王遜，王月萍，張?chǎng)午?/p>

（中冶華天工程技術(shù)有限公司，安徽馬鞍山 243000）

1 概述

雙曲面攪拌機(jī)是一種攪拌、混合設(shè)備，適用于環(huán)保、市政、能源、食品等行業(yè)需要對(duì)液體與固體、液體與液體、液體與氣體或三相混合液進(jìn)行攪拌、混合的場(chǎng)合，尤其適用于污水處理工程、凈水工程中的攪拌。在污水處理工程中，該攪拌機(jī)的主要功能是在缺氧池、厭氧池、水解生化池等反應(yīng)池中對(duì)污水與活性污泥進(jìn)行充分均勻攪拌、混合，使污泥懸浮在水體中與污水發(fā)生充分的生物反應(yīng)，從而對(duì)氮、磷等物質(zhì)進(jìn)行降解。

雙曲面攪拌機(jī)在工作時(shí)，葉輪繞葉輪軸線旋轉(zhuǎn)，水流由葉輪上方吸入，隨雙曲線葉輪曲面高速切向甩出，觸碰至池壁后改變運(yùn)動(dòng)方向而往垂直上方流動(dòng)，到達(dá)液面后又沿葉輪軸線下行，形成水平旋流、上下環(huán)流的立體、復(fù)合型流態(tài)流場(chǎng)。該攪拌機(jī)的葉輪剪切力小且流量較大，在池中可產(chǎn)生均勻的底部全向推流，無沉淀、無死角，池內(nèi)混合效果好，且節(jié)能、低耗，目前已被各大污水處理廠廣泛運(yùn)用。

2020年4月1日起，《雙曲面攪拌機(jī)》（JB/T 13742—2019）[1]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雙曲面攪拌機(jī)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等方面都做了詳細(xì)的要求和規(guī)范，特別是對(duì)雙曲面攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)、可靠性、壽命、比功率等都做出了嚴(yán)格的規(guī)定。該標(biāo)準(zhǔn)的頒布，規(guī)范了國(guó)產(chǎn)雙曲面攪拌機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，使其制造、檢驗(yàn)、選型有據(jù)可依，進(jìn)一步提高了行業(yè)雙曲面攪拌機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量和技術(shù)水平。

2 制定雙曲面攪拌機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的背景與意義

在污水處理工程中，最早使用的是槳葉式攪拌器，隨著流體力學(xué)的發(fā)展和機(jī)翼模型的引入，雙曲面攪拌機(jī)得以誕生并發(fā)展迅速，且在污水處理廠得到快速推廣和廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)外的雙曲面攪拌機(jī)研制生產(chǎn)單位主要以德國(guó)的INVENT公司、法國(guó)的Robin公司等為主。而我國(guó)的雙曲面攪拌器起步較晚，除了直接引進(jìn)國(guó)外的攪拌設(shè)備外，大多生產(chǎn)廠商以仿制加工為主。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保行業(yè)的不斷重視，以及國(guó)內(nèi)制造業(yè)水平的不斷提高，各有關(guān)廠商都加快了雙曲面攪拌機(jī)設(shè)備的研發(fā)，部分企業(yè)制造的雙曲面攪拌機(jī)在葉輪結(jié)構(gòu)、可靠性、壽命及能效方面都有了明顯提升，甚至有的已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。但由于缺失統(tǒng)一的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范指導(dǎo)，各企業(yè)在零部件材質(zhì)的選用、生產(chǎn)、制造等方面僅遵循各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致設(shè)備的性能差異性較大，易損件的通用性較低。用戶在選型時(shí)僅能依據(jù)供應(yīng)商提供的參數(shù)，而缺失國(guó)家第三方檢測(cè)提構(gòu)提供的可靠性檢測(cè)報(bào)告。

《雙曲面攪拌機(jī)》（JB/T 13742—2019）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全面規(guī)范了行業(yè)內(nèi)雙曲面攪拌機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量、性能等要求，代表絕大多數(shù)國(guó)內(nèi)制造企業(yè)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)、制造水平，順應(yīng)了行業(yè)發(fā)展的需要，有效地推進(jìn)了雙曲面攪拌機(jī)向著高效能、高可靠性、長(zhǎng)壽命的目標(biāo)不斷靠近。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)也為用戶提供了選型和產(chǎn)品質(zhì)量問題的追溯依據(jù)，使得廠家和用戶協(xié)同發(fā)展、共同進(jìn)步，是目前雙曲面攪拌設(shè)備行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展的直接體現(xiàn)。

3 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容

雙曲面攪拌機(jī)涉及的技術(shù)面廣，涉及流體力學(xué)、通用機(jī)械、傳動(dòng)機(jī)械、電機(jī)、控制工程等眾領(lǐng)域。為了增加標(biāo)準(zhǔn)的可操作性，便于引用標(biāo)準(zhǔn)的各方準(zhǔn)確地理解和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)雙曲面攪拌機(jī)的工作環(huán)境、葉輪結(jié)構(gòu)、電機(jī)和電控設(shè)備、傳動(dòng)減速機(jī)等進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)范要求，全方位地剖析了雙曲面攪拌機(jī)具有高可靠性、高效率、長(zhǎng)壽命的必要條件。

3.1 對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求

目前，行業(yè)內(nèi)的雙曲面攪拌機(jī)有些采用的是非標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，尤其是潛水式的雙曲面攪拌機(jī)，有的甚至使用小功率電動(dòng)機(jī)來以小充大降低配套成本，非標(biāo)電機(jī)的效率很低，根本不符合《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》。而我國(guó)對(duì)電動(dòng)機(jī)的能效要求早有規(guī)定，即必須符合《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》（GB 18613—2012）。為了使環(huán)保設(shè)備做到真正的節(jié)能、降耗、增效，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定雙曲面攪拌機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)必須選用不低于GB 18613—2012規(guī)定的2級(jí)能效電機(jī)。

行業(yè)內(nèi)，雙曲面攪拌機(jī)通常有潛水安裝和干式安裝兩種安裝方式。針對(duì)兩種不同工況條件下的產(chǎn)品，該標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格按《旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)（IP代碼）分級(jí)》（GB/T 4942.1—2016）的規(guī)定，其中戶外干式電動(dòng)機(jī)的防護(hù)水平應(yīng)不低于IP55，而潛水式電動(dòng)機(jī)的防護(hù)水平應(yīng)為IP68。同時(shí)，考慮到安全因素，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能和絕緣等級(jí)也做了相應(yīng)的要求。

3.2 對(duì)減速機(jī)的要求

電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、雙曲面葉輪是雙曲面攪拌機(jī)三個(gè)關(guān)鍵核心組成部件，其中減速機(jī)作為聯(lián)接動(dòng)力部件電動(dòng)機(jī)與執(zhí)行部件葉輪的重要連接部件，其壽命對(duì)雙曲面攪拌機(jī)的壽命有十分重要的影響。行業(yè)中，一些企業(yè)為了迎合低價(jià)中標(biāo)的惡性競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，故意壓低成本，多采用擺線針輪減速機(jī)構(gòu)或渦輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)。擺線針輪減速機(jī)構(gòu)由于擺輪與針齒相嚙合會(huì)產(chǎn)生一定的滑動(dòng)摩擦，在長(zhǎng)期連續(xù)使用后，由于齒形磨損會(huì)造成齒間側(cè)隙增大，減速機(jī)的壽命無法得到保證，故障率提高、壽命縮短。而渦輪蝸桿減速機(jī)的效率較低，且因工作時(shí)溫升較高，不能滿足雙曲面攪拌機(jī)不間斷工作的惡劣工況。為保證設(shè)備具有高效能和高可靠性，該標(biāo)準(zhǔn)建議不再采用擺線針輪和渦輪蝸桿減速機(jī)，并對(duì)減速機(jī)的使用系數(shù)、密封和潤(rùn)滑油等參數(shù)做了相應(yīng)的規(guī)定。

3.3 對(duì)雙曲面葉輪（水力件）的要求

雙曲面葉輪作為雙曲面攪拌機(jī)的執(zhí)行部件，是該設(shè)備最為核心的部件。為了達(dá)到高效、充分的攪拌、混合效果，實(shí)現(xiàn)池內(nèi)形成無死角的立體復(fù)合型流態(tài)流場(chǎng)，葉輪表面需要做到足夠平整光滑，葉片線型一致、且分布均勻。若雙曲面葉輪在加工制造過程中存在誤差，不能保證雙曲面葉輪和理論曲線完全一致，則會(huì)影響設(shè)備的性能；且葉輪輪轂與傳動(dòng)部件不能滿足垂直度要求時(shí)，葉輪旋轉(zhuǎn)便會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)行不僅使能耗加大，更會(huì)對(duì)設(shè)備造成破壞。故此，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了雙曲面葉輪形狀的誤差要求，對(duì)葉輪的平衡性能、尺寸和幾何形狀做了規(guī)范性的要求，并在附錄中詳細(xì)地為制造、檢測(cè)人員規(guī)定了葉輪輪轂上端面對(duì)軸線的垂直度、葉輪輪轂的徑向跳動(dòng)偏差和軸向跳動(dòng)偏差等形位公差。

3.4 對(duì)主軸的要求

主軸作為雙曲面攪拌機(jī)主要的傳動(dòng)部件，在整機(jī)中至關(guān)重要。其中主軸聯(lián)接法蘭回軸度誤差、垂直度誤差過大，都會(huì)造成攪拌機(jī)的不平衡工作，增大減速箱齒輪偏載。因此該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了主軸軸線對(duì)法蘭端面的垂直度公差值以及兩端法蘭的同軸度公差的要求。同時(shí)考慮到雙曲面攪拌機(jī)的工作環(huán)境，主軸需要長(zhǎng)期浸泡在水中，故主軸材質(zhì)應(yīng)采用不銹鋼材料以保證在水中不被銹蝕。

3.5 對(duì)工作性能的要求

《潛水推流式攪拌機(jī)》（GB/T 33566—2017）[2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)首次提出“比功率”的概念，比功率作為能效標(biāo)準(zhǔn)的性能參數(shù)被廣泛推廣[2]。該標(biāo)準(zhǔn)也將比功率作為考核雙曲面攪拌機(jī)工作性能的參數(shù)，比功率值即在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，確保池內(nèi)水體攪拌不致沉積的前提下〔按《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2016）規(guī)定：水池?cái)嗝孑S向平均流速為0.1m/s時(shí)，流體不產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象〕，實(shí)際消耗的電能與作用水體體積量的比值。雙曲面攪拌機(jī)的比功率值直觀地反映了設(shè)備的工作性能和效率，用戶可通過設(shè)備的比功率參數(shù)直接選型，通過性能參數(shù)對(duì)比，有效促進(jìn)企業(yè)不斷創(chuàng)新研發(fā)，使產(chǎn)品不斷更新升級(jí)以滿足市場(chǎng)需求，有效保障了雙曲面攪拌機(jī)行業(yè)向高效、節(jié)能的方向發(fā)展。

4 結(jié)語

《雙曲面攪拌機(jī)》（JB/T 13742—2019）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)地對(duì)該類產(chǎn)品的各組成部件做出了規(guī)范性要求，為雙曲面攪拌機(jī)的生產(chǎn)廠家提供了生產(chǎn)制造、裝配檢驗(yàn)等全方位的指導(dǎo)并起到標(biāo)桿作用；也是第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)判的依據(jù)；對(duì)用戶或設(shè)計(jì)選型人員提供了設(shè)備各部件詳細(xì)參數(shù)的有力支撐。該標(biāo)準(zhǔn)極大地促進(jìn)了雙曲面攪拌機(jī)向著節(jié)能、高效、可靠、安全等方向發(fā)展，順應(yīng)了國(guó)家大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、高效設(shè)備的整體趨勢(shì)。