CN110980823B - 一种射流空化搅拌器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种射流空化搅拌器，包括固定叶片、旋流叶片和电机，所述电机安装在电机座上，所述电机与轴一端连接，所述轴另一端支撑在底座上，若干所述固定叶片周向均布在底座与电机座之间，所述轴上周向均布若干旋流叶片，通过旋转的所述旋流叶片扫掠固定叶片，用于形成空化区域和射流区。所述旋流叶片包括压力面、吸力面和外圆面，所述外圆面扫掠到所述固定叶片时用于形成射流区；所述吸力面扫掠到所述固定叶片时用于形成空化区域；所述压力面用于为介质流动提供动力。本发明通过旋流叶片与固定叶片的共同作用形成低压区域，同时在两叶片之间的间隙处形成射流，加剧空化的形成，高效的处理降解污水中的有机污染物。

Description

一种射流空化搅拌器
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种射流空化搅拌器。
背景技术
随着制药、化工、印染等现代工业的不断发展，使得水体中人工合成的大分子有机物和难降解化学物质逐年增多，使得传统的污水处理方法很难在适应当前日益严格的环保要求，而水力空化降解有机污染物的优势得以体现。
水力空化是一种流体力学现象。水力空化过程中产生的空泡在液体中运动和崩溃时提供的局部高温高压、发光、放电、强烈冲击波、高速射流等极端条件可强化物理和化学过程，如可使水分子在空化气泡内发生化学键断裂、产生自由基，进而达到降解有机污染物的目的。现有的空化器多采用单级孔板结构，很容易出现空化反应不完全，导致处理后的污水中仍然残留有机污染物，需要进行进一步的水力空化降解才可以达到污水处理的最终目的。同时，在污水处理方面，除了空化发生器外，还需要用到搅拌器，用来促进污水介质的流动，当污水池中加入消毒、降解药剂时，搅拌器还可以用来搅拌溶剂。但是目前的搅拌器很少会带空化的功能。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种射流空化搅拌器，结构简单紧凑，通过旋流叶片与固定叶片的共同作用形成低压区域，同时在两叶片之间的间隙处形成射流，加剧空化的形成，可以高效的处理降解污水中的有机污染物，具有广阔的发展空间和应用前景。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种射流空化搅拌器，包括固定叶片、旋流叶片和电机，所述电机安装在电机座上，所述电机与轴一端连接，所述轴另一端支撑在底座上，若干所述固定叶片周向均布在底座与电机座之间，所述轴上周向均布若干旋流叶片，通过旋转的所述旋流叶片扫掠固定叶片，用于形成空化区域和射流区。
进一步，所述旋流叶片包括压力面、吸力面和外圆面，所述外圆面扫掠到所述固定叶片时用于形成射流区；所述吸力面扫掠到所述固定叶片时用于形成空化区域；所述压力面用于为介质流动提供动力。
进一步，所述固定叶片为圆弧叶片，所述圆弧叶片的内圆弧面与外圆面同心，且所述圆弧叶片的圆心与旋流叶片的回转中心重合；所述内圆弧面与外圆面之间设有叶顶间隙δ。
进一步，所述叶顶间隙δ为0.001倍的外圆面直径，且叶顶间隙δ不小于0.2mm。
进一步，所述外圆面的弧长小于内圆弧面的弧长；所述固定叶片个数大于旋流叶片个数；所述旋流叶片的叶片数不得少于2片，所述固定叶片的叶片数不得少于3片。
进一步，当所述旋流叶片的叶片高度H小于外圆面直径时，所述旋流叶片为直叶片结构；当所述旋流叶片的叶片高度H超过外圆面直径时，所述旋流叶片为扭曲叶片结构，所述扭曲叶片的相位角不超过10度。
进一步，所述压力面、吸力面和外圆面围成的截面为类三角形，所述吸力面和外圆面的夹角为钝角。
进一步，所述压力面为具有S型翼型面，所述S型翼型面的横截面包括第一型线和第二型线，所述第一型线和第二型线为曲率方向相反的型线；所述第一型线与所述吸力面横截面的型线相交，所述第二型线与所述外圆面横截面的型线之间圆滑过渡；
所述第一型线的曲率半径R1为：
Figure BDA0002285221850000021
所述第二型线的曲率半径R2为：
Figure BDA0002285221850000022
其中：
R1为第一型线的曲率半径，单位为m；
R2为第二型线的曲率半径，单位为m；
n为旋流叶片的转速，单位为r/min；
n0为单位转速；
R为圆弧叶片的内圆弧面的半径，单位为m。
进一步，相邻的所述固定叶片之间的缺口为进口或/和出口，所述底座上底部设有若干圆孔，用于介质进口或/和出口。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的射流空化搅拌器，通过旋流叶片与固定叶片形成低压区域和射流区，可以高效的处理降解污水中的有机污染物。
2.本发明所述的射流空化搅拌器，通过旋流叶片的旋转搅拌，使得有机污染物更加有效的降解，空化效率高。
3.本发明所述的射流空化搅拌器，结构简单，生产周期短，产品成本低。
附图说明
图1为本发明所述的射流空化搅拌器的结构图。
图2为图1的A-A剖视图。
图3为本发明所述的旋流叶片与固定叶片结构示意图。
图4为本发明所述的旋流叶片立体示意图。
图5为本发明所述的射流空化搅拌器工作过程中的空化效果图。
图6为本发明所述的旋流叶片压力面参数示意图。
图中：
1-底座；2-固定叶片；3-旋流叶片；4-电机座；5-电机；6-联轴器；7-轴；8-叶片支架；9-轴承；2a-内圆弧面；3a-压力面；3b-吸力面；3c-外圆面；δ-叶顶间隙；H-叶片长度。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的射流空化搅拌器，包括固定叶片2、旋流叶片3和电机5，所述电机5安装在电机座4上，所述电机5与轴7一端连接，所述轴7另一端支撑在底座1上，若干所述固定叶片2周向均布在底座1与电机座4之间，所述轴7上周向均布若干旋流叶片3，通过旋转的所述旋流叶片3扫掠固定叶片2，用于形成空化区域I和射流区。所述旋流叶片3沿的轴7的轴向均匀分布，并通过叶片支架8固定在轴7上，所述旋流叶片3、叶片支架8、轴7可以做成一体式的，也可以为分体式。
如图3和图2所示，所述旋流叶片3包括压力面3a、吸力面3b和外圆面3c，所述外圆面3c扫掠到所述固定叶片2时用于形成射流区；所述吸力面3b扫掠到所述固定叶片2时用于形成空化区域I；所述压力面3a用于为介质流动提供动力。所述压力面3a为流线型，在工作过程中压力面3a为介质流动提供动力，当所述旋流叶片3旋转至固定叶片2附近时，所述吸力面3b与内圆弧面2a之间会形成一个空化区域I，此处的空化区域I是由于叶片旋转造成的低压区域形成的。相邻的所述固定叶片2之间的缺口为进口或/和出口，所述底座1上底部设有若干圆孔，用于介质进口或/和出口。
所述固定叶片2为圆弧叶片，所述圆弧叶片的内圆弧面2a与外圆面3c同心，且所述圆弧叶片的圆心与旋流叶片3的回转中心重合；所述内圆弧面2a与外圆面3c之间设有叶顶间隙δ。所述叶顶间隙δ为0.001倍的外圆面3c直径，且叶顶间隙δ不小于0.2mm。所述外圆面3c的弧长小于内圆弧面2a的弧长；所述固定叶片2个数大于旋流叶片3个数；所述旋流叶片3的叶片数不得少于2片，所述固定叶片2的叶片数不得少于3片。当所述旋流叶片3的叶片高度H小于外圆面3c直径时，所述旋流叶片3为直叶片结构；当所述旋流叶片3的叶片高度H超过外圆面3c直径时，所述旋流叶片3为扭曲叶片结构，所述扭曲叶片的相位角不超过10度，如图4所示。
如图3和图6所示，所述压力面3a、吸力面3b和外圆面3c围成的横截面为类三角形，所述吸力面3b和外圆面3c的夹角为钝角。这里的角度指所述吸力面3b最大曲率的切平面与外圆面3c的切平面相交的夹角。
所述压力面3a为具有S型翼型面，所述S型翼型面的横截面包括第一型线和第二型线，所述第一型线和第二型线为曲率方向相反的型线；所述第一型线与所述吸力面3b横截面的型线相交，所述第二型线与所述外圆面3c横截面的型线之间圆滑过渡；
所述第一型线的曲率半径R1为：
Figure BDA0002285221850000041
所述第二型线的曲率半径R2为：
Figure BDA0002285221850000042
其中：
R1为第一型线的曲率半径，单位为m；
R2为第二型线的曲率半径，单位为m；
n为旋流叶片3的转速，单位为r/min；
n0为单位转速，一般其值为1r/min；
R为圆弧叶片的内圆弧面2a的半径，单位为m。
本发明的组装步骤如下：
通过叶片支架8将旋流叶片3固定在轴7上；将固定叶片2固定在电机座4上，将电机5的轴从没有安装固定叶片2的一端穿过电机座4并将电机5与电机座4固定；在轴7的一端安装轴承9，并将轴承9固定在底座1的中心孔内；将组合好的旋流叶片3放置在固定叶片2内，通过联轴器6与电机相连，同时固定底座1与固定叶片2，完成安装。
工作原理为：
当旋流叶片3在电机5的带动下开始旋转后，在压力面3a的作用下，流体介质开始随着旋流叶片3的旋转流动。同时，在吸力面3b扫过的区域内会形成低压区，尤其是在当旋流叶片3旋转至固定叶片2附近时，由于固定叶片2阻止了流体流向低压区，使得此时的低压区内的压力更低，开始形成空化区域I。同时，当旋流叶片3旋转掠过固定叶片2时，由于压力面3a与吸力面3b之间的高压差，会在内圆弧面2a与外圆面3c之间的间隙处形成高速射流，进一步的促进了空化的诱导发生。同时，当射流空化与空化区域I结合后，会进一步地促进空化降解效果。
为进一步说明本发明的优势处，采用模拟对其进行进一步的描述：
选取内圆弧面2a直径为600mm的旋流叶片3，转速为1480r/min。经过数值模拟计算后，得到如图5所示的所述射流空化搅拌器工作过程中的空化效果图。图中的白色区域为产生空化的区域，可以看到，在旋流叶片3的吸力面3b扫过的区域内形成了较大面积的空化区，同时，在旋流叶片3的搅拌作用下，空化气泡会从固定叶片2之间的空隙处传入其他流域，进一步促进装置的空化作用与搅拌作用。
同时，在压力面的作用下，会使得装置有了搅拌的作用。当旋流叶片3的叶片长度H超过外圆面3c直径后，旋流叶片3采用扭曲叶片结构，此时在扭曲叶片带动下形成的不规则低压区也会进一步的促进流体介质的流动，可以更好的搅拌污水池的污水，使得污水池中的污水可以更加均匀地降解处理。
所述电机5不做防水电机时，需要将电机5固定在污水池液面之上；电机5也可以采用防水电机结构，可以将装置整体直接放置在污水池中工作。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种射流空化搅拌器，其特征在于，包括固定叶片(2)、旋流叶片(3)和电机(5)，所述电机(5)安装在电机座(4)上，所述电机(5)与轴(7)一端连接，所述轴(7)另一端支撑在底座(1)上，若干所述固定叶片(2)周向均布在底座(1)与电机座(4)之间，所述轴(7)上周向均布若干旋流叶片(3)，通过旋转的所述旋流叶片(3)扫掠固定叶片(2)，用于形成空化区域(I)和射流区；
所述旋流叶片(3)包括压力面(3a)、吸力面(3b)和外圆面(3c)，所述外圆面(3c)扫掠到所述固定叶片(2)时用于形成射流区；所述吸力面(3b)扫掠到所述固定叶片(2)时用于形成空化区域(I)；所述压力面(3a)用于为介质流动提供动力；相邻的所述固定叶片(2)之间的缺口为进口或/和出口，所述底座(1)上底部设有若干圆孔，用于介质进口或/和出口；
所述压力面(3a)为具有S型翼型面，所述S型翼型面的横截面包括第一型线和第二型线，所述第一型线和第二型线为曲率方向相反的型线；所述第一型线与所述吸力面(3b)横截面的型线相交，所述第二型线与所述外圆面(3c)横截面的型线之间圆滑过渡；
所述第一型线的曲率半径R1为：
Figure FDA0003551604830000011
所述第二型线的曲率半径R2为：
Figure FDA0003551604830000012
其中：
R1为第一型线的曲率半径，单位为m；
R2为第二型线的曲率半径，单位为m；
n为旋流叶片(3)的转速，单位为r/min；
n0为单位转速，其值为1r/min；
R为圆弧叶片的内圆弧面(2a)的半径，单位为m。
2.根据权利要求1所述的射流空化搅拌器，其特征在于，所述固定叶片(2)为圆弧叶片，所述圆弧叶片的内圆弧面(2a)与外圆面(3c)同心，且所述圆弧叶片的圆心与旋流叶片(3)的回转中心重合；所述内圆弧面(2a)与外圆面(3c)之间设有叶顶间隙δ。
3.根据权利要求2所述的射流空化搅拌器，其特征在于，所述叶顶间隙δ为0.001倍的外圆面(3c)直径，且叶顶间隙δ不小于0.2mm。
4.根据权利要求1所述的射流空化搅拌器，其特征在于，所述外圆面(3c)的弧长小于内圆弧面(2a)的弧长；所述固定叶片(2)个数大于旋流叶片(3)个数；所述旋流叶片(3)的叶片数不得少于2片，所述固定叶片(2)的叶片数不得少于3片。
5.根据权利要求1所述的射流空化搅拌器，其特征在于，所述压力面(3a)、吸力面(3b)和外圆面(3c)围成的截面为类三角形，所述吸力面(3b)和外圆面(3c)的夹角为钝角。
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