渦凹?xì)飧∑貧鈾C故障原因分析及改造

陳玉林

(江蘇梅蘭化工有限公司，江蘇泰州 225300)

渦凹?xì)飧∠到y(tǒng)主要由曝氣機、鏈條刮渣機、螺旋推進(jìn)器組成，用于去除工業(yè)和城市污水中的油脂、膠狀物及固體懸浮物。工作時，污水由下而上進(jìn)入渦凹曝氣機充氣段，在此階段與曝氣機產(chǎn)生的微氣泡混合，借助因氣水混合物和液體之間密度的不平衡而產(chǎn)生的向上浮力的作用，將固體懸浮物帶至水面，從而達(dá)到除去固態(tài)懸浮物的目的。固態(tài)懸浮物再通過其他途徑清除，如安裝鏈條刮渣機，將固體懸浮物刮至污泥排放管道，通過管道中的螺旋推進(jìn)器，將收集的污泥清理掉，凈化后的污水自流至中提池。

曝氣機運行的好壞直接影響氣浮系統(tǒng)出水性能。曝氣機故障較為頻繁，影響了氣浮系統(tǒng)的出水性能。筆者對曝氣機產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行了分析，并提出了針對性的改造措施。

1 曝氣機結(jié)構(gòu)及工作原理

曝氣機主要包括空心軸、散氣葉輪、機封、軸承等，主軸為兩根空心軸連接，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，同時作為輸送液面上的空氣到葉輪的通道;曝氣機有4片中空葉輪，作用是生成微氣泡，產(chǎn)生真空，以保證空氣能源源不斷從液面上到水下;機械密封為單端面非平衡型機械密封，作用是防止水泄露到曝氣機中。其工作原理是利用空心軸輸送空氣到底部散氣葉輪，通過散氣葉輪的高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生微氣泡，產(chǎn)生的微氣泡與污水充分混合，利用水中的浮力，將固體懸浮物帶到水面。同時隨著葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，在水中會形成一個真空區(qū)域，空氣將被迅速吸入其中，填補真空。

2 曝氣機故障原因分析

曝氣機故障較為頻繁，主要表現(xiàn)為機封損壞、軸承損壞、軸斷裂等。經(jīng)過對故障的分析，確定發(fā)生故障原因主要是機械密封失效和兩軸連接處斷裂造成。

2.1 曝氣機機械密封失效原因分析

1)密封失效的主要原因是固體顆粒進(jìn)入密封面。這是因為固體顆粒一旦進(jìn)入摩擦副端面，將會起到研磨劑的作用，研磨時間久了，將會使密封發(fā)生劇烈磨損從而導(dǎo)致密封失效。

2)超期服役或在超過許可使用溫度后，塑料型或橡膠型輔助密封件老化失效，失去了彈性。

3)使用碳－石墨環(huán)時，石墨炭化是密封失效的主要原因之一。這是因為在使用中，石墨環(huán)使用溫度(一般在－105～250℃)一旦超過許用值時，石墨環(huán)會在摩擦面附近發(fā)生炭化，導(dǎo)致密封失效，泄漏加劇。

2.2 曝氣機兩軸連接處斷裂原因分析

曝氣機的軸斷裂經(jīng)常發(fā)生在兩根空心軸連接處，這是因為曝氣機軸旋轉(zhuǎn)時主要受扭矩作用，在軸壁上會產(chǎn)生剪應(yīng)力。曝氣機軸傳輸?shù)呐ぞ叵嗤?，兩根空心軸連接處軸的抗扭截面系數(shù)最小，受的剪應(yīng)力最大，故易斷裂。

3 曝氣機結(jié)構(gòu)改造

在找出曝氣機故障原因后，對曝氣機結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對性的改造，改造的主要內(nèi)容如下:a)取消了曝氣機機械密封裝置，將曝氣機軸由2根空心軸改為1根空心軸，而軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)不變;b)滾動軸承改為填充聚四氟乙烯基化動軸承。

實施改造前，對軸的各段進(jìn)行了強度校核，因軸傳遞的扭矩不變，故只對受剪應(yīng)力大的截面進(jìn)行強度校核。結(jié)果表明軸的強度和剛度均滿足條件。

由于塑料的自潤滑性和耐腐蝕性，可以在無油潤滑狀態(tài)或強腐蝕環(huán)境中發(fā)揮其獨特的性能，滿足使用要求，因此塑料軸承在許多場合下可以替代金屬軸承制品。其中，尤以聚四氟乙烯(PTFE)各項性能相對較好，如具有良好的耐磨性能、抗蠕變性、抗彎曲性和導(dǎo)熱性，較大的硬度和剛性，較低的線膨脹系數(shù)。因此，無油潤滑條件下的強腐蝕、高溫等苛刻工作環(huán)境中大多使用填充聚四氟乙烯的軸承。

由于聚四氟乙烯的線性膨脹系數(shù)大于金屬，而其熱導(dǎo)率卻小于金屬，不利于散熱，因此，當(dāng)填充聚四氟乙烯基時，軸承與軸頸的間隙必須大于金屬材料的軸承與軸頸的間隙。軸承與軸頸之間的間隙一般為軸頸直徑的0.3% ～0.4%。為解決填充聚四氟乙烯散熱問題，在軸承常設(shè)置一定數(shù)量的溝槽，這樣做的好處是除了便于散熱冷卻外，還可起到潤滑的作用。溝槽通常設(shè)計成直線形或螺旋形，設(shè)計溝槽時，溝槽應(yīng)滿足軸承強度要求。直線形溝槽和螺旋形溝槽各有利弊，當(dāng)用于排除磨屑、泥沙等時，直線形溝槽更具優(yōu)越性。同時軸承的寬徑比(B/d)一般在0.35～1.5之間，B/d小，便于排出磨屑，對軸的變形和兩軸承孔不同軸心的敏感性亦低，且散熱性能好。

將曝氣機滾動軸承改為滑動軸承，材料為聚四氟乙烯為基材，填充玻璃纖維、青銅粉、石墨，寬徑比B/d 為:60 mm/50 mm=1.2，軸承內(nèi)徑為 50.4 mm，軸承與軸頸的間隙為0.2 mm，同時在軸承內(nèi)壁上開設(shè)6個對稱散熱溝槽，結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 填充聚四氟乙烯滑動軸承

4 改造效果

改造后，避免了因機械密封失效而導(dǎo)致的滾動軸承損壞，杜絕了軸斷裂等故障的發(fā)生。且改造后曝氣機振動小、噪音小，能穩(wěn)定運行在1年以上，提高了曝氣機的運行穩(wěn)定性，保證了氣浮系統(tǒng)的運行效果，滿足了生產(chǎn)的要求?，F(xiàn)將改造前后氣浮出水質(zhì)量對比列于表1。

表1 氣浮出水質(zhì)量對比 單位:mg/L

曝氣機改造后，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也很可觀，改造前曝氣機出現(xiàn)故障，備件都是由廠家提供，大修1次費用10 000元左右。改造后，大修1次的費用為7 000元。裝置共有曝氣機16臺，假設(shè)改造前曝氣機故障率為1.5次/年，改造后故障率為1次/年，1年節(jié)約費用為:10 000×16×1.5－7 000×16×1=240 000－112 000=128 000元/年。