S管叶轮-用于现代污水处理的新技术

　　随着业界对现代污水处理系统的要求逐步提高，目前需要对叶轮设计进行改良和提高。这不仅是因为污水的成分发生了改变，更是因为业界愈发强烈地要求设备节能工作。本文讨论了污水泵叶轮设计的发展。

　　在现代许多情况下都会产生污水，众所周知，对污水进行适当的处理和加工多年来一直是一个难题。近来，污水的成分发生了改变。许多国家正在采取一些措施来降低用水量。用水设备变得更高效，仅使用较少的水量就能达到同样的效果。有些国家提高了收费甚至税收，促使人们更加关注减少用水量这一问题。

　　但是，所有其他方面仍然和原来一样，同样类型的固体进入污水管。在一定水量条件下，污水管中的干燥固体物质含量将更高。由于有更多的布料之类的产物进入污水管，所以用水量减少造成的影响愈发明显。诸如一次性清洁布之类的物品给消费者带来了便利，但是却给污水处理带来了难题。

　　在许多国家，对污水处理效率的要求越来越高。这一方面是因为能源成本不断上涨，另一方面是因为税收制度促使工作人员逐年减少他们的能源使用量。迄今为止，还没有针对污水泵的特定法规，但是预计这一情况会在近几年有所改变。现在已经成立了一个名为LOT28的工作小组，它隶属于欧洲泵制造业协会，业内各公司都可以加入其中。该小组的工作极有可能会影响到欧洲未来制定的关于污水的法规。但是，目前的市场依旧不受约束，存在着多种多样的产品。

　　现有的设计

　　为了满足污水管理的需求，制造商提供多种叶轮设计。现在主要有三大类叶轮：闭式叶轮(一个或者多个叶片);半开式叶轮/开式叶轮(一个或者多个叶片);特殊设计叶轮(也称为旋涡式叶轮、凹式叶轮，或者扭矩流叶轮。)

　　闭式叶轮具有最高的能量效率，尤其是当它设计有多个叶片时。但是，传统的闭式叶轮设计容易因为污水中含有纤维性废料而发生堵塞。堵塞可能发生在叶轮的前缘，或者叶轮外表面与蜗形外壳内表面之间的狭窄流道内。单叶片闭式叶轮具有宽大通畅的流道，因此降低了因废液流中的大块物质而导致堵塞的风险;但是，它们的工作效率比不上多叶片叶轮的设计。

　　半开式/开式叶轮不像闭式叶轮那样容易因为纤维性废料而发生堵塞。这种不易堵塞性归因于两方面，一是因为波状轮廓的前缘形状，二是因为叶轮盖板与蜗形外壳之间不再有容易引发问题的间隔。此外，为了容纳大块的固体物质，开式叶轮具有宽敞的流道。但是，开式叶轮设计的效率流量条件因子比闭式叶轮小，这种差异在低流速情况下变得更明显。除了效率下降这个问题之外，在使用开式叶轮设计来处理含有砂砾的污水时还面临着一个特殊的难题，因为叶片可能被磨损，进而导致液压效率降低。

　　还有一些制造商生产自由流或旋涡式叶轮，它们归为特殊设计的叶轮类型。相比于传统的开式叶轮而言，这些特殊设计的叶轮具有较短的叶片。此外，它们通过在外壳中形成旋涡的机制来进行工作。它们依靠旋涡中心处的低压与外缘周围的相对高压二者之间的压差来实现泵送。这些特殊设计的叶轮不易发生阻滞或者堵塞的情况，因为它们具有短而粗的叶片以及宽大的间隔。由于叶轮和液流之间的接触有限，所以这些叶轮能够很好地处理含有砂砾或者磨料的污水。但是，特殊设计叶轮的液压效率较低，所以其能量需求相应更高。

　　要选择合适的叶轮，必须清楚地了解污水环境。不同叶轮设计的价格差异并不大，所以初始成本并不是我们关心的重要问题。但是，驱动系统进行工作所需的能源成本却是相当重要的一个因素。例如，闭式叶轮卓越的液压效率能够减少能源成本。但是，随着污水水质的恶化，可靠性变得更为重要。疏通被堵塞的叶轮所耗费的成本最终会超过设备的初始安装成本。因此，如果可能出现纤维性固体的问题，进而引发堵塞，那么更适合选用开式叶轮或者特殊设计的叶轮，尽管它们的能源成本更高。最佳的选择方案是找到一种折中的办法，既能保证污水处理的可靠性，不出现磨损或堵塞，又能达到良好的液压效率。

　　新技术

　　一家制造商称它已经解决了该问题，使用户在选择合适的污水泵叶轮时不必再为如何折中而犯难。它称S管叶轮是污水处理市场中唯一能够做到既不损害液压效率又不丧失自由流道的一种叶轮。该设计的关键是简化结构，完全没有任何可能随时间而发生磨损的剪切或者部件运动。S管叶轮连同涡壳一起形成了一条穿过液流的弯曲管道，其中没有阻碍区域或者死区。Grundfos公司声称其设计无损于任何方面：它高效、坚固、简单，不易堵塞。实际上，业内其他制造商也早已抛弃了闭式叶轮设计，而更青睐于开式或者半开式叶轮设计。因此不难看出，他们已经放弃了解决破布和堵塞的问题，这却是传统的闭式叶轮亟待解决的问题。尽管开式和半开式叶轮设计不容易发生堵塞，但是众所周知，他们的液压效率不尽如人意。

　　那么，这家制造商究竟是如何设法解决了其他竞争对手们没能解决的问题呢：实现提高效率的同时，不损害自由流道?公司称，关键在于它们多年来在实验室和工作现场对硅进行了大量的研究和试验，尽可能地加以优化，并多次重复设计。那么该设计为何能使S管实现如此卓越的性能呢?制造商称其名称源于叶轮的设计。它实际上是一段弯曲的管道。因为其中没有死区或者障碍物，所以S管中的湍流比其他类型的叶轮要少得多。由于湍流较少，并且无干扰液流的障碍物，所以物料在管道内发生阻滞的可能性更小，工作性能更高效。实际上，液压效率能够达到84%， 并且即使对于中小型泵，其自由流道的孔径也能够达到160mm。

　　其工作原理是均匀分布液流的效率最高，这在工程和泵业领域已经完全得到了证实。那么为什么该工作原理直到现在才被应用于污水处理行业呢?首先，正如本文前面所述，目前终端用户对于高性能机械的需求日益增大。其次，污水处理面临着一些特有的难题，这使得该工作原理的应用变得愈发复杂和费时。必须反复多次地予以改进：以确保不出现堵塞情况，并使转动和静止部件之间具有最佳的密封。此外，S管并非针对任何即将颁布的污水法规而制造，生产它的初衷是为了满足市场需求，达到最佳工作效率和实现无故障运转，但是我们相信它能够达到任何即将颁布的法规的要求。

　　S管的主要优点在于，它有助于你获得一个闭式液压系统，提高工作效率高，形成出色的自由流道。这不仅节省了成本，还确保了设备的无故障运转。市场上某些同类产品的效率曲线号称能够达到与S管相同或者极为接近的效率。但是，它们的自由流道尺寸小于S管。此外，S管效率曲线的形状非常宽。这一点相当重要，因为在污水处理站，随着用水需求随时间的变化，设备需要运转在不同的转速下。所以，我们需要的是平坦的效率曲线，而不仅仅是在某一最佳运转速度下达到的狭窄峰值效率，这样用户才能确信在所有工况下均达到高效率。这带来了真正的好处，它帮助工作人员降低所有工况下的电能成本，而不仅仅是降低最佳转速下运转时的电成本。

　　实际情况

　　S管于去年7月投放市场，所以目前还没有长期的使用数据。但是，在正式采用这种叶轮之前，已经将其安装在全球各地现有的一些污水处理站中进行了大量的试验。实际上，总共在1600多台装置上进行过试验。从这些污水处理站中挑选出最棘手的工作环境，再进行更细致的研究。这些试验在英国、丹麦和瑞典等国家展开。目前，可以根据数据手册中的标准效率数据来计算泵今后的运行成本。不久之后将能获得关于实际电能成本和效率的长期数据。这些数据对于那些正在考虑选择新污水处理设备的人员非常有参考价值，因为许多产品在实际装置中的工作情况与实验室标准试验中的情况存在着一定的差异。所以，该领域现在的重点是确保能够对液压效率进行持续可靠的测量，这一点在过去常常被人们忽视。

　　现代污水的成分发生了变化，同时，用户对高效、无故障工作提出了更高的要求，这促使业内诞生了形形色色可用于污水泵的叶轮设计。但是，这些设计都无法兼顾液压效率和抗堵塞或者耐磨，必须在二者之间进行折中。一家制造商最近向市场推出了一种新产品，他们称该产品无需折中，集高效率和抗堵塞等优点于一身。它是一种高效的闭式叶轮设计，具有通畅的流道，不易发生堵塞，这都得益于它基于S管的设计。目前仍在收集实际工作现场的数据，但是我们预计它将能够降低能耗，同时提高可靠性。