螺杆泵

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压滤机用泵,选型与比较

作者:ALMATEC机械制造有限公司产品经理Peter Schüten

污泥处理

在许多工业过程中,物质以水状或“泥浆”形式出现,必须去除其中的液体成分。这可能在生产过程中发生,例如在食用油或酵母溶液的过滤中,但是更多地发生在各行各业生产过程结束阶段对废污泥处理时,涉及了从表面处理到废水处理等行业。

因为这类污泥的处理工作是按照重量和体积来计费的,所以对污泥的增稠和干燥利润特别大。在处理过程中,使用化学制品和/或物理工艺来处理污泥,使其中的物质形成片状固体。使用石灰乳将污泥pH值调至中性或碱性后,再通过脱水过程将水分离出来,剩余的污泥体积会显著减少。

对于此处理方式,最简单的技术就是利用重力来收集和增稠污泥。但除此之外,还有更显著更有效的干燥方法和技术,就是使用诸如离心机和蒸发器,或者更常见的厢式压滤机之类的设备(如图)。

厢式压滤机

厢式压滤机中包括多个塑料滤框,它们会在高压作用下挤压在一起。在这些滤框内部是中空的滤室,压滤机因此而得名,滤室周围是滤布。当施加压力使污泥进入滤室时,即可在滤室内形成“滤饼”,滤液通过滤布流入排水通道。当所有的滤室完全充满时,污泥进料停止。现在可以打开压滤机并取出固体滤饼。关闭压滤机后,即可准备进行新的压滤过程。

为了填充这些压滤机,需要过滤材料和压力。压力峰值通常在8到15巴之间,压力大小应该保持均匀,以便在进料期间不破坏絮凝物。还应在进给区域内为絮状物留出足够的自由空间。在压滤过程结束之前,反压力不断增大,除此之外,还可能出现一种制约现象,那就是空运行的污泥槽,可能导致用于产生压力的泵干运转。

容积泵

为了形成压力,经常使用各种形式的容积泵,其中包括活塞隔膜泵,它们最常用于大型压滤机。在这些大型昂贵的装置中,由液压驱动一个或两个隔膜,并通过阀门将污泥送入压滤机。即使用到的是一些小型设备,这些泵也会产生高昂的间接费用,例如用于平衡进料速率的空气压力容器、最大压力监测器或支管。还使用偏心螺杆泵,它们即可用作自调节泵(带有通过变频器进行电子控制的电动机),也可用作循环系统(当空气压力容器被泵充满气体时)。

当处理大量的污泥时或由于污泥中存在长纤维而不能使用阀门时,这种不用阀门的处理工艺格外有用。然而,它在中小型设备中的应用受到制约,因为它们对磨损和干运行颇为敏感。使用该系统所需的空间也相当大。

其他类型的容积泵还包括软管隔膜活塞泵和活塞泵,前者的功能类似于活塞隔膜泵,但其内部是波纹软管而不是隔膜。后者活塞泵通常产生强烈的脉动,需要持续润滑。这两种泵都具有以下特点——简单的电气化操作,安装和维护成本相当高。

AODD泵

相比之下,气动双隔膜(AODD)泵更易于使用; 它们耐干运行,几乎无需维护、自吸、自调节,结构极为紧凑。

在没有操作员或电子系统的控制或干预时,厢式压滤机的反压力,自动调节进料速率。当反压力随着滤室填充程度同步增加时,进料速率持续下降。这种效果可用于检测厢式压滤机何时充满。 

当达到充满状态时,泵实际上停止了工作——进给速率为零——或者只是偶尔进行输送冲程。还可使用压缩空气作为驱动力来使隔膜移动,工作效率高,且可形成规则而缓和的循环驱动,使介质平稳地进给。

增大压力

标准的气动隔膜泵通常受到供气压力的限制,这样的气压往往不足以填充压滤机。 因此,通常需要增大压力。要达到这一目的,有三种非常不同的技术解决方案:

•第一种技术:使用标准泵上的一个隔膜产生额外的压力。这层隔膜仅被空气和压缩空气包围,它受到的力通过内部的隔膜连接,被传送至进料隔膜,使进料隔膜能够在两倍压力的工况下工作。

这种方法现已很少使用,因为它会引起强烈的脉动,导致进料速率低,而且需要大量的空气。由于与空气接触这一侧的隔膜非常敏感,极易断裂,所以该方法的维修成本也相当高昂。

•另一项技术,使用带有气压放大器的标准泵来操作。该气压放大器利用增压的空气压力来驱动泵。然而,大多数情况下使用的都是标准泵,限制了该方法的应用。虽然这些泵配有外部增强件,但从技术角度来看,这里所讨论的标准泵是针对极低的压力而设计和制造的,因此它们对于增大应力的承受能力有限。 

另外,由这些空气压力放大器或“增压器”产生的增强压力会发生强烈的波动,可能会影响产品的流动。增压器在维持压力方面(即在限制压力过程中)似乎也到了极限。因为使用的设备几乎总是太小。它们产生所需的最终压力,但可能需要更长的填充时间。

•第三种解决方案,是具有内部压力转换装置的泵。图2显示了该技术解决方案——如何使压缩空气随着隔膜一起施加在差压活塞上。

表面积通常增大到两倍或更大,使得压缩空气产生的力也相应地增大。这种经过转换后的力作用在具有增强(双倍)压力的进料隔膜上。整个构造的设计既要能适应由最大压力引起的高应力,也要能适应由典型的研磨性污泥引起的应力。 因此,泵壳由不锈钢或聚乙烯(PE-UHMW)等材料制成。这种坚韧的材料是维持泵经久耐用的决定性因素(参见下图的磨损试验)。

图3.基于砂浆过程的磨损因子。

聚乙烯 = 1(上); 聚丙烯 = 7(中); 钢= 1.6(下)

得益于一些有效的措施,使用压缩空气为泵提供动力非常有效。泵以最小的密封空间运行,即,必须填充泵的内部空间,而不用于实际的进料过程。因此,泵总是具有足够的动力储备来处理大量废水。

新一代泵

随着新一代高压气动隔膜泵的推出,现在又出现了一种技术解决方案,它在压力转换泵极为坚固的外壳上,结合设计了一个不发生空气转换的部分。 因此,这种形式的泵适用于重载工况下的所有应用,涵盖了从低进给压力到高达15 bar(218 psig)的高压应用。 

如果用户在如此高的气压下操作泵,无论这样的高压是来自外部增压器还是直接来自压缩机,他们都可以非常安全、安心地进行工作,因为他们知道泵在结构上的设计完全能够适应这种压力范围,不需要通过外部加固件来维持泵的稳定。

在这些新型泵上,采用了专门开发的一种集成了金属芯体的重载隔膜,它们不仅使用寿命长,而且能够处理重载荷。隔膜的硬化芯体支撑着非常厚的橡胶层。为了传递吸力,还采用特殊的织物来加固芯体,这些织物几乎在任何方向上都不具有弹性。

此外,这些泵可以与可选的传感器结合在一起使用,传感器对隔膜的运动做出响应,便于监视其运动周期。因此,伴随着全压力的慢行程频率,几乎不触发信号。如果使用PLC编程来呈现一个会产生形程的时间窗口,那么此时间窗口内不再出现这些罕见信号,就意味着厢式压滤机内部已被污泥充满了。

可以切断压缩空气的供应,并且可以设置信号来提醒操作者清空压滤机。该方法完全通过物理手段来实现,与敏感的压力表和废水水流中的污染传感器均无关。

总之,当选择适用于压滤机工作的泵时,气动隔膜泵是首选的解决方案,它有许多颇具特色的优点。具有电子驱动和控制元件的常规容积泵则不具备AODD泵的这些设计特点,包括干运行能力,良好的可控性和无垫圈的机械设计等等,不一而足。