Корея Ever-Power · Ръководство за приложно инженерство
Червяк и червячно колело за миксери и скрепери за пречистване на отпадъчни води
Общинска пречиствателна станция за отпадъчни води преработва отпадъчните води 24 часа в денонощието в атмосфера, наситена със сероводород с концентрация от 20 до 80 ppm. Задвижването на скрепера на пречиствателя - червячна зъбна предавка, въртяща се с 0,05 оборота в минута на външна бетонна площадка - престоява в тази корозивна атмосфера непрекъснато в продължение на 15 до 25 години. Стандартната индустриална стомана и бронз корозират видимо в рамките на 12 месеца. Концентрацията на H₂S определя кой материал оцелява.
Пречиствателните станции за отпадъчни води използват червячни зъбни колела за скрепери за утайки, сгъстители на утайки, аерационни смесители и задвижвания на флокулационни лопатки — всички от които изискват ултраниска изходна скорост (0,02 до 2 об/мин), висок въртящ момент (500 до 10 000+ N·m) и непрекъсната работа на открито в атмосфера от сероводород (H₂S). Дървото на решенията за материалите H₂S класифицира експозицията в четири концентрационни групи и съпоставя всяка с необходимия материал на червяка, сплав на колелото, покритие на корпуса и спецификация на уплътнението. При под 5 ppm H₂S, стандартната поцинкована стомана и фосфорният бронз оцеляват над 10 години. При 50 до 200 ppm, само неръждаема стомана 316L с алуминиев бронз и пълно епоксидно капсулиране осигурява приемлив експлоатационен живот. Работата при свръхниска скорост от 0,02 до 0,1 об/мин за скрепери за утаител изисква общи предавателни числа от 1000:1 до 5000:1 — постигнати чрез комбиниране на червячна зъбна двойка (40:1 до 80:1) с вторична цилиндрична или планетарна степен (25:1 до 80:1), тъй като едностепенните червячни числа над 100:1 са непрактични.
Защо оборудването за пречистване на отпадъчни води използва червячни зъбни предавки
Процесите на пречистване на отпадъчни води изискват изключително бавно въртене с висок въртящ момент. Скреперът на първичния утаител върти мост с диаметър 30 метра с 0,03 до 0,05 об/мин - едно пълно завъртане на всеки 20 до 33 минути. Сгъстителят на утайки върти гребло с 0,1 до 0,5 об/мин. Смесител в аерационен басейн върти витло с 20 до 60 об/мин - по-бързо, но все още далеч под типичната изходна скорост на двигателя.
Червячната зъбна предавка осигурява високото едностепенно предавателно число, необходимо за преодоляване на разликата в скоростта между двигателя (1450 об/мин) и процеса (0,03 до 60 об/мин), докато самозаключващото се свойство предотвратява отклонението на рамото на скрепера под въздействието на утайката, когато двигателят спре за поддръжка или прекъсване на захранването.
Червячна зъбна предавка с предавателно число 60:1, комбинирана с цилиндрична редукция 50:1, произвежда общо предавателно число от 3000:1 в задвижващ пакет, който се побира на мост на избистрящ елемент — преобразувайки скоростта на двигателя от 1450 об/мин в въртене на скрепера от 0,48 об/мин, без да е необходима отделна кула на скоростната кутия.
Скреперите на пречиствателите и греблата на сгъстителите изпитват непрекъснат въртящ момент на съпротивление от утаените утайки. Когато двигателят спре, съпротивлението на утайката би завъртяло скрепера назад, ако задвижването не е самозаключващо се - потенциално заплитайки веригите на скрепера в многораменните пречистватели.
Процесите на обработка протичат непрекъснато. Червячната зъбна предавка работи 8760 часа годишно - сред най-дългите годишни работни часове от всички приложения в тази серия от 30 артикула. Смазването с маслена баня с температурно компенсирана смяна на маслото е стандартно за тази задача.
Дърво на решенията за корозивна атмосфера с H₂S — от концентрация до спецификация на материала
Сероводородът (H₂S) е характерният корозивен газ в пречиствателните среди за отпадъчни води. Той се произвежда чрез анаеробно разлагане на органична материя - особено в главните съоръжения, първичните утаители, резервоарите за събиране на утайки и покрити биореактори. Концентрацията на H₂S варира значително в рамките на една ПСОВ: зоната за пресяване на главните съоръжения може да съдържа от 50 до 200 ppm, докато платформата на вторичния утаител може да съдържа само от 5 до 15 ppm. Материалът на червячната зъбна предавка трябва да съответства на местната концентрация на H₂S в точката на монтаж, а не на средната за пречиствателната станция.
Как H₂S уврежда зъбната двойка. H₂S се разтваря във влажния филм върху металните повърхности и образува сярна киселина (в присъствието на кислород и вода). Тази киселина атакува както стоманения червей, така и бронзовото колело, но по различни механизми. Върху стоманата киселината предизвиква точкова корозия, която прави повърхността на резбата грапава и увеличава триенето. Върху стандартния фосфорен бронз (CuSn12Ni), H₂S реагира с медта, за да образува меден сулфид (Cu₂S) - черен слой, който расте непрекъснато, като консумира бронзовата повърхност с 0,05 до 0,3 мм годишно в зависимост от концентрацията на H₂S. Алуминиевият бронз (CuAl10Fe5Ni5) е устойчив на сулфидна атака, защото повърхностният слой от алуминиев оксид е стабилен в атмосфери на H₂S - поради което алуминиевият бронз замества фосфорния бронз при концентрации на H₂S над 5 ppm.
Работа при свръхниска скорост — от 0,02 до 2 оборота в минута за скрепери за пречистватели
Скреперите за пречистватели работят с толкова ниски изходни скорости, че въртенето едва се усеща с окото – 0,03 до 0,05 оборота в минута за мост на първичния пречиствател означава, че върхът на рамото на скрепера се движи с приблизително 5 до 8 метра в минута по повърхността на басейна. Тази ултраниска скорост изисква общи предавателни числа от 1000:1 до 5000:1 между двигателя и задвижващия вал на скрепера.
Защо едностепенните червячни зъбни колела не могат да достигнат тези съотношения. Едностъпална червячна зъбна предавка в модул 3 и q = 10 има предавателно число приблизително 40:1. Увеличаването на предавателното число до 100:1 в рамките на една степен изисква или непрактично голямо колело (диаметърът нараства пропорционално), или непрактично малък диаметър на стъпката на червяка (намаляваща якостта). Съотношения над 100:1 в едностъпална червячна зъбна предавка са теоретично възможни, но водят до двойки с неизползваема геометрия - диаметърът на червяка става твърде тънък за въртящия момент, а колелото става твърде голямо за корпуса. Практическото решение е комбинирано задвижване: червячна зъбна предавка първа степен (40:1 до 80:1) плюс вторична цилиндрична, спирална или планетарна степен (25:1 до 80:1). Често срещани комбинирани задвижвания за пречистватели на утаители: червяк 60:1 + цилиндрична 50:1 = общо 3000:1 или червяк 50:1 + планетарна 40:1 = общо 2000:1.
Смазване при ултра ниска скорост. При изход от 0,03 до 0,05 об/мин, входният вал на червяка се върти с 50 до 250 об/мин (в зависимост от съотношението на червячните степени в комбинираното задвижване). Тази входна скорост е достатъчна, за да поддържа хидродинамичен маслен филм върху резбата на червяка - за разлика от някои приложения с ултра ниска скорост, където доминира граничното смазване. Смазването с маслена баня е стандартно за червячните зъбни колела на ПСОВ, тъй като непрекъснатият 24/7 режим на работа води до устойчиво генериране на топлина, която запечатаната грес не може да се разсее през многогодишните интервали на обслужване, типични за оборудването за пречистване на вода.
Корейска общинска пречиствателна станция за отпадъчни води, обслужваща 200 000 души население, е определила червячни зъбни колела за 4 задвижвания на скрепери на първични утаители. Утаителите са били кръгли, с отворен тип, с диаметър 30 м, с централно захранване и периферен преливник. Концентрацията на H₂S е била измерена на ниво от 15 до 25 ppm на нивото на палубата на утаителя - умерено излагане. Първоначалната спецификация е използвала стандартни поцинковани стоманени червяци с колела от фосфорен бронз - подходящи за излагане под 5 ppm, но недостатъчно специфицирани за действителната среда от 15 до 25 ppm. След 4 години две от четирите червячни зъбни колела са развили силно сулфидно потъмняване по повърхностите на бронзовите колела - дебелината на зъбите е намаляла с 0,18 мм (приблизително 12 процента от първоначалната), а луфтът се е увеличил с коефициент 2,5. Останалите две двойки (от страната на наветрената страна на станцията, получаващи по-ниска концентрация на H₂S от преобладаващия вятър) са показали само леко потъмняване. Спецификация за подмяна и за четирите: червяк от неръждаема стомана 304, колело от алуминиев бронз CuAl10Fe5Ni5, дебелослойно епоксидно покритие на корпуса. Увеличение на цената за чифт: 420 USD (от 680 USD на 1100 USD). Инспекция след подмяната на 3-та година: и четирите чифта показаха незначително увреждане от сулфиди — повърхността от алуминиев бронз е чиста и стабилна. Поука: концентрацията на H₂S трябва да се измерва в действителната точка на монтаж, а не да се оценява от типа на инсталацията. Два утаителя в една и съща инсталация могат да изпитат различни нива на H₂S в зависимост от преобладаващия вятър, състоянието на покритието и близостта до главни съоръжения.
Непрекъсната работа на открито — кондензация, температурни цикли и биофилм
Червячните зъбни колела на ПСОВ работят на открито на мостове за утаяване, палуби на басейни и платформи за сгъстяване — изложени на дъжд, слънце, вятър и атмосфера от H₂S непрекъснато. Три фактора на околната среда, освен H₂S, влияят върху корпуса на зъбната двойка и уплътненията.
Управлението на тези фактори чрез проектиране на корпуса, спецификация на уплътненията и график за поддръжка удължава експлоатационния живот на червячната зъбна двойка от ограниченото по отношение на H₂S ниво (5 до 15 години) до пълния механичен експлоатационен живот (15 до 25 години).
Ежедневните температурни цикли (ден-нощ, сезонни) водят до кондензация вътре в корпуса на редуктора — вода, която емулгира маслото и ускорява вътрешната корозия. Дихателните клапани с патрони с десикант изравняват налягането, като същевременно блокират влагата. Сменяйте десиканта на всеки 6 месеца. За критични задвижвания инсталирайте нагревателен патрон с ниска мощност (5-10 W), който поддържа температурата на корпуса 5°C над точката на оросяване на околната среда.
UV лъчението разгражда стандартните нитрилни и NBR уплътнения в рамките на 2 до 3 години (напукване, крехкост). EPDM уплътненията са устойчиви на UV лъчи от 5 до 8 години; FKM (Viton) - над 10 години. Проникването на вода от дъжд през повредените уплътнения вкарва влага и разтворен H₂S в маслото, ускорявайки вътрешната корозия, дори когато външното покритие на корпуса е непокътнато.
Топлата, влажна и богата на хранителни вещества атмосфера на ПСОВ насърчава растежа на биофилм и водорасли по повърхностите на корпусите на зъбните колела. Биофилмът задържа влагата върху корпуса, ускорявайки разграждането на боята отдолу. Ежегодното измиване с водоструйка на външните части на корпуса премахва биофилма и позволява визуална проверка на състоянието на покритието. Посочете антимикробна добавка за боя за корпуси в тропически инсталации на ПСОВ.
Три случая на спецификация на червячна зъбна предавка за пречистване на отпадъчни води
Случай 1 — Корейска общинска ПСОВ: 30 м скрепер за утаяване, 0,04 об/мин, умерен H₂S
Корейска общинска пречиствателна станция за отпадъчни води, обслужваща 200 000 жители, е със специфицирани червячни зъбни колела за 4 задвижвания на скрепери на първичен утаител. Диаметър на утаителя: 30 м. Тип скрепер: въртящ се мост с централно шарнирно съединение и 4 скреперни рамена. Изходна скорост: 0,04 об/мин (едно оборот на 25 минути). Изходен въртящ момент на вала с централно шарнирно съединение: 6500 N·m (плъзгане на утайката при максимална дълбочина на слой). H₂S на платформата на утаителя: от 15 до 25 ppm (умерен диапазон). Сложно задвижване: червячна зъбна колела 60:1 + цилиндрична редукция 60:1 = общо 3600:1. Двигател: 3 kW, 1450 об/мин. Червячна зъбна колела (коригирана спецификация): едноходова, модул 5, междуосово разстояние 125 мм, номинален въртящ момент 2200 N·m (цилиндричната степен носи останалото предавателно число). Материал: червяк от неръждаема стомана 304, колело от алуминиев бронз CuAl10Fe5Ni5. Смазване в маслена баня със синтетичен PAG ISO VG 460 (пакет добавки, устойчиви на H₂S). Корпус: дебелослойно епоксидно покритие (сух филм минимум 250 µm). Уплътнение: FKM (Viton) IP66 с абсорбиращ вентилатор. Смяна на маслото: на всеки 2 години, базирано на наблюдение на киселинното число. Цена за червячна зъбна предавка: 1100 USD. Целеви експлоатационен живот: 12 години.
Случай 2 — Японска промишлена ПСОВ: сгъстител на утайки, 0,3 об/мин, високо съдържание на H₂S близо до биореактора
Японска химическа компания е определила червячни зъбни колела за 2 задвижвания на гравитационни лентови сгъстители в тяхното съоръжение за пречистване на промишлени отпадъчни води на място. Сгъстителите са разположени в непосредствена близост до анаеробния биореактор — концентрация на H₂S, измерена от 60 до 90 ppm (висок диапазон). Изходна скорост: 0,3 об/мин. Изходен въртящ момент: 1800 N·m. Средата с високо съдържание на H₂S изисква пълна спецификация за защита от корозия: червячна зъбна колела при еднократно пускане, модул 4, междуосово разстояние 100 mm, съотношение 40:1. Материал: червяк от неръждаема стомана 316L, колело от алуминиев бронз. Корпус: епоксидно покритие с въглищен катран (превъзходна устойчивост на H₂S в сравнение със стандартната епоксидна смола). Уплътнение: FKM с лабиринт под налягане — положителното вътрешно азотно налягане (0,3 бара) предотвратява навлизането на H₂S в корпуса, дори когато концентрацията в атмосферата достига пик от 90 ppm по време на вентилационни събития на биореактора. Масло: синтетичен PAG ISO VG 680 с добавка за отстраняване на сяра. Цена за чифт: 1850 USD (включително система за уплътнение под налягане). Достигнат експлоатационен живот: 7 години до подмяна на първото колело — в съответствие с очакваните 6 до 10 години за 60 до 90 ppm H₂S. Разгледайте устойчив на корозия червячен редуктор опции за пречистване на отпадъчни води и промишлени приложения в H₂S-атмосфера.
Случай 3 — Виетнамско езеро за аквакултури: аератор с лопатково колело, 20 об/мин, мека атмосфера
Виетнамска ферма за скариди е определила червячни зъбни колела за 36 аератора с лопатки, разпределени в 12 аквакултурни басейна. Аераторите са разбърквали водата в езерото, за да поддържат разтворен кислород за оцеляване на скаридите - животозастрашаващо приложение, при което повредата на аератора може да причини масова смъртност на скариди в рамките на часове. Изходна скорост: 20 об/мин (много по-бързо от скреперите за пречистватели). Изходен въртящ момент: 120 N·m на аератор. H₂S: под 3 ppm (мека - открити басейни с добра аерация). Спецификацията е била обусловена от разходите: 36 броя с най-ниска цена на материалите, които отговарят на 5-годишната цел за експлоатационен живот в мека атмосфера. Червячна зъбна колела: едноходова, модул 3, междуосово разстояние 63 мм, съотношение 30:1. Материал: горещо поцинкован червяк (адекватен при под 3 ppm H₂S), колело от фосфорен бронз. Уплътнение: EPDM IP55 (зона на пръски - аераторите изхвърлят вода, но не са потопени). Грес: стандартен литиев комплекс EP, смазващ се отново на всеки 6 месеца чрез гресьорка. Цена за чифт: 48 щатски долара. Цена за 36 броя: 1728 щатски долара. Цената от 48 щатски долара на чифт е защитила приблизително 5000 щатски долара скариди на езеро на цикъл на отглеждане. Годишна поддръжка: 6-месечно смазване, годишна проверка на уплътненията, 3-годишна проверка на цинковото покритие (повторно поцинковане или подмяна, ако загубата на цинк надвишава 50 процента от оригиналната дебелина).
Често задавани въпроси
В: Как да измеря концентрацията на H₂S в точката на монтаж на червячната зъбна двойка?
Използвайте преносим електрохимичен H₂S детектор (цена: от 200 до 500 щатски долара), разположен на височината на корпуса на червячната зъбна двойка на платформата на утаителя или резервоара. Измервайте при най-лоши условия: топло време (емисиите на H₂S се увеличават с температурата), слаб вятър (концентрацията се натрупва) и пиково органично натоварване (обикновено в средата на следобеда в общинските ПСОВ). Запишете средната концентрация за 1 час. Повтаряйте измерването сезонно — нивата на H₂S могат да варират от 3 до 5 пъти между зимата и лятото на едно и също място. Използвайте най-високото сезонно отчитане за спецификация на материала.
В: Може ли стандартен фосфорен бронз да се използва във всяко приложение на ПСОВ?
Само там, където концентрацията на H₂S е постоянно под 5 ppm — обикновено вторични утаители, канали за отпадъчни води и филтърни сгради в добре вентилирани инсталации. Над 5 ppm, сулфидното потъмняване на фосфорния бронз се ускорява до точката, при която настъпва измерима загуба на дебелина на зъбите в рамките на 3 до 5 години. Алуминиевият бронз (CuAl10Fe5Ni5) е стандартното подобрение за всички места с ПСОВ над 5 ppm H₂S — слоят от алуминиев оксид е устойчив на сулфидно въздействие, за разлика от фосфорния бронз. Премията за цена на алуминиев бронз в сравнение с фосфорния бронз обикновено е от 30 до 50 процента на колело — оправдано за част, за която се очаква да издържи 10 до 15 години в корозивна среда.
В: Какъв интервал за смяна на маслото трябва да се спазва при червячни зъбни колела на ПСОВ?
За среди с умерено съдържание на H₂S (под 5 ppm): на всеки 3 до 4 години въз основа на анализа на маслото (киселинно число под 2,0 mgKOH/g, съдържание на вода под 0,1%). За среди с умерено съдържание на H₂S (5 до 25 ppm): на всеки 2 години — следи от H₂S, които проникват в корпуса, образуват сярна киселина в маслото, повишавайки киселинното число по-бързо, отколкото в чисти атмосфери. За среди с високо съдържание на H₂S (над 25 ppm): годишна смяна на маслото, независимо от анализа — замърсяването със сяра е твърде високо, за да се позволят удължени интервали. Добавете абсорбиращ вентилатор към всички корпуси на червячни зъбни колела на ПСОВ, независимо от нивото на H₂S — само контролът на влагата удължава живота на маслото с 30 до 50 процента.
В: Как се променя необходимият въртящ момент с промяната на дълбочината на утайката?
Въртящият момент на скрепера се увеличава приблизително линейно с дълбочината на утайката. Утаител с тънък слой (100 до 200 мм) генерира ниско съпротивление; същият утаител с дебел слой (500 до 800 мм по време на пиково натоварване) генерира 2 до 4 пъти по-голямо съпротивление. Червячната зъбна предавка трябва да бъде проектирана за максимално състояние на слой – което може да възникне само по време на влажни метеорологични условия, когато хидравличното натоварване е пиково. Определянето от средната дълбочина на слой подценява двойката с приблизително 50 процента. Добавете сензор за претоварване на въртящия момент (мониторинг на тока на двигателя), който предупреждава операторите, когато въртящият момент на съпротивлението достигне 80 процента от номиналния капацитет – което показва, че дълбочината на утайката изисква увеличено изпомпване, преди скреперът да спре.
В: Какъв е типичният експлоатационен живот на червячна зъбна предавка за ПСОВ?
Експлоатационният живот се определя от това коя граница е достигната първо: корозия (причинена от H₂S) или механично износване. При под 5 ppm H₂S със стандартни материали: 10 до 15 години преди подмяна, свързана с корозия. При 25 до 100 ppm с подходящи устойчиви на H₂S материали: 6 до 10 години. Само механичното износване (в среда с нулева корозия) би позволило 15 до 25 години при непрекъснат 24/7 режим на работа, типичен за ПСОВ. Границата на корозия почти винаги достига преди механичната граница - ето защо концентрацията на H₂S е най-важният входен параметр за спецификацията при закупуване на червячна зъбна предавка за ПСОВ. Правилният избор на материал за действителното ниво на H₂S затваря разликата между корозионния живот и механичния живот, като максимизира възвръщаемостта на по-скъпата спецификация, устойчива на H₂S.
Червячните зъбни колела за пречистване на отпадъчни води работят на пресечната точка на три взискателни условия: корозия от сероводород (5 до 200+ ppm), ултраниска изходна скорост (0,02 до 2 об/мин, изискващи съотношения на съединението от 1000:1 до 5000:1) и непрекъсната 24/7 работа на открито (8760 работни часа годишно). Дървото за решения за H₂S материалите картографира локалната атмосферна концентрация в точката на монтаж към необходимия материал на червяка, сплавта на колелото, покритието на корпуса и спецификацията на уплътнението - гарантирайки, че цената на материала съответства на действителната тежест на корозията, а не на по подразбиране до над спецификацията (загуба на бюджет) или под спецификацията (намаляване наполовина на експлоатационния живот). Смазването в маслена баня с устойчиви на H₂S пакети добавки и абсорбатори на влага поддържа многогодишните интервали за смяна на маслото, които изискват съоръженията за пречистване на вода с непрекъснат режим на работа.
За производителите на оборудване за пречистване на вода и операторите на ПСОВ, нашият инженерен екип съпоставя концентрацията на H₂S с правилната спецификация на материала. Стандартен каталог устойчиви на корозия червячни зъбни колела Покрива размери на ПСОВ с междуосово разстояние от 80 до 200 мм с опции от поцинкована неръждаема стомана 304 и 316L, съчетани с колела от фосфорен бронз и алуминиев бронз. Изпратете спецификация за задвижване на отпадъчни води с измерване на H₂S, изходна скорост, въртящ момент и място за монтаж в пречиствателната станция.
Специфициране на червячни зъбни колела за оборудване за пречистване на отпадъчни води?
Изпратете данни за концентрацията на H₂S в точката на монтаж, изходната скорост и въртящ момент, типа на пречиствателя или оборудването и дали задвижването е на открито или затворено. Ще класифицираме H₂S лентата и ще препоръчаме правилния материал, покритие и уплътнителен пакет.
Редактор: Cxm
