CN102451625B

CN102451625B - 一种自吸式气液混合叶轮

Info

Publication number: CN102451625B
Application number: CN201010514315.XA
Authority: CN
Inventors: 刘春阳; 回军; 韩建华; 赵景霞
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN102451625A

Abstract

本发明公开了一种自吸式气液混合叶轮，该叶轮由空心连轴接头、空心盘、空心导流叶片、环形导流板组成；空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通；空心盘由上盖板、下盖板及筒体组成；空心盘下盖板下侧密封连接空心导流叶片，与空心导流叶片对应位置的下盖板开设与空心导流叶片内部空间连通的通道，空心导流叶片下端设置环形导流板，空心导流叶片旋转方向的后方一侧叶片设置布气孔。与现有技术相比，本发明气液混合叶轮具有吸气量大、能耗低、叶轮无堵塞等优点。

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下高速旋转过程中产生的负压，将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，无论在经济上、还是在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，不仅应吸气量大、气液混合效果好，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；该叶轮的问题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和CN200610134150.7公开了几种新型引气式叶轮，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，布气孔设置在所在的盖板上，并且位于导流叶片旋转方向的后侧，其叶轮引气量大，气液混合效果好。但由于下盖板和上盖板空间有限，布气孔数量和排列方式都受到限制，不能充分利用叶轮旋转时导流叶片后侧产生的负压以及导流叶片间水流变线产生的负压进一步提高其引气量，以提高气引气性能。

发明内容

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

本发明的气液混合叶轮主要是由空心连轴接头、空心盘、空心导流叶片、环形导流板组成。空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通；空心盘由上盖板、下盖板及筒体组成；空心盘下盖板下侧密封连接空心导流叶片，与空心导流叶片对应位置的下盖板开设与空心导流叶片内部空间连通的通道，空心导流叶片下端设置环形导流板，空心导流叶片旋转方向的后方一侧叶片设置布气孔。

本发明气液混合叶轮中，空心导流叶片具有一内部空间，该内部空间上侧与空心盘相通，空心导流叶片旋转方向的后方一侧叶片通过布气孔与空心导流叶片外部相通，其余部分为密封结构。

本发明气液混合叶轮中，空心导流叶片的横截面可以是适宜的形状，如等边倒三角形、后倾式倒三角形、不规则倒三角形、梯形、不规则梯形、平行四边形等适宜的形状。空心盘下盖板上与空心导流叶片之间的通道形状优选与空心导流叶片横截面相同。空心导流叶片数量可以根据气液混合叶轮的规模设置1～50个，优选为2～30个。

本发明气液混合叶轮中，所述的布气孔可以沿叶轮轴线方向设置一排或多排。布气孔的数目和排列方式也可以在空心导流叶片旋转方向后方一侧叶片上做任意改变。

本发明气液混合叶轮中，空心导流叶片上端与空心圆盘的下盖板相连，下端与环形导流板相连，两个相邻空心导流叶片之间形成水流通道。

本发明气液混合叶轮中，环形导流板为中心具有圆形进水口(或进液口)的平板或锥形板；其外形可以根据需要采用任意形状，但一般选择圆形。环形导流板与空心导流叶片连接，导流板的内外圆所形成的环形区域面积至少能封闭空心导流叶片下端。环形导流板可以防止水流从空心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；另外环形导流板还可以减小水体对空心导流叶片的拖曳，降低叶轮的功耗。

本发明空心圆盘和空心导流叶片可以是整体结构，也可以由相应的零部件焊接而成。

本发明的优点是能够克服由于空心盘下盖板面积有限而造成的布气孔数量的限制，充分利用空心导流叶片旋转方向后方一侧叶片的面积，可以大大增加布气孔的数量，并且可以通过增加空心导流叶片高度而任意增加布气孔的数目和改变排列方式。可以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、气液混合效果好，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。

该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纵剖面主视图。

图2为图1的A-A方向视图。

图3为本发明另一种空心导流叶片结构的横剖面图。

图4为本发明第三种空心导流叶片结构的横剖面图。

图5为本发明气液混合叶轮外形结构立体图。

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、下盖板5、空心导流叶片6，环形导流板7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；下盖板5圆周均匀分布有若干与空心导流叶片6对应的

形开口；空心导流叶片6为截面与下盖板5上

形开口同形的中空结构，空心导流叶片6上端形开口与下盖板5上形开口密封连接，与空心盘内部空间相通；下端

形开口被环形导流板7封闭。布气孔4设置在空心导流叶片旋转方向的后方一侧导流叶片上。

图1～图4视图中，从中可见空心导流叶片6和环形导流板7的形式和位置。箭头方向为叶轮旋转方向，布气孔4的位置。所述空心导流叶片还可以采用其他形式。

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，通过空心圆盘下盖板5上的开口进入空心导流叶片，经布气孔4以微气泡形式分散于液体中。

环形导流板7中心处的开孔为叶轮的吸水口(或吸液口)，环形导流板7与导流叶片6、下盖板5形成封密的水流通道(或液体通道)，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，而且功耗降低。

Claims

1.一种自吸式气液混合叶轮，其特征在于：由空心连轴接头、空心盘、空心导流叶片、环形导流板组成；空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通；空心盘由上盖板、下盖板及筒体组成；空心盘下盖板下侧密封连接空心导流叶片，与空心导流叶片对应位置的下盖板开设与空心导流叶片内部空间连通的通道，空心导流叶片下端设置环形导流板，空心导流叶片旋转方向的后方一侧叶片设置布气孔。

2.按照权利要求1所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：空心导流叶片具有一内部空间，该内部空间上侧与空心盘相通，空心导流叶片旋转方向的后方一侧叶片通过布气孔与空心导流叶片外部相通，其余部分为密封结构。

3.按照权利要求1或2所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：空心盘下盖板上与空心导流叶片之间的通道形状与空心导流叶片横截面相同。

4.按照权利要求1或2所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：空心导流叶片数量设置1～50个。

5.按照权利要求1或2所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：空心导流叶片数量设置2～30个。

6.按照权利要求1所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：布气孔沿叶轮轴线方向设置一排或多排。

7.按照权利要求1所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：空心导流叶片上端与空心圆盘的下盖板相连，空心导流叶片下端与环形导流板相连，两个相邻空心导流叶片之间形成水流通道。

8.按照权利要求1所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：环形导流板为中心具有圆形进水口的平板或锥形板，其外形为圆形。

9.按照权利要求1或8所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：环形导流板与空心导流叶片连接，导流板的内外圆所形成的环形区域面积至少能封闭空心导流叶片下端。

10.按照权利要求1所述的自吸式气液混合叶轮，其特征在于：空心圆盘和空心导流叶片是整体结构，或者由相应的零部件焊接而成。