《双曲面搅拌机》行业标准解读

王逊，王月萍，张鑫珩

（中冶华天工程技术有限公司，安徽马鞍山 243000）

1 概述

双曲面搅拌机是一种搅拌、混合设备，适用于环保、市政、能源、食品等行业需要对液体与固体、液体与液体、液体与气体或三相混合液进行搅拌、混合的场合，尤其适用于污水处理工程、净水工程中的搅拌。在污水处理工程中，该搅拌机的主要功能是在缺氧池、厌氧池、水解生化池等反应池中对污水与活性污泥进行充分均匀搅拌、混合，使污泥悬浮在水体中与污水发生充分的生物反应，从而对氮、磷等物质进行降解。

双曲面搅拌机在工作时，叶轮绕叶轮轴线旋转，水流由叶轮上方吸入，随双曲线叶轮曲面高速切向甩出，触碰至池壁后改变运动方向而往垂直上方流动，到达液面后又沿叶轮轴线下行，形成水平旋流、上下环流的立体、复合型流态流场。该搅拌机的叶轮剪切力小且流量较大，在池中可产生均匀的底部全向推流，无沉淀、无死角，池内混合效果好，且节能、低耗，目前已被各大污水处理厂广泛运用。

2020年4月1日起，《双曲面搅拌机》（JB/T 13742—2019）[1]行业标准开始实施。该标准对双曲面搅拌机关键零部件的设计、制造、检验等方面都做了详细的要求和规范，特别是对双曲面搅拌机结构、可靠性、寿命、比功率等都做出了严格的规定。该标准的颁布，规范了国产双曲面搅拌机设备的设计和生产，使其制造、检验、选型有据可依，进一步提高了行业双曲面搅拌机的生产质量和技术水平。

2 制定双曲面搅拌机行业标准的背景与意义

在污水处理工程中，最早使用的是桨叶式搅拌器，随着流体力学的发展和机翼模型的引入，双曲面搅拌机得以诞生并发展迅速，且在污水处理厂得到快速推广和广泛应用。目前，国外的双曲面搅拌机研制生产单位主要以德国的INVENT公司、法国的Robin公司等为主。而我国的双曲面搅拌器起步较晚，除了直接引进国外的搅拌设备外，大多生产厂商以仿制加工为主。随着国家对环保行业的不断重视，以及国内制造业水平的不断提高，各有关厂商都加快了双曲面搅拌机设备的研发，部分企业制造的双曲面搅拌机在叶轮结构、可靠性、寿命及能效方面都有了明显提升，甚至有的已达到国际先进水平。但由于缺失统一的国家或行业标准的规范指导，各企业在零部件材质的选用、生产、制造等方面仅遵循各自的企业标准，导致设备的性能差异性较大，易损件的通用性较低。用户在选型时仅能依据供应商提供的参数，而缺失国家第三方检测提构提供的可靠性检测报告。

《双曲面搅拌机》（JB/T 13742—2019）行业标准，全面规范了行业内双曲面搅拌机的产品质量、性能等要求，代表绝大多数国内制造企业的设计和生产、制造水平，顺应了行业发展的需要，有效地推进了双曲面搅拌机向着高效能、高可靠性、长寿命的目标不断靠近。该标准同时也为用户提供了选型和产品质量问题的追溯依据，使得厂家和用户协同发展、共同进步，是目前双曲面搅拌设备行业技术进步和发展的直接体现。

3 标准的主要内容

双曲面搅拌机涉及的技术面广，涉及流体力学、通用机械、传动机械、电机、控制工程等众领域。为了增加标准的可操作性，便于引用标准的各方准确地理解和应用标准。该标准对双曲面搅拌机的工作环境、叶轮结构、电机和电控设备、传动减速机等进行了详细的规范要求，全方位地剖析了双曲面搅拌机具有高可靠性、高效率、长寿命的必要条件。

3.1 对电动机的要求

目前，行业内的双曲面搅拌机有些采用的是非标准电机，尤其是潜水式的双曲面搅拌机，有的甚至使用小功率电动机来以小充大降低配套成本，非标电机的效率很低，根本不符合《中华人民共和国节约能源法》。而我国对电动机的能效要求早有规定，即必须符合《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》（GB 18613—2012）。为了使环保设备做到真正的节能、降耗、增效，该标准规定双曲面搅拌机的配套电动机必须选用不低于GB 18613—2012规定的2级能效电机。

行业内，双曲面搅拌机通常有潜水安装和干式安装两种安装方式。针对两种不同工况条件下的产品，该标准严格按《旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）分级》（GB/T 4942.1—2016）的规定，其中户外干式电动机的防护水平应不低于IP55，而潜水式电动机的防护水平应为IP68。同时，考虑到安全因素，该标准对电动机的性能和绝缘等级也做了相应的要求。

3.2 对减速机的要求

电动机、减速机、双曲面叶轮是双曲面搅拌机三个关键核心组成部件，其中减速机作为联接动力部件电动机与执行部件叶轮的重要连接部件，其寿命对双曲面搅拌机的寿命有十分重要的影响。行业中，一些企业为了迎合低价中标的恶性竞争机制，故意压低成本，多采用摆线针轮减速机构或涡轮蜗杆减速机构。摆线针轮减速机构由于摆轮与针齿相啮合会产生一定的滑动摩擦，在长期连续使用后，由于齿形磨损会造成齿间侧隙增大，减速机的寿命无法得到保证，故障率提高、寿命缩短。而涡轮蜗杆减速机的效率较低，且因工作时温升较高，不能满足双曲面搅拌机不间断工作的恶劣工况。为保证设备具有高效能和高可靠性，该标准建议不再采用摆线针轮和涡轮蜗杆减速机，并对减速机的使用系数、密封和润滑油等参数做了相应的规定。

3.3 对双曲面叶轮（水力件）的要求

双曲面叶轮作为双曲面搅拌机的执行部件，是该设备最为核心的部件。为了达到高效、充分的搅拌、混合效果，实现池内形成无死角的立体复合型流态流场，叶轮表面需要做到足够平整光滑，叶片线型一致、且分布均匀。若双曲面叶轮在加工制造过程中存在误差，不能保证双曲面叶轮和理论曲线完全一致，则会影响设备的性能；且叶轮轮毂与传动部件不能满足垂直度要求时，叶轮旋转便会产生扰动，长期运行不仅使能耗加大，更会对设备造成破坏。故此，该标准规范了双曲面叶轮形状的误差要求，对叶轮的平衡性能、尺寸和几何形状做了规范性的要求，并在附录中详细地为制造、检测人员规定了叶轮轮毂上端面对轴线的垂直度、叶轮轮毂的径向跳动偏差和轴向跳动偏差等形位公差。

3.4 对主轴的要求

主轴作为双曲面搅拌机主要的传动部件，在整机中至关重要。其中主轴联接法兰回轴度误差、垂直度误差过大，都会造成搅拌机的不平衡工作，增大减速箱齿轮偏载。因此该标准规定了主轴轴线对法兰端面的垂直度公差值以及两端法兰的同轴度公差的要求。同时考虑到双曲面搅拌机的工作环境，主轴需要长期浸泡在水中，故主轴材质应采用不锈钢材料以保证在水中不被锈蚀。

3.5 对工作性能的要求

《潜水推流式搅拌机》（GB/T 33566—2017）[2]国家标准首次提出“比功率”的概念，比功率作为能效标准的性能参数被广泛推广[2]。该标准也将比功率作为考核双曲面搅拌机工作性能的参数，比功率值即在规定的试验条件下，确保池内水体搅拌不致沉积的前提下〔按《室外排水设计规范》（GB 50014—2016）规定：水池断面轴向平均流速为0.1m/s时，流体不产生沉淀现象〕，实际消耗的电能与作用水体体积量的比值。双曲面搅拌机的比功率值直观地反映了设备的工作性能和效率，用户可通过设备的比功率参数直接选型，通过性能参数对比，有效促进企业不断创新研发，使产品不断更新升级以满足市场需求，有效保障了双曲面搅拌机行业向高效、节能的方向发展。

4 结语

《双曲面搅拌机》（JB/T 13742—2019）行业标准，详细地对该类产品的各组成部件做出了规范性要求，为双曲面搅拌机的生产厂家提供了生产制造、装配检验等全方位的指导并起到标杆作用；也是第三方检测机构对产品进行检测、评判的依据；对用户或设计选型人员提供了设备各部件详细参数的有力支撑。该标准极大地促进了双曲面搅拌机向着节能、高效、可靠、安全等方向发展，顺应了国家大力发展节能、环保、高效设备的整体趋势。