Электродвигатели на очистных сооружениях и биогазовых установках: что требуется на каждом участке по пути воды?

Представьте два двигателя на одних очистных сооружениях, питающихся от одного и того же здания щитовой: один — двигатель воздуходувки, нагнетающей воздух в аэротенк и вращающейся примерно с частотой 3000 об/мин, другой — двигатель илоскреба, вращающего мост над отстойником со скоростью, при которой один оборот занимает несколько минут. У одного забота — счёт за электроэнергию и тепло, у другого — высокий момент при очень низкой скорости и наружная среда. Выбор двигателей на очистных сооружениях усложняет не одно тяжёлое применение, а то, что столь разные задачи выполняются на одной площадке, в одной и той же влажной и газовой среде и без остановки.

Поэтому продуктивнее рассматривать объект не как перечень двигателей, а как путь, по которому проходят вода и осадок. Ниже мы последовательно разбираем, что требуется от двигателя на каждом участке — от поступления сточных вод на сооружения до обезвоживания осадка, что на практике идёт не так и какие данные нужны при заказе.

Входное сооружение: решётки и насосы подъёма

Сточные воды обычно поступают на сооружения через насосную станцию подъёма. Здесь грубые решётки и тонкие сита отделяют твёрдые частицы, а насосы подъёма поднимают воду на отметку, необходимую для питания остальной части сооружений. Очистители решёток — это приводы с редуктором, малой мощности и прерывистого режима работы; их основные проблемы — влажность, брызги воды и заклинивание. Когда грабли застревают на камне или в комке ткани, двигатель блокируется; в этом случае защита должна быстро отключить двигатель.

Характер работы насосов подъёма определяется колебаниями расхода в течение суток. Между пиковым расходом в утренние и вечерние часы и ночным расходом существует большая разница; поэтому либо несколько насосов включаются ступенчато, либо частота вращения регулируется преобразователем частоты. Для центробежных насосов, установленных в сухом приямке, можно использовать стандартный трёхфазный асинхронный двигатель. У погружных насосов в мокром приямке двигатель встроен в насос и является продукцией производителя насоса.

Частая неисправность на насосной станции подъёма — работа насоса всухую или при очень малом расходе из-за засорения на стороне всасывания. Ток двигателя падает, но тепловое реле этого не видит. Такую ситуацию фиксирует функция защиты по минимальному току; как настраивается эта защита, мы рассказали в статье о функциях реле защиты двигателя.

Аэрация: энергетический центр сооружений

Воздуходувки, обеспечивающие кислородом микроорганизмы при биологической очистке, на большинстве сооружений являются крупнейшими потребителями энергии. Вихревые воздуходувки обычно приводятся 2-полюсным двигателем, а роторные воздуходувки типа Рутс (с вращающимися лопастями) — чаще всего через клиноременную передачу 2- или 4-полюсным двигателем. Подробности выбора двигателя в зависимости от типа воздуходувки вы найдёте в статье о выборе двигателя для воздуходувки; здесь же рассмотрим моменты, характерные для очистных сооружений.

Потребность в растворённом кислороде в аэротенке меняется в течение суток. Преобразователь частоты, связанный с кислородным датчиком, снижает частоту вращения воздуходувки в соответствии с фактической потребностью и уменьшает энергопотребление. Однако объёмные машины, такие как воздуходувки Рутс, в отличие от центробежных вентиляторов, и на низкой частоте вращения требуют примерно постоянного момента. Если двигатель будет длительно работать на низкой частоте вращения, вентилятор на валу может не обеспечить достаточного охлаждения, и может потребоваться внешний вентилятор; эту потребность следует уточнить на этапе заказа.

Поскольку двигатели воздуходувок работают большую часть года, класс энергоэффективности напрямую отражается на эксплуатационных расходах. Например, для 4-полюсного двигателя 37 кВт предельный КПД составляет: для IE3 — 93,9 %, для IE4 — 95,2 %, для IE5 — 96,1 %. У воздуходувки, работающей круглый год, эта разница в несколько пунктов за срок службы двигателя вполне может превысить разницу в цене покупки. Как рассчитывается выигрыш в сочетании с преобразователем частоты, показано на примере в статье об экономии энергии с VFD.

Здание воздуходувок обычно закрытое и жаркое. Серии HEM Motor обеспечивают номинальные значения при температуре окружающей среды до +40 °C; в плохо вентилируемом помещении воздуходувок летом этот предел может быть превышен. В этом случае либо улучшают вентиляцию помещения, либо двигатель выбирают на ступень большей мощности или с расчётом снижения мощности.

Отстаивание и илоскребы: медленная, но непрерывная нагрузка

В первичных и вторичных отстойниках вращающиеся или движущиеся возвратно-поступательно мосты собирают осевший на дно осадок. Приводной двигатель имеет малую мощность, но выходная скорость очень низкая; поэтому используется редуктор с большим передаточным числом или многоступенчатая зубчатая передача. Привод колеса моста находится на открытом воздухе: дождь, снег, солнце и мороз — повседневные условия для двигателя. Двигатель в вертикальном или горизонтальном положении обычно соединяется с редуктором через фланец.

В этих приводах часто встречаются две ошибки. Первая — накопление конденсата в двигателе, работающем на открытом воздухе, во время длительных простоев и падение сопротивления изоляции к концу зимы; здесь важны антиконденсатный подогреватель и правильная ориентация клеммной коробки. Вторая — перегрузка моста при образовании льда на поверхности отстойника зимой. В приводе без ограничителя момента или защиты от перегрузки эта нагрузка ложится непосредственно на редуктор и двигатель.

Линия осадка и метантенк: знакомство с газовой зоной

При переходе к линии осадка характер работы меняется. Насосы осадка — чаще всего объёмного типа (винтовые или роторно-лопастные) и требуют высокого момента при пуске; в отличие от центробежного насоса, их момент не уменьшается и на низкой частоте вращения. Если скорость регулируется преобразователем частоты, двигатель должен обеспечивать постоянный момент на низкой частоте вращения без проблем с охлаждением.

Анаэробный метантенк — место, где производится биогаз. Мешалки внутри резервуара и насосы рециркуляции осадка работают непрерывно. Часть мешалок внутри резервуара — погружного типа, и их двигатели являются продукцией производителя мешалок; у мешалок с валом, опускающимся с верха резервуара, двигатель и редуктор находятся на крыше резервуара. Крыша резервуара, газовый купол, газопровод, газгольдер и зона вокруг когенерационной установки могут классифицироваться как взрывоопасные зоны из-за метана.

Здесь необходима ясность: классификация зон выполняется по документу о взрывозащите объекта, и в этих зонах могут использоваться только сертифицированные Ex-двигатели, соответствующие данной зоне. Стандартный двигатель, какой бы высокой ни была его степень защиты IP, не может использоваться во взрывоопасной зоне. В каталоге HEM Motor на 2026 год Ex-сертифицированных двигателей нет; для потребностей в этих зонах следует работать с производителем, поставляющим сертифицированную продукцию. Логику зонирования мы в общих чертах описали в статье о том, когда взрывозащищённый двигатель обязателен. Для оборудования того же объекта, находящегося вне зон, — насосов подъёма, аэрации, отстаивания и обезвоживания — используются стандартные промышленные двигатели.

Обезвоживание: декантер, пресс и шнеки

Декантеры и ленточные прессы, уменьшающие объём осадка, — самые механически нагруженные машины сооружений. В декантере главный привод разгоняет большой барабан до высокой частоты вращения; время пуска длительное, и двигатель должен разогнать нагрузку с большой инерцией без перегрева. Время пуска следует отдельно проверять при выборе двигателя и пускового устройства. Вспомогательный привод обеспечивает разницу скоростей между барабаном и шнеком и чаще всего управляется преобразователем частоты.

Шнековые конвейеры, транспортирующие обезвоженный осадок, — это низкооборотные приводы с редуктором, склонные к заклиниванию. При изменении консистенции осадка момент колеблется; редуктор с высоким сервис-фактором и защита, распознающая заклинивание, здесь продлевают срок службы. Подходящие типоразмеры для этих приводов вы можете посмотреть на странице червячные редукторы.

Три темы, касающиеся всего объекта

Сероводород и коррозия

Сероводород в канализационном газе концентрируется особенно во входном сооружении, на насосной станции подъёма и в здании обработки осадка. Этот газ разрушает медь и металлические поверхности; первыми страдают клеммные соединения, наконечники кабелей и участки корпуса с повреждённой краской. При выборе двигателя для плохо вентилируемых закрытых помещений систему окраски, герметичные кабельные вводы и защиту клеммной коробки следует указывать с самого начала. Двигатели HEM Motor имеют электростатическую порошковую окраску; дополнительную защиту для сильно агрессивных сред следует обсуждать на этапе заказа.

Резервирование

Очистные сооружения не могут останавливаться; насосы подъёма и воздуходувки обычно работают с резервированием. Многонедельный простой резервного агрегата также подвергает его проблемам с конденсатом и подшипниками. Поочерёдный запуск насосов и воздуходувок и выравнивает наработку, и показывает, что резерв действительно находится в рабочем состоянии.

Непрерывная работа и мониторинг

Большая часть основного оборудования работает в продолжительном режиме S1. В крупных двигателях воздуходувок и насосов датчики обмотки PTC или PT100 показывают рост температуры ещё до возникновения неисправности. Эти датчики можно запросить опционально на этапе заказа.

Заключение

Потребности в двигателях на очистных сооружениях или биогазовой установке меняются от участка к участку по пути воды и осадка: на подъёме — колебания расхода и работа всухую, в аэрации — энергия и охлаждение на низкой частоте вращения, в отстаивании — наружная среда и очень низкая скорость, на линии осадка — постоянный момент и газовая зона, в обезвоживании — длительный пуск и заклинивание. Если вы хотите получить оценку двигателей вне Ex-зон с учётом однолинейной схемы и классификации зон вашего объекта, вы можете связаться с нами.

Часто задаваемые вопросы

Должны ли все двигатели на биогазовой установке быть Ex-сертифицированными?

Нет. Ex-двигатель требуется только в местах, классифицированных как зоны в документе о взрывоопасных средах объекта; типичные примеры — верх метантенка, газопровод и газгольдер. В зонах вне классификации, таких как насосная станция подъёма, аэрация и обезвоживание, используются стандартные промышленные двигатели.

Можно ли эксплуатировать двигатель воздуходувки аэрации с преобразователем частоты?

Да, регулирование частоты вращения в зависимости от потребности в кислороде — распространённый способ экономии энергии. Поскольку воздуходувки типа Рутс и на низкой частоте вращения требуют высокого момента, при длительной работе двигателя на низкой частоте вращения следует проверить достаточность охлаждения и при необходимости предусмотреть внешний вентилятор.

Почему двигатель илоскреба часто выходит из строя?

У этих двигателей, работающих на открытом воздухе и длительное время при малой нагрузке, наиболее частые причины — конденсат и перегрузка из-за льда зимой. Антиконденсатный подогреватель, правильная ориентация клеммной коробки и защита от перегрузки предотвращают большинство отказов.

Как понять, что двигатель насоса подъёма работает всухую?

У насоса, работающего всухую или с засорённым всасыванием, ток двигателя заметно падает ниже нормального. Поскольку тепловое реле эту ситуацию не распознаёт, применение реле защиты двигателя с защитой по минимальному току — практичный способ предотвратить повреждение насоса и уплотнения.