CN101910071B - 吸气器 - Google Patents

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Abstract

一种吸气器，包括多个吸气器管路，每个吸气器管路优选地与中心轴线成70度地延伸且包括在吸气器管路出口下方延伸有限距离的翼片。该设计通过使用使碎片流出的多个带翼片的吸气器管路，在相同的转速下比最佳的现有技术设计多喷射35％的空气而改进了混合和气体接触，且降低了功率要求。此外，本发明的吸气器通过减小马达所利用的平均电流消耗而改善了马达的寿命。吸气器可用于许多应用场合，包括污水和废水处理、充氧、发酵、曝气、加氢、氧化和油砂分离。

Description

吸气器
技术领域
本发明主要涉及一种吸气器。更具体而言，本发明针对一种吸气器，其通过使用使材料流出的多个带翼片的吸气器管路，在相同的转速下比美国专利No.6,318,705的现有技术设计多喷射大约35％的空气而改进了混合和气体接触，但降低了功率要求。此外，本发明的吸气器通过减小马达所利用的平均电流消耗而延长了马达的寿命。吸气器可用在许多应用场合中，包括污水和废水处理、鱼池和水产养殖槽的充氧(oxygenation)、以及任何其它气液混合处理，如发酵、曝气、加氢(hydrogenation)和氧化(oxidation)。当通过油砂来生产合成原油时，在用于使油与砂和水溶液相分离的腔室中，吸气器还可用于提供涡流生成和空气吸升。
背景技术
现有技术中的此类吸气器通常可在废水处理领域中找到。MacLaren等人的共同转让美国专利No.5,599,452公开了一种使用此类常规吸气器设计的废水处理方法。
MacLaren的共同转让美国专利No.6,318,705公开了一种用来将空气、氧气或其它气体引入液体中的吸气器设计。该设计对美国专利No.5,599,452的吸气器设计进行了改进，其能够在50％的转速下多喷射大约30％的空气。该吸气器包括轴与管路之间的45度角，以便有助于使碎片流出，否则，碎片会聚集在吸气器上，并且该吸气器还包括沿吸气器管路下侧的整个长度延展的翼片，用以提供较大的轮廓来加强混合。本发明将此认作是最佳的现有技术设计来用于与下文详述的本发明相比较的目的。
MacLaren的美国专利No.3,400,918公开了一种同一发明人的前期的污水曝气机。
Rajendren的美国专利No.4,844,843和Gross的美国专利No.5,160,667公开了现有技术的液体处理曝气机。
Ebner等人的美国专利No.3,776,531公开了一种具有分离的螺旋桨叶和吸气器管路的设备，用于在液体中分散和混入流体，尤其是气体。该专利所教导的是，与轴的竖直轴线相比，吸气器管路应当成35度与75度之间的角。
Langer等人的美国专利No.5,318,360公开了一种气体分散搅拌器，其包括可旋转的轴和至少一个中空的盘形搅拌/吸气部件。该专利所教导的是，盘形部件的顶侧和底侧上均包括引流叶片。
苏联专利SU 1,315,391示出了在中空导叶5的外缘上使用旋流器13。
White的美国专利No.3,779,531示出了相比于竖直轴成向下的角度使用的一些曝气管路。
日本专利JP 63-028432在图1和图3中示出了倾斜的曝气管路。
Meridith Jones的美国专利No.1,380,970示出了使用杆件来分散液体。
Callow等人的美国专利No.1,124,855在图1中示出了成角的曝气管路。
发明内容
本发明的吸气器设计包括在多个吸气器管路中的每一个的下端处的翼片，吸气器管路优选地形成为相对于吸气器轴成大约70度的角度。吸气器用于将空气或其它气体引入液体中。翼片的内缘提供了附加表面，用于在液体中形成空穴现象，从而改善了液体内的气体/液体接触和混合。本设计的优点包括：能够以较低的平均电流消耗在相同转速下比美国专利No.6,318,705的设计多喷射大约35％的空气，从而降低了吸气器的功率要求，改善了液体内的气体/液体接触和混合，或两者。在正常工作状态下的较低平均电流消耗还使马达的寿命延长了大约11.75％。
吸气器管路下端处的较短翼片有助于使碎片流出，否则碎片会聚集在吸气器上，还减小了非所期望的阻力。通过吸气器翼片所产生的空穴现象提供了较好的混合，这是因为沿吸气器管路底部的翼片有助于在液体中产生较大的空隙。这就提高了吸气器喷射空气或其它气体的能力，同时降低了部件的材料要求。增加吸入到液体中的空气或其它气泡还可改善吸气器附近液体的吸升，以改善槽或其它壳体中的循环。也可期望的是，以一定角度定向吸气器，该角度由于气体或空气的升力而趋于使槽中的混合最大化。在废水处理槽的实施例中，发现吸气器轴与吸气器管路之间大约70度的角度为优选角度。
附图说明
图1示出了本发明的吸气器的一个实施例的截面视图。
图2示出了本发明的吸气器实施例的顶视图。
图3示为了本发明的吸气器管路实施例的正交视图。
图4示出了实施本发明的方法的典型实施例。
具体实施方式
图1示出了沿图2中的截面B-B截取的吸气器1的截面视图。吸气器1包括大致圆柱形的主体2，其具有中心轴线3、敞开的第一端4和封闭的第二端5，以及限定中空内部7的内壁6。多个直的相等地间隔开的吸气器管路8从主体2的第二端5在与第一端4相对的方向上以与中心轴线3成大约70°度的角度∝径向延伸。在优选实施例中，使用了五个吸气器管路8。然而，根据吸气器管路的尺寸和应用场合，在不脱离本发明的范围的情况下可使用其它数目的吸气器管路。
吸气器管路8包括末端开口的导管9，该导管9在一端9a处与中空内部7连通。每个吸气器管路8还包括从与主体2的第一端4相对的一侧延伸的平面翼片部分10。翼片10沿平行于中心轴线3的方向延伸，且每个翼片10均具有小于吸气器管路8的直径的长度和宽度。
内壁7的一部分可包括内螺纹(未示出)，用于与中空曝气机轴的配合螺纹接合。优选的是使用左旋螺纹，以便轴通过典型马达的旋转用于使该连接变紧。
图2示出了吸气器1的一个实施例的顶视图，且示出了如上文所述的优选实施例的吸气器管路8的等长和等间距。图3示出了吸气器1以及吸气器管路8与翼片10之间的关系的正交视图。
尽管示为矩形或大致为矩形，但在不脱离本发明的范围的情况下，翼片10可采用其它形式。翼片10定位在位于管路底部上的每个吸气器管路8的出口端附近。每个翼片仅延伸吸气器管路8的长度的一部分。以此方式，翼片10具有较大的自由边缘，该自由边缘在旋转时可在液体中形成空穴现象，且翼片的空穴现象产生边缘定位在高转速的区域中。
在与美国专利No.6,318,705的翼片相比较时，本发明的优选实施例的翼片10为更为高效且造成较小阻力的部分翼片。因此，优选的翼片保持产生的空穴现象持续更久，这增大了溶解气体的表面积，且增加了气体/液体的暴露时间。在图4所示的实施例中，发明人发现部分翼片和较大的管路角度具有改善吸气器自动清洁的功能，且翼片形成了更为理想的空穴现象形式，这改善了所处理的液体的浊度。改善的自动清洁和浊度在废水处理中明显很重要。
当曝气机轴使吸气器1在液体中旋转时，形成在翼片10后方的低压引起空穴现象，其中，形成了由于低气压形成的空的蒸汽凹穴。这些空泡穴破裂会导致搅动，搅动破碎了液体中的任何成块材料，且以机械方式减小颗粒尺寸。如美国专利No.5,599,452(该专利通过引用并入到本文中)中所述，这样减小颗粒尺寸有助于加强废水处理。该搅动也可有助于油砂分离。
在旋转吸气器1附近局部形成的低压区域通过吸气器管路8从中空内部7中另外地吸收流体，且使流体进入液体中。当用于废水处理时，该流体就可为空气或氧气。如美国专利No.5,599,452中所公开的那样，这也可用于加强废水处理。拽出的气泡也引起液体的升力，这会改善液体的循环。
在与处于相同转速下的美国专利No.6,318,705的现有技术吸气器相比时，本发明的优选实施例多吸收了大约35％的空气。本发明还减少了马达中的平均电流消耗，其中，定子具有6.25ohm的电阻，这足以将马达的温度降低2.35℃。由于马达温度每上升10℃就会使马达寿命缩短50％，故可估计到，相比于美国专利No.6,318,705的现有技术，由使用本发明的优选实施例而引起的较少的电流消耗和随之而来的马达温度下降防止了驱动马达寿命缩短11.75％。
图4示出了使用吸气器1用于废水处理的布置。吸气器1刚性地安装在中空曝气机轴12上，且插入废水13中。马达14使轴12旋转，而形成在旋转的吸气器1附近的低压导致空气从开孔15吸入，穿过中空的曝气器轴12，进入吸气器1的中空内部7，且穿过吸气器管路8而进入废水13中。在该竖直位置，吸气器管路8相对于中心轴线3成70°角有助于碎片流出，否则，碎片将集中在吸气器1上。
在本发明的优选实施例中，吸气器1由尼龙6-6与13％的红色玻璃纤维填料形成。吸气器1的平衡保持在最大0.01英寸-盎司。吸气器管路8的末梢相等地且精确地间隔开，以便在相同平面内与中心轴线3在0.010T.I.R.内。在一个预期的实施例中，管路8的末梢从吸气器中心轴线7垂直延伸1.6223英寸，而每个翼片为0.21x0.31英寸。
在一个实施例中，本发明所形成的吸气器包括：具有中心轴线、敞开的第一端、封闭的第二端和限定中空内部的内壁的主体；以及从所述主体的所述第二端沿径向延伸的多个相等地间隔开的吸气器管路，其中，所述吸气器管路包括末端开口的导管，所述导管在一端处与所述中空内部连通，并且其中，每个吸气器管路还包括平面翼片部分，所述平面翼片部分在与所述主体相对的吸气器管路的一端处从与所述主体的所述第一端相对的一侧延伸且沿平行于所述中心轴线的方向延伸有限的距离。
该实施例的变型包括以下方面，其中：所述多个相等地间隔开的吸气器管路从所述主体的所述第二端以与所述中心轴线成大约70°的角度沿与所述第一端相对的方向延伸；所述多个吸气器管路包括五个吸气器管路；以及所述主体大致为圆柱形。其它变型包括以下方面，其中：主体还包括在所述内壁上的内螺纹，其用于与具有外螺纹的中空轴接合，以及其中所述内螺纹为左旋的。
在另一实施例中，以上的吸气器可用在使液体吸气(aspirating aliquid)的方法中，该方法包括：将其上安装有如权利要求1的吸气器的中空轴的一部分插入一定量的液体中；以及，使所述中空轴在足以引起吸气器上的翼片产生空泡穴的速度下旋转。该方法的变型包括以下方面：其中所述吸气用于选自废水处理、充氧、发酵、通气、加氢、氧化和油砂分离构成的组的处理过程；其中，吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为延长所引起的空穴现象；以及还包括利用电动马达来使所述中空轴旋转，其中，吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为减少所述电动马达的电流消耗(current draw)。
在某些应用场合中，本发明的吸气器在结合现有马达使用时证实是很有效的，可能会导致形成在BAT介质上的生物垫撕破，或溶解气体的过饱和。在这些情况中，可与吸气器一起地使用更为适合的马达，如在甚至更低的功率和转速下工作的马达。在此系统中，进一步降低电流和工作温度将延长马达的寿命，以及降低系统的电功率要求。
现在已经详细地描述了本发明的优选实施例和替代实施例。然而，应当注意的是，这些实施例仅示出了本发明的发明构想的基础原理。因此，可预期的是，所公开的实施例的各种修改对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的，而不会脱离本发明的范围。例如，空气之外的流体和废水之外的液体都可结合本发明的设备和方法使用。同样，尽管吸气器管路已经公开为平直的，具有统一的长度、直径和角度，但也有可能将吸气器构造为具有弯曲的管路、替代长度的管路、替代直径的管路和具有替代角度的管路，或它们的组合。同样，可使用适于具体应用场合的任何材料，包括但不限于各种塑料、金属、陶瓷和它们的组合。
已经描述了用于提供吸气器的系统和方法。本领域的技术人员将认识到的是，本发明能够以其它特定形式实施，这并未脱离所公开的本发明的范围，且本文所述的实例和实施例均为示范性的，而非限制性的。本发明领域中的技术人员将认识到，使用本文所述原理的其它实施例也是可能的。此外，任何涉及权利要求中单数形式的元件(例如，使用了冠词″一″、″一种″或″该″)不应看作是使该元件限于单个。

Claims (19)

1.一种吸气器，包括：
主体，所述主体具有中心轴线、敞开的第一端、封闭的第二端和限定中空内部的内壁；以及
从所述主体的所述第二端径向延伸的多个相等地间隔开的吸气器管路，
其中，所述吸气器管路包括末端开口的导管，所述导管在一端处与所述中空内部连通，并且
其中，每个吸气器管路还包括平面翼片部分，所述平面翼片部分在所述吸气器管路的与所述主体相对的一端处从与所述主体的所述第一端相对的一侧延伸且沿平行于所述中心轴线的方向延伸有限的距离。
2.根据权利要求1所述的吸气器，其中，所述多个相等地间隔开的吸气器管路从所述主体的所述第二端沿与所述第一端相对的方向以与所述中心轴线成70°的角度延伸。
3.根据权利要求1所述的吸气器，其中，所述多个吸气器管路包括五个吸气器管路。
4.根据权利要求1所述的吸气器，其中，所述主体为圆柱形。
5.根据权利要求4所述的吸气器，还包括在所述内壁上的内螺纹，用于与具有外螺纹的中空轴接合。
6.根据权利要求5所述的吸气器，其中，所述内螺纹为左旋的。
7.一种使液体吸气的方法，包括：
将安装有如权利要求1所述的吸气器的中空轴的一部分插入一定量的液体中；以及
使所述中空轴在足以引起所述吸气器上的翼片产生空泡穴的速度下旋转。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述吸气用于选自以下组的处理过程：废水处理、充氧、发酵、曝气、加氢、氧化和油砂分离。
9.根据权利要求7所述的使液体吸气的方法，其中，所述吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为延长所引起的空穴现象。
10.根据权利要求7所述的使废水吸气的方法，还包括利用电动马达使所述中空轴旋转，其中，所述吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为减少所述电动马达的电流消耗。
11.一种使液体吸气的方法，包括：
将安装有如权利要求2所述的吸气器的中空轴的一部分插入一定量的液体中；以及
使所述中空轴在足以引起所述吸气器上的翼片产生空泡穴的速度下旋转。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述吸气用于选自如下组的处理过程：废水处理、充氧、发酵、曝气、加氢、氧化和油砂分离。
13.根据权利要求11所述的使液体吸气的方法，其中，所述吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为延长所引起的空穴现象。
14.根据权利要求11所述的使液体吸气的方法，还包括利用电动马达使所述中空轴旋转，其中，所述吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为减少所述电动马达的电流消耗。
15.一种使液体吸气的方法，包括：
将安装有如权利要求3所述的吸气器的中空轴的一部分插入一定量的液体中；以及
使所述中空轴在足以引起所述吸气器上的翼片产生空泡穴的速度下旋转。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述吸气用于选自如下组的处理过程：污水处理、充氧、发酵、曝气、加氢、氧化和油砂分离。
17.根据权利要求15所述的使液体吸气的方法，其中，所述吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为延长所引起的空穴现象。
18.根据权利要求15所述的使液体吸气的方法，还包括利用电动马达使所述中空轴旋转，其中，所述吸气器管路的平面翼片部分的尺寸和形状被确定为减少所述电动马达的电流消耗。
19.根据权利要求2所述的吸气器，其中，所述多个吸气器管路包括五个吸气器管路。
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