CN111115752B - 一种混流式旋流空化发生器 - Google Patents

一种混流式旋流空化发生器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混流式旋流空化发生器，包括叶轮和驱动部分，所述驱动部分通过轴驱动叶轮旋转，所述叶轮的单叶片呈“V”型结构，通过在呈“V”型结构的单叶片槽内产生涡流，用于实现空泡的完全溃灭。呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流孔，用于使旋转空泡云进入单叶片内部；呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流挡板，用于使空泡的在单叶片内部完全溃灭。本发明通过“V”型结构的叶片的结构形式来控制超空化区域最大与空化降解效果的最优，且外形简单，易安装和更换，工况适应性强，生产成本较低。

Description

一种混流式旋流空化发生器
技术领域
本发明涉及旋流空化装置，特别涉及到一种混流式旋流空化发生器。
背景技术
空化是指液体内局部压力下降时，在液体内部或液固交界面上蒸汽空泡的形成、发展和溃灭的过程。空化引起的空泡发生溃灭时形成的微射流和冲击波可以产生瞬间局部高温(1000～5000K)和瞬间高压(1～5×107Pa)。空化可导致水力机械设备性能下降，引起振动、噪声和空蚀破坏等，但空化释放的能量也可以实现对化学、物理等过程的强化，达到增效、节能、降耗等效果。
由于环境污染日益严重，我国水资源质量不断下降，其中废水排放是造成水污染的重要来源，现阶段对有机物水的处理过程往往不够理想。在对有机物污水处理领域，如果可以利用水力空化发生过程产生的巨大能量，使绝大多数有机污染物实现几乎完全降解，是解决当前水污染问题的最新型方案之一。
中国专利公开了一种用于污废水处理的水力空化装置，该装置具备多个空化腔道，空化效率高。并可将臭氧引入空化腔，臭氧在水力空化效应所产生的高温高压条件下，可以分解成具有更强氧化性的羟基自由基，进一步提高了空化效率。该装置内还可设置催化剂TiO2和γAl2O3，产生更多的羟基自由基，进一步强化污废水中有机物的去除效果。中国专利公开了一种通过多孔孔板产生空化的灭菌装置，利用空化发生时产生的瞬间高温高压来对液体原料进行灭菌消毒，该装置具有效率高、瞬间灭菌、操作方便、局部高温等特点，从而避免了液体原料中有效成分的破坏和过热分解。中国专利公开了一种用于化工分离技术领域涡流空化器可以在较低的温度和不加或者少加化学破乳剂的条件下对含水乳化油或者乳化含油废水进行低成本和高效率的破乳处理。中国专利公开了一种通过多孔板的回转叶片水力空化装置，该装置的叶片结构为多孔板，耗能低空化效率高等。
以上专利主要是以射流空化或板式结构为主的污水空化降解装置与方法，无法实现对大流量污水进行高效的空化降解处理，而且对装置的安装与工作方式等有较高的要求限制。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种混流式旋流空化发生器，参考水力机械叶轮的设计思路，单叶片采用上下对称式的结构形式，为了确保实现高效的空化降解，通过特定叶片的结构形式来控制超空化区域最大与空化降解效果的最优，且外形简单，易安装和更换，工况适应性强，生产成本较低。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种混流式旋流空化发生器，包括叶轮和驱动部分，所述驱动部分通过轴驱动叶轮旋转，所述叶轮的单叶片呈“V”型结构，通过在呈“V”型结构的单叶片槽内产生涡流，用于实现空泡的完全溃灭。
进一步，所述叶轮的单叶片包括前缘平板和弯折板，所述前缘平板一端面为迎流面，所述前缘平板另一端面与两个弯折板呈“V”型对称连接。
进一步，所述迎流面为圆弧面，与弯折板连接的所述前缘平板的直边与所述叶轮的轮毂切线方向夹角α为25°～35°；所述前缘平板的最大宽度L1为直边L2的0.15～0.2倍，可以保证在迎流平板上产生的空泡可以顺利到达后端叶片上。
进一步，所述弯折板至少包括2个折弯平面，两个对称弯折板的折弯平面的夹角沿流体流动方向逐渐减小，保证流体可以顺利通过导流孔进入叶后空腔。
进一步，任意两个对称的折弯平面的夹角为10°～80°。
进一步，所述单叶片的中心面以-30°～30°的倾斜角度安装在轮毂上。
进一步，呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流孔，用于使旋转空泡云进入单叶片内部；呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流挡板，用于使空泡的在单叶片内部完全溃灭。
进一步，所述弯折板的末端设有向呈“V”型结构的所述单叶片内部弯曲的弧形导流板，所述导流挡板的后缘为直线型，且后缘平行于所述前缘平板的直边。
进一步，所述弯折板末端的弯折平面与导流挡板的交界处设有若干导流孔，可以使流体在叶片表面发生超空化后经导流孔进入叶后空腔并且可以阻止流体在尾翼后产生空化，被导流板引流后在空腔产生漩涡，并逐渐恢复压力，发生空泡溃灭现象，释放出巨大能量用于污水中有机物的降解；若干导流孔沿单叶片的中心面对称布置，且对称布置的导流孔中心线的夹角θ0小于40°。
进一步，所述轴上串联安装若干所述叶轮。
本发明的有益效果在于：
本发明所述的混流式旋流空化发生器，通过动力机构驱动叶片在污水介质中旋转，先初步确定叶片旋转转速、叶片数等参数，然后对叶片前缘和叶片进行超空化设计，使得流体从叶片前缘至叶片尾翼间的整个区间处于超空化状态，在此状态下，超空化区域内的空泡逐渐发生溃灭，向周围液体释放出极大的能量，利用这些能量产生的机械效应、热效应和化学作用等实现污水降解处理。为了确保前一级叶片超空化泡的完全溃灭及避免溃灭过程对后一级叶片进行空化降解的影响，将叶片设计为“V”字内收型结构形式并在叶片尾翼设置导流孔和导流挡板，使旋转空泡云和污水介质通过导流孔进入叶片后方槽内，在导流挡板内液体压力逐渐回升，实现空泡的完全溃灭及稳流，且导流孔可以抑制流体在叶片尾翼产生空化。本发明涉及的一种混流式旋流空化发生器主要适用于中低速转速工况，由于叶轮尾部的涡流会使空泡溃灭的水平位移大幅缩短，在下一个叶片到达之前及时完成溃灭，使得流体可在较短时间内完成多次空化发生以及空泡溃灭过程，且每个叶片之间不会相互影响。
附图说明
图1为本发明所述的混流式旋流空化发生器结构示意图。
图2为本发明所述叶轮俯视示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图中：
1-电机；2-轴；3-叶轮；30-叶轮轮毂；31-前缘平板；32-弯折板；33-导流孔；34-导流板；35-后缘；36-叶片中心面。
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，本发明所述的混流式旋流空化发生器，包括电机1、轴2和叶轮3,电机1驱动轴2并带动叶轮3在充满污水的空间内高速旋转，利用超空化空泡溃灭释放的能量来进行有机物污水的处理。所述电机1选取中低转速电机，由于该混流式旋流空化器采用叶片数量相对较多，叶片间距不够大，为避免叶片之间产生扰流互相影响，电机1转速选取为不大于3000r/min；所述叶轮3的单叶片呈“V”型结构，通过在呈“V”型结构的单叶片槽内产生涡流，用于实现空泡的完全溃灭。
如图3所示，所述叶轮3的单叶片包括前缘平板31和弯折板32，所述前缘平板31一端面为迎流面，所述前缘平板21另一端面与两个弯折板32呈“V”型对称连接。所述迎流面为圆弧面，与弯折板32连接的所述前缘平板31的直边与所述叶轮3的轮毂30切线方向夹角α为25°～35°，可以使得超空化区域更大，空化降解处理效果更好；由于该叶轮使用中低转速，为了避免空泡的提前溃灭，所述前缘平板31的最大宽度L1为直边L2的0.15～0.2倍，可以保证在迎流平板上产生的空泡可以顺利到达后端叶片上。。所述弯折板32至少包括2个折弯平面，两个对称弯折板32的折弯平面的夹角沿流体流动方向逐渐减小。任意两个对称的折弯平面的夹角为10°～80°。所述单叶片的中心面36以-30°～30°的倾斜角度安装在轮毂30上。
如图3所示，呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流孔33，用于使旋转空泡云进入单叶片内部；呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流挡板，用于使空泡的在单叶片内部完全溃灭。为避免扰流的产生，所述弯折板32的末端设有向呈“V”型结构的所述单叶片内部弯曲的弧形导流板34，所述导流挡板的后缘35为直线型，且后缘35平行于所述前缘平板31的直边，可使叶片内空化完成的流体可以平稳的流入下一叶片或离开叶轮，而较少产生其他扰动。。所述弯折板32末端的弯折平面与导流挡板的交界处设有若干导流孔33，可以使流体在叶片表面发生超空化后经导流孔进入叶后空腔并且可以阻止流体在尾翼后产生空化，被导流板34引流后在空腔产生漩涡，并逐渐恢复压力，发生空泡溃灭现象，释放出巨大能量用于污水中有机物的降解。若干导流孔33沿单叶片的中心面36对称布置，且对称布置的导流孔36中心线的夹角θ0小于40°。图3的实施例弯折板32有2个折弯平面，对称的第一折弯平面之间的夹角θ1，对称的第二折弯平面之间的夹角θ2，θ2小于θ1。
所述轴2上串联安装若干所述叶轮3。所述叶轮3的叶片数量为6～9片，转速低时叶片数量增多，至多9片，且弯折平面夹角θ1适当增加，叶片的整体宽度适当减小。
将该外形确定的叶轮3用于该混流式旋流空化发生器，叶片的浸没深度在0.25～0.5m之间，由此可使得该空化器可以进行持续性、大流量的空化反应。
本发明空化发生器的叶轮在长期水力空化的工况下工作，需进行表面强化处理，使用周期与叶片生产质量相关，当叶片表面破坏严重时需要更换叶轮以达到理想空化效果。
本发明空化发生器安装适用范围广泛，叶轮工作空间可采用圆柱形箱体或矩形箱体。
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 (9)

1.一种混流式旋流空化发生器，包括叶轮(3)和驱动部分，所述驱动部分通过轴(2)驱动叶轮(3)旋转，其特征在于，所述叶轮(3)的单叶片呈“V”型结构，通过在呈“V”型结构的单叶片槽内产生涡流，用于实现空泡的完全溃灭；呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有导流孔(33)，用于使旋转空泡云进入单叶片内部；呈“V”型结构的所述单叶片的尾翼上设有向呈“V”型结构的所述单叶片内部弯曲的弧形导流板(34)，用于使空泡的在单叶片内部完全溃灭。
2.根据权利要求1所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述叶轮(3)的单叶片包括前缘平板(31)和弯折板(32)，所述前缘平板(31)一端面为迎流面，所述前缘平板(31)另一端面与两个弯折板(32)呈“V”型对称连接。
3.根据权利要求2所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述迎流面为圆弧面，与弯折板(32)连接的所述前缘平板(31)的直边与所述叶轮(3)的轮毂(30)切线方向夹角α为25°～35°；所述前缘平板(31)的最大宽度L1为直边L2的0.15～0.2倍。
4.根据权利要求2所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述弯折板(32)至少包括2个折弯平面，两个对称弯折板(32)的折弯平面的夹角沿流体流动方向逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，任意两个对称的折弯平面的夹角为10°～80°。
6.根据权利要求2所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述单叶片的中心面(36)以-30°～30°的倾斜角度安装在轮毂(30)上。
7.根据权利要求2所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述弯折板(32)的末端设有向呈“V”型结构的所述单叶片内部弯曲的弧形导流板(34)，所述弧形导流板(34)的后缘(35)为直线型，且后缘(35)平行于所述前缘平板(31)的直边。
8.根据权利要求2所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述弯折板(32)末端的弯折平面与弧形导流板(34)的交界处设有若干导流孔(33)；若干导流孔(33)沿单叶片的中心面(36)对称布置，且对称布置的导流孔(33)中心线的夹角θ0小于40°。
9.根据权利要求7-8任一项所述的混流式旋流空化发生器，其特征在于，所述轴(2)上串联安装若干所述叶轮(3)。
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