潛水推流式攪拌機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)解讀

王月萍，王秋景，王遜

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

潛水推流式攪拌機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)解讀

王月萍，王秋景，王遜

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

從潛水推流式攪拌機(jī)生產(chǎn)、制造的角度，對(duì)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)要求和內(nèi)容進(jìn)行了分析解讀，有助于從事該行業(yè)的技術(shù)人員了解并掌握潛水推流式攪拌機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)，幫助采用該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、加工、制造、檢驗(yàn)、檢測(cè)的技術(shù)人員對(duì)產(chǎn)品加強(qiáng)質(zhì)量控制，為用戶設(shè)計(jì)、選型、應(yīng)用及質(zhì)量保證提供了依據(jù)。

潛水推流式攪拌機(jī)；推流；能效；比功率；標(biāo)準(zhǔn)

1 概述

潛水推流式攪拌機(jī)主要應(yīng)用于水處理工程，特別是污水處理工程及河道整治工程，主要功效是攪拌、混合、助流或推流，使河道水體保持流動(dòng)性，或使污水獲得特定的流場(chǎng)流態(tài)，確保污泥不沉淀、淤積。

潛水推流式攪拌機(jī)的工作環(huán)境極其惡劣，正常情況下必須24小時(shí)不停歇地運(yùn)轉(zhuǎn)。潛水推流式攪拌機(jī)、曝氣機(jī)、水泵并稱污水處理工程三大核心設(shè)備，潛水推流式攪拌機(jī)也是第三大耗能設(shè)備。因此整機(jī)的可靠性、使用壽命及能效比值都是考核和選型的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

2017年12月1日，《潛水推流式攪拌機(jī)》（GB/T 33566）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)首次開(kāi)始實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)從潛水推流式攪拌機(jī)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)等方面進(jìn)行了詳細(xì)地規(guī)范要求，尤其是對(duì)潛水推流式攪拌機(jī)的可靠性、壽命、性能等都作了嚴(yán)格規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)潛水推流式攪拌設(shè)備的生產(chǎn)、制造、選型應(yīng)用等均有章可循，產(chǎn)品質(zhì)量追溯有據(jù)可依。

2 制定《潛水推流式攪拌機(jī)》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的意義

此前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有關(guān)于潛水推流式攪拌機(jī)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，雖有兩則內(nèi)容相似的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：《環(huán)境保護(hù)產(chǎn)品技術(shù)要求推流式潛水?dāng)嚢铏C(jī)》（HJ/T279－2006）、《潛水?dāng)嚢铏C(jī)》（CJ/T109-2007），但該兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布時(shí)間較早，且當(dāng)時(shí)對(duì)潛水推流式攪拌機(jī)的研究和認(rèn)識(shí)不夠深入，因而兩行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均不能指導(dǎo)潛水推流式攪拌機(jī)的生產(chǎn)制造，也不符合《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》的要求。

早期，國(guó)內(nèi)企業(yè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造的潛水推流式攪拌機(jī)，都是靠仿制國(guó)外的產(chǎn)品，但由于一些零部件材質(zhì)的選用、生產(chǎn)、制造、熱處理等方面與國(guó)外存在明顯差距，國(guó)產(chǎn)潛水推流式攪拌設(shè)備普遍存在故障率高、壽命短、能耗高等共性問(wèn)題。

兩行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然規(guī)定了潛水推流式攪拌機(jī)的水力學(xué)性能“軸向有效推進(jìn)距離”和“有效擾動(dòng)半徑”作為考核和選型的依據(jù)，但制造企業(yè)在推銷產(chǎn)品時(shí)，指導(dǎo)選型指標(biāo)卻不盡相同。有的企業(yè)用潛水推流式攪拌機(jī)的軸向推力大小作為衡量產(chǎn)品的性能指標(biāo)；有的企業(yè)用潛水推流式攪拌機(jī)的有效推進(jìn)距離和擾動(dòng)半徑作為衡量指標(biāo)。而用戶在選型時(shí)，又往往將壽命作為首選指標(biāo)。

若僅用軸向推力來(lái)衡量潛水推流式攪拌機(jī)的性能，筆者認(rèn)為顯然是不全面的，因?yàn)橥屏H反映了潛水推流式攪拌機(jī)的軸向推動(dòng)能力，而忽視了潛水推流式攪拌機(jī)的切向（周向）攪拌、混合能力，氧化溝或是河道都是有寬度的，潛水推流式攪拌機(jī)的首要功能是將有效服務(wù)區(qū)域內(nèi)的泥、水混合體攪拌、混合，使混合水體以一定的流場(chǎng)和流態(tài)向前流動(dòng)，在有效區(qū)域內(nèi)使污泥不沉淀和淤積，如僅以推力作為評(píng)判依據(jù)，則船用推進(jìn)器的推力更大，足以代替潛水推流式攪拌機(jī)的工作，但實(shí)際上是不能滿足工藝要求的，所以僅以推力作為評(píng)定依據(jù)是片面的。

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)的重視程度和對(duì)環(huán)保裝備的支持力度逐年加大，國(guó)內(nèi)一些環(huán)保設(shè)備制造企業(yè)開(kāi)始注重潛水推流式攪拌機(jī)的創(chuàng)新研發(fā)，部分企業(yè)制造的潛水推流式攪拌機(jī)無(wú)論在運(yùn)行的可靠性、使用壽命、性能及能效方面都有了明顯的提升，有的已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

《潛水推流式攪拌機(jī)》（GB/T33566-2017）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展的要求，該標(biāo)準(zhǔn)代表了絕大多數(shù)潛水推流式攪拌機(jī)制造企業(yè)的設(shè)計(jì)水平和制造實(shí)力，盡最大可能地滿足了用戶的需求，同時(shí)也為用戶提供了產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的追溯依據(jù)，是目前水處理行業(yè)潛水推流式攪拌設(shè)備技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展的直接體現(xiàn)。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

潛水推流式攪拌機(jī)的技術(shù)含量較高，涉及到流體機(jī)械、通用機(jī)械、起重機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)械、電機(jī)、電器控制等領(lǐng)域。為了使標(biāo)準(zhǔn)的可操作性強(qiáng)，便于各方面準(zhǔn)確地理解、引用并執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)組成潛水推流式攪拌機(jī)的各關(guān)鍵部件規(guī)定了相應(yīng)要求，全方位地剖析了潛水推流式攪拌機(jī)具備高可靠性、長(zhǎng)壽命、高能效的基礎(chǔ)。

3.1 對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求

某些潛水推流式攪拌機(jī)采用非標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，甚至出現(xiàn)以小充大的現(xiàn)象，而我國(guó)對(duì)電機(jī)能效早有規(guī)定，必須是符合能效標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能型標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子尺寸徑向大于軸向，而非標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的尺寸軸向大于徑向，電機(jī)的效率與功率因素也大不相同。為做到環(huán)保產(chǎn)品真正節(jié)能，該標(biāo)準(zhǔn)建議潛水推流式攪拌機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)選用符合國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能電機(jī)。

3.2 對(duì)減速機(jī)構(gòu)的要求

減速部件是影響潛水推流式攪拌機(jī)壽命長(zhǎng)短的重要因素之一。由于產(chǎn)品市場(chǎng)存在低價(jià)中標(biāo)的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)產(chǎn)的潛水推流設(shè)備一般都是采用擺線針輪減速機(jī)構(gòu)，其工作原理是通過(guò)偏心輪與一組針齒相嚙合，形成齒差式減速傳動(dòng)，這種結(jié)構(gòu)較緊湊，體積小、成本低，幾乎成為潛水推流式攪拌機(jī)的“標(biāo)配”，但齒差式減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工作條件，這種傳動(dòng)方式的針齒易磨損，會(huì)導(dǎo)致擺線針輪減速傳動(dòng)損壞，可靠性低、壽命較短。

進(jìn)口的潛水推流式攪拌機(jī)的減速部件大多采用平行軸斜齒輪傳動(dòng)，齒輪材質(zhì)好、熱處理工藝可靠、加工精度高，因此國(guó)外產(chǎn)品的壽命相對(duì)長(zhǎng)些，故障率低些，但國(guó)外產(chǎn)品的配件貴、配件難買，有的甚至不提供配件。如湖北黃石某污水處理廠選用國(guó)外某品牌潛水推流器，使用不到三年時(shí)間，減速部件中的齒輪軸損壞（見(jiàn)圖1），但供應(yīng)商拒絕提供配件用于維修，而是建議重新購(gòu)置一臺(tái)整機(jī)（當(dāng)時(shí)整機(jī)價(jià)格約8萬(wàn)元），無(wú)奈之下，委托國(guó)內(nèi)某軍工企業(yè)加工一對(duì)相同結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)的齒輪，價(jià)格僅為2000元就修復(fù)了。一臺(tái)同型號(hào)產(chǎn)品，國(guó)外“品牌”產(chǎn)品需高價(jià)購(gòu)買，且售后服務(wù)得不到有效保證。

圖1 國(guó)外某品牌潛水推流器中損壞的齒輪軸

為確保減速機(jī)構(gòu)配件具有足夠的剛度、強(qiáng)度及可靠的傳動(dòng)性能，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)選用齒輪的材質(zhì)、熱處理工藝及加工精度要求都作出了明確規(guī)定，并建議不再采用擺線針輪減速傳動(dòng)形式。

3.3 對(duì)葉輪（水力件）的要求

潛水推流式攪拌機(jī)的葉輪是關(guān)鍵水力構(gòu)件，其攪拌、混合、推流效果均通過(guò)葉輪實(shí)現(xiàn)，由于加工制造過(guò)程的誤差，不能保證兩片槳葉完全一致，盡管可能裝配時(shí)校驗(yàn)過(guò)平衡性，但槳葉的曲面幾何形狀不統(tǒng)一或裝配誤差，致使葉輪旋轉(zhuǎn)失衡，出現(xiàn)葉輪斷裂或掉落也屬常見(jiàn)（見(jiàn)圖2）。

為規(guī)范葉輪制造，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)葉輪的平衡性能、尺寸和形位公差都給出了規(guī)范性要求，并在附錄中詳細(xì)地為制造、檢測(cè)人員規(guī)定了葉輪幾何尺寸、形位公差的檢驗(yàn)、檢測(cè)方法。

圖2 某低速潛水推流式攪拌機(jī)上掉落的槳葉

3.4 軸承的選用

軸承是廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備中的普通易損件，但長(zhǎng)期以來(lái)存在一種誤區(qū)，甚至在招標(biāo)書(shū)中都不約而同地要求所選用的軸承壽命必須為105h（即11.42年）以上。事實(shí)上這是錯(cuò)誤的，專業(yè)技術(shù)人員都明白，軸承是易損件，尤其是用在需要24h連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的潛水推流式攪拌機(jī)中，軸承的壽命不會(huì)也不可能達(dá)到105h，故標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定軸承應(yīng)以105h作為額定壽命基準(zhǔn)來(lái)確定其壽命系數(shù)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。

3.5 對(duì)起吊機(jī)構(gòu)的要求

起吊機(jī)構(gòu)是潛水推流式攪拌機(jī)需要維護(hù)、保養(yǎng)或維修時(shí)才啟用的附屬設(shè)施，作為起重機(jī)械，鋼絲繩的直徑及卷?yè)P(yáng)筒的直徑有著嚴(yán)格的比值關(guān)系，但潛水推流式攪拌機(jī)制造企業(yè)大多都忽視了這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，鋼絲繩的卷筒直徑設(shè)計(jì)不能滿足安全規(guī)范要求，有的直接采用細(xì)軸作為卷筒（見(jiàn)圖3），鋼絲繩在卷繞過(guò)程中因曲率半徑過(guò)小，引起鋼絲急劇形變，導(dǎo)致鋼絲繩斷裂，對(duì)生產(chǎn)造成影響。

圖3 鋼絲繩卷?yè)P(yáng)筒以細(xì)軸代替

為確保安全，防患于未然，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼絲繩的材質(zhì)、最小安全系數(shù)及與卷?yè)P(yáng)筒卷繞直徑的比值關(guān)系都按照起重設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)作了嚴(yán)格規(guī)定。

3.6 可靠性要求

該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)潛水推流式攪拌機(jī)的壽命和無(wú)故障累計(jì)運(yùn)行時(shí)間都作了較嚴(yán)格的要求：無(wú)故障運(yùn)行累計(jì)時(shí)間應(yīng)不小于2年、使用壽命不少于8年。因可靠性的檢測(cè)驗(yàn)證需耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，以致有人認(rèn)為是虛假的。其實(shí)不然，一方面，為確?？煽啃砸蟮膶?shí)現(xiàn)，生產(chǎn)制造企業(yè)對(duì)任何一個(gè)零部件、對(duì)任何一道工序都必須認(rèn)真對(duì)待、嚴(yán)格把關(guān)；另一方面，標(biāo)準(zhǔn)中的可靠性要求也給用戶提供了保障，用戶選型時(shí)增加了信心，更為用戶今后的維權(quán)提供了有力的依據(jù)，使那些僅能“質(zhì)保一年”的供應(yīng)商在競(jìng)爭(zhēng)中失去競(jìng)爭(zhēng)力，終被市場(chǎng)淘汰。

3.7 工作性能要求

該標(biāo)準(zhǔn)首次提出了“比功率”的概念，即在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，確保水體保持不沉積的前提下，實(shí)際消耗的電能與作用水體體積的比值。標(biāo)準(zhǔn)將產(chǎn)品能效要求—比功率，作為考核潛水推流式攪拌機(jī)工作性能指標(biāo)。

《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50014-2006）規(guī)定：攪拌設(shè)備的功耗范圍為2～8 W/m3，該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)例，對(duì)低、中、高速三種不同的潛水推流攪拌設(shè)備的比功率分別作出了規(guī)定。

當(dāng)潛水推流式攪拌機(jī)比功率值確定后，作用于寬度較窄的水體時(shí)，實(shí)際推流的軸向距離就長(zhǎng)；作用寬度較大的水體時(shí)，實(shí)際推流的軸向距離相應(yīng)縮短，完全符合能量守恒定律，用戶可根據(jù)不同的池型或不同的水體寬度等實(shí)際情況進(jìn)行選型應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

《潛水推流式攪拌機(jī)》（GB/T33566-2017）標(biāo)準(zhǔn)較全面、詳細(xì)地對(duì)產(chǎn)品的各組成零部件作出了規(guī)范性要求，對(duì)一些潛水推流式攪拌機(jī)的生產(chǎn)制造企業(yè)或用戶來(lái)說(shuō)，其既是一部操作性極強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)，也是一篇潛水推流式攪拌機(jī)的剖析講解教材。完全按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造的潛水推流式攪拌機(jī)，便是集節(jié)能、降耗、安全、可靠于一體的高效設(shè)備。該標(biāo)準(zhǔn)的可操作性強(qiáng)，指導(dǎo)意義明確，代表了目前國(guó)內(nèi)污水處理設(shè)備的中高端水平。

Interpretation of National Standard on Submersible and Pushing- flow Mixer

WANG Yue-ping, WANG Qiu-jing, WANG Xun
(Zhongye Huatian Engineering Technology Co., Ltd, Maanshan Anhui 243000, China)

From the point of view of production and manufacture of submersible and pushing-flow mixer, the paper makes analysis and interpretation on main technical requirements and contents of the relative national standard, which helps to the technicians to understand and master the technical key points on submersible and pushing-flow mixer, and help technicians who adopt the standard designs, processes, manufactures, tests and examinations to strengthen the quality control of products, so to provide reference for designing, type-selection, application and quality assurance of the consumers.

submersible and pushing-flow mixer; pushflow; energy ef fi ciency; power ratio; standards

X703

A

1006-5377（2017）11-0046-03