春鼎TSW型沉水式鼓风机河道复氧曝气设计施工应用指南
- 2022/11/11 17:20:26
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- 来源：春鼎机械工业股份有限公司 陈长捷
- 关键词:沉水式鼓风机春鼎机械
序言
为更好地普及TSW型沉水式鼓风机在河道生态修复人工复氧曝气中的应用常识、以及为相关设计和施工单位提供较规范的河道曝气沉水式风机应用技术工艺，我们总结了二十多年的沉水式鼓风机应用经验，结合相关部门制定的河湖治理技术指南和导则，分析了一些较典型的河湖生态修复工程技术和案例，特编写本指南，供业内人士参考，如有不妥之处，共同商榷，敬请指正！
一、 为何选择沉水风机？
河道生态修复工艺中，为解决河道水体DO(溶解氧)指标，往往会对河道水体进行人工复氧处理。在众多的人工复氧工艺中，鼓风曝气是效率最高的一种曝气技术。鼓风曝气系统由鼓风机+曝气器+连接管道组成。
采用鼓风曝气的设备有很多种选择，其中容积式罗茨鼓风机因具备对空气的输送和压缩作用，且具有输送压缩的空气无二次污染的特点，是目前污水处理和河道治理曝气常用的设备选择。
普通陆上型罗茨鼓风机通常被应用于生活污水、工业污水等各种较固定的污水处理工厂(站点)，但因噪音高、需要建设专门的设备房、故障频繁等因素，不太适合于具有野外施工环境复杂的河道治理曝气设备选择。
河道生态修复的工程施工与设备运行，同时涉及到《噪声法》关于“建筑施工噪声污染防治和社会生活噪声污染防治”的规定，尤其是城市河道及景区河流的生态修复工程对噪音的敏感性强，如果选用噪音高的曝气风机会产生噪声污染行为；新版《噪声法》第四十一条规定：在噪声敏感建筑物集中区域施工作业，应当优先使用低噪声施工工艺和设备。第七十条规定：对噪声敏感建筑物集中区域的社会生活噪声扰民行为，基层群众性自治组织、业主委员会、物业服务人应当及时劝阻、调解；劝阻、调解无效的，可以向负有社会生活噪声污染防治监督管理职责的部门或者地方人民政府指定的部门报告或者投诉，接到报告或者投诉的部门应当依法处理。第八十七条规定：违反本法规定，产生社会生活噪声，经劝阻、调解和处理未能制止，持续干扰他人正常生活、工作和学习，或者有其他扰乱公共秩序、妨害社会管理等违反治安管理行为的，由公安机关依法给予治安管理处罚。
(图1： TSW型沉水式鼓风机和河道应用)
沉水式鼓风机是经过技术改良的罗茨鼓风机，具有普通罗茨鼓风机一样的应用特点，主要围绕噪声性能、密封性能、维保周期和使用寿命等方面进行产品技改，从而解决了普通罗茨鼓风机在河道鼓风曝气应用中因噪声扰民问题而引起的法律风险和工程设备安装场所受限、故障率高等的使用缺陷问题，是目前比较适合选择的河道鼓风曝气风机设备。
1、 优势比较
我们可以比较一下沉水式鼓风机与普通陆上型罗茨鼓风机的优缺点，这样就能够非常直观地发现在河道曝气中选择沉水式鼓风机的理由了。
陆上型：
A、优点：具有容积式鼓风机进行空气输送压缩效率较高的共同特点，不同的曝气水深(压力)空气输送流量基本恒定；具有清洁型气体输送的特点，在河道溶氧曝气时避免水体二次污染。
B、缺点：
a、噪声较大
b、需安置于设备间
c、河岸景观形象差
d、维护成本高
沉水式：
A、 优点：具有陆上型罗茨鼓风机共同的优点；噪音小(<60dB)，无需专门的设备间，安置与河道中不影响河岸景观形象；经过技改后的沉水式风机，产品性能更好、故障率更低、维护成本更经济。
B、 缺点：单台风机风量Q<15m³|min、曝气水深<6米、与同型号陆上型罗茨鼓风机相比价格稍高。
2、 优势分析
从上述比较中可以看出，在河道治理中使用沉水式鼓风机进行复氧曝气，可完全解决噪声扰民的困扰，规避噪声污染，满足新版《噪声法》要求；在河道治理中使用沉水式鼓风机进行复氧曝气，可免除因安装鼓风机造成河岸景观不协调的现象河岸更生态美观；河道治理中，进行人工复氧曝气的河道水深一般都不会很深(<6米)，且对单台风机的风量要求也不是很高，沉水式鼓风机可完全满足河道曝气需求；沉水式鼓风机的采购价格虽稍高，但因无设备房等建设投入，总体设备采购成本不会增加；沉水式鼓风机的产品性能更好、使用寿命更长、维护更简单，可节省后期日常维护费用，对于具有运维需求的工程项目更具经济性。
3、 品牌优势
春鼎品牌来自于中国台湾，采用日本工艺技术，具有四十年的罗茨鼓风机制造经验，TSW是春鼎的一款低噪音风机(注：TS为低噪音罗茨风机的通用代号，W表示水下使用)，春鼎是目前生产沉水式鼓风机最早、应用实践最多、设备稳定性最好的制造型企业，TSW型沉水式鼓风机被中国贸促会授予“技术进步奖”，也被中华环保联合会列入“2021村镇水环境治理推荐技术目录”。
(TSW型沉水风机的品牌魅力)
二、 沉水风机河道工程项目的设计与施工
1、 河道曝气沉水式风机的选型
风量：在河道治理中，使用沉水式鼓风机作为曝气的气源时，应根据治理河道的水体总量及微生物治理工艺对溶解氧(DO)的需求计算出总的空气转移需求量(可参照污水处理工艺的汽水比计算)，从而换算出单位时间的风机流量参数(风量)。
风压：河道曝气的水深与沉水式风机运行压力相对应，对于不同的曝气水深应选择不同的风机运行压力参数，沉水式风机河道曝气的水深一般不能超过6米，故沉水风机的风压参数都小于等于6000mmaq。
在计算出沉水风机风量与风压需求后，可根据下表来进行沉水风机的选型。
沉水式风机的风量在电机不同的运行频率时是不同的，春鼎品牌沉水式风机的电机可支持变频使用，我们在选型时应考虑变频使用的风量区间，这样以提高风机的节能性，也可满足河道在不同季节、水量等状况下的溶解氧需求变化。
根据河道所处的地理位置，在选型时应充分考虑地理位置对社会环境噪声排放的要求，下表(1)为社会生活噪声排放标准。下表(2)是春鼎TSW型沉水式风机的噪音值。可根据河道生态修复工程不同的环境要求和地理位置进行沉水式风机的选型与布置。在工程设计中，可根据具体情况来配置沉水式风机的型号和数量，这样可最大程度优化设备对环境的影响和工程项目的投资。
2、 管路与曝气器
在使用沉水式鼓风机进行河道曝气时，沉水式风机与管路、曝气器联合组成一个曝气系统，通过气源风机、输送管路、终端曝气器实现曝气。
系统连接管路最好选用相应规格的PE材质管道，也可选用镀锌钢管等其它材质的管道，一般不建议使用PVC材质的管道，PVC材质的管道易老化、冻裂。管路口径要与沉水式风机的出口口径匹配，如不匹配的须采用异径接头连接。管路分主管路和分支管路，分支管路的口径一般小于主管路。管路分布最好采用等分布置，按照风机位置两侧进行分布。
沉水式风机安装时因河道实际水深的原因，可能会需要加配风机进出口延长管，根据工程现场实际水深状况，计算出沉水式风机是否需要加配延长管长度，延长管可现场制作，延长管分别和沉水式风机的进出口消声器进行连接(详见厂家提供的安装视频)。
沉水式风机河道曝气与其它风机曝气采用同样的曝气器，有管道穿孔、盘式曝气器、螺旋式曝气器、纳米曝气器等。曝气器产生的气泡越小越密溶氧效果越好。
3、 河道曝气沉水式风机的安装
沉水式风机的现场安装主要分两个部分，一是设备的现场组装，二是设备的现场安装。风机设备部件包括：主机、电机、消音器、弯头、压力表、逆止阀、安全阀、软接头、吊链等(详见图2)。
沉水式风机的标配消音器有三个，在出厂时一组消音器是已经安装完毕的，另外的一个人口消音器需要在现场进行安装的，并根据现场河道的水深加装延长管，出口出也要根据河道的水深另外加装延长管。
沉水式风机在河道中的放置须充分考虑河道底部的形状及淤泥的深度。河道一般呈倒梯形，沉水式风机须放置于底部平坦的位置，如遇不太平整的最好事先放置一块混凝土预制板或者其它材质的平台，让沉水风机置于平台上，沉水风机的底部配有带防震功能的底座，可直接安置于河道底部或平台，不需要做底部固定。如河道有淤泥的，河道底部淤泥的深度应不超过沉水风机电机的中部位置(一般情况下淤泥的深度不能超过0.5米)，不然淤泥会影响风机的散热，导致设备温度过高而故障。
(图2：沉水式风机安装组合参考图)
通常情况下，沉水风机安装不需要做专门的底部固定，设备底座配有专门的防震垫，风机的出口与管道系统的连接可以起到一定的固定作用。沉水风机的机械振动值极低，设备运转稳定性强，不会产生因设备振动而位移的现象。在特殊情况下，可进行局部固定，但不能固定底部，以免发生维修困难。
沉水风机安装时，须仔细阅读《使用指南》，杜绝混淆进出口，使用前须严格清理现场制作留下的焊渣等异物，逆止阀、压力表、安全阀、出口短管、防震接头等水平安装部分应严禁垂直安装，以免发生设备进水事故。
沉水风机下水前，须进行通电试运行，在确定运转正常无故障后方可下水安装。
如遇河道有淤泥的，河道的淤泥不能淹没沉水式风机的电机部分，以免影响设备散热。
如遇河道有潮汐现象或河道水位有异常的，应充分考虑水位是否会淹过风机的进出口部分和是否存在水位偏低而导致风机散热困难的现象。一般情况下，风机的水位应距离进出口处30公分以上，也不能低于风机电机高度的三分之二处。如有上述现象的，可现场制作进出口延长管或沉水风机专用水箱(可保持恒定水位)。
(沉水风机的使用现场)
沉水风机在河道中的安装，可采用专门的吊装工具或设备进行，在吊装时应保持平衡，不能让风机掉入水中，也要合理安排吊装时间，尽量一次性吊装完毕。
在安装完毕后应及时启动设备，观察设备运转是否正常。如遇运转后不曝气的，可能是电源接线错位，应调整电源接线；如遇设备安全阀发生泄压的(有滋滋的气流噪音声)，要检查曝气管路系统是否存在“憋气”现象，可手动调节安全阀或者对曝气管道安装气体放空阀进行排空。
沉水式风机的控制系统可根据工程项目的要求配置，有简单的启停控制，也可配置PLC控制系统。控制柜尽量安装于沉水风机附近，电源线的敷设应充分考虑安全性，如需加接电源电缆的应使用防水接头。
4、 沉水风机的常见故障与排除
a、 电源故障
沉水风机的电源故障有线缆损坏和控制系统元器件故障等，可仔细检查电缆是否破损、接头是否牢固、空开及过载保护装置等是否不匹配或不合格、是否缺相等来进行故障排除。
b、 电机故障
沉水风机的电机配使用的是380V、50Hz电力配置，也可支持220V电源启动和30-70Hz变频使用。电机的故障主要有：过载、进水、缺水烧毁等，可通过电机维修或更换解决电机故障。
c、 风机本体故障
沉水风机的本体内部是三叶罗茨风机的叶轮构造，其传动部分的润滑位于底部，上部通过联轴器与电机联结，沉水风机内部是严禁进水的，由于异物或河水的进入会导致风机卡死，也可能会进一步导致联轴器损坏，可以通过内部清理、更换相应零部件等方法进行故障排除。
d、 附件故障
沉水风机配有安全阀、逆止阀、压力表等附件，这些附件在使用过程中可能会因质量问题或使用不当而产生故障，可通过更坏附件设备进行故障排除。
5、 沉水式风机的日常维护
a、 运行期间的维护
由于沉水风机的内部是不允许进入水或者水汽的，河道安装使用的沉水风机可能会出现进水或水汽凝结导致内部生锈等问题，所以在河道中使用应保持风机不能长时间停止工作，至少保持每周运行1次，每次20分钟以上，以免内部生锈而卡死。
b、 周期性保养
沉水风机的传动是采用齿轮和轴承进行的，TSW型沉水风机采用的日本“KOYO”品牌轴承使用寿命一般在30000h以上，其润滑采用的是220#润滑油，所以我们一般需要每3年进行一次润滑系统的保养，保养内容包括润滑油、密封件等的更换。
c、 日常观察
沉水风机在使用过程中，须日常观察其运行状况，如遇异常须及时反馈并排除。
三、 TSW型沉水风机的外形尺寸图的提供
春鼎TSW型沉水风机均可提供河道生态修复工程项目所需的产品外形尺寸图CAD版，如有需要可拨打4000 581 669咨询索取。
四、 结语
在使用沉水风机对河道进行复氧曝气的工程项目中，不仅仅是设计施工人员需要了解掌握沉水风机的相关产品知识和应用技术，参与工程项目人员都应了解相关内容，这样可以充分保证工程项目的科学性、积极性、安全性，让河道复氧曝气来得更完美
另外其它小型污水处理和一体化污水处理设备均可配套TSW型沉水风机进行溶氧曝气，其设计施工工艺可参阅本指南。
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