CN100540127C - 通风装置 - Google Patents

Abstract

一种用在流体搅动中的装置，该装置包括：中空的驱动轴，该驱动轴具有第一端和第二端，其中第一端连接到可有选择地旋转的动力源中；第一螺旋桨；第二螺旋桨；及雾化器，它连接到驱动轴上；及能浸入流体中的涡流防护罩，它设置在第一螺旋桨上；并且还可以包括强制空气源，该空气源与驱动轴处于流体连通中；及使用这种装置的方法。

Description

通风装置

技术领域

本发明涉及一种用来处理流体的通风装置。更加具体地说，本发明涉及一种任意的空气辅助的螺旋桨式通风装置，该装置用于流体的混合和氧量的控制。

背景技术

在处理流体时，出于混合和提高流体的溶解氧(DO)量的目的，使用了通风过程。当用在废水处理过程中时，细菌和其它微生物供给有氧，以在净化过程中破坏废水中的有机物质。在其它应用中，在处理水时使用通风过程来满足溶解氧的要求，例如以供养水产养殖中的鱼和其它水生有机物。

公知的通风设备具有表面通风装置、扩散器/鼓风机和转子通风装置。表面通风装置向上泵送水并且把水送到空气中。在克服重力泵送水时，表面通风系统需要较大的马力并且消耗较多的能量。在鼓风机/扩散器系统中，强制空气通过位于盆底部处的扩散器来加入。需要更高的马力来加压大气，以克服水头阻力。在有效地分散到水之前，氧垂直升高并且快速离开。转子通风装置包括旋转的通风装置，该装置设置在接受处理的水表面上。人们知道转子系统的维护较贵，并且能量消耗较多。它们把水浇到空气中，从而产生了浮质环境，这种环境把难闻的味道释放到空气中。转子系统常常用在冷却设备中。

另一种公知的通风装置是吸气型通风装置。这些装置使用电马达所驱动的旋转螺旋桨，该螺旋桨设置在被处理的物质表面下方。螺旋桨把定向流体流量输送到空气喷射开口中，因此产生了压力减小的区域，该区域通过通风管从进气口吸入大气，并且把它排出到物质中如正在处理的废水或者具有海洋生物的水。吸气型通风装置通常水平地进行工作，从而在处理盆中产生了水平的流型，而不是垂直的流型。

公知的吸气型通风装置包括Inhofer等人的美国专利No.4240990(通风螺旋桨和设备)、Durda等人的美国专利No.4280911(处理水的方法)、Schiller的美国专利No.4741825(机动涡流防护罩)、Schurz的美国专利No.4774031(通风装置)、Durda的美国专利No.4806251(振动螺旋桨型通风装置和方法)、Fuchs等人的美国专利No.4844816(在一定深度和压力条件下的通风方法)、Rejendren的美国专利No.4844843(具有旋转压缩叶片的废水通风装置)、Gross的美国专利No.4741870(处理液体的装置)及Durda的美国专利No.4954295(具有周边流体喷射的螺旋桨式通风装置及使用该通风装置的方法)。

上面公知的通风装置需要高速螺旋桨来产生真空，以从进气口中吸入大气并把它排出到物质中。因此，这些公知的通风装置使用了大量的能量来产生真空。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种装置，该装置用在流体的通风或者混合中。在这个实施例中，该装置包括管状驱动轴，该驱动轴具有第一端和第二端，其中第一端连接到可有选择地旋转的动力源中。强制空气源与管状驱动轴处于流体连通。该装置包括：第一螺旋桨，它设置在驱动轴上；及第二螺旋桨，它设置在更加靠近驱动轴第二端的驱动轴上。第一螺旋桨大于第二螺旋桨。

这个实施例还包括雾化机构，该机构设置成最靠近螺旋桨轴的第二端。雾化机构也可以用作有助于真空平衡的机构，以从驱动轴腔中吸入强制空气。雾化机构通常具有若干叶片，这些叶片基本上是平的或者是弯曲的。

在另一个实施例中，涡流防护罩可以设置在第一螺旋桨上，或者设置在第一螺旋桨、第二螺旋桨和雾化器上。涡流防护罩可以是平板并且可以具有若干孔。例如，涡流防护罩可以是金属格架。在使用时，涡流防护罩浸没到流体中，以防止形成涡流、气涡或者类似情况。

在另一个实施例中，该装置具有动力源，该动力源成形成以极低的速度如750RPM或者900RPM来进行旋转。这种低速工作可以减少为实现以给定速率把氧加入到流体中所需要的能量，从而提供了工作效率。

一些示例性实施例的上面概述不是用来描述本发明的每个公开实施例或者每个实施方式。下面这些附图和详细描述更加详细地例证了这些实施例。

附图说明

结合附图的、下面本发明各种实施例的详细描述使得能够更加完全地理解本发明，在这些附图中：

图1是通风装置组件100的顶视图；

图2是图1的通风装置组件100的侧视图；及

图3是图1的通风装置组件100的叶片端124的侧视图。

尽管本发明适合于各种变型和替换形状，但是在附图中借助例子示出它的具体情况并且进行详细描述。但是，应该知道，本发明不局限于所描述的具体实施例。相反，本发明包括落入本发明的精神实质和范围内的所有变型、等同物和替换物。

具体实施方式

应该参照附图来阅读下面的详细描述，在这些附图中，不同附图中的相同元件用相同的标号来表示。这些附图不必依比例来决定，这些附图示出了解释性的实施例，但不是用来限制本发明的范围。

名称为“处理废水的方法”的、Karliner的专利No.5744072在这里引入以作参考。

图1是通风系统100的顶部示意图，该系统包括结合到强制风源110上的通风装置108。应该知道，标记108“通风装置”不是用来把它限制到通风应用中。例如，通风装置108也可以用于混合、硝化或者脱氮应用中。通风装置108和强制空气源110连接到浮子式支撑结构112上。

在一个实施例中，浮子支撑结构112包括框架102和浮子104。框架102可以是刚性框架，例如它使用中空的钢管来形成。该管子可以是矩形并且可以填充有泡沫。浮子104可以栓接或者固定到框架102上并且可以如此构形，以致在工作时通风系统100基本上是水平的。浮子式支撑结构112包括安装到框架上的盖板114。盖板114提供了这样的表面，在实验、维护或者其它活动期间，该表面为职员提供了合适的支撑，并且该盖板还为进入设备提供了方便。盖板114可以由例如钢格架形成。盖板114包括栏杆、肋材壁、手柄或者其它辅助结构。

通风装置安装托架120可以连接到框架102上。安装托架120可以构形成使通风装置108可调整地或者可运动地保持住，因此通风装置绕着延伸通过安装托架120的轴线进行旋转。

通风装置108包括马达122，该马达通过轴126机械地连接到叶片端124上。涡流防护罩128设置在叶片端124上方。涡流防护罩128通常是平板，该平板具有延伸通过其中的一些孔。例如，它可以是金属格架或者网状结构。它可以设置成，使它浸没到流体中，并且可以连接到框架102或者其它合适结构上。这种连接可以具有链的长度或者可以是刚性的或者柔性的支柱。这种连接还可以方便地调整涡流防护罩128的深度或者位置。涡流防护罩128打碎在叶片端124上方处由叶片端124在流体中所产生的气流，因此防止涡流。

借助提供具有一些孔的涡流防护罩，防止涡流的涡流防护罩的能力超过了具有光滑的规则表面的罩的能力。如果涡流防护罩具有一些孔，那么使这些孔相对较小、数量多及紧密地隔开是有利的。但是，也可以设计成实心的涡流防护罩。面对叶片端124的涡流防护罩的表面可以是光滑的或者可以具有脊、指状物或者其它特征。涡流防护罩128基本上是平的，如所画出的一样，或者可以是弯曲的，例如可以是半圆柱形或者其它合适的形状。

参照图2，它示出了图1的通风组件100的侧剖视图。在工作期间，通风装置108通常以一个角度进行设置，因此叶片端124和一部分轴126被浸入到流体中。通风装置108从垂直位置到几乎水平的位置可以旋转到一个优选角度以进行操纵或者维护。通风装置108包括安装托架130，从而可调整地连接到通风装置安装托架120上。

强制空气源的安装板116或者其它的合适安装结构可以连接到框架102上。使用直立支撑118把安装板116连接到框架102上。安装板116可以设置在通风装置组件100的后部处，如所画出的一样，或者可以设置在另一个合适位置上。例如，安装托架116可以设置成靠近具有通风装置108的连接件。

马达122可以是具有电源的电动马达，或者可以是其它合适的马达。马达122例如可以是8极马达，该8极马达成形成以900RPM或者750RPM来进行运转。马达122可以是变速马达，该马达成形成以所选择的速度进行运转。例如，马达122可以控制成以3500RPM到900RPM进行运转。当然，其它合适范围也可以使用。马达122可以输送40-80马力。可以想象到，根据所希望的结构，马达122也可以输送更小或者更大的功率量。

通风组件100包括强制空气源110，该强制空气源110可以是再生的鼓风机或者其它合适的源。用柔性软管136把强制空气源110连接到轴126上，从而在各种位置上和在通风装置108进行旋转的期间允许强制空气源保持连接到通风装置108上。强制空气源110可以构形成与通风装置108无关地进行工作。

强制空气源通过轴126流体地连接到叶片端124。叶片端124包括主螺旋桨137和辅助螺旋桨138，这两个螺旋桨具有从轴沿着径向延伸的叶片。主螺旋桨137可以设置在辅助螺旋桨138和马达122之间，并且可以与辅助螺旋桨138隔开一个理想的距离。主螺旋桨137可以大于辅助螺旋桨138，最好参见图3。对于一个工作速度而言使主螺旋桨的尺寸大小最佳化。例如，当标定的工作速度减少时，螺旋桨的尺寸大小增大了。例如，如果标定工作速度为900RPM，那么直径为16英寸到20英寸的主螺旋桨可以提高混合能力。

在轴的端部处，最近的辅助螺旋桨138可以是雾化器140。该雾化器可以最接近辅助螺旋桨，或者可以与它分开。雾化器140可以包括三个肋片142，这些肋片从轴的端部沿着纵向进行延伸。这些肋片142可以向着外部和向着内部径向地延伸。这些肋片向外延伸的大小由第二螺旋桨的直径来定义出。肋片142基本上是平的或者可以是弯曲的。如果是弯曲的，那么该肋片可以具有半圆柱形、螺旋曲线或者类似螺旋桨的弯曲。雾化器140的实施例具有三个以上的肋片或者两个肋片。但是，三个肋片的结构是比具有三个以上的肋片的结构更加有效。最靠近雾化器肋片142的孔可以流体地连接到强制空气源中。该孔可以设置在雾化器肋之间。借助使肋片径向向内地延伸来产生一种这样的结构：在旋转时，这些肋片产生了真空。这种真空有助于通过轴加入空气。

通风组件可以具有其它结构。例如，所示的框架和浮子系统只是许多设计结构中的一个。不同结构可以用于不同尺寸大小的组件，或者仅根据不同设计的优先选择来使用不同结构。在另一种变型中，通风组件包括这样的框架，该框架用来安装在合适表面上，而不是所描述的浮子和框架系统。例如，通风组件包括框架，该框架适合于安装到壁上并且相对于流体把通风装置定位在理想位置上。当然，框架可以具有合适的结构，以把涡流防护罩安装在叶片端部上。

在使用时，通风组件相对于很多流体进行定位，因此通风装置的叶片端定位在理想的深度和角度上。如果设置了涡流防护罩，那么该罩可以浸没在叶片端上方的流体中。在进行工作之前或者在工作期间，通风装置的位置、涡流防护罩的位置、马达速度和强制空气源也可以进行调整，以提供理想的工作特性。这个可以通过人工来实现或者通过自动系统来实现。自动系统具有合适的传感器如氧传感器或者氧化还原势传感器。当然，系统可以只是部分自动化。例如，强制空气源可以借助控制器来进行控制，而该控制器依附于合适的传感器。

在一个示例性用途中，强制空气源被操纵来产生通过软管并且进入轴中的强制空气流。例如，马达也工作在900RPM，以使螺旋桨和雾化器进行旋转。主螺旋桨相对于轴沿着轴向使相对较多的流体量进行运动，同时辅助螺旋桨把一些流体导向雾化器。雾化器肋片产生真空以有助于通过轴吸进空气。当空气从最接近雾化器的轴中出来时，雾化器把空气破碎成小汽泡，并且把这些气泡混合成流体流，以提供通风和进行流体循环。

在另一个示例性用途中，通风装置可以用在更高的速度中，以产生更高的真空度。这种更高的真空度通过轴可以吸入更多的空气。在这种使用中，在没有强制空气源的情况下可以使用通风装置，同时仍然可以通过轴吸入空气。

在另一个示例性用途中，在没有加入空气的情况下使用通风装置。在这种用途中，主螺旋桨和辅助螺旋桨可以单独使用以产生流体流。如在其它用途中的一样，通风装置的角度和速度可以进行调整，以提供优选大小的混合和流体流，例如如在硝化作用或者脱硝过程中的一样。

应该知道，这些公开内容在许多方面只是解释性。本申请所包括的本发明的许多优点在前面描述中提出来了。在没有超出本发明范围的情况下，可以进行一些变型，详细地说，尤其是一些零件的形状、尺寸大小和布置可以进行改变。本领域普通技术人员容易知道，在所附的权利要求的范围内，可以使用和实施其它实施例。本发明的范围当然用附加权利要求所表达的语言来限定出。

Claims (36)

1.一种用于流体搅动的装置，该装置包括：

驱动轴，该驱动轴具有第一端和第二端，其中第一端连接到可选择地旋转的动力源中；

第一螺旋桨，它连接到驱动轴上；

能浸入流体中的涡流防护罩，它可调节地设置在第一螺旋桨上方；和

强制空气源；

其中驱动轴是管状驱动轴，并且强制空气源与驱动轴流体连通。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，涡流防护罩具有若干孔。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，涡流防护罩具有格架。

4.如权利要求1所述的装置，还包括第二螺旋桨，该螺旋桨设置在驱动轴上。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，第一螺旋桨大于第二螺旋桨。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，第一螺旋桨安装在第二螺旋桨和动力源之间。

7.如权利要求1所述的装置，还包括：

框架，它具有安装托架，该托架用来安装动力源；及

若干浮子，它们安装到框架上。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在工作期间，框架相对于水表面是水平的。

9.如权利要求1所述的装置，还包括雾化器，该雾化器包括若干叶片，这些叶片设置在驱动轴的第二端上。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该若干叶片基本上是平的。

11.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该若干叶片是弯曲的。

12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，驱动轴是具有穿过的腔的管状驱动轴，该腔在最靠近驱动轴的第二端处具有开口端，其中该若干叶片在腔的开口端上进行延伸。

13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，该若干叶片径向向外地延伸。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括一设置在驱动轴上的第二螺旋桨，且第二螺旋桨的径向大小大于该雾化器的若干叶片的径向大小。

15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，动力源构造成使驱动轴以700到1000RPM进行旋转。

16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，动力源构造成使驱动轴以700到800RPM进行旋转。

17.如权利要求15所述的装置，其特征在于，动力源构造成使驱动轴以750到950RPM进行旋转。

18.如权利要求1所述的装置，其特征在于，强制空气源可以调整成控制所输送的强制空气量。

19.如权利要求1所述的装置，其特征在于，强制空气源可以有选择地进行工作，而与动力源无关。

20.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涡流防护罩的深度是可调节的。

21.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述涡流防护罩的位置是可调节的。

22.一种用在流体搅动中的装置，它包括：

管状驱动轴，它具有第一端和第二端，第一端连接到可选择地旋转的动力源中；

强制空气源，它流体地连通到驱动轴上；

第一螺旋桨，它连接到驱动轴上；

第二螺旋桨，它连接到驱动轴上；及

雾化器，它设置在驱动轴的端部上；

能浸入流体中的涡流防护罩可调节地设置在第一螺旋桨的上方；

其中，动力源构造成工作在700到1000RPM之间。

23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，第一螺旋桨的尺寸构造成以700到1000RPM产生最佳流体流量。

24.如权利要求22所述的装置，其特征在于，马达是电动8极马达，该马达设计成在60Hz时以900RPM进行运转。

25.如权利要求22所述的装置，其特征在于，涡流防护罩基本上是平的。

26.如权利要求22所述的装置，其特征在于，涡流防护罩是弯曲的。

27.如权利要求22所述的装置，其特征在于，涡流防护罩包括若干孔。

28.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述防护罩的深度是可调节的。

29.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述防护罩的位置是可调节的。

30.一种搅动流体的方法，它包括：

提供流体搅拌器，它具有驱动轴，该驱动轴具有：第一端，它连接到可选择地旋转的动力源；第一螺旋桨；第二螺旋桨；可调节的涡流防护罩；及雾化器，它连接到驱动轴上；

把第一螺旋桨浸入到流体中；及

以700到1000RPM的选择速度使动力源进行工作。

31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，提供流体搅拌器的步骤还包括这些步骤：提供驱动轴，该驱动轴具有腔和开口端；及提供强制空气源，它流体连通地连接到驱动轴上。

32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，雾化器的工作在驱动轴的开口端产生了真空，强制空气源以与所述真空从驱动轴腔中除去空气的速度基本相同的速度把空气供给到驱动轴腔中。

33.如权利要求30所述的方法，其特征在于，第一螺旋桨以所述选择速度供给一水平的流体流量。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，第一螺旋桨的直径为16到20英寸之间。

35.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述防护罩的深度是可调节的。

36.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述防护罩的位置是可调节的。

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