预防性大修。大修内容应包括:全面解体风机;清洗检查所有部件;测量并记录主轴、叶轮、密封、轴瓦等关键尺寸和间隙;更换所有密封件(碳环、油封、垫片)和可能磨损的轴瓦;重新校正转子动平衡;彻底清洗润滑油系统;最后进行精确对中、组装和试车。

第五章 输送工业气体的风机特别说明

前述风机类型(C、D、AI、S、AII系列)并非仅限于输送空气。经过特殊设计、材料选择和密封考虑,它们可以广泛应用于输送各种工业气体,如:工业烟气、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氢气(H₂)以及混合无毒工业气体

输送工业气体与输送空气的主要区别及技术要求:

气体性质考量密度与分子量:气体密度直接影响风机的压比和功率。例如,输送轻质的氢气时,压比会下降,需重新核算性能曲线;输送重气体时则相反。 腐蚀性:如烟气中含硫氧化物、氮氧化物,湿二氧化碳等具有腐蚀性,风机过流部件(叶轮、机壳)需采用不锈钢(如316L)、双相钢或更高等级的耐腐蚀材料,甚至进行涂层处理。 毒性、易燃易爆性:输送氧气时,需严格禁油,所有部件需进行脱脂处理,采用特殊密封,防止局部高温引发危险。输送氢气等易燃气体时,对密封性要求极高,防泄漏和防静电是重点。 纯净度:输送高纯气体(如电子行业用N₂、Ar)时,要求风机内部高度清洁,无污染,密封必须采用无油、无磨损的类型(如干气密封),材料析出物要少。 密封系统的特殊设计:对于贵重、危险或高纯气体,碳环密封可能不适用。 采用干气密封:非接触式机械密封,泄漏量极微,适用于几乎所有工业气体,特别是苛刻工况。 迷宫密封加强吹扫:对于非危险气体,可采用更精密的迷宫密封,并引入清洁的缓冲气进行吹扫,防止气体外泄或外部空气进入。 双端面机械密封:常用于有毒有害气体,配合封液系统,确保绝对密封。 材料兼容性:密封件材料(如O型圈、垫片)需与所输送气体兼容,防止溶胀、老化或反应。例如,输送某些烃类气体时,需选用氟橡胶等特殊材料。 性能换算:风机的标定性能是基于空气的。输送其他气体时,流量(容积流量)可能不变,但质量流量、压升和轴功率会随气体物性变化,需根据风机相似定律进行换算。核心公式涉及气体常数、绝热指数等参数。

选型要点:用户需向风机供应商明确提供气体的准确组分、温度、进口压力、湿度(或露点)、以及有无腐蚀性杂质。对于特殊气体,制造商需进行专门的气动设计复核、材料选择和密封方案定制,确保风机安全、可靠、高效地运行。

结语

污水处理风机C50-1.7作为C系列多级离心鼓风机的典型代表,其型号命名科学地反映了核心性能参数,并与污水处理工艺需求紧密相连。深入理解其结构、配件功能及维修要点,是实现风机长周期稳定运行、保障污水处理厂“呼吸”顺畅、降低能耗与维护成本的基础。同时,现代风机技术已使其应用范畴远远超越污水处理领域,通过针对性的设计,能够安全高效地输送多种多样的工业气体,服务于化工、冶金、空分、环保等诸多行业。作为一名风机技术从业者,掌握这些基础知识与变通应用的原则,对于设备选型、运维管理及故障诊断都具有重要的指导意义。

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