CN104826367B - 比重式层流水处理器 - Google Patents

Abstract

一种比重式层流水处理器，包括罐体(1)、进料口(2)、出料口(3)，出料口(3)端呈锥状，其特点是：罐体(1)内设有圆柱状的转子(4)，转子(4)外径与罐体(1)的内径相配合，可在动力机的带动下平转，转子(4)的上端面设有沿上端面的一条半径延伸到边缘的长条状上口(10)，转子(4)的下端面设有长条状的下口(11)，下口(11)的外端与上口(10)的外端上下相对，下口(11)的内端与上口(10)的内端错开，上口(10)与下口(11)相通。有益效果是：转子在转动中均匀刮取上端面上面的一层，经上口和下口到达出口，运行路径和时间高度一致，从而使罐内水体或杂质能够按先后顺序分层排出，适于污水杂质分离和冷热水分离，可用于连续式水处理作业以及自动化、智能化水处理系统。

Description

比重式层流水处理器

技术领域

本发明涉及一种机械设备，即一种比重式层流水处理器。

背景技术

水处理包括污水处理或冷热水分离等多种作业。水处理的方法很多，其中，按照水中各种成分的比重进行分离，是最常用的方法之一。对于污水处理来说，就是把比重较大的沉淀下来，比重较轻的漂浮上去，得到比较清洁的水。对于冷热水分离来说，就是比重较轻的热水在上，比重较大的冷水在下，得到热水或冷水。大量实验证明：在水体分离的过程中，保持水体的次序十分重要。由流体力学可知，液体的流动有“紊流”和“层流”之分。“紊流”就是物料进入罐体后先后顺序被打乱，先进入的可能会落在后面，后进入的可能会跑到前面。而“层流”的流体则保持先后顺序，先进先出，后进后出。在污水处理当中，即需要保持次序，又需要按照比重来确定次序。不管先进入的还是后进入的，其比重较大的都要向下运行到底层，比重较轻的都要上浮到上层。而对于排放来说，则希望保持层流状态，也就是各种比重的物料分别按照次序排出。如果不能保证次序，就可能把沉淀的杂质或漂浮的杂质和清水混合排出，也就达不到污水处理的目的。冷热水分离的过程与上述过程类似，既要按比重排列，也需要保持一定的次序。如果流体物料的次序混乱，势必造成内部的冲击，就会抵消部分重力作用，妨碍各种成分按比重排列。可见，水处理设备在本质上更需要保持比较稳定的次序，也就是保持层流状态。

可是，现有的水处理设备，其结构形状多不利于层流的形成。例如：现有污水处理罐的主体多为圆柱形，而下部多为锥形，下面的出口处于锥体的尖端，而且都比较小。相同高度的物料，与出口相对的运行路径较短，而边缘到出口的运行路径较长，在摩擦阻力的影响下，边缘的液体到达出口的时间会长，这样就会形成中间的漏斗，必然造成罐内液体物料的紊乱。

为了避免紊流，目前的污水处理多采用间歇式设备，就是罐内注入污水后停止进料，完成沉淀并且排放完毕后再进行下一罐的作业。间歇式设备虽然能够避免处理过程中的紊流影响，但在处理之后的排放过程中还会产生紊流，紊流排放也会造成清水流失和杂质留存。此外，许多现代化生产线不适与间歇式设备相配合，而需要采用连续式设备。连续式就是入口不停的进料，出口不停的排放，物料在不间断的流动当中完成处理过程。显然，连续式设备对流体次序的要求更高，实现层流的难度更大。

发明内容

本发明的目的是提供一种能把水的各种成分按比重分离，包括污水的杂质分离以及冷热水的分离，分离效率高，分离更加彻底的比重式层流水处理器。

上述目的是由以下技术方案实现的：研制一种比重式层流水处理器，包括竖立的罐体，罐体上面设有进料口，下面设有出料口，出料口端呈锥状，其特点是：所述罐体内设有圆柱状的转子，转子外径与罐体的内径相配合，可在动力机的带动下平转，转子的上端面设有沿上端面的一条半径延伸到边缘的长条状上口，转子的下端面设有长条状的下口，下口的外端与上口的外端上下相对，下口的内端与上口的内端错开，上口与下口相通。

所述罐体上部设有多支上排管，各上排管的高度不同，均设有可开关的阀门，进料口向下延伸到最低的上排管以下。

所述上口内端A与下口内端C的距离以及下口内端C到罐体出料口E距离之和等于上口外端B与下口外端D的距离以及下口外端C到罐体出料口E距离之和，即AC+CE＝BD+DE。

所述转子为实心圆柱体或空心盒状圆柱体。

所述转子的上端面与下端面是可分离的部件。

所述转子的转轴两端在罐体里面通过支架和轴承支撑，转子里面设有浮子。

所述浮子是一个密闭的壳体，里面真空或充气。

所述浮子的容积与周围液体比重之积等于转子整体的重力。

所述转子是由磁力传动机构带动。

所述磁力传动机构包括安装在转子上的被动磁块，以及安装在罐体外面与被动磁块相对的主动磁块，主动磁块固定在齿环上，齿环在罐体外周的滑道内转动，电机设在罐体的一侧，通过变速箱以及传动轮带动齿环转动。

本发明的有益效果是：转子在转动中均匀刮取的其上端面上面的一层，经转子的上口和下口到达出口，运行的路径长度非常接近，运行的时间高度一致，从而使罐内水体或杂质能够按先后顺序，分层排出，特别适于污水的杂质分离和冷热水的分离，并适于连续式水处理作业以及自动化、智能化程度较高的水处理系统。

附图说明

图1是第一种实施例的主视图；

图2是第一种实施例的部件转子的主视图；

图3是第一种实施例的部件转子的俯视图；

图4是第一种实施例的部件转子的仰视图；

图5是第一种实施例的部件转子的立体结构示意图；

图6是第一种实施例的液体物料运行路径示意图；

图7是第二种实施例的部件转子的主视图；

图8是第二种实施例的部件转子与罐体装配的局部主视图；

图9是第三种实施例的部件转子的装配主视图；

图10是第三种实施例的部件转子的拆分示意图；

图11是第四种实施例的主视图；

图12是第四种实施例的部件浮子的主视图；

图13是第四种实施例的部件浮子的俯视图；

图14是第四种实施例的部件磁力传动机构的主视图；

图15是第四种实施例的部件磁力传动机构的俯视图。

图中可见：罐体1，进料口2，出料口3，转子4，转轴5，上排管6，阀门7，上端面8，下端面9，上口10，下口11，凸边12，折边13，侧壁14，螺杆15，螺母16，浮子17，被动磁块18，主动磁块19，齿环20，滑道21，电机22，变速箱23，传动轮24。

实施方式

第一种实施例：如图1所示，这种比重式层流水处理器的主体是一个竖立的罐体1，罐体1上面设有填充水体的进料口2，下面设有排出水或杂质物料的出料口3。罐体1上部多支上排管6，上排管6的高度不同。进料口2向下延伸到最低的上排管以下。罐体1的主体为圆柱体，下部一段直径越来越小而呈锥状，出料口3在锥体端部。其特点是：罐体1内设有圆柱状的转子4，转子4外径与罐体1的内径为转动配合，可在动力机的带动下绕转轴5平转。如图2图3图4图5所示，转子4的上端面8设有长条状上口10，上口10沿上端面的一条半径延伸，内端接近转轴5，外端到达转子4的边缘。转子4的下端面9设有长条状的下口11，下口11的外端与上口10的外端上下相对，下口11的内端与上口10的内端错开，上口10与下口11相通。上口10与下口11的长度最好相等或一致。转子4既可以是实心的圆柱体，也可以是空心的盒状圆柱体。实心的圆柱体里面的上口10与下口11之间形成两侧斜面围成的通道。空心盒状圆柱体的上口10与下口11通过盒内的空间相通。由流体的特性可知，每一点上的液体均沿最短的路径运行，因而液体在盒状转子内充满后，也是沿上口10与下口11之间的最短路径流动，其轨迹与通过实心转子是一样的。为了进一步说明水体在转子中的流动路径，图6画出上口两端液体向下的路径，设转子上口10的内端点为A，外端点为B，下口11内端点为C，外端点为D，罐体下端的出料口3为E，则有：上口内端A与下口内端C的距离以及下口内端C到罐体出口E距离之和等于上口外端B与下口外端D的距离以及下口外端C到罐体出口E距离之和，即AC+CE＝BD+DE。实验证明：上口10上的任意一点到下口11上的对应点之间的路径是最短的，上口10中点到下口11中点的距离也是最短的。在液体物料运行的时候，上口10中点的液体受到周围液体的挤压，只能向下口11的中点运行。由外向内，液体通过转子的路径渐次加长，而下口到出口的距离则渐次减短。这样，即可认为从上口各点进入的液体，不论是罐体中间的还是罐体边缘的，到达出料口3的路径都是相等的。

此外，在转子与罐体间隙较小的情况下，间隙内的液体也可以认为与上口外端的流体的路径是等同的，因而转子4与罐体1内壁之间的间隙精度要求不高。

由于转子4上端面8的封堵作用，转子4上方水体的状态可以认为是稳定的。如果向罐内进料的速度及方式得当，可以认为转子4上方液体的次序也是稳定的。转子4在转动中即可把转子4上端面8接触的一层水体或杂质依次刮入上口10，由此反复循环，即可实现水体的有序层流。

以污水处理为例，污水平稳进入罐体1后，直接到达罐体中部低于上排管6的位置，同时比重大的杂质迅速下沉，清水以及比重较轻的杂质迅速上浮。同时，转子4转动，下沉的杂质连同少量的水通过转子4的上口10和下口11，再从下面的出料口3排出。根据上层杂质的位置，打开上排管6，即可排出上浮的杂质。打开清水层的上排管6，即可排出清水。由于进料口低于上排管6，进入的水体不会直接从上排管6排出，因而这种设备既可以是间歇式的，又可以是连续式设备。

以冷热水分离为例：冷热水混合进入罐内，在进行了少量热交换的同时，冷热水迅速分开，热水因比重较小而向上行，冷水因比重较大而向下沉。同时，转子4转动，下沉的冷水通过转子4的上口10和下口11，再从下面的出料口3排出。热水即可从上面的上排管6排出。由于从下面排出的水经过转子4，按照先后次序分层排下，不会出现漏斗现象，因而不会把上层的热水排下来。由于进料口低于上排管6，进入的水体不会直接从上排管6排出，因而这种设备既可以是间歇式的，又可以是连续式的设备。

第二种实施例：如图7所示，转子4上端面8的外围设有向上的凸边12。如图8所示，在罐体1内壁设有一圈向下的折边13。安装时，转子4的凸边12插在罐壁折边13的里面。这种结构即可对转子上方的水体进行密封，由此降低转子与罐体之间的间隙可以适当增大，加工精度要求及设备的造价可大幅降低。

第三种实施例：如图9图10所示，转子4的上端面8、下端面9是分开的部件，当然也可以把周围的侧壁14也作为一个可分的部件。这里的转轴5是一种带有螺纹的螺杆15，通过螺母16把上端面8和下端面9等部件安装在一起。这种分体结构即便于加工，又可以根据需要，更换下端面9。这里不同的下端面9可以设有多种不同角度的下口11，由此调整上口10与下口11对应点之间的距离，使之各质点下行的路径更加接近。当然，也可以在同一下端面9上开有多条不同角度的下口11，并且只开通其中的一条，其他条予以封堵关闭，也能够达到相同的目的，属于等同的技术方案。

第四种实施例：如图11所示，这种液体层流处理器也有罐体1、进料口2，出料口3，罐体1内设有圆柱状的转子4，转子4可在动力机带动下绕转轴5平转。转子4的上端面8设有长条状上口10，转子4的下端面9设有长条状的下口11，下口11的外端与上口10的外端上下相对，下口11的内端与上口10的内端错开，上口10与下口11相通。其特点是：转子4的转轴5很短，只是伸出转子4即可，两端在罐体1里面通过支架和轴承支撑。图中可见：转子4里面设有一个浮子17，结合图12图13可见，浮子17是一个密闭的壳体，里面可以是真空，也可以充气。浮子17的作用是抵消转子4的重力。浮子17产生的浮力最好与转子4的重力相等。也就是浮子的容积与周围液体比重之积＝转子整体的重力。图中的浮子17的断面呈菱形，当然也可以是其他形状，只要能够产生浮力即可。特别是在转子里面设置密闭的空腔，与图中的浮子17应属于等同的结构。

由于浮子17的作用，转子4的重力被抵消，转子的转动摩擦阻力极小，因而可以采用磁力传动机构来带动。结合图14图15可见：磁力传动机构包括安装在转子4上的被动磁块18，以及安装在罐体1外面与被动磁块18相对的主动磁块19，主动磁块19固定在齿环20上，齿环20可在罐体外周的滑道21内转动。电机22在罐体1的一侧，通过变速箱23以及传动轮24带动齿环20转动。

采用磁力传动机构，可以简化处理器的结构，减轻转子转轴的长度和重量，同时也避免了转轴对液体的搅动，更有利于层流的形成。

Claims (10)

1.一种比重式层流水处理器，包括竖立的罐体(1)，罐体(1)上面设有进料口(2)，下面设有出料口(3)，出料口(3)端呈锥状，其特点是：所述罐体(1)内设有圆柱状的转子(4)，转子(4)外径与罐体(1)的内径相配合，可在动力机的带动下平转，转子(4)的上端面设有沿上端面的一条半径延伸到边缘的长条状上口(10)，转子(4)的下端面设有长条状的下口(11)，下口(11)的外端与上口(10)的外端上下相对，下口(11)的内端与上口(10)的内端错开，上口(10)与下口(11)相通。

2.根据权利要求1所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述罐体(1)上部设有多支上排管(6)，各上排管(6)的高度不同，均设有可开关的阀门(7)，进料口(2)向下延伸到最低的上排管(6)以下。

3.根据权利要求1所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述上口(10)内端A与下口内端C的距离以及下口内端C到罐体(1)出料口(3)E距离之和等于上口(10)外端B与下口(11)外端D的距离以及下口(11)外端C到罐体(1)出料口(3)E距离之和，即AC+CE＝BD+DE。

4.根据权利要求1所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述转子(4)为实心圆柱体或空心盒状圆柱体。

5.根据权利要求1所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述转子(4)的上端面(8)与下端面(9)是可分离的部件。

6.根据权利要求1所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述转子(4)的转轴(5)两端在罐体(1)里面通过支架和轴承支撑，转子(4)里面设有浮子(17)。

7.根据权利要求6所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述浮子(17)是一个密闭的壳体，里面真空或充气。

8.根据权利要求6所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述浮子(17)的容积与周围液体比重之积等于转子(4)整体的重力。

9.根据权利要求1所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述转子(4)是由磁力传动机构带动。

10.根据权利要求9所述的比重式层流水处理器，其特征在于：所述磁力传动机构包括安装在转子(4)上的被动磁块(18)，以及安装在罐体(1)外面与被动磁块(18)相对的主动磁块(19)，主动磁块(19)固定在齿环(20)上，齿环(20)在罐体(1)外周的滑道(21)内转动，电机(22)设在罐体(1)的一侧，通过变速箱(23)以及传动轮(24)带动齿环(20)转动。