CN102616948A - 曝气机的螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种曝气性能高，构造简单，制造容易，尤其是即使在高水深的槽中，与在标准的水槽中的运转的情况相比，也不必特别增加每个槽容积的动力，即可产生必要的底部流速的适合高水深的槽的螺旋桨型曝气机。本发明中，使叶片(4)和空心轴(3)的接合部(41)的长度(L1)在叶片(4)的缠绕轴方向长度(L)的1.1倍～1.5倍的范围，使螺旋桨出口部(5b)上的叶片(4)的外缘(42)和空心轴(3)的圆周方向构成的角度(β)在30度～100度的范围，使叶片(4)相对于空心轴(3)的卷绕角度(θ)为360度/叶片的片数～360度，使空心轴(3)的外径(d)和叶片的最大外径(Dmax)的比(d/Dmax)在0.30～0.55的范围。

Description

曝气机的螺旋桨

技术领域

本发明涉及通过搅拌污水，产生负压来向污水中供给空气(氧)进行曝气的螺旋桨型曝气机，更详细地说，涉及通过驱动马达旋转，并在轴端形成有开口部的空心轴的前端部设置了一片或多片形成为螺旋状的板状的叶片的螺旋桨型曝气机。

背景技术

通过驱动马达旋转，并在轴端形成了开口部的空心轴的前端部螺旋状地形成的叶片和根据需要，在该叶片的前端组合了离心叶片的螺旋桨型曝气机已被公知(例如，参见专利文献1)。

在为该自给式螺旋桨型曝气机的情况下，如图10以及图12(a)所示，做成在螺旋桨轴的前端安装形成为螺旋状的叶片4，进而，根据需要，在该叶片4的前端组合了离心叶片6的螺旋桨的构造。而且，在该螺旋桨中，如图12(b)所示，通气其旋转，在中央部产生负压，在通气时，由负压吸引空气，大量的空气与水一起从中央部沿离心叶片在箭头的方向流动。通过这些作用和气泡的细微化，使气泡向大范围扩散，据此，能够相对于所需要的动力，使氧有效地向水侧移动。但是，由于水和空气的流动的方向在箭头的方向朝向半径方向外的成分大，所以，存在与有必要使流动在轴方向直行得远的情况，即，在水深的深水槽中运转的情况不匹配的缺点。

另外，专利文献2公开了其改进型。在为该螺旋桨型曝气机的情况下，如图13(a)所示，是将多条形成为螺旋状的叶片4一体地设置在螺旋桨轴的前端部的曝气搅拌用螺旋桨，其特征在于，在形成为螺旋状的叶片4的前端形成离心叶片6，在该离心叶片6的前端，以与螺旋桨轴的轴心垂直地配置的方式，即，以与螺旋桨轴的开口部相向的方式，配设了圆板7，具有通过抑制水流中的返回的流动来抑制消耗动力的效果。但是，与高水深槽不匹配这点与专利文献1记载的曝气机相同，由于是在螺旋桨前端部具有离心叶片的构造，所以，水流如图13(b)所示，朝向外周方向一面扩展，一面前进。由于水流的扩展越是在大范围，速度越是减缓，所以，流动不会到达很远。

在该以往技术中，如图11所示，使叶片的间距P越在螺旋桨出口部越小，即，使叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)越在螺旋桨出口部越小。

但是，若使叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)越在螺旋桨出口部越小，则在螺旋桨出口部的水流的绝对速度(V)不像图6(a)所示那样升高，不能产生大的负压。因此，在空心轴通过并向污水中供给的空气量变少。

另外，由于在螺旋桨出口部的水流的绝对速度(V)不升高，所以，污水的搅拌力变小，不能将溶有氧的水送入曝气槽的深且远处。

即，包括该螺旋桨在内，以往的螺旋桨虽然适合水深3m以下的通常的水槽，但是，与向超过水深3m的高水深槽的应用不匹配。

另外，为了增大在螺旋桨出口部的水流的绝对速度(V)，有必要增大叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)，但是，在这种情况下，在以往的螺旋桨型曝气机中，在螺旋桨入口部的叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)必然大。

但是，由于在螺旋桨入口部的流动没有回旋成分，是在轴方向直线的流动，所以，若在螺旋桨入口部的叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)增大，则具有在螺旋桨入口部的流体损失增大这样的问题点。

而且，若在流入部，螺旋桨入口部的叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)不到三度或在十度以上，则具有在螺旋桨叶片周边产生大量气泡，没使水流良好地产生的问题点。

另外，以往的螺旋桨型曝气机由于使水流朝向螺旋桨的外周方向，即，由于具有回旋成分，所以，如图11所示，大多使叶片和空心轴的接合部的长度为比叶片的缠绕轴方向长度大的值，因此，水流向螺旋桨的轴的延长方向的到达距离变短，与向高水深槽的应用不匹配。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特公昭56-21452号公报

专利文献2：专利2907020号公报

本发明借鉴上述以往的螺旋桨型曝气机所具有的问题点，其目的在于，提供一种曝气性能高，构造简单，制造容易，尤其是即使在高水深的槽中，与在标准的水槽中的运转的情况相比，也不特别增加每个槽容积的动力，即可产生必要的底部流速的适合高水深的槽的螺旋桨型曝气机。

另外，本发明的目的在于，提供一种不会产生在螺旋桨的叶片周边大量产生气泡，没使水流良好地产生这样的故障的螺旋桨型曝气机。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的螺旋桨型曝气机是通过驱动马达旋转，并在轴端形成有开口部的空心轴的前端部设置了一片或多片形成为螺旋状的板状的叶片的螺旋桨型曝气机，其特征在于，使叶片和空心轴的接合部的长度在叶片的缠绕轴方向长度的1.1倍～1.5倍的范围，使螺旋桨出口部上的叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)在30度～100度的范围，使叶片相对于空心轴的卷绕角度(θ)为360度/叶片的片数～360度，使空心轴的外径(d)和叶片的最大外径(Dmax)的比(d/Dmax)在0.30～0.55的范围。

在这种情况下，能够将螺旋桨入口部的附近的叶片的外径形成得比其它部分小。

另外，能够使与空心轴正交的截面上的叶片的外缘向空心轴旋转的方向的弯曲角度(γ)在相对于叶片的缠绕轴方向的全长的流入侧～1/4长度的位置，在3度～10度的范围，且在叶片的最大外径(Dmax)的位置，在10度～22度的范围。

发明效果

根据本发明的螺旋桨型曝气机，能够提高在螺旋桨出口部的水流的绝对速度，产生大的负压，通过空心轴将大量的空气向污水中供给，另外，由于在螺旋桨出口部的水流的绝对速度提高，所以，污水的搅拌力增大，即使在高水深槽的情况下，也能够将溶有氧的水送入到曝气槽的深处，即使在高水深槽中，也能够在水槽底部产生必要的流速。另外，由于此时没有必要相对于标准的水槽的情况增加每1m³的动力(动力密度)，所以，能够提供一种适合高水深的槽的螺旋桨型曝气机。

另外，通过将螺旋桨入口部的附近的叶片的外径形成得比其它部分小，能够降低在螺旋桨入口部的流体损失。

另外，通过使与空心轴正交的截面上的叶片的外缘向空心轴旋转的方向的弯曲角度(γ)在相对于叶片的缠绕轴方向的全长的流入侧～1/4长度的位置，在3度～10度的范围，且在叶片的最大外径(Dmax)的位置，在10度～22度的范围，在使螺旋桨旋转时，能够减少在螺旋桨的半径方向逃逸的流动，增大在螺旋桨出口部的水流的绝对速度，且不会产生在螺旋桨的叶片周边大量产生气泡，没使水流良好地产生这样的故障。

附图说明

图1是表示本发明的螺旋桨型曝气机的一个实施例的螺旋桨的图。

图2(a)是图1的X-X剖视图，(b)是其Y-Y剖视图。

图3是表示叶片相对于空心轴的卷绕角度(θ)的图。

图4是表示本发明的螺旋桨型曝气机的螺旋桨的动作的说明图。

图5是表示本发明的螺旋桨型曝气机的螺旋桨的图。

图6是表示螺旋桨的叶片的角度和速度三角形的关系的图。

图7是表示空心轴的外径(d)和叶片的最大外径(Dmax)的比(d/Dmax)和曝气性能的关系的图。

图8是表示螺旋桨出口部上的角度(β)和曝气性能的关系的图。

图9是表示叶片的最大外径(Dmax)的位置上的角度(γ)和曝气性能的关系的图。

图10(a)是表示以往的螺旋桨型曝气机的螺旋桨的图，(b)是其Z-Z剖视图。

图11是表示以往的螺旋桨型曝气机的螺旋桨的图。

图12是表示以往的螺旋桨型曝气机的螺旋桨的图。

图13是表示以往的螺旋桨型曝气机的螺旋桨的图。

图14是表示流速测定点的图。

图15是表示两台本发明的曝气机运转时的流速分布中的流速值的图。

具体实施方式

下面，根据附图，说明本发明的螺旋桨型曝气机的实施方式。

图1～图5是表示本发明的螺旋桨型曝气机的一个实施例。

该螺旋桨型曝气机1被配设在废水处理厂的曝气槽等，通过驱动马达2旋转，并在轴端形成了开口部3b的空心轴3的前端部设置一片或多片形成为螺旋状的板状的叶片4，构成螺旋桨5。

在空心轴3的基端部贯穿设置吸气孔3a，由驱动马达2经空心轴3在污水中使螺旋桨5旋转，在螺旋桨5的前方区域的污水中产生负压，据此，从吸气孔3a吸引空气，将吸引的空气从形成在空心轴3的轴端的开口部3b向污水中供给。

螺旋桨5是通过将利用冲压等弯曲加工了的分别独立的三片板状的叶片4大致等间隔地相互不接触地螺旋状地焊接在空心轴3上而构成。

在这种情况下，螺旋桨5的叶片的片数不限于三片，也可以是一片或两片或两片以上的多片，另外，叶片和空心轴的紧固方法并不限于焊接，可以采用任意的机械性紧固方法。

在这种情况下，为了得到规定的曝气性能，使叶片4和空心轴3的接合部41的长度L1(从叶片4的基端部4a到前端部4b的接合部的全长)在叶片4的缠绕轴方向长度L的1.1倍～1.5倍的范围(本实施例中为1.37)，且使叶片4的相对于空心轴3的卷绕角度(θ)为360度/叶片4的片数～360度(本实施例中为360度/三片＝120度以上的260度)。

另外，空心轴3的外径(d)和叶片4的最大外径(Dmax)的比(d/Dmax)从表示了该比(d/Dmax)和曝气性能的关系的图7可以清楚地看出，在0.20～0.55的范围(本实施例中为0.34)(若(d/Dmax)小于0.20，则被供给的空气量少，另外，若大于0.55，则被供给的水量少，在任何一种情况下，曝气性能都降低。另外，在图6中，表示若曝气性能为小于0.8的值，则不能作为通常的曝气机使用的状态)，再有，为了提高螺旋桨5的强度，优选使叶片4的前端部4b的从形成在空心轴3的轴端的开口部3b的突出量(t)在叶片4的最大高度(hmax)的0.5倍以下。

另外，螺旋桨出口部5b的叶片4的外缘42和空心轴3的圆周方向构成的角度(β)(下称角度(β))从表示了角度(β)和曝气性能的关系的图7可以清楚地看出，有需要设定在30度～100度的范围。即，通过将角度(β)设定在30度以上，使螺旋桨出口部5b的水流的绝对速度(V)变大。

这样，由于水流的绝对速度(V)大时，从螺旋桨出来的水流的水势强，所以，能够将从形成在螺旋桨5的空心轴3的轴端的开口部3b送入污水中的空气的气泡送入到深、远处。另外，水流的绝对速度(V)大时，能够在形成于螺旋桨5的空心轴3的轴端的开口部3b产生大的负压，能够将大量的空气送入污水中。

由于这些情况，溶在水中的氧的量也增多，能够提高曝气性能。

另一方面，若将角度(β)设定得比100度大，则仅水流的回旋速度变得过大，相比螺旋桨5的旋转驱动力变大，空气的供给量没有增加，曝气性能将降低。另外，在该图中，表示曝气性能为小于0.8的值时，不能作为通常的曝气机使用的状态。

对于叶片4和空心轴3的接合部41和空心轴3的圆周方向构成的角度(α)(下称角度(α))为了提高在螺旋桨出口部5b的水流的绝对速度，或为了提高水流的直行性，在螺旋桨出口部5b进行扩大(在本实施例中，螺旋桨出口部5b的角度(α)设定为50度)。

此时，随着角度(α)的扩大，角度(β)也扩大。

通过将螺旋桨出口部5b的叶片4的外缘42和空心轴3的圆周方向构成的角度(β)设定在30度～100度的范围，与图6(a)所示的以往的螺旋桨型曝气机的情况相比，不会增大在螺旋桨入口部5a的流体损失，像图6(b)所示那样，使在螺旋桨出口部的水流的绝对速度(V)上升，据此，能够在形成于螺旋桨5的空心轴3的轴端的开口部3b产生大的负压，能够将大量的空气送入污水中。

在使螺旋桨5在污水中旋转时，为了减少在螺旋桨5的半径方向逃逸的流动，增大在螺旋桨出口部5b的水流的绝对速度，如图2(a)所示，将叶片4的外缘42做成在与空心轴3正交的截面上在空心轴3的旋转的方向弯曲的形状。

而且，与空心轴正交的截面上的叶片的外缘向空心轴的旋转的方向的弯曲角度(γ)(下称角度(γ))从表示角度(γ)和曝气性能的关系的图9可以清楚地看出，有需要在叶片的最大外径(Dmax)的位置，设定在10度～22度的范围(若角度(γ)小于10度时，供给的水量少，另外，若大于22度时，会收缩流动，所以，供给的空气量少，在任何一种情况下，曝气性能都降低)。另外，该图中，表示曝气性能为小于0.8的值时不能作为通常的曝气机使用的状态。

另外，尤其是若在入口侧(相对于叶片的全长从流入侧到1/4长度的范围)，将角度(γ)设定在不到3度和10度以上的范围，则具有在螺旋桨叶片周边产生大量气泡，无法使水流良好地产生的问题。因此，在入口侧将角度(γ)设定在3度～10度的范围。

接着，为了证实本实施例的螺旋桨型曝气机1的作用，将用作为水深超过3m的高水深槽的一例的水深5m的图14所示的水槽进行实际测试的流速分布的结果表示在图15中。

在本试验中，在容积约为480m³的水槽充满清水，设置两台3.7kW的螺旋桨型曝气机，测定曝气运转时的合成流速。

这里，本试验时的曝气机的动力(3.7kW)和台数(两台)如下所示，是假设了大致实际设备的设定。

[必要氧量]

若假设实际的曝气槽，则在使用水槽容量为480m³的水槽的情况下，一日所必须的氧量通过概算，从下述的算式得出201.6kgO₂/日。

480m³(水槽容量)×200mg/L(污水浓度)÷10m³×2.1kgO₂/kgBOD(单位消耗资源)＝201.6kgO₂/日

[曝气机的动力和台数]

有时会采用在一日之中设置不进行曝气运转的时间，提高处理水质的运转方法，作为一例，使曝气运转的时间为大致半日(具体地说，例如14小时)。为了在一日中的14小时满足上述必要氧量，需要具有根据下述的算式得出的每一小时14.5kgO₂/h的氧溶解能力的曝气机。

201.6kgO₂/d÷14h/d＝14.4kgO₂/h

由于在以往曝气机和本发明的曝气机的任意一个中，增氧动力效率均为2.0kgO₂/kWh，所以，这些曝气机所必须的总动力如下述的算式所述。

14.4kgO₂/h÷2.0kgO₂/kWh＝7.2kW

作为满足该动力的型式和台数的选择例，考虑与曝气机的动力为3.7kW机，运转两台那样的上述试验条件相同的设定内容。

[动力密度和底部流速的基准值]

若计算以上述运转条件为基础，用水槽容积除动力的值(下称“动力密度”)，则如下述的算式所述。

7，400W(动力，3.7kW×2台×103)÷450m³(水槽容积)＝16.4W/m³

在这样的曝气运转时，作为表示能够在槽内产生足够的水流的情况的指标，在高水深槽中，也与标准槽同样，为了防止污泥的堆积，确定为底部流速在0.1m/s以上。

即，在以通过水槽的容积和必要氧量以及曝气机的性能求得的动力密度约为16W/m³这样的条件进行了曝气操作的情况下，即使是高水深(作为一例，5m)，曝气机也需要底部流速在0.1m/s以上那样的搅拌性能。

在表示了使用本发明的曝气机的流速结果的图15(a)(A面)中，底部流速在0.3m/s以上或在0.25m/s以上，在图15(b)(B面)中，底部流速在0.3m/s以上，均为大大超过了标准值，即，0.1m/s的值。

另一方面，使用以往的曝气机的流速结果(省略图示)在A面和B面的任意一个，底部流速均比本发明的曝气机运转时小，而且，不到标准值，即，0.1m/s。

[实际处理场所的流速]

根据被投入了污水的水深为4.5m的高水深的曝气槽(容积1，200m³)中使两台动力为1kW的本发明的曝气机运转时的实际测量数据(在该条件下并非全部台数的运转，而是停止一部分曝气机)，该运转条件下的底部流速为0.37m/s。由于此时的动力密度为

11，000W×2台/1,200m³＝18.3W/m³，

所以，可以说是与上述的试验相同的动力密度。确认了即使在大致相同条件的实际处理场所，也能够得到与上述的试验相同的结果。

由于上述情况，可以说本发明的曝气机的高水深槽中的搅拌性能相对于以往机器占优势，满足曝气机所必要的搅拌性能，确认了本发明的曝气机是尤其适合高水深槽的曝气机。

上面，针对本发明的螺旋桨型曝气机，根据其实施例进行了说明，但本发明并不限定在上述实施例记载的结构，能够在不脱离其主旨的范围内，适当地改变其结构。

产业上利用的可能性

本发明的螺旋桨型曝气机能够提高槽的底部的水流的流速，曝气性能高，构造简单，制造容易，尤其是在高水深的槽中，与在标准的水槽中的运转的情况相比，也不必特别增加每个槽容积的动力，即可产生必要的底部流速，因此，适合用于高水深的槽的用途。

符号说明

1：螺旋桨型曝气机；2：驱动马达；3：空心轴；3a：吸气孔；3b：开口部；4：叶片；4a：叶片的基端部；4b：叶片的前端部；41：叶片和空心轴的接合部；42：叶片的外缘；5：螺旋桨；5a：螺旋桨入口部；5b：螺旋桨出口部；6：离心叶片；7：圆板；Dmax：叶片的最大外径；d：空心轴的外径；hmax：叶片的最大高度；α：叶片和空心轴的接合部及空心轴的圆周方向构成的角度；β：叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度；γ：与空心轴正交的截面上的叶片的外缘向空心轴旋转的方向的弯曲角度。

Claims (3)

1.一种螺旋桨型曝气机，所述螺旋桨型曝气机通过驱动马达旋转，并在轴端形成有开口部的空心轴的前端部设置了一片或多片形成为螺旋状的板状的叶片，其特征在于，使叶片和空心轴的接合部的长度在叶片的缠绕轴方向长度的1.1倍～1.5倍的范围，使螺旋桨出口部上的叶片的外缘和空心轴的圆周方向构成的角度(β)在30度～100度的范围，使叶片相对于空心轴的卷绕角度(θ)为360度/叶片的片数～360度，使空心轴的外径(d)和叶片的最大外径(Dmax)的比(d/Dmax)在0.30～0.55的范围。

2.如权利要求1所述的螺旋桨型曝气机，其特征在于，将螺旋桨入口部的附近的叶片的外径形成得比其它部分小。

3.如权利要求1或2所述的螺旋桨型曝气机，其特征在于，使与空心轴正交的截面上的叶片的外缘向空心轴旋转的方向的弯曲角度(γ)在相对于叶片的缠绕轴方向的全长的流入侧～1/4长度的位置，在3度～10度的范围，且在叶片的最大外径(Dmax)的位置，在10度～22度的范围。

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