《环保设备及其应用》第3章-环保动力设备-泵和风机的选用

第3章环保动力设备

---泵和风机的选型泵和风机都是输送流体或者提高流体压力的通用机械动力设备。工作对象是液体的机械叫泵；工作对象是气体的机械叫风机。泵和风机不仅广泛应用于采矿、冶金、电力、石油、化工、农业、市政等行业，而且在环保行中起到举足轻重的作用。泵常用于输送生活污水、工业废水、污泥、空气、废气和药剂。泵通常是水处理工艺系统正常运转的枢纽，工程中泵的运行一旦出现故障，往往会使整个水处理系统停止工作。泵通常被人比作废水处理工艺流程中的“心脏”。风机常用于输送气体、产生高压气体和获得真空，不仅在大气污染控制工程中必不可少，而且在水污染治理工程和固体废物资源化工程中得以广泛应用，譬如废水好氧生物工艺的鼓风曝气和好氧堆肥的鼓风供氧等。污水曝气处理示意图污水曝气鼓风机实物图畜粪堆肥发酵示意图3.1泵的选型与应用基础3.1.1泵的主要性能参数流量、扬程、功率、效率、转速、允许汽蚀余量等。泵的铭牌上标有这些参数的具体数值，以说明泵在最佳或额定工作状态时的性能。3.1.2泵的分类及特点（1）按产生的压力分类低压泵：全压小于2Mpa。中压泵：全压在2～6MPa之间。高压泵：全压大于6MPa。（2）按泵的结构与工作原理分类离心泵在环境工程中应用最为广泛。离心泵常用于输送水、腐蚀性液体及悬浮液，但不适于输送粘度大的物料。离心泵提供的压头范围和适用的流量范围都很大。冶金化工厂的液体输送所用的泵，有80％～90％是采用离心泵。离心泵不适用于周期脉动供料。

轴流泵是流量大、扬程低、比转数高的叶片式泵，轴流泵的液流沿转轴方向流动，其设计的基本原理与离心泵基本相同。与离心泵不同，轴流泵流量愈小，轴功率愈大。轴流式泵具有结构紧凑，外形尺寸小，重量轻等特点。轴流式泵适用于大流量、低压头的场合。3.1.3常见泵简介3.1.3.2自吸泵

自吸泵：在启动前不需灌水（安装后第一次启动仍然需灌水），经过短时间运转，靠泵本身的作用，即可以把水吸上来，投入正常工作。ZCQ磁力自吸泵：以静密封取代动密封，使过流部件处于完全密封状态，不需底阀和引灌水。自吸泵结构紧凑,外形美观，体积小，噪音低，运行可靠，使用维修方便，用于石油、化工、制药、电镀、印染、食品等行业抽送酸、碱、油类、易漏、易燃、易爆液体及稀有液体、毒液、挥发性液体，以及循环水设备配套。WFB型无密封自控自吸泵具有耐温、耐压、耐磨、“一次引流“、”终身自吸“等多种功能。目前生产不锈钢、增强聚丙烯、铸钢、铸铁等多种材质的系列无密封自控自吸泵整机。SFBX型耐腐蚀不锈钢自吸泵兼过流零部件及连接架采用优质不锈钢材料制造，具有耐腐蚀性能可靠，使用、维护方便、结构紧凑、能耗低、密封性能好等优点，不锈钢耐腐蚀自吸泵适用于食口、饮料、医药、污水处理、化工、电镀、漂染、精细化工等行业输送不高于90℃(直联式)或不高于105℃(带轴承托架式)带有细小软颗粒或纤维质，带腐蚀性或有卫生要求的液体。3.1.3.3.排污泵

排污泵种类主要有YW型液下排污泵、GW型管道排污泵、WL型立式排污泵、ZW型自吸式排污泵、LW立式无阻塞排污泵、YWJ型自动搅匀液下泵、AS/AV型撕裂潜水排污泵、WQ型潜水无堵塞排污泵、YW型液下式无堵塞排污泵、JYWQ系列自动搅匀排污泵、WQK/QG带切割装置排污泵等规格系列。3.1.3.4隔膜泵依靠一个隔膜片的来回鼓动而改变工作室容积来吸入和排出液体的。动画:气动隔膜泵工作原理图气动隔膜泵采用空气压缩机压缩空气为动力源，对于各种腐蚀性液体，带颗粒的液体，高粘度、易挥发、易燃、剧毒的液体，均能予以抽光吸尽。气动隔膜泵应用于石油、化工、电子、陶瓷、纺织、油漆、制药机械等系统，安置在种特殊场合，用来抽送各种常规泵不能抽吸的介质，且替代齿轮泵的理想产品，均取的了满意的效果。3.1.3.5螺旋泵请同学们课后自学各类泵和风机的工作原理、结构、性能特点3.1.4.1泵选型原则（1）使所选泵的型式和性能，符合装置流量、扬程、压力、温度、汽蚀流量、吸程等工艺参数的要求。3.1.4泵的选型

譬如，必须满足使用流量和扬程的要求，即要求泵的运行工况点（装置特性曲线与泵的性能曲线的交点）经常保持在高效区间运行，这样既省动力又不易损坏机件。图3-5泵性能曲线及安装特性曲线把泵特性曲线和装置特性曲线画在同一张图上，特性曲线和装置特性曲线的交点就是泵的运行工况点。如果泵偏离M点在A点工作，这时，多余的能量促使管内流速增加，泵的流量增加，工况点从A点移动到M点；反之，如泵在B点工作，这时，，管内流速减少，泵的流量减少，从B点移动到M点，最后都回到M点稳定下来。故泵的稳定工况点一定是泵特性曲线和装置特性曲线的交点。（2）必须满足介质特性的要求：①对输送易燃、易爆、有毒或贵重介质的泵，要求轴封可靠或采用无泄漏泵，如屏蔽泵、磁力驱动泵、隔膜泵等；②对输送腐蚀性介质的泵，要求过流部件采用耐腐蚀材料；③对输送含固体颗粒介质的泵，要求过流部件采用耐磨材料，必要时轴封应采用清洁液体冲洗。(4)经济上要综合考虑到设备费、运转费、维修费和管理费的总成本最低。

（3)机械方面可靠性高、噪声低、振动小。

(5)必须满足现场的安装要求：①对安装在有腐蚀性气体存在场合的泵，要求采取防大气腐蚀的措施；②对安装在室外环境温度低于-200℃以下的泵，要求考虑泵的冷脆现象，采用耐低温材料；③对安装在爆炸区域的泵，应根据爆炸区域等级，采用防爆电动机。泵选型依据，应根据工艺流程，给排水要求，从五个方面加以考虑，既液体输送量、装置扬程、液体性质、管路布置以及操作运转条件等。3.1.4.2泵选择的步骤（1）搜集原始资料，确定泵的类型选型设计的原始资料包括：整个工程工况，装置的用途，管路布置、地形条件、水位高度以及装置的工艺参数，被输送介质的物理化学性能（固体颗粒含量、颗粒大小、密度、粘度、气化压力、耐蚀性、毒性等性质），操作周期，以及泵的结构特性等。例如，环境工程中，选泵时应弄清被输送液体的性质，以便选择不同用途的水泵（如清水泵、污水泵，锅炉给水泵，冷凝水泵、氨水泵等）。常用污水泵或污泥泵来输送污水和污泥；选择耐腐蚀泵或带衬里的耐腐蚀泵输送腐蚀性污水；输送的流体中有磨损性物质时，要考虑泵的耐磨性；如果是加药使用时，要考虑采用计量泵；如果要在水中进行输送时，就要使用潜污泵。此外，还要考虑处理工艺过程、动力、环境和安全要求等条件，例如，是否长期连续运转，扬程和流量是否波动，环境温度极限如何等。①有计量要求时，选用计量泵。②扬程要求很高，流量很小且无合适小流量高扬程离心泵可选用时，可选用往复泵；如汽蚀要求不高时也可选用旋涡泵。③扬程很低，流量很大时，可选用轴流泵和混流泵。④介质粘度较大时，可考虑选用转子泵或往复泵；粘度特别大时，可选用特殊设计的高粘度转子泵和高粘度往复泵。⑤介质含气量>5%时，流量较小且粘度小于37.4mm2/s时，可选用旋涡泵，如允许流量有脉动，可选用往复泵。⑥对启动频繁或灌泵不便的场合，应选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、容积式泵等。⑦对于污泥则可用隔膜泵、旋转螺旋泵等。

（2）确定泵的流量与扬程泵数据表上往往只给出正常和额定流量。考虑到泵在实际运行中可能出现的流量波动以及开车、停车等情况，为了安全可靠，选泵时，要求额定流量不小于装置的最大流量，或取正常流量1.1～1.15倍。如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。根据输送系统的管路，用伯努利方程式计算在最大流量下管路所需的扬程Hmax。泵的计算扬程为几何扬水高度和管路系统流动阻力之和。几何扬水高度为上下两液面的高度差。泵在闭合环路管网上工作时，泵所需扬程仅仅是该环路的流动阻力。由于管道阻力计算时常有误差，而且在运行过程中管道的结垢、积炭也使管道阻力大于计算值，所以扬程H也采用计算值的1.1～1.2倍，即H＝（1.1～1.2）Hmax。（3）泵系列和材料的选择泵的系列是指泵厂生产的同一类结构和用途的泵，如IS型清水泵、Y型油泵、ZA型化工流程泵、SJA型化工流程泵等。当泵的类型确定后，就可以根据工艺参数和介质特性来选择泵的系列和材料。如确定选用离心泵后，可进一步考虑如下项目：①根据介质特性决定选用哪种特性泵，如清水泵、耐腐蚀泵或化工流程泵和杂质泵等等。介质为剧毒、贵重或有放射性等不允许泄漏物质时，应考虑选用无泄漏泵（如屏蔽泵、磁力泵）或带有泄漏液收集和泄漏报警装置的双端面机械密封。如介质为液化烃等易挥发液体应选择低汽蚀余量泵，如筒型泵。②根据现场安装条件选择卧式泵、立式泵（含液下泵、管道泵）。③根据流量大小选用单吸泵、双吸泵或小流量离心泵。④根据扬程高低选用单级泵、多级泵或高速离心泵等。以上各项确定后即可根据各类泵中不同系列泵的特点及生产厂家的条件，选择合适的泵系列及生产厂家。（4）确定泵的型号按已确定的流量和扬程从泵类产品样本或产品目录中查阅特性或性能表，选出合适的型号。若无一个型号的流量Q和扬程H与所要求的流量Q和扬程H相符，则在相邻型号中选用Q和H都略大的型号。当有几个型号的H和Q都能满足要求时，应该选取效率较高的泵，即点（Q，H）坐标位置靠在泵的高效率范围所对应的H-Q曲线下方为宜。若有该系列泵的性能范围图，则可方便地确定型号。泵的型号选出后，应列出该泵的各种性能参数。（5）流量和扬程的校核制造厂提供的泵的性能曲线或性能表一般是在常温下用清水测得的，若输送的液体的物理性质与水的差异较大，则应将泵的性能指标扬程和流量换算成针对被输送液体的扬程和流量值，然后把处理工艺条件所要求的扬程和流量与换算后的泵的扬程和流量比较，确定所选泵的性能是否符合要求。总之，泵的选择还要考虑方方面面的问题，如安装的场地大小，基础如何，是否采用并联或串联工作方式。一般按照设计参数(如流量和扬程等)，利用合理的选择方法，先选出同时能满足要求的几种型式，然后对其进行全面的经济技术比较，最后确定一种型式。【例】某工厂供水系统由清水池往水塔充水，如图3-8所示。清水池最高水位标高为112.00，最低水位为108.00，水塔地面标高为l15.00，最高水位标向为140.00。水塔容积为30m3，要求一小时内充满水，试选择水泵。已知吸水管路水头损失为1.0m，压水管路水头损失为2.5m。图3-5水塔充水工程示意图【解】选择水泵的参数值应按工况要求的最大流量及最大扬程再乘以附加安全系数的数值作为依据。即当附加安全系数取1.1时，泵的流量：

泵的流量：泵的扬程：离心泵适于工矿企业、城市给水、排水和农田排灌，供输送清水或物理、化学性质类似于清水的其它液体，考虑选择IS型离心泵。查表3-2可知IS型离心泵的性能：流量Q为6～400m3/h；扬程H为5～125m，由此可见IS型离心泵适合本工况。查IS型泵性能范围图，得到具体型号为IS80-50-200（该泵型号意义参见表3-3）。并进一步查该泵的特性曲线图3-9和性能表3-5，可得该泵的主要参数：转速n=2900r/min，必需汽蚀余量(NPSH)r=2.5～3m，效率η＝55％～71％，轴功率Pa=7.87～10.8kW，所配电动机功率为15kW。图3-9IS80-50-200型清水泵的特性曲线图3.2风机的选型与应用基础风机是我国对气体压缩和气体输送机械的习惯简称。3.2.1风机的主要性能参数流量（风量）、压头（风压）、功率、效率和转速等。3.2.2风机分类（一）按压力分类通风机：排气压力<15kPa；鼓风机：排气压力15～200kPa压缩机：排气压力>200kPa真空泵：将低于大气压强的气体从容器设备内抽出的机械。（二）按结构与工作原理分类（三）风机按用途分类（四）按风机的特性分类：根据风机的特性还可分为防爆风机（由有色金属制成），防腐风机（由塑料或玻璃钢制成），高温风机等。（1）通风机轴流通风机屋顶通风机离心式通风机（2）鼓风机HC系列回转式鼓风机罗茨鼓风机磁悬浮鼓风机磁悬浮鼓风机为离心式鼓风机，它是在传统鼓风机基础上应用了主动式磁悬浮轴承技术及高速永磁同步电机技术，并进行一体化设计的新型高效节能环保产品。磁悬浮鼓风机工作原理是利用主动式磁悬浮轴承系统，通过可控电磁力对内部转动的磁悬浮轴承进行无接触、无磨损的悬浮支撑，磁悬浮轴承与叶轮直接连接，传动零损失，以此达到成功输送气体而机器内部无磨损、低噪音、无需润滑等效果。与罗茨鼓风机比，节能30%以上，噪音低至80分贝以下，广泛应用于污水处理行业领域。磁悬浮鼓风机是未来的发展趋势。磁悬浮鼓风机典型结构图（3）压缩机空气压缩机（4）真空泵3.2.3风机的选型确定风机的型式、台数、转速以及与之配套的电机功率。（一）风机选型的原则

（1）风机运转平稳、安全可靠；（2）经济性高，使风机能长期在高效区运行；（3）选择的风机性能曲线形状合适，保证在正常工作区不发生汽蚀及其它不稳定现象；（4）结构简单，体积小，重量轻，设备投资少；（5）耐腐蚀；安装、维护及拆修方便。（二）风机的选择步骤及方法（1）收集原始资料。包括整个工程工况装置的用途、管路布置、装置位置、被输送气体性质（如清洁空气、烟气、含尘空气或易爆气体）等，以便选择不同用途的风机。（2）确定工况要求的风量Q和风压p（3）将使用工况状态下的风量Q和风压p换算为实测标准状态下风量Q0和风压p0

由于厂家风机样本所提供的性能数据（Q，p）是在标淮条件下经试验得出的。这在风机铭牌上均有标示。一般风机的标准条件是大气压力p0=101.3kPa，t0=20℃，ρ0

=1.205kg/m3，大气相对湿度50％；锅炉引风机的标准条件是大气