1. 前言

在市政、化工造紙及其它多種水處理工藝中，水體攪拌混合是其中關(guān)鍵工藝過程之一。傳統(tǒng)的攪拌機(jī)械分為立軸折槳式和水平（潛水）式兩種常用方式，由于安裝的方式和葉槳形式?jīng)Q定了其攪拌形態(tài)，無論在能耗上還是在攪拌效果上均不太理想，不僅給污水廠的運(yùn)營成本帶來不必要的增加，而且會直接影響到終的工藝處理效果。針對以上問題，經(jīng)過四年的試驗(yàn)，借助同行的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，我們終于研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的雙曲面攪拌機(jī)，歷時三年多的實(shí)際應(yīng)用，獲得了良好的效果，，并成為的產(chǎn)品。我們將在制造和運(yùn)行過程中的一些成功經(jīng)驗(yàn)與同行分享。

2. 工作原理及其結(jié)構(gòu)

雙曲面葉輪體上表面為雙曲線母線繞葉輪體軸線旋轉(zhuǎn)形成的雙曲面結(jié)構(gòu)，。其的葉輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大限度地將流體特性與機(jī)械運(yùn)動相。雙曲線的方程為xy=b曲線沿y軸旋轉(zhuǎn)而構(gòu)成的曲面體；為了迎合水體流動，設(shè)計(jì)從葉輪的中心進(jìn)水，這一方面減少了進(jìn)水紊流，另一方面保證了液體對葉輪表面的壓力均勻，從而保證整機(jī)在運(yùn)動狀態(tài)下的平衡。在漸開雙弧面上均布有八條導(dǎo)流葉片，借助液體自重壓力作補(bǔ)充進(jìn)水獲得的勢能與葉輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力形成動能，液體在重力加速度的作用下經(jīng)雙曲面結(jié)構(gòu)過渡沿葉輪圓周方向作切線運(yùn)動，在池壁的反射作用下，形成自上而下地循環(huán)水流，故可獲得在軸向（y）和徑向（x）方向的交叉水流（如圖1、2）。正是由于雙曲面攪拌機(jī)葉輪的結(jié)構(gòu)特性和接近池底安裝的特點(diǎn)，其工作位置決定了它對懸浮物的防沉降作用是直接的，在工作中可獲得理想的攪拌效果，能有效地消除攪拌死角。大比表面積可獲得大面積的水體交換。

其葉輪結(jié)構(gòu)由導(dǎo)流體、攪拌部件及傳動部分等組成（如圖3）

3.工程應(yīng)用

雙曲面攪拌機(jī)整機(jī)由動力部分和雙曲面葉輪體及安裝附件組成，為了滿足用戶不同工況條件下的使用，將安裝設(shè)計(jì)為干式（也稱立軸式）和潛水式兩種（如圖4、5） 。干式安裝，通過傳動利用橋架定位，由干式電機(jī)和減速機(jī)作動力，它用于含固率高，水溫高，含有磨蝕性的液體中，由于葉輪具有自動糾偏功能，運(yùn)行較平穩(wěn)，減速機(jī)噪音小于60分貝。潛水式安裝，可免去橋架，采用潛水動力，利用設(shè)備自重定位，安裝靈活方便，適用在水深較深，且水質(zhì)穩(wěn)定，不含磨蝕性的水體，水溫不大于40℃，PH值6~9之間，其特點(diǎn)是無噪音，無視覺障礙。

在實(shí)際應(yīng)用中，葉輪的錐形反曲面設(shè)計(jì)大限度地將液體對葉輪表面的壓力通過導(dǎo)流體有效地分布到葉面的擴(kuò)散區(qū)，利用葉輪表面漸開的等分凸臺改變流體運(yùn)動方向，沿著葉輪外緣的切線方向，在重力加速下形成離心力，轉(zhuǎn)換成徑向流。它大的優(yōu)點(diǎn)在于葉輪工作時不會產(chǎn)生紊流，從而保證了進(jìn)水區(qū)與出水區(qū)的互不干撓，有序的水流循環(huán)加上葉輪工作時從葉輪中心形成的負(fù)壓，使進(jìn)水區(qū)的能量形成自動補(bǔ)充，即形成軸向流，這樣雙曲面攪拌機(jī)即使在沒有池壁的反射下也能形成軸向和徑向流。目前在北京、上海兩家用戶的池深均超過8米，從實(shí)際工作情況來看，攪拌效果均很理想。由此可見水深對雙曲面的影響不大，如果是傳統(tǒng)攪拌機(jī)在這樣的場合下就很難達(dá)到這樣的效果，這正是水平攪拌機(jī)的局限性。 因?yàn)樗綌嚢柚荒芙鉀Q一個層流，它的軸向流和徑向流遠(yuǎn)達(dá)不到雙曲面的服務(wù)面積，尤其是在攪拌機(jī)的邊界水流上很容易產(chǎn)生紊流，加上單向水流很難滿足池底及池角處的*攪拌，尤其在厭氧段，容易產(chǎn)生沉淀物。此外，常用槳式攪拌的方式與水平攪拌的不同在于槳式攪拌機(jī)以徑向流為主，剪切力較強(qiáng)，水平攪拌機(jī)主要為軸向流，徑向流較小，推流能力較強(qiáng)，如果要提高攪拌效果只能增加動力和轉(zhuǎn)速，利用池壁的反射原理才能形成回流。但對大范圍和有死角的工況，隨著功率和轉(zhuǎn)速的提高，會帶來增加能耗、結(jié)構(gòu)可靠性等諸多問題，而且及易發(fā)生纏繞。

4.工作特點(diǎn)

雙曲面攪拌機(jī)作為一種高效攪拌混合設(shè)備，適用于各種低黏度的液體之間、固液、氣液之間的混合攪拌；不僅適用于圓形池、方形池，在長方形水池中分單元布置使用也比較常用。

在我國現(xiàn)有各種污水處理工藝中，雙曲面攪拌機(jī)主要可以克服傳統(tǒng)葉片（漿）式攪拌易出現(xiàn)死角，曝氣工藝水氣混合效果不佳的問題，發(fā)揮其攪拌均勻的優(yōu)勢。主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個方面：
        （1）可以用在各種液體與固體、氣體混合的場合，可現(xiàn)有攪拌設(shè)備，實(shí)現(xiàn)三維立體、螺旋狀的混合，使攪拌更均勻，提高攪拌效率。
        （2）大比表面積葉輪，功率配備小，循環(huán)水流大，能耗低，在常規(guī)市政污水?dāng)嚢柚邢啾葌鹘y(tǒng)攪拌方式節(jié)能30%-50%。
        （3）整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，安裝維護(hù)便捷。
        （4）該葉輪由增強(qiáng)纖維或鋼制材料制作而成，能適應(yīng)不同的工況要求，使用壽命長。

5.應(yīng)用前景

雙曲面攪拌機(jī)作為一種節(jié)能高效的混合攪拌裝置，在雙相固液或三相固液氣的攪拌均具有廣泛的運(yùn)用前景。目前由于環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，以及全社會環(huán)保意識的提高，污水治理已越來越受到重視，國內(nèi)中小城鎮(zhèn)污水治理率逐步提高，同時對現(xiàn)有污水處理廠的工藝技術(shù)升級改造，必然對高效節(jié)能的關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)產(chǎn)生迫切的需求，而雙曲面葉輪攪拌方案在水體攪拌效果和節(jié)能方面具有明顯優(yōu)勢。所以通過正確和積極的推廣，我們相信這種雙曲面攪拌方案將成為未來理想的、主導(dǎo)的攪拌方式，在污水處理工藝及其它攪拌混合場所發(fā)揮重要作用。