水下推进器选型如何计算？

1. 已知参数及条件 

该污水处理厂采用的A/A/O工艺由厌氧池、缺氧池、好氧池串联而成，系A1/O与A2/O流程的，是在厌氧-好氧除磷工艺的基础上产生的。此工艺同时具有脱氮除磷的功能。 
该工艺在厌氧-好氧除磷工艺中加入缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池的前端，以达到反硝化脱氮的目的。 
好氧池，宽5.45 m，渠有效长约164 m，水深5.258 m。日处理量2万吨，池内污水正常流动时，水流速为0.4 m/s，推进器未启动前，则渠内水流动速度为0 m/s，推进器启动后要使明渠内水中污泥经推进器搅拌及推动而不沉淀渠内水流动速度应不小于0.4m/s。  
2．渠内水中启动推力的计算 
经过设计计算，确定要使渠内水中污泥流动而不沉淀，其水流速应不小于0.4m/s。要使渠内水的流速达到设定值，根据动量定理，设作用在水上的合外力即推进器对水的推力为F，则有 
F=ρQ（β2ν2-β1ν1）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈（1） 式中ρ—液体密度（kg/m3），这里为泥水混合后的密度； 
Q—渠内过水流量（m3/s）； 
β1、β2—动量修正系数，工程实际应用时可取β1=β2=1； ν1、ν2—渠内过水前、后流动速度（m/s）。 又知，Q=Aν2=Bhν2 
式中A—渠内过水截面积（m2）； 
B— 渠宽度（m）； h—渠内水深（m）。 则（1）式变为 
F=ρBhν2 （ν2-ν1）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈（2） 从前面工程设计参数中已知 
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 
液体密度ρ可通过下面公式求得。 
液体密度ρ=（单渠每月沉泥量+单渠内纯净水质量）/单渠内泥水混合体积。 而单渠每月沉泥量=单渠每月过水量×平均含泥量=（日处理量×30）×平均含泥量=（20000×30）×0.03=18000（ kg）。 
单渠内泥水混合体积=渠宽度×渠内水深×渠长=5.45×5.25×164=4692.45（m3） 

水下推进器选型如何计算？
沉泥应占体积=每月沉泥量/泥的理论密度=18000/1000/2=9（m3） 
渠内水应占体积=单渠内沙水混合体积-沉沙应占体积=4692.45-9=4683.45（m3） 单渠内纯净水质量≈渠内水应占体积×纯净水密度 
=4683.45×1000=4683450 （kg） 
液体密度ρ=（18000+4683450）/ 4692.45≈1002（kg/m3） 将已知参数代入（2）式有 
F=1002×5.45×5.25×0.4×（0.4-0） ≈4588（N） 
从上计算可知，要使单渠内水的流速V≥0.4（m/s），则推进器对水的启动推力F≥5805 （N） 
 
3. 渠内水中实际推力的计算 
在实际运行时，水流在长达164 m且有拐弯的明渠内流动，会因与池壁的摩擦产生沿程阻力损失，用Δрf表示，会因拐弯产生局部阻力损失用表示Δрj1
表示，在渠道
和出口也会产生局部阻力损失，用表示Δр
j2
表示。由于上述损失的产生会使开始的启
动流速衰减。要使长达164 m渠内水流平均流速维持在0.4（m/s）以上，需要推进器产生的一定的推力（即要求的渠内水中实际推力）去克服上述阻力损失。 （1） Δрf的确定 
据布达公式有 
Δрf=f（L/dH）ρν2
/2………………………………………………………… （3） 式中L—渠道长度，L=164（m）     dH—渠道水深，dH =5.25（m） 
ρ—液体密度（kg/m3），这里为砂水混合后的密度，ρ=1002（kg/m3）； ν—渠内过水流速，ν=0.4（m/s）； 
f—沿程阻力损失系数，需通过下面计算求得。 
常用的明渠阻力系数有：Chezy系数C，Manning系数n及Darcy系数f，其中C、n 是有量纲，f是无量纲，三者之间有如下关系： 
8/f=C2
/g=R1/3
/（n2g） 
明渠中常用Chezy系数C。Chezy系数C常采用巴甫洛夫斯基公式： 
C=Ry/n，其中R为水力半径，R=1.5（m），y=2.5n1/2-0.13-0.75R1/2（n1/2-0.10），n可通过查表取n=0.14，则由计算得到y=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
的确定 
据布达公式有 

Δрj1=ξρν2
/2………………………………………………………… （4） 
式中ξ-折弯局部阻力损失系数，单渠中有两处180°折弯，按手册可查得折弯ξ1=0.5，ξ=2ξ1=1； 
ρ=1002（kg/m3）； ν=0.4（m/s）； 
将已知参数代入（4）式得 
Δрj1=1×1002×0.42
/2≈80（Pa） （1） Δр
j2
的确定 
据布达公式有 
Δрj2=ξρν2
/2………………………………………………………… （4） 
式中ξ-渠道和出口局部阻力损失系数，按手册可查得ξ1=0.5，出口ξ2=0.5，ξ=ξ1+ξ2=1； 
ρ=1002（kg/m3）； ν=0.4（m/s）； 
将已知参数代入（4）式得 
Δрj1=1×1002×0.42
/2=80（Pa）  （5）总阻力损失Δр 
Δр=ΣΔрj +ΣΔрf =Δрj1+Δрj2+Δрj3+Δрf=25+80+80=185（Pa） （6） 实际推力的计算 
Fˊ=Δр×A=185×5.45×5.25=5295（N） 
 
由于在实际运行时，一方面推进器产生的推力只作用在导流罩内径大小范围内的水流截面，需要带动整个水流截面的水流动，会因摩擦及耗损而降低效率；另一方面水在长达170 m且有拐弯的明渠内流动，会因与池壁的摩擦产生沿程损失，会因拐弯产生局部损失。故在计算实际推力时，因考虑适当取安全系数1.15，则实际推力 
F′= F×1.15=5295×1.25=6089.25（N）  
4. 推进器选型 
选用型号为QJB5/4推进器，单台水推力为3090（N），功率为则单渠应选用台数 n=6089.25/3090≈1.97 
取n=2，即单渠应选用2台推进器。 
根据渠道工艺尺寸，推进器布置按单渠双台串联放置为1组，共2台。 
水下推进器主要性能参数如下： 型号：QJB5/4-2500/2-51； 水推力：3090（N）； 

功率：5（kW）； 叶轮转速：51（r/min）。  
5. 同样可为缺氧池选型号为QJB4/4推进器2台。 
主要性能参数如下： 型号：QJB4/4-2500/2-42； 水推力：2880（N）； 功率：4（kW）； 叶轮转速：42（r/min）。  
为厌氧池选型号为QJB3/4推进器1台。 主要性能参数如下： 型号：QJB3/4-2500/2-38； 水推力：2300（N）； 功率：3（kW）； 叶轮转速：38（r/min）。