CN102730820A - 一种曝气搅拌机的扩散管 - Google Patents

Abstract

一种曝气搅拌机的扩散管，扩散管的一端是开口的圆柱体，另一端是封闭的圆柱体，开口的圆柱体端用来提供空气，扩散管的管壁上开有一系列的孔，每个孔在扩散管外壁的直径均大于在内壁的直径，每个扩散管上的孔均沿轴的纵向方向倾斜一定的锐角，当扩散管旋转时，扩散管前端孔获得的升力要高于后端孔获得的升力。

Description

一种曝气搅拌机的扩散管

技术领域

本发明涉及一种用于污水处理的曝气搅拌机。

背景技术

本发明的曝气搅拌机包括一个可旋转的空心式驱动轴，驱动轴的顶端吸入空气，其底端与螺旋桨和扩散器连在一起。曝气搅拌机工作时，装有螺旋桨的一端潜入污水或其它液体中工作，吸入空气的一端位于水平面以上。

驱动轴(与电机相连)驱动着螺旋桨旋转，螺旋桨在水下高速旋转形成负压并产生液体流，在压力差的作用下，空气通过空心驱动轴进入水中。进入水中的空气在螺旋桨的作用下形成许多很小的气泡流入到液体中。

在污水处理过程中，曝气搅拌机吸入空气进入液体中，提供给好氧微生物足够的氧环境以利于微生物对污水中有机物的降解。曝气搅拌机主要有两个作用；

1.提供给微生物足够的氧以利于微生物的新陈代谢。

2.起搅拌混合作用，使微生物处于悬浮状态，保证与污水密切接触、充分混合，以利于微生物对污水中有机物的吸附和降解。

发明内容

本发明的目的是提供给曝气搅拌机一种新型的扩散管装置，通过此装置可以在不增加能耗的前提下，增加气-液的有效接触面积，从而有效地提高曝气搅拌机的效率。

本发明是用于曝气搅拌机的一种扩散管，扩散管的一端是开口的圆柱体，另一端是封闭的圆柱体，开口的圆柱体端用来提供空气；扩散管的管壁上开有一系列的孔，每个孔在扩散管外壁的直径均大于在内壁的直径。每个扩散管上的孔均沿轴的纵向方向倾斜一定的锐角，当扩散管旋转时，扩散管孔的前端获得的升力要高于孔的后端获得的升力。

本发明的曝气搅拌机包括：

一个由电动机带动的旋转空心轴，空心轴的顶端吸入空气，其底端安装有一个螺旋桨。

驱动轴驱动着螺旋桨旋转，螺旋桨在水下高速旋转形成负压，在压力差的作用下，空气通过空心驱动轴的吸入端被吸入水中。

空气扩散管安装在螺旋桨的下端，开口的圆柱体端与旋转的空心轴联接在一起，这样通过空心轴顶端吸入的空气仅能从扩散管的孔内流出。

附图说明

图1是本发明的一种曝气搅拌机的简图；

图2是图1上部分的详细放大图；

图3是图1下部分的详细放大图；

图4是图3的下部分详细放大图；

图5是图4圆周部分的放大图；

图6是图4中具有代表性的VI-VI部分的截面图；

图7是类似图5中所示的部分，只是扩散管管壁的结构不同；

图8是图7中扩散管的平面图；

图1-8中：2.曝气搅拌机，3.平台，4.浮筒，5.水平线，6.螺旋桨，7.螺旋桨轮毂，8.电动机，9.弹性联轴器，10.空心驱动轴，11.扩散管，12.扩散管导流壳，13.壳体，14.翘片式导向板，15.翘片式导向板末端，16.进气口，17.进口，18.输气管，19.鼓风机，20.风环，21.圆环过滤网，22.间隙，23.壳体内腔，24.风环延伸段，25.圆柱体顶端，26.圆柱体末端，27.转动叶片，28.圆柱体内壁，29.转动叶片锥顶，30.孔，31.扩散管外壁，32.孔前边，33.孔后边，34.模孔，35.模孔前边，36.模孔后边，37.扩散管内壁。

具体实施方式

参照附图1所示，曝气搅拌机(2)由固定在浮筒(4)上面的平台(3)支撑，曝气搅拌机(2)安装在平台(3)上的支架上(图上未给出)，这样允许在安装时根据实际需要调整曝气搅拌机纵向方向与水平线(5)的角度。该曝气搅拌机可以提出水面直接维修。

曝气搅拌机(2)同样也可以固定安装在浮桥或墙壁上。浮筒(4)确保曝气搅拌机(2)漂浮在曝气塘或曝气池中，曝气搅拌机的下部的螺旋桨(6)位于液面以下，而曝气搅拌机的上部(电动机部分)位于液面以上。

曝气搅拌机(2)包括：一个电动机(8)，电动机(8)通过弹性联轴器(9)与空心驱动轴(10)相连；螺旋桨(6)安装在空心驱动轴(10)的另一端，并与空心驱动轴(10)一起旋转，紧挨着螺旋桨(6)，并位于螺旋桨(6)的下部(也是空心驱动轴的最末端)的是扩散管(11)，扩散管(11)同样也与空心驱动轴(10)一起旋转。扩散管(11)与空心驱动轴(10)同轴，空心驱动轴(10)的内部与扩散管(11)内部相通。扩散管(11)的末端(远离驱动空心轴(10)的一端)有一个圆形的导流壳(12)固定在扩散管(11)上。导流壳(12)的末端形状为椭圆柱形，这样可以促进流过扩散器的液体形状为层流，从而减少液体的紊乱。导流壳(12)的材料必须耐磨损。

环绕空心驱动轴(10)外侧的是壳体(13)，壳体(13)里面除了有空心驱动轴(10)外，还包括联轴器(9)以及联轴器以下螺旋桨以上与空心驱动轴(10)相连的其它部件。壳体(13)的末端围绕壳体圆周方向有一系列等距的翘片式导向板(14)(如图1所示)。在图1中每个翘片式导向板(14)都呈楔形，楔形最宽部分位于壳体(13)的最末端。每一个翘片式导向板的最佳倾斜比例范围为1∶6-1∶10.假如倾斜度太陡峭，那么当曝气搅拌机搅拌的液体中含有固体颗粒或废弃物碎片时，固体颗粒或废弃物会极易沿着翘片式导向板上窜。翘片式导向板末端(15)做成圆弧形，也是为了避免此类现象发生。

翘片式导向板(14)的作用是促使螺旋桨区域的液体沿曝气搅拌机的轴向方向流经螺旋桨(6)，如图3中所示的双箭头的流线，从而提高螺旋桨的效率。然而，翘片式导向板仅对某些特定的曝气搅拌机起作用，对于其它的曝气搅拌机作用并不明显，因而在这些曝气搅拌机中常常省略翘片式导向板(14)，而把壳体(13)的末端做成光滑的圆周面，像图3所示的那样。

图2所示，在驱动空心轴(10)的顶端的圆周方向，仅低于联轴器(9)的部位，有两个对称的进气口(16)。每个进气口(16)都与驱动轴(10)的内部相通。在壳体(13)与进气口(16)相对应的位置有一个进口(17)，在壳体(13)内壁的圆周方向有一对风环(20)，风环(20)与壳体(13)是一体的，并且与进口(17)的边缘相对应，风环上的圆环过滤网(21)与驱动轴进气口(16)相对应，工作时，驱动轴(10)相对于壳体(13)高速旋转，在驱动轴(10)与进口(17)内壁之间的间隙(22)相对忽略。然而，一旦有一定的气体通过进口(17)进入到壳体(13)与驱动轴(10)之间的壳体内腔(23)中，气体将通过壳体内腔(23)随着液体流向螺旋桨(6)，极易在螺旋桨(6)的表面发生气穴现象，从而造成螺旋桨(6)的表面损坏。有的曝气搅拌机在壳体(13)的上部留有一些排气口(图上未给出)，把通过泄漏到壳体内腔(23)内的气体排出。驱动轴(10)与风环(20)内缘之间的间隙(22)在曝气搅拌机运行时应尽可能的小，从而减少空气泄漏，并减少吸入空气的压力损失。为了进一步的减少空气泄漏，尤其是防止大量的气体沿着驱动轴(10)的外表面流出，风环(20)的下部靠近进口(17)下侧部分加工出一段风环延长段(24)，从而保证曝气搅拌机工作时驱动轴(10)与风环(20)之间的间隙(22)达到最小，风环延长段(24)加工的相对较长一些(一般长度是40mm)。

进气管(18)把进口(17)与外部安装在平台(3)上的鼓风机(19)(或空气压缩机)连接在一起，必须保证空气平稳的流入进口(17)，因为一旦进入的空气不稳定，很容易造成空气的压力损失，为了减少空气的压力损失，进气管(18)也做成一定的角度，使流经进气管(18)的气体平稳的流进驱动轴(10)的内部，风环(20)不仅能够减少空气损失，同样也可以促使流经进气管(18)的空气以流线型进入进气口(16).

如图3和图4所示，扩散管(11)包括一个圆柱体，圆柱体的外径与螺旋桨(6)的轮毂(7)的外径相等，从而了保证液体平滑的流过扩散管(11)的外表面。圆柱体顶端(25)(与驱动轴相邻的一端)是开口的，圆柱体末端(26)是封闭的，在圆柱体末端(26)的内表面有一个转动叶片(27)，转动叶片(27)的形状是锥曲面形状，平稳的过渡到圆柱体内壁(28)上，转动叶片锥顶(29)位于扩散管(11)的轴线上。

转动叶片(27)的形状无法精确的描述，它的作用是减少流入扩散管(11)内的空气对扩散管末端(26)的撞击，从而减少扩散管内空气的不稳定性，使空气尽可能的垂直于扩散管的圆周侧。

如图4-6所示，在扩散管(11)的管壁上有许多孔(30)，每个孔都向右延伸穿过管壁，每个孔都相对扩散管的纵向线倾斜一定的锐角。此外，每个孔(30)在深度方向上都呈锥形，沿扩散管(11)的内壁到外壁宽度逐渐的增大。

这些尖细的孔(30)提高了文丘里效应，当液体流过扩散管的外表面时，由于文丘里效应，在扩散管的外表面形成真空产生负压，在压力差的作用下空气通过驱动轴(10)被吸入液体中。此外，所有孔的截面面积加在一起是驱动轴轴截面面积的四倍多。

每个孔(30)相对于扩散管径向和纵向轴线的角度如图5和图6所示，但图5和图6所示的角度并不是精确的角度，仅是一种模型。每个孔相对于扩散管径向和纵向线的倾斜角度大致和机器工作时流经扩散管表面的液体的线速度和旋转速度方向之间的角度。然而，虽然图中所示的角度并不是理想角度，但同样会有效地提高扩散管的工作效率。

根据各个图中所示，图5中壁内孔的倾斜角度a为30°，孔的薄壁面相对于圆柱体的倾斜角度b为60°。图6中，孔的薄壁面相对于圆柱体纵向轴线的倾斜角度为30°。

图7和图8是扩散管的另一种结构形状，扩散管圆柱体是由带圆孔的薄板辊压而成。第一步是在薄板上冲出模孔(34)，然后在孔的一侧向内挤压，因此，在扩散管的内壁(37)上，每个孔的直径x都相对较小，而在扩散管的外壁(31)上每个孔的直径y相对较大。扩散管上的每个孔的形状无论内侧还是外侧均呈椭圆形。

这种结构形式的扩散管要比图5和图6所示的扩散管在造价上要便宜许多，而且重量也相对较轻。另一个优点是扩散管内的每个孔相对于纵向轴线的倾斜角度可以更大。

上述所述的扩散管结构中，最重要的是每个孔(30)或模孔(34)均相对于纵向轴线D(图4中所示)倾斜相同的方向，这样在曝气搅拌机运行时孔能发挥最大的文丘里效应，当扩散管旋转时，孔的前边的压力要比孔后边的压力高，当液体流经孔后由于压力差的原因，会导致扩散管内部分形成真空，从而吸入驱动轴(10)内的气体，因此液体会沿着扩散管表面流出而不是流入孔内。假如孔的倾斜方向相反的话，会导致孔的后边的压力高于孔前边的压力，从而当扩散管旋转时，液体会流入孔内。

在图5和图6中，液体的流动方向为图6中所示的箭头W方向，孔(30)的倾斜方向也是W方向，且孔的高边为孔的前边(32)，低边为孔的后边(33)。

如图7和图8所示，螺旋桨的旋转方向为箭头R方向，螺旋桨带动液体的流动方向为箭头P的方向，通过扩散管的液体的合成方向为图8中所示的虚线的方向W方向。同样，每个模孔(34)均相对于扩散管的纵向轴线D倾斜一定的角度，因此每个模孔前边(35)的的压力要比模孔后边(36)的压力高。此外，流过扩散管的液体的合成方向(W方向)大致和每个孔的倾斜方向相同。

曝气搅拌机的工作方式如下：如图1所示的曝气搅拌机，曝气搅拌机上的螺旋桨(6)全部浸没在液体中，但是进气口(16)位于水平线以上。电动机(8)带动空心驱动轴(10)旋转，驱动轴(10)带动螺旋桨(6)和扩散管(11)旋转并搅拌液体。螺旋桨旋转搅拌液体时会自动的吸入部分空气，但空气的压力由外面的鼓风机(19)通过进气管(18)和进气口(16)进行自动调节。空气经过驱动轴(10)的内部流到扩散管(11)内，扩散管(11)位于螺旋桨(6)的下端。

当扩散管旋转时，在扩散管的表面形成文丘里效应，且由于螺旋桨的推力，液体沿扩散管的表面流出。如上所述，扩散管内的孔的倾斜方向与流过扩散管表面的液体的合成方向大致相同，从而提高了文丘里效应。

文丘里效应使扩散管表面形成低压区，从而在驱动轴内形成部分真空区。这将会减轻鼓风机的工作负荷，并且把更多的空气吸入到扩散管内。因此，任何功率的鼓风机均能满足供气需求，同样，吸入相同体积的空气可以使用功率较小的鼓风机。吸入驱动轴(10)内部的气体仅能通过扩散管流出，空气通过扩散管上的孔流出后会对液体进行双重剪切；首先，由于驱动轴的旋转对液体进行径向剪切，其次由于螺旋桨的推力作用对液体进行轴向剪切。在双重剪切力的作用下可以获得直径较小的气泡。

在扩散管11内流出的气泡，直接的进入到螺旋桨(6)以下液体中，因此可以避免产生气蚀。

简单的提高曝气机内空气压力并不能提高曝气机的效率，因为压力过高容易造成流出的气泡直径较大，从而降低曝气机的效率。本发明中，从扩散管(11)流出的气泡直径较小，且数量多，单位体积内融入液体的气体增加，从而可以提高液体内的溶氧量。此外，气泡的直径越小，气泡上升的速度就会越慢，从而与液体接触的时间也越长，同样会提高曝气机的效率。

Claims (6)

1.一种曝气搅拌机的扩散管，其组成包括：曝气搅拌机(2)、平台(3)、浮筒(4)、螺旋桨(6)、螺旋桨轮毂(7)、电动机(8)、弹性联轴器(9)、空心驱动轴(10)、扩散管(11)、扩散管导流壳(12)、壳体(13)、翘片式导向板(14)、翘片式导向板末端(15)、进气口(16)、进口(17)、输气管(18)、鼓风机(19)、风环(20)、圆环过滤网(21)、壳体内腔(23)、风环延伸段(24)、圆柱体顶端(25)、圆柱体末端(26)、转动叶片(27)、圆柱体内壁(28)、转动叶片锥顶(29)、孔(30)、扩散管外壁(31)、孔前边(32)、孔后边(33)、模孔(34)、模孔前边(35)、模孔后边(36)、扩散管内壁(37)，电动机(8)通过弹性联轴器(9)与空心驱动轴(10)相连，螺旋桨(6)安装在空心驱动轴(10)的另一端，扩散管(11)位于螺旋桨(6)的下部并与空心驱动轴(10)相连，导流壳(12)固定在扩散管(11)上；

扩散管(11)的一端是开口的圆柱体，另一端是封闭的圆柱体，开口的圆柱体端用来提供空气，扩散管的管壁上开有一系列的孔，每个孔在扩散管外壁的直径均大于在内壁的直径，每个扩散管上的孔均沿轴的纵向方向倾斜一定的锐角，当扩散管旋转时，扩散管孔的前端获得的升力要高于孔的后端获得的升力。

2.如权利要求1所述的曝气搅拌机扩散管，其特征在于，每个孔(30)在平面图中均是圆形的。

3.如权利要求1所述的曝气搅拌机扩散管，其特征在于，每个模孔(34)在平面图中均是椭圆形的。

4.如权利要求1所述的曝气搅拌机扩散管，其特征在于，扩散管内壁(37)上所有孔的截面积大约是驱动轴(10)空心截面积的4倍。

5.如权利要求1所述的曝气搅拌机扩散管，其特征在于，扩散管末端导流壳(12)的外表面形状为锥圆柱形。

6.如权利要求1所述的曝气搅拌机扩散管，其特征在于，扩散管(11)的圆柱体末端(26)的内部有一个转动叶片(27)，转动叶片(27)的形状为锥曲面形，它的作用是减少流入扩散管(11)内的空气对扩散管的圆柱体末端(26)的撞击，从而减少扩散管内空气的不稳定性，使空气尽可能的垂直于扩散管(11)的圆周侧。

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