水下推進(jìn)器選型如何計(jì)算？

1. 已知參數(shù)及條件 

該污水處理廠采用的A/A/O工藝由厭氧池、缺氧池、好氧池串聯(lián)而成，系A(chǔ)1/O與A2/O流程的，是在厭氧-好氧除磷工藝的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。此工藝同時(shí)具有脫氮除磷的功能。 
該工藝在厭氧-好氧除磷工藝中加入缺氧池，將好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池的前端，以達(dá)到反硝化脫氮的目的。 
好氧池，寬5.45 m，渠有效長(zhǎng)約164 m，水深5.258 m。日處理量2萬(wàn)噸，池內(nèi)污水正常流動(dòng)時(shí)，水流速為0.4 m/s，推進(jìn)器未啟動(dòng)前，則渠內(nèi)水流動(dòng)速度為0 m/s，推進(jìn)器啟動(dòng)后要使明渠內(nèi)水中污泥經(jīng)推進(jìn)器攪拌及推動(dòng)而不沉淀渠內(nèi)水流動(dòng)速度應(yīng)不小于0.4m/s。  
2．渠內(nèi)水中啟動(dòng)推力的計(jì)算 
經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，確定要使渠內(nèi)水中污泥流動(dòng)而不沉淀，其水流速應(yīng)不小于0.4m/s。要使渠內(nèi)水的流速達(dá)到設(shè)定值，根據(jù)動(dòng)量定理，設(shè)作用在水上的合外力即推進(jìn)器對(duì)水的推力為F，則有 
F=ρQ（β2ν2-β1ν1）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈（1） 式中ρ—液體密度（kg/m3），這里為泥水混合后的密度； 
Q—渠內(nèi)過(guò)水流量（m3/s）； 
β1、β2—?jiǎng)恿啃拚禂?shù)，工程實(shí)際應(yīng)用時(shí)可取β1=β2=1； ν1、ν2—渠內(nèi)過(guò)水前、后流動(dòng)速度（m/s）。 又知，Q=Aν2=Bhν2 
式中A—渠內(nèi)過(guò)水截面積（m2）； 
B— 渠寬度（m）； h—渠內(nèi)水深（m）。 則（1）式變?yōu)?nbsp;
F=ρBhν2 （ν2-ν1）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈（2） 從前面工程設(shè)計(jì)參數(shù)中已知 
B=5.45（m）；h=5.25（m）；ν2=0.4（m/s）；ν1≈0（m/s）；含泥量取30mg/l=30 g/ m3 =0.03 kg/m3 
液體密度ρ可通過(guò)下面公式求得。 
液體密度ρ=（單渠每月沉泥量+單渠內(nèi)純凈水質(zhì)量）/單渠內(nèi)泥水混合體積。 而單渠每月沉泥量=單渠每月過(guò)水量×平均含泥量=（日處理量×30）×平均含泥量=（20000×30）×0.03=18000（ kg）。 
單渠內(nèi)泥水混合體積=渠寬度×渠內(nèi)水深×渠長(zhǎng)=5.45×5.25×164=4692.45（m3） 

水下推進(jìn)器選型如何計(jì)算？
沉泥應(yīng)占體積=每月沉泥量/泥的理論密度=18000/1000/2=9（m3） 
渠內(nèi)水應(yīng)占體積=單渠內(nèi)沙水混合體積-沉沙應(yīng)占體積=4692.45-9=4683.45（m3） 單渠內(nèi)純凈水質(zhì)量≈渠內(nèi)水應(yīng)占體積×純凈水密度 
=4683.45×1000=4683450 （kg） 
液體密度ρ=（18000+4683450）/ 4692.45≈1002（kg/m3） 將已知參數(shù)代入（2）式有 
F=1002×5.45×5.25×0.4×（0.4-0） ≈4588（N） 
從上計(jì)算可知，要使單渠內(nèi)水的流速V≥0.4（m/s），則推進(jìn)器對(duì)水的啟動(dòng)推力F≥5805 （N） 
 
3. 渠內(nèi)水中實(shí)際推力的計(jì)算 
在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，水流在長(zhǎng)達(dá)164 m且有拐彎的明渠內(nèi)流動(dòng)，會(huì)因與池壁的摩擦產(chǎn)生沿程阻力損失，用Δрf表示，會(huì)因拐彎產(chǎn)生局部阻力損失用表示Δрj1
表示，在渠道
和出口也會(huì)產(chǎn)生局部阻力損失，用表示Δр
j2
表示。由于上述損失的產(chǎn)生會(huì)使開始的啟
動(dòng)流速衰減。要使長(zhǎng)達(dá)164 m渠內(nèi)水流平均流速維持在0.4（m/s）以上，需要推進(jìn)器產(chǎn)生的一定的推力（即要求的渠內(nèi)水中實(shí)際推力）去克服上述阻力損失。 （1） Δрf的確定 
據(jù)布達(dá)公式有 
Δрf=f（L/dH）ρν2
/2………………………………………………………… （3） 式中L—渠道長(zhǎng)度，L=164（m）     dH—渠道水深，dH =5.25（m） 
ρ—液體密度（kg/m3），這里為砂水混合后的密度，ρ=1002（kg/m3）； ν—渠內(nèi)過(guò)水流速，ν=0.4（m/s）； 
f—沿程阻力損失系數(shù)，需通過(guò)下面計(jì)算求得。 
常用的明渠阻力系數(shù)有：Chezy系數(shù)C，Manning系數(shù)n及Darcy系數(shù)f，其中C、n 是有量綱，f是無(wú)量綱，三者之間有如下關(guān)系： 
8/f=C2
/g=R1/3
/（n2g） 
明渠中常用Chezy系數(shù)C。Chezy系數(shù)C常采用巴甫洛夫斯基公式： 
C=Ry/n，其中R為水力半徑，R=1.5（m），y=2.5n1/2-0.13-0.75R1/2（n1/2-0.10），n可通過(guò)查表取n=0.14，則由計(jì)算得到y(tǒng)=0.137，C=87.5。 由8/f=C2/g求得 
f=8g/C2≈0.01代入（5）式得 
Δрf= f（L/dH）ρν2
/2=0.01×（164/5.25） ×1002×0.42
/2≈25（Pa） 
（2）  Δр
j1
的確定 
據(jù)布達(dá)公式有 

Δрj1=ξρν2
/2………………………………………………………… （4） 
式中ξ-折彎局部阻力損失系數(shù)，單渠中有兩處180°折彎，按手冊(cè)可查得折彎ξ1=0.5，ξ=2ξ1=1； 
ρ=1002（kg/m3）； ν=0.4（m/s）； 
將已知參數(shù)代入（4）式得 
Δрj1=1×1002×0.42
/2≈80（Pa） （1） Δр
j2
的確定 
據(jù)布達(dá)公式有 
Δрj2=ξρν2
/2………………………………………………………… （4） 
式中ξ-渠道和出口局部阻力損失系數(shù)，按手冊(cè)可查得ξ1=0.5，出口ξ2=0.5，ξ=ξ1+ξ2=1； 
ρ=1002（kg/m3）； ν=0.4（m/s）； 
將已知參數(shù)代入（4）式得 
Δрj1=1×1002×0.42
/2=80（Pa）  （5）總阻力損失Δр 
Δр=ΣΔрj +ΣΔрf =Δрj1+Δрj2+Δрj3+Δрf=25+80+80=185（Pa） （6） 實(shí)際推力的計(jì)算 
Fˊ=Δр×A=185×5.45×5.25=5295（N） 
 
由于在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，一方面推進(jìn)器產(chǎn)生的推力只作用在導(dǎo)流罩內(nèi)徑大小范圍內(nèi)的水流截面，需要帶動(dòng)整個(gè)水流截面的水流動(dòng)，會(huì)因摩擦及耗損而降低效率；另一方面水在長(zhǎng)達(dá)170 m且有拐彎的明渠內(nèi)流動(dòng)，會(huì)因與池壁的摩擦產(chǎn)生沿程損失，會(huì)因拐彎產(chǎn)生局部損失。故在計(jì)算實(shí)際推力時(shí)，因考慮適當(dāng)取安全系數(shù)1.15，則實(shí)際推力 
F′= F×1.15=5295×1.25=6089.25（N）  
4. 推進(jìn)器選型 
選用型號(hào)為QJB5/4推進(jìn)器，單臺(tái)水推力為3090（N），功率為則單渠應(yīng)選用臺(tái)數(shù) n=6089.25/3090≈1.97 
取n=2，即單渠應(yīng)選用2臺(tái)推進(jìn)器。 
根據(jù)渠道工藝尺寸，推進(jìn)器布置按單渠雙臺(tái)串聯(lián)放置為1組，共2臺(tái)。 
水下推進(jìn)器主要性能參數(shù)如下： 型號(hào)：QJB5/4-2500/2-51； 水推力：3090（N）； 

功率：5（kW）； 葉輪轉(zhuǎn)速：51（r/min）。  
5. 同樣可為缺氧池選型號(hào)為QJB4/4推進(jìn)器2臺(tái)。 
主要性能參數(shù)如下： 型號(hào)：QJB4/4-2500/2-42； 水推力：2880（N）； 功率：4（kW）； 葉輪轉(zhuǎn)速：42（r/min）。  
為厭氧池選型號(hào)為QJB3/4推進(jìn)器1臺(tái)。 主要性能參數(shù)如下： 型號(hào)：QJB3/4-2500/2-38； 水推力：2300（N）； 功率：3（kW）； 葉輪轉(zhuǎn)速：38（r/min）。