表 3 不同类型真空泵站吸排单位体积污物能耗
泵站 类型
抽吸流量 / m3 / h
电机功率 / kW
单位体积污物能耗/ kW # h/ m3
2B 1
10 B 1
20 B 1
30 B 1
备注
40
11 1
01 437 5
01 877 5
11 427 5
11 977 5
100 Ñ 型泵站
200
21 2
01 41
表 4 专有维护项目产生的单位体积 维护费
气液比
2 B 1 10 B 1 20 B 1 30 B 1
真空泵维护费/ 元/ m3 01 043 01 18
01 353 01 525
凸轮泵维护费/ 元/ m3 01 074 01 309 01 604 01 898
注: 计算说明: 维护费= 标准维 护周期费 用/标 准维护周 期内泵站
一般真空排水系统的真空度值为 40~ 70 kPa, 低 者取 40~ 60 kPa, 高者取 50~ 70 kP a, 也有个别需要 达到真空度值 80 kPa 的系统, 这个区间值的变化对 真空泵没有任何影 响, 对于 凸轮泵就有一些 不同。 凸轮泵的极限真空值是 80 kPa, 将其作为一种经常 的工作真空是不可能的。有个别凸轮泵抽吸试验表
真空排水系统典型泵站的特征分析
王艳
( 济南轨道交通装备有限责任公司环保研究所, 济南 250022)
摘要 在真空排水系统中存在用真空泵和凸轮泵作为形成真空设备的两种典型真空泵站, 这两 种典型泵站在原理、配置和应用场所方面具有各自的特点, 分析对比了两种泵站在密封性、能耗、真 空度、通过能力和专有维护项目等方面的不同, 运行时间计算:
t1 = ( 2n+ 1) / V p
( 2)
式中 n ) ) ) 气液比, 2 倍气液比是大气进入 50 kPa 真空系统中体积膨胀 2 倍;
V p ) ) ) 真空泵抽速, m3 / h。 Ò 型泵站能耗计算:
P= pt
( 3)
式中 p ) ) ) 凸轮泵功率, kW;
t ) ) ) 凸轮泵运行时间, h。
Ñ 型泵站中 污水泵的通过 能力选择范 围比较 大, 一般选 80 m m, 这样即使是针对于重力便器( 如 室外排水) 这样的排水点也能够满足要求, 泵站理论 上不会被堵塞。 31 5 专有维护项目
Ñ 型泵站的主要衰减方式是真空泵的运行带来 杂质和高温使真空泵油老化, 需要定期更换真空泵 油来保持真空 泵的 性能, 而且 应该 使用 专用 真空 泵油。
两种泵站 的主要 特征详 见表 1。需 要说 明的 是, 同类产品的不同选型会在参数、性能、价格、维护 等方面有较大的差异, 因此本文涉及到的两种泵站 设备的性能、参数、维护等信息都是以当前世界先进 产品为参考依据, 并且都是在真空系统中有成熟运 用经验的产品。
表 1 两种泵站主要特征
类型
密闭性
能耗
Ò 型泵站中的凸轮泵机组恰好解决了臭气排出 的问题, 机组进出口是全密封的, 作业时没有废气排 出, 因此也就不需要臭气处理装置。
密闭性是两种泵站的重大差异, 这也经常成为 选用凸轮泵机组的原因。但是真空排水系统泵站的 密封性也不是绝对, 在 Ñ 型泵站中污水泵的工况是 进口带真空排污, Ò 型泵站中凸轮泵的工况是传输 气液混合物而且进口也是真空状态, 这两种工作方 法都打破了污水泵的常规应用方式, 给污水泵的气蚀
图 4 抽气速率与真空区间
明, 凸轮泵的 抽真空能力 在 60 kP a 开始 有明显衰 减, 到 70 kP a 时衰减更多, 基于此种原因凸轮泵机 组通常采取一些辅助设计尽量减少一部分衰减, 图 2 中的缓冲罐就是减少衰减的手段之一。因此对于 有些真空排水系统, 如果现在或者预期将来需要泵 站的真空度比较高, 则需要充分考虑凸轮泵在真空 能力方面的限制。比如有的系统输送距离特别长造 成净损失( 真空管道高程变化产生的损失) 大, 有的系 统管道有突然比较大的提升( 如超过 1 m) 也使净损 失增大, 这样就需要提高泵站的真空来增加管道末 端的真空度。对于象列车卸污系统这样的情况, 有 时需要提高真空度来减少每个污物箱的作业时间, 也存在同样的问题。 31 4 泵站通过颗粒
泵站通过颗粒即是污 水泵通过的最 大颗粒直 径, 也是系统通过能力的一项指标。衡量真空排水 系统的通过能力首先是看排水点进入杂质的情况,
给水排水 Vol1 36 No1 12 2010 75
如便器的出口尺寸 ( 真空便器 约 40 m m, 重力便器 约 80 mm) , 一般情况下排水 点后续抽吸管道和排 出管道的尺寸应该大于进口尺寸, 以免发生系统堵 塞。表 1 中 列 出 的 凸 轮 泵 的 通 过 颗 粒 是 40 ~ 70 mm, 一般泵是 40 m m, 只有大型凸轮泵才可能达 到 60~ 70 mm, 真 空系统中 采用的凸 轮泵一 般不 大, 因此凸轮泵有可能成为一个堵塞的故障点, 要避 免堵塞故障发生在机组位置, 采取的措施之一是在 机组前加切割机, 否则就需要在排水点的便器出口 或管道上解决这一问题。
Ò 型泵站的主要设备是转子凸轮泵, 2 台凸轮泵 组成一个机组, 工作原理如图 2 所示, 用凸轮泵将系 统抽成真空并保持在一定范围内( 一般真空度值 40~ 70 kPa) , 污水在卸污管道中经过凸轮泵( 泵之前通常 设一个缓冲罐) 直接排走, 双泵交替自动运行。Ò 型泵 站就相当于一个能抽取气液混合物的污水泵。机组 进出 口 分 别 与 吸 排 污 管 道 连 接, 作 业 时 无 外 排 出口。
Ñ 型泵站的主要组成设备有真空泵、污水罐、污 水泵和控制系统, 自从 20 世纪 70 年代出现真空排 水系统以来就开始应用, 至今有将近 40 年的应用历 史和经验。 Ñ 型泵站的工作原理如图 1 所示, 用真 空泵将真空罐及系统抽成真空并保持在一定范围内 ( 一般真空度值 40~ 70 kPa) , 当污水被吸入真空罐 中达到一定液位时污水泵启动将污水排走, 此工况 连续自动运行。
图 1 Ñ 型泵站原理
Ñ 型泵站的典 型配置为: 不少于 2 台真 空泵、 1 个污水罐、2 台污水泵。泵站的双机组配置主要是 考虑泵站能力的冗余备用、提高控制的柔性、节能等 因素。除了典型配置外 Ñ 型泵站根据需要有多种灵 活的组合, 比如对于使用较少、重要程度不高的泵站
图 2 Ò 型泵站原理
调研资料显示, 凸轮泵机组从 20 世纪 90 年代末 开始进入真空排水市场, 主要在德国使用, 2004 年之后 使用数量有明显增长的趋势, 这主要依赖于凸轮泵产 品技术的不断发展。凸轮泵是一种容积泵, 通常应用
Ò 型泵站的主要衰减方式是凸轮转子与泵腔 之间的间隙因磨损而增大, 形成真空的效率降低, 最 终需要更换转子来恢复凸轮泵性能。这两种专有维
护内容也是泵站产生维护费用的主要项目。现将某
典型真空泵和凸轮泵的理论周期维护费用折算成抽 吸单位体积污水的维护费用列成表 4, 泵的抽吸流 量均取 100 m3/ h, 得出真空泵与凸轮泵维护费之比 为 1 B11 72。
关键词 真空排水 泵站 能耗 真空度
一个完整的真空排水系统通常是由排水点( 如 卫生洁具、集污箱) 、真空输送管道和真空泵站组成。 真空泵站是产生真空并最终将污水转移输送的核心 部分, 笔者对目前应用的两种典型泵站的技术形式 和特点进行介绍和分析, 并阐述与系统应用的关系。 1 两种典型真空泵站介绍 11 1 Ñ 型泵站
凸轮泵运行时间计算:
t= ( 2n+ 1) / Q
( 4)
式中 Q ) ) ) 凸轮泵流量, m 3/ h。
按照式( 1) ~ 式( 4) 取 3 种典型流量值计算, 计
算结果见表 3。 表 3 的计算结果显示为图 3 的曲线形式, 气液
比在 2 B1 左右时两泵站能耗相当, 随着气液比的增
加, 两种泵站能耗增加的比率不同, 能耗差别也显著 增大。这表明从能耗角度而言, Ò 型 泵站更 适合于
4
01 4
01 762 01 72
11 202 11 12
11 642 11 52
电机功率为真空泵 数值, 能耗 合 并污水泵计算
( 01 416)
( 01 787)
( 11 25)
( 11 713)
40
4
01 5
21 1
41 1
61 1
100
11
Ò 型泵站
200
22
01 55
21 31
41 51
61 71
Ñ 型泵站中真空泵运行时出口排出气体, 这是 泵工况的需要, 如果系统抽取的是厕所污水, 臭味浓 度很高, 一般情况是需要处理的。目前通常用的臭 气处理装置是生物过滤塔, 这种方法原理简单, 处理 效果好, 需要定期更换滤料。臭气处理 装置需要占 用一定的空 间, 因 此在一 些空 间比 较小的 泵站 或 者更换滤料 不太方 便的场 所, 此种 泵站显 得有 些 繁琐。
最大真空 度( 绝压)
/ kPa
泵站通过 颗粒/ m m
专有维护 项目
Ñ 型泵站 排出臭气 基准值
991 99 ( 01 01)
50~ 100 ( 一般选 80)
更换真空 泵油
Ò
型泵站
不排出臭气
较基准 值大
80 ( 20)
40~ 70 ( 常态为 40, 大型泵可达
到 60~ 70)
更换转子
3 两种泵站主要特征分析及其与系统应用的关系 31 1 密闭性
采用单泵, 较大型的、重要程度高的泵站采用多泵、 双罐等。一般较大型泵站采用分散布置, 比较小的 泵站可以采用集成化布置形式。 Ñ 型泵站真空泵排 出口排出废气, 通常需要生物处理装置进行处理。
Ñ 型泵站设备形式的特点是技术成熟, 设备配 置多样灵活, 需要处理真空泵出口排出的废气。 11 2 Ò 型泵站