对一种新污泥阀设计思路的初步探讨

一、存在问题
        安阳钢厂用带式压滤机对高炉煤气循环洗涤水所产污泥进行脱水。由于机宽只有 2m，
且此循环水浓缩倍数较高，虽

pH 值在一范围内变化，时而呈酸性时而呈碱性，因此阀门

开大污水溢溅到设备主支架和轴承内，都对这些部位造成严重腐蚀，即使水体有时呈中性
但因浓缩倍数高，析出的盐分以结垢方式贴附于其上，造成严重的垢下腐蚀，且轴承磨损
加大；还由于絮凝剂浓度和污泥品质不稳定，导致处理效果有时不理想，部分污物透过滤
网落入集水斗中，造成排水不畅和污泥外溢泄漏，所以，其进料管上安装过的旋塞阀、蝶阀
和闸阀这三种手动阀门，均在小开度下工作。使用期间，频繁发生阀门堵塞现象，造成药剂
等浪费和设备的无功磨损，阀门需经常操作调节，其寿命大大缩减，因此常被更换。
        二、问题分析
        1.污泥介质概况
    高炉煤气循环洗涤水污物成分复杂，不溶解固形物含量高，浊度、色度高，经絮凝沉淀浓
缩后，此种污泥黏度大，流动阻力大，常为黏塑性非牛顿流体。由于此种污泥的成分、含量
和絮凝剂浓度均在变化，使得其黏性及相关参数也在改变，所以此种流体流动状态应属于
非均匀且非恒定流。为了有助于理论分析，先将其视为均匀恒定流。
        2.圆管内牛顿、黏塑性流体的流动及实际流速分布、流动特性
        牛顿流体流动状态有层流和紊流两种。此性质对高含水率污泥也适用，实际中，流体在
管或渠道内流动，层流、紊流均可能发生。其速度分布如图

1 所示。

        从图 1 中可看出，层流状态下流体中心处即轴心流线上速度最大，越接近边壁速度越
低；紊流状态下流体中心处即紊流核心区轴心流线上速度最大，且两种状态下边壁处速度
均为零。黏性底层的速度分布由边壁向紊流核心区逐渐增大，在紊流核心区的边界处达到最
大。黏塑性流体在管内流动时有一固体核心，在此核心内无相对运动，靠近边壁则有速度梯
度，可视为黏塑性流体流动时的黏性底层。如图

2 所示。

        3.对三种阀门堵塞原因的初步分析
        由于各自的结构和流量特性不同，所以旋塞阀、蝶阀和闸阀在操作性、对流体的控制和
过流性能等方面都各有所长。全开启度下，除蝶阀阻扰相对速度较大的主流区程度深，且过
流断面被阀板分为形状均非圆形的两部分外，旋塞阀和闸阀理论认为都能使流体顺畅通过
流谱均匀平直无变化。但在小开度下，如图

3 所示，这三种阀的节流口结构形式虽不同，但

均偏离原管路中心较远且其形状较原上游管路均匀流处过流断面形状改变过大，使得此段
流谱弯曲波动、疏密程度改变剧烈又严重，流动均匀性遭到破坏，流速大小、方向及分布发
生很大变化，这其中包括上游管路内均匀流的轴心流线也受很大程度干扰；加上节流口都
对流体产生节流作用，致使流量减少，上游管路内均匀流的流速下降，且流体在通过节流
口之前的急变流处压力先稍有上升，这使其流速稍有下降，但紧接着压力很快下降，流速
很快上升，对于旋塞阀、闸阀（如图

3a、图 3b）而言此处有死水区和大团旋涡产生，死水区

污物沉积，而旋涡外围封闭曲线的不规则，使得旋涡内微团线速度差异较大，速度小之处
污物易发生沉积，当死水区和旋涡区沉积物足够大时，受实际流体较大波动的干扰和冲刷
等因素的影响，会有大小不等、相对较密实的部分污泥块被冲掉并带到形状不很理想的节流
口，易使其堵塞；对于蝶阀（如图

3c）此时有部分绕流的特征，在阀板上游流线出现分岔