CN101423301B - 由导气筒直接进气的潜浮式曝气机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种由导气筒直接进气的潜浮式曝气机，主要由风机座(2)、进气口(3)、潜水空心轴电机(9)组成；气环压缩机(29)通过托架(34)固定在所述风机座(2)上，所述风机座(2)焊接固定在导气筒(35)上端，所述气环压缩机(29)的排气口(30)与所述进气口(3)之间通过不锈钢管或软管(33)密封连接，所述导气筒(35)的下端与第一电机法兰(19)通过第一法兰(36)固定；第二电机法兰(20)与导流罩(38)通过第二法兰(37)固定，所述潜水空心轴电机(9)的下轴伸(18)与由螺旋桨(39)、喷射混流器(40)和碎气片(41)共同组成的螺旋桨总成同轴连接。采用本发明技术方案能够向深水区域曝气。

Description

由导气筒直接进气的潜浮式曝气机
技术领域
本发明涉及一种适用于污水净化生物处理方法中向深水区域曝气增氧，提高污水中溶解氧含量以及溶解氧饱和度的由导气筒直接进气的潜浮式曝气机。
背景技术
在自然界中存在着大量的微生物，它们具有氧化分解复杂的有机物和某些无机物，并将这些物质转化成简单的物质，或将有毒物质转化为无毒物质的能力。实践表明，利用微生物处理废水中的有机物，具有投资少、效率高、操作稳定，运行费用低，出水水质好，污泥沉降性能好，且可用作肥料等优点。在生物处理方法中，活性污泥法又以其基本没有臭气，处理所需时间比较短，处理效率率高等特点而占有极其重要的地位，在该方法中，曝气是必不可少的，其作用是向污水中供应充足的氧，并和污水进行充分搅拌混合，使活性污泥保持悬浮状态，以便将空气中的氧有效溶解到污水中。
目前国内外常用的曝气方法有鼓风曝气法，机械搅拌法和射流曝气法等，其关键设备以离心鼓风机、罗茨鼓风机及各种表曝机为主，功率多为200千瓦和630千瓦，重量一般在3.5吨以上。从1919年起在活性污泥法中开始使用陶瓷微孔曝气器，及后来的开发使用的不同材质，不同类型的微孔曝气器，均因微孔堵塞等技术问题，影响其应用。我国自七十年代开始，引进各种类型的鼓风曝气设备，先后又研制开发了应用于较深层曝气的螺旋曝气器，散流曝气器等，但普遍存在曝气深度浅，氧的利用率偏低，布气不均匀等问题。
中国发明专利(专利号ZL99103087.7)提出了一种聚氧活化曝气增氧机(参见图6)，其采用稀土永磁材料片等制成的聚氧器和向心叶轮来富集氧气。空心主导轴9和螺旋磁化桨叶20在电机1的带动下旋转，从而磁化污水并形成负压，将富氧空气压入污水中。然而该发明的电机是位于水上，由于其通过空心轴带动水下的螺旋磁化桨叶旋转的传输距离过长，致使空心轴的抗扭性降低。因此长期使用易使空心轴损坏，且因为置于水下，维修保养都很难进行。而空心轴若要保持刚性，就必须要加大其横截面的尺寸，这又会导致成本的增加。
中国发明专利申请(专利申请号：200610168196.0)提出了一种潜浮式曝气机(参见图7和8)，主要由潜水空心轴电机9、推流螺旋桨10和射流叶轮11组合、密封旋转接头6、通风管4、离心风机1、风机座2和主机外罩5；风机座2位于主机外罩5上端，风机座2中心开有进气口3，离心风机1的出风口与通风管4的上端通过进气口3密封连接；通风管4的下端与密封旋转接头6上端的气体输入接口26密封连接；潜水空心轴电机上油室法兰19与主机外罩5下端密封连接；电机的上轴伸14与密封旋转接头6下端的气体输出接口28通过法兰7同轴连接；潜水空心轴电机的下轴伸18与推流螺旋桨10和射流叶轮11组合同轴连接，并在下轴伸18开口处前端设置一个导气装置30，构成出气结构。
由上述可知，现有技术存在下述缺点：
首先，由于离心风机1的压差低，单位时间内的送风量小，无法将空气压缩并强制输送至深水区域，因此无法实现强制曝气的目的。
其次，由于通风管4横截面积小，因此单位时间内向水中输送的气量小。
然后，由于通风管4、密封旋转接头6、法兰7和电机的上轴伸14之间连结点较多，在实际应用中易损。
最后，由于射流叶轮11只是将离心风机1送入水中的空气甩入水体，水气混合效果不佳，无法形成雾化的微小气泡。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种能够向深水区域强制曝气的由导气筒直接进气的潜浮式曝气机。
为了解决上述问题，本发明由导气筒直接进气的潜浮式曝气机的技术方案为：
主要由风机座、进气口、潜水空心轴电机组成；所述风机座上开有所述进气口，所述潜水空心轴电机的传动轴为空心轴，作为输送气体或液体的通道，气环压缩机通过托架固定在所述风机座上，所述风机座焊接固定在导气筒上端，所述气环压缩机的排气口与所述进气口之间通过不锈钢管或软管密封连接，所述导气筒的下端与第一电机法兰通过第一法兰固定；第二电机法兰与导流罩通过第二法兰固定，所述潜水空心轴电机的下轴伸与由螺旋桨、喷射混流器和碎气片共同组成的螺旋桨总成同轴连接。
其中，所述导气筒采用L型导气筒，其一端与所述风机座底部焊接固定，另一端和所述第一电机法兰通过所述第一法兰固定。
进一步地，所述螺旋桨由桨毂和三片桨叶组成；所述喷射混流器由喷嘴、一个或一个以上的喷气口、两个或两个以上的进水孔、抽吸管、支撑板、混合扩压管和扩压口组成；所述喷射混流器的混合扩压管末端有两个或两个以上的碎气片。
与现有技术相比，本发明由导气筒直接进气的潜浮式曝气机的有益效果为：
首先，由于采用气环压缩机，使得本发明的送风系统具有压差高，送气量大，性能稳定等特点，并且能将压缩空气通过导气筒送达1至5米的水下，增加了送气深度，因此能够向深水区域强制曝气。
其次，由于采用大口径的导气筒作为向水下输送空气的通道，同时取消专利申请200610168196.0中主机外罩与其内部的通风管、密封旋转接头和法兰，又由于导气筒的横截面积较通风管的横截面积增加，且导气筒的长度可根据曝气深度的需要而调整，使得向水下输送空气的气量和深度均大幅增加；压缩空气通过大直径导气管直接送入水体，因此具有增加送气量，减少空气输送过程中的能量损耗，节能效果显著。
再者，由于采用L型导气筒，使得潜水空心轴电机和螺旋桨总成水平放置，因此在污水处理的氧化沟工艺中能够横向曝气、搅拌和推流。
最后，本发明由导气筒直接进气的潜浮式曝气机将专利申请200610168196.0的推流螺旋桨的桨叶形状作了改变，桨叶数量由两片改为三片，同时取消射流叶轮11，增加了喷嘴、喷射混流器和碎气片。由于采用桨毂和三片桨叶构成螺旋桨，使得螺旋桨的搅拌和推流作用增强，具有搅拌更均匀，推流距离更远的有益效果。由于采用螺旋桨、喷嘴、喷射混流器和碎气片共同组成的螺旋桨总成，使得空气和水能够有效混合，形成雾化的含有微小气泡的水气混合物，微小气泡在水中的停留时间长，短时间内不会浮上水面，因此具有大幅提高溶解氧的转移效率的有益效果。喷嘴为倒喇叭单口型或者为多喷口型。当一定压力的压缩空气通过喷嘴时，产生一个或一个以上高速气流，在气流周围形成负压，带动周围的污水从进水孔进入喷射混流器的抽吸管，空气和水在位于抽吸管下端的混合扩压管内充分混合后，通过其末端的扩压口射出，使气体的动能转换成压力能；位于扩压口边缘的碎气片将射出的水气混合物粉碎成1～3毫米的微小气泡，通过螺旋桨推流，向水体中更深更远的区域扩散。
附图说明
图1为将潜水空心轴电机垂直安装的潜浮式曝气机整体结构示图；
图2为将潜水空心轴电机水平安装的潜浮式曝气机整体结构示图；
图3为潜浮式曝气机的螺旋桨总成示意图；
图4为潜浮式曝气机的螺旋桨的俯视图和剖面图；
图5为潜浮式曝气机的喷射混流器和碎气片的剖面图；
图6为聚氧活化曝气增氧机(专利号ZL99103087.7)总体结构示意图；
图7为发明专利申请潜浮式曝气机(专利申请号200610168196.0)整体结构示图；
图8为发明专利申请潜浮式曝气机(专利申请号200610168196.0)中的潜水空心轴电机结构原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明导气筒直接进气的潜浮式曝气机，将潜水空心轴电机垂直安装，风机座2固定在导气筒35上端，风机座2上开有进气口3，气环压缩机29通过托架34固定在风机座2上，该风机的排气口30与进气口3之间通过不锈钢管(或软管)33密封连接。导气筒35的下端与潜水空心轴电机9的第一电机法兰19通过第一法兰36固定在一起；第二电机法兰20与导流罩38通过第二法兰37固定在一起，潜水空心轴电机9的下轴伸18与由螺旋桨39、喷射混流器40和碎气片41共同组成的螺旋桨总成同轴连接，与电机的传动轴8同步旋转。
图1所示的潜浮式曝气机实现深水曝气的工作原理如下。气环压缩机29将水面上的空气增压，经排气口30输出高压差的压缩空气，该压缩空气可以被送至5米深的水中；压缩空气经过不锈钢管(或软管)33和进气口3进入大口径的导气筒35，由部分浸没在水中的所述导气筒35直接向水里进气。流经所述导气筒35内部的空气，通过潜水空心轴电机9的空心传动轴8的轴孔进入水下。进入水体的空气在螺旋桨总成的喷射混流器40内与由进水孔45进入的水进行混合，形成水气混合物；然后位于喷射混流器40下端的碎气片41将所述水气混合物粉碎、雾化成微小气泡后，经由喷射混流器40末端射出携带微小气泡的雾状水柱，再由经过螺旋桨39搅拌、推流，向更深更远的区域扩散，实现深水曝气。其中能够产生高压差的压缩空气的气环压缩机29和具有混合、喷射、搅拌和推流等综合效果的螺旋桨总成是实现深水曝气的关键。
如图2所示，按图1所示的曝气机，采用L型导气筒42代替图1所示的导气筒35。L型导气筒42一端连接风机座2，另一端和潜水空心轴电机9的第一电机法兰19通过第一法兰36固定在一起。L型导气筒42的夹角α为90°至180°之间(90°≤α＜180°)，其他部件结构与图1所示的曝气机相同，构成将潜水空心轴电机及螺旋桨总成水平安装的潜浮式曝气机。
图2所示的L型导气筒42的目的是将进入导气筒35的压缩空气引入水中，向水平方向或向与水平面形成一定角度的方向曝气。当L型导气筒42的夹角α为90°时，电机9和螺旋桨总成水平放置，此时所述曝气机向水平方向曝气；当L型导气筒42的夹角α介于90°和180°之间时，电机9和螺旋桨总成倾斜放置，与水平面形成一个夹角，此时所述曝气机向与水平面形成一定角度的方向曝气。采用L型导气筒42的曝气机特别适合在污水处理的氧化沟工艺中进行横向的曝气、搅拌和推流，能够将沉积在氧化沟底部的活性污泥吹起并使其保持悬浮状态，使污泥里的微生物更充分地与进入水里的空气接触，更有效地消除污水中的有机物，同时提高氧化沟内的污水循环流动速度，提高氧化沟内污水的处理效率。
如图3所示，本发明由导气筒直接进气的潜浮式曝气机的螺旋桨总成与潜水空心轴电机9的下轴伸18开口端同轴连接。螺旋桨总成由螺旋桨39、喷射混流器40和碎气片41组成，与电机的传动轴8同步旋转。螺旋桨39由桨毂43和三片桨叶44组成；喷射混流器40上部的抽吸管46周围开有进水孔45，抽吸管46下部连接混合扩压管47；混合扩压管47末端有两个或两个以上的碎气片41。
如图4所示，螺旋桨39由桨毂43和三片桨叶44组成。
如图5所示，喷射混流器40由喷嘴48、一个或一个以上的喷气口49、两个或两个以上的进水孔45、抽吸管46、支撑板50、混合扩压管47和扩压口51组成；混合扩压管47末端有两个或两个以上的碎气片41。喷嘴48为倒喇叭形，位于抽吸管46内部上端，喷嘴48的下部开有一个或一个以上的喷气口49；抽吸管46的管壁靠近喷嘴48附近处，开有两个或两个以上的进水孔45；抽吸管46下端由支撑板50连接混合扩压管47，混合扩压管47下部开有一个喇叭形的扩压口51；混合扩压管47末端靠近扩压口51附近处，有两个或两个以上的碎气片41。
喷射混流器40和碎气片41的目的是将气流和水流有效混合，形成包含微小气泡的雾状水流，使小气泡向深水区域扩散，提高水中的溶解氧转移效率。其工作原理是，高压差的压缩空气经过喷嘴48时，倒喇叭形的喷嘴48对气流有“收缩”并增压的作用；通过进水孔45进入抽吸管46的水流，和进入抽吸管46的压缩空气均被引入混合扩压管47，在内部进行混合，所形成的水气混合物经扩压口51喷射出来，喇叭形的扩压口51对水气混合物起到“释放”和扩压作用。在扩压过程中又经过碎气片41粉碎、雾化成微小气泡；所产生的效果是含有微小气泡的雾状水柱，并将富氧的小气泡扩散到深水区域。

Claims (3)

1.一种由导气筒直接进气的潜浮式曝气机，主要由风机座(2)、进气口(3)、潜水空心轴电机(9)组成；所述风机座(2)上开有所述进气口(3)，所述潜水空心轴电机(9)的传动轴(8)为空心轴，作为输送气体或液体的通道，其特征在于，气环压缩机(29)通过托架(34)固定在所述风机座(2)上，所述风机座(2)焊接固定在导气筒(35)上端，所述气环压缩机(29)的排气口(30)与所述进气口(3)之间通过不锈钢管或软管(33)密封连接，所述导气筒(35)的下端与第一电机法兰(19)通过第一法兰(36)固定；第二电机法兰(20)与导流罩(38)通过第二法兰(37)固定，所述潜水空心轴电机(9)的下轴伸(18)与由螺旋桨(39)、喷射混流器(40)和碎气片(41)共同组成的螺旋桨总成同轴连接。
2.根据权利要求1所述的潜浮式曝气机，其中，所述导气筒(35)采用L型导气筒(42)，该L型导气筒（42）的夹角90°≤α＜180°，其一端与所述风机座(2)底部焊接固定，另一端和所述第一电机法兰(19)通过所述第一法兰(36)固定。
3.根据权利要求1所述的潜浮式曝气机，其中，所述螺旋桨(39)由桨毂(43)和三片桨叶(44)组成；所述喷射混流器(40)由喷嘴(48)、一个以上的喷气口(49)、两个以上的进水孔(45)、抽吸管(46)、支撑板(50)、混合扩压管(47)和扩压口(51)组成；所述喷射混流器(40)的混合扩压管(47)末端有两个以上的碎气片(41)。 
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