CN109731492A - 一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生方法及装置。上碟盘和下碟盘通过螺栓和橡胶垫圈连接紧固，碟盘环型间隙外侧为渐扩段，上碟盘和下碟盘间空腔分为液腔和气腔，上内壳和下内壳通过螺栓连接紧固，螺栓连接处垫有橡胶垫圈，上内壳的环型连接面和下内壳的环型连接面之间形成内壳环型间隙，上内壳和下内壳间空腔为液腔，下碟盘和下内壳通过螺纹法兰连接紧固，且下碟盘和下内壳的环型间隙之间通过橡胶垫圈密封固定，上碟盘和上内壳上设置有进气孔，下碟盘和下内壳下部中心连接有进水口。本发明通过环型喉腔处气体的一次破碎、渐扩段气体的二次破碎，产生的微纳米气泡数量更多、尺寸更小，操作便捷，运行成本低，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及的是微纳米气泡发生技术领域，具体涉及一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生方法及装置。
背景技术
随着城镇化的快速发展，我国城镇水污染问题日趋严重，城镇工业废水及生活污水大量产生，导致城镇水体黑臭化，不仅危害了饮用水安全，也阻碍了国民经济的良性发展。因此，水环境问题逐渐成为社会关注的焦点。
当前，城镇黑臭水体的治理难题是水体溶解氧过低，导致COD等指标难以达标，水质改善效果不佳。传统的鼓风曝气等方式产生的气泡，其直径过大、水中停留时间过短、增氧效果差。而微纳米气泡的直径小、超强增氧和氧化能力，高效降解水中多种污染物，安全、可靠、无二次污染，可广泛应用于污染治理、水体修复、水产养殖、农作物种植、家庭果蔬清洗、精密零件清洗等众多领域，具有广阔的社会价值和市场潜力。
目前，国内外的微纳米气泡发生方法主要有加压溶气析出法、电解析出法、文丘里射流法等。其中，加压溶气析出法是利用水泵、空压机分别将一定压力的水流、空气压入压力溶气罐中，形成高压气水混合物，之后通过突然减压使水中气体以纳米气泡形式析出，但该方法操作和运行成本高、溶气效率低、应用范围小。电解析出法是在水中通电，分别在正负极板产生纳米气泡，这种发生方式产生的气泡尺寸可控，但存在气泡量较少、电极消耗、能耗较高等缺点。文丘里射流法是利用高速射流和旋流剪切破碎原理，将水中的大气泡破碎成微纳米气泡，因其具有“结构紧凑、操作简单、通量大、不易堵塞”等优点而应用潜力巨大，但传统文丘里射流装置存在射流方向单一、存在曝气死角、曝气均匀性差、能耗高、水域服务面积小、气泡的数量和尺寸无法控制等问题。
为解决传统文丘里射流装置的弊端，本发明提出一种碟形自吸式微纳米气泡发生方法及装置，可360o全方位进行微纳米气泡的发生和扩散，同时低射流压力和低运行成本即可获取较小粒度微纳米气泡，这是微纳米气泡发生技术广泛应用于河湖水体处理的必然需求。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生方法及装置，通过环型喉腔处气体的一次破碎、渐扩段气体的二次破碎，产生的微纳米气泡数量更多、尺寸更小，操作便捷，运行成本低，适用范围广。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，包括上碟盘、下碟盘、螺栓、进气孔、螺纹法兰、进水口、上内壳、下内壳、液腔、气腔、橡胶垫圈和渐扩段，上碟盘和下碟盘通过螺栓和橡胶垫圈连接紧固，上碟盘的环型连接面和下碟盘的环型连接面之间形成碟盘环型间隙，碟盘环型间隙外侧为渐扩段，上碟盘和下碟盘间空腔分为液腔和气腔，上内壳和下内壳通过螺栓连接紧固，螺栓连接处垫有橡胶垫圈，上内壳的环型连接面和下内壳的环型连接面之间形成内壳环型间隙，上内壳和下内壳间空腔为液腔，下碟盘和下内壳通过螺纹法兰连接紧固，且下碟盘和下内壳的环型间隙之间通过橡胶垫圈密封固定，上碟盘和上内壳上设置有进气孔，下碟盘和下内壳下部中心连接有进水口。
所述的上壳体的环型连接面和下壳体的环型连接面之间用橡胶垫圈密封，防止进水口处的液体通过环型连接面直接进入气腔。
所述的内壳环型间隙和碟盘环型间隙之间形成环型喉腔。
所述的橡胶垫圈厚度为0.001~10cm。
所述的螺栓直径为14mm~36mm，螺栓孔个数为4~20个。
一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生方法，包括以下步骤：
在潜水泵的驱动下，一定流速液体通过进水口进入液腔，过流断面的突然增大导致液体流速降低。一部分液体沿下内壳内壁四周辐射；另一部分液体与上内壳顶部碰撞，发生折流并沿上内壳内壁四周辐射。两部分液体的共同作用，导致液体能均布整个液腔。
所述液腔中的液体通过内壳的环型间隙以360°高速射流方式进入环形喉腔，喉腔处过流断面的突然减小，导致液体流速突然增大、液体压力突然降低，并在环形喉腔处形成负压区；
因所述环形喉腔处的负压吸气作用，气体从进气孔以自吸方式进入气腔，在所述环形喉腔处与高速液体混合，并被高速液体剪切破碎，形成气泡尺寸大的气液混合物；
所述气泡尺寸大的气液混合物以360°全方位高速射流方式通过碟盘的环型间隙进入渐扩段1，通过空化紊流和不同方向流体相互剪切的共同作用，加剧了大尺寸气泡的破碎化，产生尺寸更小、数量更多的微纳米气泡；
最后，含微纳米气泡的气液混合物以360°全方位高速射流方式进入环境水体中，无曝气死角产生，可实现环境水体的均匀曝气，不仅提高了设备的曝气服务水域面积，而且减少了单位水域面积上的装置数量，设备投资成本低廉。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用碟形自吸式文丘里射流结构设计产生微纳米气泡，通过360°全方位喷射微纳米气泡，360°全方位微纳米气泡发生及喷射过程导致曝气无死角，提高了向环境水体的曝气均匀性，同时增大了设备的水域服务面积，单位水域服务面积的装置数量减少，设备投资成本低廉。
2、通过螺栓连接处的橡胶垫圈厚度，可调整环型喉腔的尺寸，从而可调整高速流体流速和流量，从而可在水体流量不变时，实现不同的吸气量和气泡破碎程度，从而可灵活地获得所需的气泡数量和尺寸。
3、在相同喉部过流截面积和相同水体流量条件下，该装置比传统文丘里射流式结构在喉部区域具有更大的气液接触面积、更强的吸气能力、更大幅度的吸气量，因而产生更多、尺寸更小的微纳米气泡。
4、本装置安装在水面以下，仅需一台潜水泵输送液体，而气体通过文丘里自吸原理进入装置内，无噪声，运行成本低廉。
5、基于文丘里原理，该装置可设计成不同的结构，设计灵活多变，市场潜力大。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的微纳米气泡发生装置的外部结构示意图；
图2为本发明的纳米气泡发生装置的分解结构示意图；
图3是本发明的纳米气泡发生装置的剖视图；
图4是本发明的上碟盘的俯视图；
图5是本发明的下碟盘的仰视图；
图6是本发明的上内壳的剖视图；
图7是本发明的下内壳的剖视图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1-图7，本具体实施方式采用以下技术方案：一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，包括上碟盘1、下碟盘2、螺栓3、进气孔4、螺纹法兰5、进水口6、上内壳7、下内壳8、液腔9、气腔10、橡胶垫圈11和渐扩段12，上碟盘1和下碟盘2通过螺栓3、螺栓孔3-1和橡胶垫圈11连接紧固，上碟盘的环型连接面和下碟盘的环型连接面之间形成碟盘环型间隙，碟盘环型间隙外侧为渐扩段12，上碟盘1和下碟盘2间空腔分为液腔9和气腔10，上内壳7和下内壳8通过螺栓3连接紧固，螺栓3连接处垫有橡胶垫圈11，上内壳的环型连接面14和下内壳的环型连接面15之间形成内壳环型间隙，上内壳7和下内壳8间空腔为液腔9，下碟盘2和下内壳8通过螺纹法兰5连接紧固，且下碟盘2和下内壳8的环型间隙之间通过橡胶垫圈11密封固定，上碟盘1和上内壳7上设置有进气孔4，下碟盘2和下内壳8下部中心连接有进水口6。
值得注意的是，所述的上壳体的环型连接面14和下壳体的环型连接面15之间用橡胶垫圈密封，防止进水口处的液体通过环型连接面直接进入气腔。
此外，所述的内壳环型间隙和碟盘环型间隙之间形成环型喉腔。
本具体实施方式运行工作时，在潜水泵的作用下，一定流速液体通过进水口6进入液腔10，然后通过液腔的环型间隙360°全方位高速喷射进入环型喉腔；气体以自吸方式进入气腔9，在环型喉腔处与所述高速液体混合，形成气泡尺寸大的气液混合物；所述气泡尺寸大的气液混合物通过碟盘的环型间隙360°全方位高速喷射进入渐扩段12，在强紊流及剪切作用下，生成含微纳米气泡的气液混合物；所述含微纳米气泡的气液混合物以360°全方位喷射进入环境水体中。
为了保证纳米气泡的数量和尺寸，所述的水泵需为潜水泵，水泵扬程为20~50 m；螺纹法兰符合《GB9119-2000国家标准》，材质为不锈钢或合金钢，公称通径范围为DN10~DN500。螺栓直径为14mm~36mm，螺栓孔数为4~20个。橡胶垫圈厚度，变化范围为0.001~10cm。
本具体实施方式的碟形自吸式文丘里射流微纳米气泡发生方法及装置，结构设计独特，产生纳米气泡通量大，运行成本低廉；本发明提供的纳米气泡发生装置结构紧凑、结构简单、拆装方便，产生的气泡数量多、尺寸小，能达到纳米级。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，其特征在于，包括上碟盘(1)、下碟盘(2)、螺栓(3)、进气孔(4)、螺纹法兰(5)、进水口(6)、上内壳(7)、下内壳(8)、液腔(9)、气腔(10)、橡胶垫圈(11)和渐扩段(12)，上碟盘(1)和下碟盘(2)通过螺栓(3)、螺栓孔(3-1)和橡胶垫圈(11)连接紧固，上碟盘的环型连接面和下碟盘的环型连接面之间形成碟盘环型间隙，碟盘环型间隙外侧为渐扩段(12)，上碟盘(1)和下碟盘(2)间空腔分为液腔(9)和气腔(10)，上内壳(7)和下内壳(8通过螺栓(3)连接紧固，螺栓(3)连接处垫有橡胶垫圈(11)，上内壳的环型连接面(14)和下内壳的环型连接面(15)之间形成内壳环型间隙，上内壳(7)和下内壳(8)间空腔为液腔(9)，下碟盘(2)和下内壳(8)通过螺纹法兰(5)连接紧固，且下碟盘(2)和下内壳(8)的环型间隙之间通过橡胶垫圈(11)密封固定，上碟盘(1)和上内壳(7)上设置有进气孔(4)，下碟盘(2)和下内壳(8)下部中心连接有进水口(6)。
2.根据权利要求1所述的一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，其特征在于，所述的上壳体的环型连接面(14)和下壳体的环型连接面(15)之间用橡胶垫圈密封，防止进水口处的液体通过环型连接面直接进入气腔。
3.根据权利要求1所述的一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，其特征在于，所述的内壳环型间隙和碟盘环型间隙之间形成环型喉腔。
4.根据权利要求1所述的一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，其特征在于，所述的橡胶垫圈(11)厚度为0.001~10cm。
5.根据权利要求1所述的一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生装置，其特征在于，所述的螺栓(3)直径为14mm~36mm，螺栓孔(3-1)个数为4~20个。
6.一种碟形自吸式文丘里射流微纳气泡发生方法，其特征在于，包括以下步骤：
在潜水泵的驱动下，一定流速液体通过进水口(6)进入液腔(10)，过流断面的突然增大导致液体流速降低；一部分液体沿下内壳内壁四周辐射；另一部分液体与上内壳顶部(13)碰撞，发生折流并沿上内壳内壁四周辐射；两部分液体的共同作用，导致液体能均布整个液腔；
所述液腔(9)中的液体通过内壳的环型间隙以360°高速射流方式进入环形喉腔，喉腔处过流断面的突然减小，导致液体流速突然增大、液体压力突然降低，并在环形喉腔处形成负压区；
因所述环形喉腔处的负压吸气作用，气体从进气孔(4)以自吸方式进入气腔(10)，在所述环形喉腔处与高速液体混合，并被高速液体剪切破碎，形成气泡尺寸大的气液混合物；
所述气泡尺寸大的气液混合物以360°全方位高速射流方式通过碟盘的环型间隙进入渐扩段(12)，通过空化紊流和不同方向流体相互剪切的共同作用，加剧了大尺寸气泡的破碎化，产生尺寸更小、数量更多的微纳米气泡；
最后，含微纳米气泡的气液混合物以360°全方位高速射流方式进入环境水体中，无曝气死角产生，可实现环境水体的均匀曝气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190510 |