王遜，王月萍，張鑫珩

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 概述

雙曲面攪拌機是一種攪拌、混合設(shè)備，適用于環(huán)保、市政、能源、食品等行業(yè)需要對液體與固體、液體與液體、液體與氣體或三相混合液進行攪拌、混合的場合，尤其適用于污水處理工程、凈水工程中的攪拌。在污水處理工程中，該攪拌機的主要功能是在缺氧池、厭氧池、水解生化池等反應(yīng)池中對污水與活性污泥進行充分均勻攪拌、混合，使污泥懸浮在水體中與污水發(fā)生充分的生物反應(yīng)，從而對氮、磷等物質(zhì)進行降解。

雙曲面攪拌機在工作時，葉輪繞葉輪軸線旋轉(zhuǎn)，水流由葉輪上方吸入，隨雙曲線葉輪曲面高速切向甩出，觸碰至池壁后改變運動方向而往垂直上方流動，到達液面后又沿葉輪軸線下行，形成水平旋流、上下環(huán)流的立體、復(fù)合型流態(tài)流場。該攪拌機的葉輪剪切力小且流量較大，在池中可產(chǎn)生均勻的底部全向推流，無沉淀、無死角，池內(nèi)混合效果好，且節(jié)能、低耗，目前已被各大污水處理廠廣泛運用。

2020年4月1日起，《雙曲面攪拌機》（JB/T 13742—2019）[1]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始實施。該標(biāo)準(zhǔn)對雙曲面攪拌機關(guān)鍵零部件的設(shè)計、制造、檢驗等方面都做了詳細的要求和規(guī)范，特別是對雙曲面攪拌機結(jié)構(gòu)、可靠性、壽命、比功率等都做出了嚴(yán)格的規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)的頒布，規(guī)范了國產(chǎn)雙曲面攪拌機設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)，使其制造、檢驗、選型有據(jù)可依，進一步提高了行業(yè)雙曲面攪拌機的生產(chǎn)質(zhì)量和技術(shù)水平。

2 制定雙曲面攪拌機行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的背景與意義

在污水處理工程中，最早使用的是槳葉式攪拌器，隨著流體力學(xué)的發(fā)展和機翼模型的引入，雙曲面攪拌機得以誕生并發(fā)展迅速，且在污水處理廠得到快速推廣和廣泛應(yīng)用。目前，國外的雙曲面攪拌機研制生產(chǎn)單位主要以德國的INVENT公司、法國的Robin公司等為主。而我國的雙曲面攪拌器起步較晚，除了直接引進國外的攪拌設(shè)備外，大多生產(chǎn)廠商以仿制加工為主。隨著國家對環(huán)保行業(yè)的不斷重視，以及國內(nèi)制造業(yè)水平的不斷提高，各有關(guān)廠商都加快了雙曲面攪拌機設(shè)備的研發(fā)，部分企業(yè)制造的雙曲面攪拌機在葉輪結(jié)構(gòu)、可靠性、壽命及能效方面都有了明顯提升，甚至有的已達到國際先進水平。但由于缺失統(tǒng)一的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范指導(dǎo)，各企業(yè)在零部件材質(zhì)的選用、生產(chǎn)、制造等方面僅遵循各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致設(shè)備的性能差異性較大，易損件的通用性較低。用戶在選型時僅能依據(jù)供應(yīng)商提供的參數(shù)，而缺失國家第三方檢測提構(gòu)提供的可靠性檢測報告。

《雙曲面攪拌機》（JB/T 13742—2019）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全面規(guī)范了行業(yè)內(nèi)雙曲面攪拌機的產(chǎn)品質(zhì)量、性能等要求，代表絕大多數(shù)國內(nèi)制造企業(yè)的設(shè)計和生產(chǎn)、制造水平，順應(yīng)了行業(yè)發(fā)展的需要，有效地推進了雙曲面攪拌機向著高效能、高可靠性、長壽命的目標(biāo)不斷靠近。該標(biāo)準(zhǔn)同時也為用戶提供了選型和產(chǎn)品質(zhì)量問題的追溯依據(jù)，使得廠家和用戶協(xié)同發(fā)展、共同進步，是目前雙曲面攪拌設(shè)備行業(yè)技術(shù)進步和發(fā)展的直接體現(xiàn)。

3 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

雙曲面攪拌機涉及的技術(shù)面廣，涉及流體力學(xué)、通用機械、傳動機械、電機、控制工程等眾領(lǐng)域。為了增加標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，便于引用標(biāo)準(zhǔn)的各方準(zhǔn)確地理解和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對雙曲面攪拌機的工作環(huán)境、葉輪結(jié)構(gòu)、電機和電控設(shè)備、傳動減速機等進行了詳細的規(guī)范要求，全方位地剖析了雙曲面攪拌機具有高可靠性、高效率、長壽命的必要條件。

3.1 對電動機的要求

目前，行業(yè)內(nèi)的雙曲面攪拌機有些采用的是非標(biāo)準(zhǔn)電機，尤其是潛水式的雙曲面攪拌機，有的甚至使用小功率電動機來以小充大降低配套成本，非標(biāo)電機的效率很低，根本不符合《中華人民共和國節(jié)約能源法》。而我國對電動機的能效要求早有規(guī)定，即必須符合《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》（GB 18613—2012）。為了使環(huán)保設(shè)備做到真正的節(jié)能、降耗、增效，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定雙曲面攪拌機的配套電動機必須選用不低于GB 18613—2012規(guī)定的2級能效電機。

行業(yè)內(nèi)，雙曲面攪拌機通常有潛水安裝和干式安裝兩種安裝方式。針對兩種不同工況條件下的產(chǎn)品，該標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按《旋轉(zhuǎn)電機整體結(jié)構(gòu)的防護等級（IP代碼）分級》（GB/T 4942.1—2016）的規(guī)定，其中戶外干式電動機的防護水平應(yīng)不低于IP55，而潛水式電動機的防護水平應(yīng)為IP68。同時，考慮到安全因素，該標(biāo)準(zhǔn)對電動機的性能和絕緣等級也做了相應(yīng)的要求。

3.2 對減速機的要求

電動機、減速機、雙曲面葉輪是雙曲面攪拌機三個關(guān)鍵核心組成部件，其中減速機作為聯(lián)接動力部件電動機與執(zhí)行部件葉輪的重要連接部件，其壽命對雙曲面攪拌機的壽命有十分重要的影響。行業(yè)中，一些企業(yè)為了迎合低價中標(biāo)的惡性競爭機制，故意壓低成本，多采用擺線針輪減速機構(gòu)或渦輪蝸桿減速機構(gòu)。擺線針輪減速機構(gòu)由于擺輪與針齒相嚙合會產(chǎn)生一定的滑動摩擦，在長期連續(xù)使用后，由于齒形磨損會造成齒間側(cè)隙增大，減速機的壽命無法得到保證，故障率提高、壽命縮短。而渦輪蝸桿減速機的效率較低，且因工作時溫升較高，不能滿足雙曲面攪拌機不間斷工作的惡劣工況。為保證設(shè)備具有高效能和高可靠性，該標(biāo)準(zhǔn)建議不再采用擺線針輪和渦輪蝸桿減速機，并對減速機的使用系數(shù)、密封和潤滑油等參數(shù)做了相應(yīng)的規(guī)定。

3.3 對雙曲面葉輪（水力件）的要求

雙曲面葉輪作為雙曲面攪拌機的執(zhí)行部件，是該設(shè)備最為核心的部件。為了達到高效、充分的攪拌、混合效果，實現(xiàn)池內(nèi)形成無死角的立體復(fù)合型流態(tài)流場，葉輪表面需要做到足夠平整光滑，葉片線型一致、且分布均勻。若雙曲面葉輪在加工制造過程中存在誤差，不能保證雙曲面葉輪和理論曲線完全一致，則會影響設(shè)備的性能；且葉輪輪轂與傳動部件不能滿足垂直度要求時，葉輪旋轉(zhuǎn)便會產(chǎn)生擾動，長期運行不僅使能耗加大，更會對設(shè)備造成破壞。故此，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了雙曲面葉輪形狀的誤差要求，對葉輪的平衡性能、尺寸和幾何形狀做了規(guī)范性的要求，并在附錄中詳細地為制造、檢測人員規(guī)定了葉輪輪轂上端面對軸線的垂直度、葉輪輪轂的徑向跳動偏差和軸向跳動偏差等形位公差。

3.4 對主軸的要求

主軸作為雙曲面攪拌機主要的傳動部件，在整機中至關(guān)重要。其中主軸聯(lián)接法蘭回軸度誤差、垂直度誤差過大，都會造成攪拌機的不平衡工作，增大減速箱齒輪偏載。因此該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了主軸軸線對法蘭端面的垂直度公差值以及兩端法蘭的同軸度公差的要求。同時考慮到雙曲面攪拌機的工作環(huán)境，主軸需要長期浸泡在水中，故主軸材質(zhì)應(yīng)采用不銹鋼材料以保證在水中不被銹蝕。

3.5 對工作性能的要求

《潛水推流式攪拌機》（GB/T 33566—2017）[2]國家標(biāo)準(zhǔn)首次提出“比功率”的概念，比功率作為能效標(biāo)準(zhǔn)的性能參數(shù)被廣泛推廣[2]。該標(biāo)準(zhǔn)也將比功率作為考核雙曲面攪拌機工作性能的參數(shù)，比功率值即在規(guī)定的試驗條件下，確保池內(nèi)水體攪拌不致沉積的前提下〔按《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014—2016）規(guī)定：水池斷面軸向平均流速為0.1m/s時，流體不產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象〕，實際消耗的電能與作用水體體積量的比值。雙曲面攪拌機的比功率值直觀地反映了設(shè)備的工作性能和效率，用戶可通過設(shè)備的比功率參數(shù)直接選型，通過性能參數(shù)對比，有效促進企業(yè)不斷創(chuàng)新研發(fā)，使產(chǎn)品不斷更新升級以滿足市場需求，有效保障了雙曲面攪拌機行業(yè)向高效、節(jié)能的方向發(fā)展。

4 結(jié)語

《雙曲面攪拌機》（JB/T 13742—2019）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，詳細地對該類產(chǎn)品的各組成部件做出了規(guī)范性要求，為雙曲面攪拌機的生產(chǎn)廠家提供了生產(chǎn)制造、裝配檢驗等全方位的指導(dǎo)并起到標(biāo)桿作用；也是第三方檢測機構(gòu)對產(chǎn)品進行檢測、評判的依據(jù)；對用戶或設(shè)計選型人員提供了設(shè)備各部件詳細參數(shù)的有力支撐。該標(biāo)準(zhǔn)極大地促進了雙曲面攪拌機向著節(jié)能、高效、可靠、安全等方向發(fā)展，順應(yīng)了國家大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、高效設(shè)備的整體趨勢。