羅茨鼓風機目前市場上多為三葉型，三葉羅茨鼓風機每轉動一圈由兩組三葉型葉輪完成3次吸、排氣。屬于容積式風機，是一種定容積迥轉式氣體動力機械。氣缸由機殼和兩端墻板包容而成，一對相互“咬合”(因為有間隙，兩葉輪并不直接接觸)的葉輪將進氣口與排氣口分隔開來，通過一對同步齒輪的轉動，兩葉輪在氣缸中作等速方向旋轉，在旋轉過程中，進氣口的氣體不斷的被葉輪推移到排氣口，從而達到強制排氣的目的。結構簡單，性能穩定。
其特點是在最高設計壓力范圍內，管網阻力變化時，流量變化很小。羅茨鼓風機壓力變化影響小。當曝氣池液位變化時，鼓風量基本不變。羅茨風機風量受轉速控制，風量調整可通過變頻調速進行，變頻后風壓可以維持。1、選型
在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態下的性能參數，然而風機在實際使用中并非標準狀態，當鼓風機的環境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發生變化，設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數，而需要根據實際使用狀態將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態下的風機參數來選型。
2、壓力
容積式鼓風機排氣壓力的高低并不取決于風機本身，而是氣體由鼓風機排出后裝置的情況，即所謂“背壓”決定的， 曝氣鼓風機具有強制輸氣的特點。鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上，鼓風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，而且只要強度和排氣溫度允許，也可以超過額定排氣壓力工作。
對于污水處理廠而言，排氣系統所產生的絕對壓力(背壓)為管路系統的壓力損失值、曝氣池水深和環境大氣壓力之和。（大致就是水深加一米）
3、風量（需氧量）
在計算污水處理的需氧量時，其結果為標準狀態下所需氧的質量流量qm(kg/min) ，再將其換算成標準狀態下所需空氣的容積流量qv1(m3/min) ，如果鼓風機的使用狀態不是標準狀態，例如在高原地區使用，則空氣密度、含濕量會發生變化，鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態是相同的，而所供空氣的質量流量將減少，有可能導致供氧量不足。最為簡單的計算方式就是按污水池面積來算 一個平方四個曝氣頭，每個曝氣頭的供氣量0.03m3/min（這里的0.03是取曝氣頭中間值）
4、冬季和夏季的區別
鼓風機選型應關注鼓風機供氣流量的變化規律對于同一臺鼓風機，在冬季和夏季，其容積流量是不會發生變化的，但因空氣密度的不同質量流量會發生變化，也就是說供氧量會有所不同。這是由于冬季氣溫降低，空氣密度增加，那么風機所供給的干空氣的質量流量較標準狀態大幅度增加，從而引起供氧量增加，從運行的實際測量情況來看，每年冬季曝氣池的溶解氧較夏季會高出1～3mg/L。
因此，在生產運行過程中，需要針對這種變化對設備進行及時的調整，使鼓風機的充氧能力與實際運行中的需氧量相適應。對于羅茨鼓風機來說，使用變頻器，通過改變風機轉速來調整供風量是很經濟實用的。
運行中羅茨風機可能出現一些問題，通過現象來排查設備問題是污師需要掌握的一種技能現象
噪音高 1管道堵塞引起壓力升高2皮帶罩安裝不當引起的振動3風機軸承磨損4風機內進入灰塵造成研傷5無潤滑劑6V形帶輪松動7三角帶打滑1重新或更換管路2重新裝好皮帶罩3更換新的軸承4拆檢風機5補充潤滑油6緊固項絲7調整皮帶張緊度葉輪與葉輪摩擦1葉輪上有污染雜質，造成間隙過小2齒輪磨損,造成側隙大3齒輪固定不牢，不能保持葉輪同步4軸承磨損致使游隙增大1清除污物，并檢查內件有無損壞2調整齒輪間隙,若齒輪側隙大于平均值 30%～50%應更換齒輪3重新裝配齒輪,保持錐度 配合接觸面積達75%4更換軸承葉輪與墻板機殼的摩擦1安裝間隙不正確；2運轉壓力過高，超出規定值；3運轉溫度過高；4機殼或機座變形，風機定位失效；5軸承軸向定位不佳。1重新調整間隙；2查出超載原因，將壓力降到規定值；3檢查安裝準確度，減少管道拉力；4檢查修復軸承，并保證游隙。溫度過高1油箱內油太多、太稠、大臟；2過濾器或消聲器堵塞；3壓力高于規定值；4葉輪過度磨損，間隙大；5通風不好，室內溫度高，造成進口溫度高6運轉速度太低，皮帶打滑。1降低油位或挾油；2清除堵物；3降低通過鼓風機的壓差；4修復間隙；5開設通風口，降低室溫；6加大轉速，防止皮帶打滑。流量不足1進口過濾堵塞；2葉輪磨損，間隙增大得太多；3皮帶打滑；4進口壓力損失大；5管道造成通風泄漏。1清除過濾器的灰塵和堵塞物；2修復間隙；3拉緊皮帶并增加根數；4調整進口壓力達到規定值；5檢查并修復管道皮帶破損1超負荷運轉2皮帶打滑3兩皮帶輪不平行1調整2調整3調整漏油或油泄露到機殼中1油箱位大高，由排油口漏出；2密封磨損，造成軸端漏油；3壓力高于規定值；4墻板和油箱的通風口堵塞，造 成油泄漏到機殼中。 1 降低油位； 2更換密封； 3疏通通風口，中間腔裝上具有2mm孔徑的旋塞，打開墻板下的旋塞。 異常振動和噪聲立即停車 1滾動軸承游隙超過規定值或軸承座磨損； 2齒輪側隙過大，不對中，固定不緊； 3由于外來物和灰塵造成葉輪與葉輪,葉輪與機殼撞擊； 4由于過載、軸變形造成葉輪碰撞； 5由于過熱造成葉輪與機殼進口處磨擦； 6由于積垢或異物使葉輪失去平衡； 7地腳螺栓及其他緊固件松動。 1更換軸承或軸承座； 2重裝齒輪并確保側隙； 3清洗鼓風機，檢查機殼是否損壞； 4檢查背壓，檢查葉輪是否對中，并調整好間隙； 5檢查過濾器及背壓，加大葉輪與機殼進口處間隙； 6清洗葉輪與機殼，確保葉輪工作間隙； 7擰緊地腳螺栓并調平底座。電機超載 1與規定壓力相比，壓差大，即背壓或進口壓力大高；2與設備要求的流量相比，風機流量太大，因而壓力增大；3進口過濾堵塞，出口管道障礙或堵塞；4轉動部件相碰和磨擦(卡住)；5油位太高；6窄V型皮帶過熱，振動過大,皮帶輪過小。1降低壓力到規定值；2將多余氣體放到大氣中或降低鼓風機轉速；3 清除障礙物；4立即停機，檢查原因；5將油位調到正確位置；6檢查皮帶張力，換成大直徑的皮帶輪。電機停轉1超負荷2風機研傷3電源接線不良4電機內部過臟或軸承損壞5電機本身存在質量問題1檢查管道系統2檢修3修理4清掃風機或者更換軸承5更換電機
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羅茨鼓風機選型中風量和風壓計算方法的探討
袁 泉/金科環保工程有限公司
姚 斌/銀川污水處理有限公司
摘要：針對污水處理廠羅茨鼓風機在使用狀態與標準狀態下，進口溫度、壓力等條件發生變化時，導致風機的性能也發生變化這種情況，探討了設計選型時，鼓風機容積流量、出口壓力等的確定方法，結合工程熱力學原理及羅茨鼓風機的工作原理，推導了流量的計算公式，并通過實際工程中選型設計的計算范例，說明了計算公式的使用方法。
關鍵錦工：羅茨鼓風機 設計 選型
中圖分類號：TH444 文獻標識碼：B
文章編號：1006-8155（2006）06-0023-04
Discussion on Calculation Method of Flow and Pressure in Fan Selection for Roots Blower
Abstract: Under the operation and standard condition, the performance of Roots blower in sewage treatment plant is changed with inlet temperature and pressure, aiming at this problem, the method to determine volume flow and outlet pressure of blower are discussed. Combining with thermodynamics and the operation principle of blower, the calculation formula of flow is derived, and the using method of the calculation formula is explained through example of selection and design in actual engineering.
Key words: Roots blower Design Selection
引言
羅茨鼓風機是污水處理工程中常用的充氧設備，在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態下的性能參數，我國規定的風機標準進氣狀態:壓力p0=101.3 kPa，溫度T0=20℃，相對濕度=50%，空氣密度ρ=1.2 kg/m3。然而風機在實際使用中并非標準狀態，當鼓風機的環境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發生變化，設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數，而需要根據實際使用狀態將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態下的風機參數來選型。
2 鼓風機出口壓力的計算
出口壓力的計算方法
這里所說的出口壓力為鼓風機標準狀態和使用狀態下出口的絕對壓力：
p1′=p2+△p2 （1）
式中 p1′—— 標準狀態下風機的出口壓力（絕對壓力），kPa
p2 ——使用狀態下風機進口壓力（環境大氣壓力），kPa
△p2 —— 使用狀態下風機的升壓，kPa
出口壓力影響因素的分析
羅茨鼓風機[1]工作過程如圖1所示：在圖1a中，左面為進氣腔，腔內壓力與進氣壓力相等；隨著葉輪的旋轉，在圖1b、c、d中，容積V保持不變，V內氣體壓力與進氣壓力相等；當運行到圖1e的位置時，V與排氣口相連通，排氣口的高壓氣體迅速回流，與低壓氣體混合，使其壓力由進氣壓力突然躍升到排氣壓力。因此，容積式鼓風機排氣壓力的高低并不取決于風機本身，而是氣體由鼓風機排出后裝置的情況，即所謂“背壓”決定的 [2]，所以羅茨鼓風機具有強制輸氣的特點。鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上，鼓風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，而且只要強度和排氣溫度允許，也可以超過額定排氣壓力工作。
對于污水處理廠而言，排氣系統所產生的絕對壓力（背壓）為管路系統的壓力損失值、曝氣池水深和環境大氣壓力之和，如圖1所示。若由于某種原因，如曝氣頭或管路堵塞，使管路系統的壓力損失增加，“背壓”也會升高，于是鼓風機的壓力也就相應升高；又若曝氣頭破裂或管路泄漏等原因，管路系統的壓力損失則會減少，“背壓”便不斷降低，鼓風機的壓力也隨之降低。
綜上所述，確定羅茨鼓風機壓力時，只需要鼓風機在標準狀態下所能達到的絕對壓力等于使用狀態下的大氣壓力、曝氣池水深、管路損失之和。
鼓風機空氣流量的計算
在
現如今羅茨風機型號眾多，羅茨風機質量也參差不齊，如何選購羅茨風機就成為很多客戶的一大難題。下面就從技術從面分析選購羅茨風機的注意事項：選購羅茨風機主要根據流量，壓力來選，同時滿足安裝，噪聲等其它要求。一般是先選形式，如離心還是軸流。再選型號，主要根據流量，壓頭，是否要切割葉片，電機選多大等。最后再結合噪聲等其它要求。
首先，要分析工藝對羅茨風機的要求：是恒流量供風還是恒壓供風，工藝對這些參數的嚴格程度如何，一旦這些參數被破壞，后果的嚴重。羅茨風機屬于恒流量風機，工作的主參數是風量，輸出的壓力隨管道和負載的變化而變化，風量變化很小。離心風機屬于恒壓風機，工作的主參數是風壓，輸出的風量隨管道和負載的變化而變化，風壓變化不大。當這些參數被破壞，后果較嚴重時，你需要采取輔助措施，如：增設穩壓閥、卸流閥、報警裝置及自動停車裝置等。一般大的污水處理廠選擇離心，單機風量大，效率高，當然投資也比較大；一般小的污水處理廠選擇羅茨，單機風量小些，效率低一點，投資比較小。風機風量為40m3/min左右的風機屬于小風機,羅茨風機應該足夠用了,離心機在100m3/min以上才能顯示出它能耗上的優勢,在小流量上不管是價格還是能耗都是羅茨比較實用。羅茨風機的流量、風壓、功率跟離心式風機完全不同，風機的流量一般變化不大，壓力變化幅度較大，壓力增大時，軸功率增大；而離心式風機在壓力增大時，軸功率減小。絕對不可用調小閥門的辦法減小風量和風壓，可裝一個放空，通過放空來調節曝氣池的氣量。為什么絕對不可用調小閥門的辦法減小風量和風壓？會使風機的電機溫升過大,以致燒毀電機。一般采取裝一個放空閥，把不用的氣放掉,如果將閥們調小的話就就會使風機的電機溫升過大,以致燒毀電機。
章丘錦工羅茨風機型號齊全，制造精良、噪音低，高效節能、羅茨風機價格優惠。主要用于環保、沼氣輸送 、污水處理、水產、氣力輸送、水泥、化工、鋼鐵等行業。
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在城市污水處理廠，鼓風曝氣所占的能耗占到總能耗的一半左右，選擇合適的曝氣風機在節約運行成本中占著至關重要的作用。
好氧池曝氣常用的風機有四類：羅茨鼓風機、多級離心風機、單級高速離心風機和磁(空氣)懸浮風機。
1、羅茨鼓風機
羅茨鼓風機目前多為三葉型，每轉動一圈由兩組三葉型葉輪完成3次吸、排氣。結構簡單，性能穩定。羅茨鼓風機屬于容積式風機，其特點是在最高設計壓力范圍內，管網阻力變化時，流量變化很小。羅茨風機的性能曲線如下：
從性能曲線可知，羅茨風機風量受壓力變化影響小。當曝氣池液位變化時，鼓風量基本不變。
風量調節：羅茨風機風量受轉速控制，風量調整可通過變頻調速進行，變頻后風壓可以維持。
2、多級離心風機
離心鼓風機是電機帶動風機葉輪旋轉，使葉片之間的氣體在離心力的作用下甩出，外界氣體通過葉輪中間形成的負壓吸入，達到連續鼓風的目的。在常規轉速下單級離心升壓有限，采用多級串接的方式可達到升壓要求，稱為多級離心風機。多級離心風機典型的性能曲線如下：
從性能曲線可知，多級離心風機隨風壓變化流量變化較大。當曝氣池液位變化時，鼓風量會有變化。
風量調節：多級離心風機風量調節可通過變頻進行，變頻后風壓會相應降低，變頻范圍受到一定限制。
3、單級高速離心風機
單級高速離心風機指提高風機轉速，通過單級離心即可達到工藝的升壓要求。單級高速離心風機風量大、效率高，對制造水平要求較高。單級高速離心風機的性能曲線如下：
從性能曲線可知，單級高速離心風機隨風壓變化流量變化非常大。當曝氣池液位發生變化時，鼓風量變化會較大。
風量調節：單級高速離心風機可通過進口導葉調整，風量調整時不影響風壓，同時可以降低風機軸功率，達到節能效果。由于變頻調節時，風壓下降幅度會較大，可能會無法滿足工藝要求，單級高速離心風機一般不用變頻調節風量。
4、磁(空氣)懸浮風機
磁(空氣)懸浮離心風機是通過磁或空氣的作用，使轉動軸形成懸浮狀態，摩擦阻力小，效率高，也可以通過進口導葉調整風量。懸浮離心風機由于摩擦力小，風機效率會更高。
磁(空氣)懸浮風機葉輪也為單級高速類型，性能曲線與單級高速離心風機類似。
不同的曝氣風機有著不同的適用范圍，羅茨風機、多級離心風機和單級高速離心風機各自的流量范圍也有較大的差異，羅茨風機在小流量范圍，多級離心中流量范圍，單級高速離心風機在高流量范圍。羅茨風機：1~100m3/min;多級離心風機：20~400m3/min;單級高速離心風機：40~1000m3/min。
三種風機的流量與功率的比較見下圖。
從上圖中可知，在風機的效率方面單級高速離心風機最高，多級離心風機其次，羅茨風機最低。同樣的供風量，羅茨風機能耗最高，單級高速離心風機能耗最低。
從設備采購成本看，羅茨風機成本最低，多級離心風機居中，單級高速離心風機最高。綜合考慮能耗、設備采購及運行維護費用等因素，三種風機的流量與單位綜合成本比較見下圖。
其中，羅茨風機由于能耗較高，單位流量綜合成本高于多級離心和單級高速離心風機。在100m3/min以上的流量時，由于單級高速離心風機具有更高的運行效率，綜合成本優于多級離心風機。
在小流量范圍內羅茨鼓風機具有價格優勢，在中流量范圍內，多級離心風機性價比較好，高流量時，單級高速離心風機綜合成本最低。在實際選型中還要考慮流量調節的需求、安裝條件以及運行維護方便性等因素。
磁(空氣)懸浮風機相對于其他三種鼓風機，效率更高，更節能，而且噪音很低，但是成本最高，維護復雜，目前應用于現場環境標準要求高，舍得花成本的企業。一般的污水處理廠承擔不起，隨著磁(空氣)懸浮風機的國產化，以后成本會越來越親和！
1、按實際情況計算參數
在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態下的性能參數，然而風機在實際使用中并非標準狀態，當鼓風機的環境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發生變化，設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數，而需要根據實際使用狀態將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態下的風機參數來選型。
2、出口壓力影響因素的分析
容積式鼓風機排氣壓力的高低并不取決于風機本身，而是氣體由鼓風機排出后裝置的情況，即所謂“背壓”決定的， 曝氣鼓風機具有強制輸氣的特點。
鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上，鼓風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，而且只要強度和排氣溫度允許，也可以超過額定排氣壓力工作。
對于污水處理廠而言，排氣系統所產生的絕對壓力(背壓)為管路系統的壓力損失值、曝氣池水深和環境大氣壓力之和。若由于某種原因，如曝氣頭或管路堵塞，使管路系統的壓力損失增加，背壓也會升高，于是鼓風機的壓力也就相應升高;又若曝氣頭破裂或管路泄漏等原因，管路系統的壓力損失則會減少，背壓便不斷降低，鼓風機的壓力也隨之降低。
綜上所述，確定曝氣鼓風機壓力時，只需要鼓風機在標準狀態下所能達到的絕對壓力等于使用狀態下的大氣壓力、曝氣池水深和管路損失之和。
3、鼓風機空氣流量因素
在計算污水處理的需氧量時，其結果為標準狀態下所需氧的質量流量qm(kg/min) ，再將其換算成標準狀態下所需空氣的容積流量qv1(m3/min) ，如果鼓風機的使用狀態不是標準狀態，例如在高原地區使用，則空氣密度、含濕量會發生變化，鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態是相同的，而所供空氣的質量流量將減少，有可能導致供氧量不足。
因此，必須計算出能供應相同質量流量的容積流量，即換算流量qv2。在高原地區使用時，環境大氣壓力也會發生變化，壓力比相應升高，那么，羅茨鼓風機的泄漏流量qvb則會增大，這將導致鼓風機所供應的空氣容積流量減少，也可能造成供氧量不足。
因此，設計時必須考慮使用條件發生變化時各種因素的影響，以保證風機所供應的實際空氣流量能夠滿足使用要求，并需計算出換算流量qv2和泄漏流量qvb2。
4、注意冬季和夏季的區別
鼓風機選型應關注鼓風機供氣流量的變化規律對于同一臺鼓風機，在冬季和夏季，其容積流量是不會發生變化的，但因空氣密度的不同質量流量會發生變化，也就是說供氧量會有所不同。
鼓風機在標準狀態與使用狀態下的容積流量是不變的，但因為空氣密度(ρ)、含濕量(ds) 等發生了變化，導致鼓風機輸送至曝氣池的供氧量( FOR) 在冬季溫度降低時增加、夏季溫度升高時降低。例如，某一污水處理廠，選用上述計算例題中的羅茨鼓風機，根據環境溫度變化，計算出鼓風機的實際供氧量(FOR)，其一年的變化規律在實際運行過程中，由于進水量、水質、水溫等參數的變化，系統需氧量(SOR)也會發生變化在夏季，水溫較高，曝氣池需氧量(SOR)增大，但鼓風機的供氧量(FOR)在減少，這是設計時考慮需氧量的最不利工況點，此時，供氧量、需氧量基本相當;在冬季，水溫降低，曝氣池需氧量(SOR)減少，但鼓風機的供氧量(FOR)增大，此時，供氧量較需氧量大出許多。這是由于冬季氣溫降低，空氣密度增加，那么風機所供給的干空氣的質量流量較標準狀態大幅度增加，從而引起供氧量增加，從運行的實際測量情況來看，每年冬季曝氣池的溶解氧較夏季會高出1～3mg/L。
因此，在生產運行過程中，需要針對這種變化對設備進行及時的調整，使鼓風機的充氧能力與實際運行中的需氧量相適應。對于羅茨鼓風機來說，使用變頻器，通過改變風機轉速來調整供風量是很經濟實用的。結論同一臺鼓風機在不同的使用條件下，其性能的變化非常大，所以必須通過嚴謹的計算進行選型，否則有可能導致生化系統的供氧不足;另外，在冬季和夏季由于空氣密度發生了變化，鼓風機所供應氧氣的質量流量變化很大，冬季供氧量大大超過了需氧量，所以，應采取變頻調速等措施使生化系統的溶解氧濃度保持穩定。
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