CN101172217B - 一种自吸式气液混合叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是自吸气式气液混合叶轮。主要包括连轴接头、空心盘、导流叶片构成；其中在空心盘内部设置分隔板，将空心盘内部空间分隔为上、下两个相对独立的空间。该叶轮可以通过旋转过程中产生的负压吸入气体，并将气体以微气泡形式分散至液体中，具有吸气量大、气液混合效果好、能耗低、叶轮无堵塞等特点，广泛应用于气液混合与反应领域、以及相分离领域，并形成多种专用设备，如废水生化处理设备、气浮设备，废气净化设备，以及化工、制药、冶金、食品、造纸等领域内的气液接触与反应设备等。

Description

一种自吸式气液混合叶轮

技术领域

本发明涉及一种气液混合设备，特别是一种自吸式气液混合叶轮。

背景技术

自吸气式气液混合叶轮是利用叶轮在液体中高速旋转过程中产生的负压，将空气或其它气体从驱动叶轮的空心轴、或轴外的套筒引至叶轮处，并通过叶轮将气体以微气泡的形式分散于液体中。它可以用于气液间化学反应领域，提高传质效率、简化设备结构；还可以用于液液分离及液固分离等相分离领域，如去除污水中的固体物、油及纤维等污染物，可以使污染物粘附于微气泡上，并随微气泡上升至水面，实现污染物分离及水净化目的。由于气液混合叶轮同时具有引气、气液混合等功能，可以简化设备结构，取消传统设备中的各种附属设备，在经济和技术上均具有明显的优势，可广泛应用于水处理、废气处理、化工、冶金、造纸等领域，并形成多种专用设备，如废水生化处理设备、气浮机，废气净化设备，以及化工、制药、冶金、食品、造纸等领域内的气液反应设备等。

自吸式气液混合叶轮的关键在于叶轮结构，不仅应具备吸气量大、气液混合效果好等特点，而且应防止堵塞。US5091083、US5242600、US3414245等公开的叶轮包括多个空心叶片，布气孔设置在叶片顶端的后侧，它利用叶轮旋转时在叶片后侧产生的真空旋涡，将空气引入叶轮并经布气孔释放至水中；这种叶轮真空度低、吸气量小，而且无吸排水能力，仅靠叶轮的搅拌作用分散气泡，气液混合及分散效果差；叶片上的布气孔易堵塞，原因是水中污染物易进入真空旋涡，并聚积覆盖在排气孔上。US6270061、US4297214、US2246560、US2238139等公开的叶轮是由上、下盖板及中间的导流叶片组成，上盖板设有进水口，空气入口位于叶轮中心处；它利用叶轮吸排水过程中叶轮中心处产生的负压区吸入空气，并在叶轮内部与水混合后从周边排出；该叶轮的不足之处是吸气量与吸排水量存在着不能同时增加的矛盾，叶轮转数或吸入的空气量不能过大，原因是叶轮进水口和进气口均位于叶轮中心区域，叶轮中心吸入的是气水混合物，随着转数增加或空气吸入量加大，气水混合物密度急剧下降，并在中心处产生气穴，负压区的真空度随之降低甚至消失、并出现大幅度波动，空气吸入量及吸排水量也随之减少并发生剧烈波动，设备也因此发生振动并处于不稳定运行状态。US1526596、US1374445等公开的叶轮是由上、下盖板及中间的导流叶片组成，下盖板设有进水口，其吸气机理与US6270061等公开的叶轮类似，叶轮转数或吸入的空气量也不能过大。US5358671、US4959183、US4551285、US4668382、US4425232、US2217231等公开的叶轮是由上盖板与下叶片组成，这种敞开式叶轮也是利用叶轮中心处产生的负压区引入空气，空气吸入量及气水混合效果均存在一定的不足。US1413723、US1413724、US3917763、US3650513、US3066921、US2996287、US1345596、US1726125、US5160459等公开的是空心盘状叶轮，其布气孔(或空气通道)位于空心盘的周边或上、下盖板上，主要依靠空气本身产生的微弱离心力及叶轮表面或周边与水体的剪切作用引入空气，吸气能力小，需要在较高的转数下运行，并且无吸排液能力，气液混合效果差。US5318360、US3070229、US4193949、US382702等公开的叶轮，是由上、下盖板及导流叶片等组成，其布气孔(或排气通道)位于叶轮周边或导流叶片外侧的上盖板和下盖板上，虽然叶轮具备了良好的吸排水能力，但布气孔所在区域的真空度低，引气效果较差。CN200410050799.1公开了种新型引气式叶轮，在空心圆盘顶部的上盖板和/或底部的下盖板上安装导流叶片，布气孔设置在导流叶片所在的盖板上，并位于导流叶片旋转方向的后侧，进一步可以在导流叶片另一端设置环形导流板，在空心圆盘内设置增压叶片。该专利设计的引气式叶轮的引气量大、气水混合效果好，不仅在低转数下即可引入大量空气，而且引气孔不在叶轮的中心区域，叶轮中心吸入的仅为水(或液体)，真空度大小不受其它因素限制，空气引入量与吸排液量可以随转数提高而同时增加，引气量大小调节方便，另外水流剪切作用还可以防止布气孔堵塞。但该自吸式气液混合叶轮的结构仍可以进一步改进，以提高引气性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自吸气式气液混合叶轮。该叶轮不仅具有吸气量大、能耗低、叶轮无堵塞等特点。

本发明的气液混合叶轮包括空心连轴接头、空心盘和导流叶片，其中空心盘为中空的圆盘形，空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通，导流叶片安装在空心盘的上、下盖板上，导流叶片所在的上、下盖板设置布气孔，布气孔位于导流叶片旋转方向的后侧；空心盘内设置分隔板，分隔板与空心盘的筒壁相连，将空心盘的内部空间分为上、下两个部分。

分隔板中心设置开孔，也可以将空气连轴接头的下端通过分隔板，并且空气连接头在分隔板上、下两侧均开设通气口。该结构保证设置隔板的空心盘上下两个部分均与空心连轴头的孔道相通，形成气体的流通通道。

空心盘为圆盘形，空心盘的厚度可以是均匀的，也可以是厚度变化的结构。采用变化厚度的空心盘时，优选中心厚、边缘薄的结构，如上盖板和/或下盖板为圆锥形等。空心盘上、下盖板的纵向剖面线条可以是直线，也可以是曲线，也可以是不同线型的组合。

导流叶片可以为径向叶片，也可以采用后倾式直叶片或渐开线形弯叶片。叶片数量可以设置1～50个，最好为3～30个。布气孔设置在每个导流叶片后侧的扇形区域内，优选平行于导流叶片设置一排或多排，最好设置一排或两排。

本发明的混合叶轮上还可设有导流板，其中导流叶片一端与空心盘的盖板相连，另一端与导流板相连，形成特定的水流通道。导流板的形状可与空心盘的盖板相一致，中心具有圆形进水口(或进液口)。导流板的内外圆所形成的环形区域面积至少能履盖部分导流叶片，最好能完全遮住导流叶片。导流板可以防止水流从导流叶片上端或下端滑漏，提高叶轮的吸排水量及真空度，从而提高引气量及气液混合效果；另外导流板还可以减小水体对叶片的拖曳，降低叶轮的功耗。

本发明中所述的空心盘内可以设有增压叶片。增压叶片可以为径向叶片，也可以采用后倾式直叶片或渐开线形弯叶片，数量可与导流叶片数量相同，也可以不同。该增压叶片与空心盘内部的上盖板底面和/或下盖板顶面相连接，其转动方向与导流叶片的转动方向相同，布气孔设置在增压叶片的前侧。增压叶片的作用如风机叶片一样，在随叶轮转动过程中其前面产生一定的风压，可以进一步提高引气时的推动力，从而提高叶轮的引气量。

本发明中所述的气液混合叶轮可以单独使用，也可以在同一空心轴上安装多个叶轮。当同一空心轴上安装多个叶轮时，本发明所述的气液混合叶轮上、下两端均可设有空心连轴接头。

本发明的气液混合叶轮及其空心盘可以整体铸造而成，也可以由相应的零部件焊接而成。例如：圆筒形空心盘采用上盖板、下盖板及圆筒体焊接而成，上盖板和/或下盖板为平板；厚度变的空心盘可以由适宜形状的上下盖板焊接而成，可以使用圆筒形侧板，也可以没有侧板。

本发明自吸式气液混合叶轮在空心盘内设置分隔板，可以有效减少空心盘内气流的紊乱程度，提高气体的引入量。未采用分隔板时，空心盘内上下贯通，只有一个气体分布室；因空心盘上盖板与下盖板布气孔间的真空度和液位差存在一定的差异，气体易从真空度较大、液位差较小的上盖板上的布气孔流出，而从下盖板上的布气孔流出的气量相对较少，并会有少量的水或液体从下盖板上的布气孔进入空心盘，占据下盖板上的气流通道。采用分隔板后，分隔板将空心盘分为上层空间和下层空间，形成两个相对独立的气体分布室，空心盘上盖板与下盖板布气孔间气体流动互相影响小，气体可以同时从上盖板与下盖板上的布气孔流出，提高叶轮引气量。实验表明，在其它结构及运转工况相同情况下，增加隔板后，引气量可以提高20％～90％左右。

本发明自吸式气液混合叶轮充分利用了叶轮旋转时导流叶片后侧产生的负压、导流叶片间水流变线产生的负压、以及水流在圆盘表面产生的剪切作用引入空气，叶轮的引气量大、气水混合效果好，不仅在低转数下即可引入大量空气，而且引气孔不在叶轮的中心区域，叶轮中心吸入的仅为水(或液体)，真空度大小不受其它因素限制，空气引入量与吸排液量可以随转数提高而同时增加，引气量大小调节方便，另外水流剪切作用还可以防止布气孔堵塞。

本发明自吸式气液混合叶轮可以在水处理领域内应用，如用作气浮机、生化曝气机等，也可以在废气处理、冶金、化工、造纸等领域内应用。

附图说明

图1为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图2为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图3为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图4为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图5为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图6为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图7为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图8为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图9为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图10为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。

图11为本发明空心圆盘下盖板布气孔示意图。

图12为本发明空心圆盘上盖板布气孔示意图。

图13为本发明空心圆盘内增压叶片分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的结构及运行方式。

如图1～图10所示，本发明自引气气液混合叶轮由空心连轴接头1、上盖板2、筒体3(也可省略筒体3，如图6所示)、下盖板5、下导流叶片6和上导流叶片8组成，其中上盖板2、筒体3、下盖板5构成叶轮的圆筒形空心盘；下导流叶片6和下盖板布气孔4设置在下盖板5上，并且下盖板布气孔4位于下导流叶片6后侧；上导流叶片8和上盖板布气孔9设置在上盖板2上，并且上盖板布气孔9位于上导流叶片8后侧。在每个导流叶片的后侧均可以设置一排平行于导流叶片的布气孔，但为了提高叶轮的引气量，也可以在叶轮后侧的扇形区域设置更多的布气孔。隔板12设置在空心盘中间，将空心盘分为上、下两个相对独立的空间。隔板12的设置，可以大大提高引气量。

为提高引气量及气液混合效果，气液混合叶轮还可以进一步包括环形导流板10或/和环形导流板11(也可以不设导流板，如图3所示)，其中环形导流板10与下盖5上的导流叶片6相连；环形导流板11与上盖板2上的导流叶片8相连。叶轮下盖板5上的布气孔4及导流叶片6位置如图8所示，叶轮上盖板2上的布气孔9及导流叶片8位置如图9所示，布气孔均位于导流叶片旋转方向的后侧。环形导流板10和环形导流板11中心处的开孔为叶轮的吸水口(或吸液口)。环形导流板10与导流叶片6、下盖板5形成封密的水流通道(或液体通道)，环形导流板11与导流叶片8、上盖板2也形成封密的水流通道，有效地防止水流从导流叶片底端或顶端滑漏，提高了叶轮内部的水流速度和真空度，同时也降低了水体对叶轮拖曳。增加环形导流板后，叶轮内部的真空度可以达到极限真空度(0.1MPa左右)，不仅引气量明显提高，而且功耗很低。

图11为叶轮下盖板5上的布气孔4及导流叶片6位置示意图。图12为叶轮上盖板2上的布气孔9及导流叶片8位置示意图。在驱动电机及空心轴的带动下，叶轮在液体内以一定的速度旋转，并在叶轮内部产生负压，空气由空心连轴接头1进入叶轮，并通过空心圆盘下盖板5上的布气孔4和/或上盖板2上的布气孔9以微气泡形式分散于液体中。

如图13所示，为提高引气量及气液混合效果，在空心盘内可以进一步设置增压叶片7，增压叶片7可以通过与下盖板4的顶面相连、或/与上盖板2的底面相连、或/与筒体3的内壁相连等连接方式与空心盘固定在一起，并随叶轮一起转动。增压叶片7在上盖板2及下盖板7上的安装位置不作严格限定，可以安装在每两组布气孔之间，也可以参见图10所示的位于布气孔旋转方向的后侧。安装增压叶片后，进一步提高了叶轮引气时的推动力，不仅引气量增加，而且引气压力可以达到0.1MPa以上。

Claims (8)

1.一种自吸式气液混合叶轮，包括空心连轴接头、空心盘和导流叶片，其中空心盘为中空的圆盘形，空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通，导流叶片安装在空心盘的上、下盖板上，导流叶片所在的上、下盖板设置布气孔，布气孔位于导流叶片旋转方向的后侧；其特征在于：在所述的空心盘内设置分隔板，分隔板与空心盘的筒壁相连，将空心盘的内部空间分为上、下两个部分；所述的空心盘为圆盘形，空心盘是厚度变化的结构，厚度变化空心盘为中心厚、边缘薄的结构。

2.按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述的分隔板中心设置开孔；或将空心连轴接头的下端通过分隔板，并且空心连接头在分隔板上、下两侧均开设通气口。

3.按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述的空心盘上、下盖板的纵向剖面线条是直线、曲线或者是不同线型的组合。

4.按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述的导流叶片为径向叶片、后倾式直叶片或者是渐开线形弯叶片；导流叶片数量为1～50个，布气孔设置在每个导流叶片后侧的扇形区域内。

5.按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述的导流叶片数量为3～30个，布气孔在每个导流叶片后侧设置一排或两排。

6.按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述的混合叶轮上设有导流板，其中导流叶片一端与空心盘的盖板相连，另一端与导流板相连，形成特定的水流通道；导流板的形状与空心盘的盖板相一致，中心具有圆形进液口。

7.按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于：所述的空心盘内设有增压叶片，增压叶片为径向叶片、后倾式直叶片或渐开线形弯叶片。

8.按照权利要求7所述的叶轮，其特征在于：所述的增压叶片与空心盘内部的上盖板底面和/或下盖板顶面相连接，其转动方向与导流叶片的转动方向相同，布气孔设置在增压叶片的前侧。

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