CN111825157B

CN111825157B - 一种对旋式水动力空化装置

Info

Publication number: CN111825157B
Application number: CN202010566349.7A
Authority: CN
Inventors: 徐伟; 赵媛媛; 王秀礼; 朱荣生; 付强; 安策; 陈一鸣
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2040-06-19
Also published as: CN111825157A

Abstract

本发明提供了一种对旋式水动力空化装置，包括壳体和旋转轴，所述旋转轴支撑在壳体内，还包括传动机构、左叶轮和右叶轮；所述左叶轮的一个端面和右叶轮的一个端面分别均布若干叶片，右叶轮安装在旋转轴上，左叶轮通过传动机构与旋转轴同轴反向旋转；所述左叶轮的叶片与右叶轮的叶片交叉设置，且所述左叶轮与右叶轮上的叶片径向相互交错分布。本发明通过控制空化泡的形成来处理生活污水和工业废水，这些空化泡作为独立的化学微型反应器，并利用这些空泡溃灭带来的物理、化学变化来快速处理流体。

Description

一种对旋式水动力空化装置

技术领域

本发明涉及空化装置领域，特别涉及一种对旋式水动力空化装置。

背景技术

水动力空化是指在流体中形成气泡，然后在高压区发生气泡破裂的现象。在实践中，这个过程是这样进行的。流体被输入设备的入口通道，在局部区域，流动加速使得压力下降，一定条件下就形成了由化合物蒸汽组成的气泡。当气泡移出局部区域边界时，流动中的压力增加，它们将在10^-8-10^-6秒内发生溃灭，空泡剧烈溃灭产生高温(局部温度可达200-300℃)、高压(500-1000atm)、强冲击波(其冲击频率可高达2000-3000HZ)、高速微射流等极端条件，导致分子分解，形成OH、H、HO₂、H₂O₂等自由基，其中OH自由基因有极高的氧化电位(2.80eV)，其氧化能力极强，与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，将有害物质氧化成CO₂、H₂O或矿物盐，无二次污染，空化技术是一种新型的高效节能技术。

现有技术公开了一种水力降解废水有机物装置，它包括有相互串接相通的文丘里管组件和筛孔板组件，文丘里管组件的进水端连接高压泵废水装置，筛孔板组件的出水端连接出水管道，上述结构涉及分体多，需要多次做密封，而且筛孔板处空洞密集，容易形成阻塞流。

现有技术公开了一种涡流空化装置，包括进水管、涡流仓、空化块和挡板。该装置由一定压力和流速的有机污水通过进水管,由于一定的低压，即在空化仓中有机污水进入双螺旋窄缝发生空化，发生空化的有机污水通过空化块进一步加速水流的速度发生空化，通过底部锥形小孔排出带有空化泡有机污水冲击下方的挡板导致空化溃灭，加强空化效应。该装置虽然结构简单，但能量损失比较大，并无外部动力的提供。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种对旋式水动力空化装置，通过控制空化泡的形成来处理生活污水和工业废水，这些空化泡作为独立的化学微型反应器，并利用这些空泡溃灭带来的物理、化学变化来快速处理流体。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种对旋式水动力空化装置，包括壳体和旋转轴，所述旋转轴支撑在壳体内，还包括传动机构、左叶轮和右叶轮；所述左叶轮的一个端面和右叶轮的一个端面分别均布若干叶片，右叶轮安装在旋转轴上，左叶轮通过传动机构与旋转轴同轴反向旋转；所述左叶轮的叶片与右叶轮的叶片交叉设置，且所述左叶轮与右叶轮上的叶片径向相互交错分布。

进一步，所述左叶轮与右叶轮上的叶片在周向上的数量≥3，在径向上的排数≥2，减轻在叶轮旋转时产生的振动。

进一步，所述叶片的横截面为圆形或三角形。

进一步，所述叶片外表面设有凸台和凹槽，所述凸台和凹槽交替布置在所述叶片外表面，使叶片外表面呈阶梯的圆柱状；所述左叶轮的叶片上的凸台与右叶轮的叶片上的凹槽在轴向对齐。

进一步，通过旋转轴的转动，使左叶轮叶片上的凸台与右叶轮叶片上的凹槽的距离周期性变化或使左叶轮叶片上的凹槽与右叶轮叶片上的凸台的距离周期性变化，用于周期性产生空化与溃灭。

进一步，所述叶片的横截面为等腰三角形；在轴向投影面上，任一圈周向分布的所述叶片的等腰三角形顶点位于同一分度圆上；在轴向投影面上，任一所述叶片的等腰三角形底边与叶轮的径向共线或平行。

进一步，在轴向投影面上，通过旋转轴的转动，使左叶轮叶片上的等腰三角形的腰与右叶轮叶片上的等腰三角形的腰的距离周期性变化，用于周期性产生空化与溃灭。

进一步，所述传动机构包括第一级锥齿轮、第二级锥齿轮和第三级锥齿轮，所述第一级锥齿轮支撑在旋转轴上，所述第二级锥齿轮支撑在壳体内，第一级锥齿轮与第二级锥齿轮啮合；所述第二级锥齿轮与左叶轮上的锥齿轮啮合。

进一步，所述左叶轮包括第三级锥齿轮、左叶轮本体和第一叶片，所述左叶轮的另一端面设有第三级锥齿轮；所述第三级锥齿轮与传动机构啮合；所述左叶轮本体上周向和径向均布若干第一叶片。

进一步，所述右叶轮包括安装盘、套筒、右叶轮本体和第二叶片，所述安装盘支撑在旋转轴上，所述右叶轮本体通过套筒与安装盘连接，所述旋转轴一端穿过套筒安装在壳体上；所述套筒上均布若干孔，位于所述套筒内的旋转轴上安装螺旋叶轮，螺旋叶轮的叶片数≥2，用于将流体通过孔输送至左叶轮与右叶轮之间的间隙中；所述右叶轮本体上周向和径向均布若干第二叶片。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的对旋式水动力空化装置，通过对旋式左、右叶轮旋转空化发生装置，实现空化反复的产生和溃灭。

2.本发明所述的对旋式水动力空化装置，占用空间小，操作简单，生产效率高。

3.本发明所述的对旋式水动力空化装置，通过齿轮传动实现对旋式左、右叶轮的转速可调，实现多工况应用。

4.本发明所述的对旋式水动力空化装置，通过电机带动来提供动力，进行能量补给，达到快速改变流体的目的。

附图说明

图1为本发明所述的对旋式水动力空化装置结构图。

图2为图1的剖视图。

图3为本发明所述的右叶轮的结构图。

图4为本发明所述右叶轮的剖视图。

图5为三角形叶片的结构图。

图6为叶片旋转示意图。

图中：

1-电机；2-第一轴套；3-左壳体；4-左叶轮；5-右壳体；6-右叶轮；7-第二轴套；8-第一级锥齿轮；9-第二级锥齿轮；10-支架；11-过滤装置；401-叶片；402-第三级锥齿轮；601-叶片；602-孔；603-旋转轴；604-螺旋叶轮；605-密封圈。

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所示，本发明所述的对旋式水动力空化装置，包括壳体、旋转轴603、传动机构、左叶轮4和右叶轮6；所述壳体包括左壳体3和右壳体5，二者通过螺栓固定连接，同时密封处理；所述右壳体6上有流体入口和过滤装置11，所述左壳体3上有流体出口；所述旋转轴603的两端分别通过第一轴套2和第二轴套7支撑在壳体内；所述左叶轮4的一个端面和右叶轮6的一个端面分别均布若干叶片，右叶轮6安装在旋转轴603上，左叶轮4通过传动机构与旋转轴603同轴反向旋转；所述左叶轮4的叶片与右叶轮6的叶片交叉设置，且所述左叶轮4与右叶轮6上的叶片径向相互交错分布。结合图1举例说明，假设左叶轮4直径与右叶轮6直径相同，左叶轮4和右叶轮6在径向均可划分4个同心环，同心环由内向外依次为1号同心环、2号同心环、3号同心环、4号同心环。右叶轮6在1号同心环和3号同心环上均布叶片，左叶轮4在2号同心环和4号同心环上均布叶片，右叶轮6上3号同心环的叶片插入左叶轮4上2号同心环的叶片和4号同心环的叶片之间，左叶轮4上2号同心环的叶片插入右叶轮6上1号同心环的叶片和3号同心环的叶片之间。

如图1和图3所示，所述左叶轮4包括第三级锥齿轮402、左叶轮本体和第一叶片401，所述左叶轮4的另一端面设有第三级锥齿轮402；所述第三级锥齿轮402与传动机构啮合；所述左叶轮本体上周向和径向均布若干第一叶片401。所述左叶轮本体通过轴套和键定位固定在旋转轴603上。所述传动机构包括第一级锥齿轮8、第二级锥齿轮9和第三级锥齿轮402，所述第一级锥齿轮8支撑在旋转轴603上，所述第二级锥齿轮9通过支架10支撑在壳体内，第一级锥齿轮8与第二级锥齿轮9啮合；所述第二级锥齿轮9与左叶轮4上的锥齿轮啮合。

如图3和图4所示，所述右叶轮6包括安装盘、套筒、右叶轮本体和第二叶片601，所述安装盘支撑在旋转轴603上，所述右叶轮本体通过套筒与安装盘连接，所述旋转轴603一端穿过套筒安装在壳体上；所述套筒上均布若干孔602，位于所述套筒内的旋转轴603上安装螺旋叶轮604，用于将流体通过孔602输送至左叶轮4与右叶轮6之间的间隙中；所述右叶轮本体上周向和径向均布若干第二叶片601。通过电机带动左叶轮4和右叶轮6对旋，使得流体混合均匀，且流体在装置中停留时间短，能及时得到能量补给，实现快速改变流体的目的。螺旋叶轮的叶片数≥2。

如图2所示，箭头表示流体流动方向。流体从入口进入壳体，在对旋式叶轮的搅拌下，可以实现空化反复的产生和溃灭。

所述左叶轮4与右叶轮6上的叶片在周向上的数量≥3，在径向上的排数≥2。所述叶片的横截面为圆形或三角形。

实施例1所述叶片的横截面为圆形，所述叶片外表面设有凸台和凹槽，所述凸台和凹槽交替布置在所述叶片外表面，使叶片外表面呈阶梯的圆柱状；所述左叶轮4的叶片上的凸台与右叶轮4的叶片上的凹槽在轴向对齐。通过旋转轴603的转动，使左叶轮4叶片上的凸台与右叶轮6叶片上的凹槽的距离周期性变化或使左叶轮4叶片上的凹槽与右叶轮6叶片上的凸台的距离周期性变化，用于周期性产生空化与溃灭。

实施例2如图5所示，所述叶片的横截面为等腰三角形；在轴向投影面上，任一圈周向分布的所述叶片的等腰三角形顶点位于同一分度圆上；在轴向投影面上，任一所述叶片的等腰三角形底边与叶轮的径向共线或平行。在轴向投影面上，通过旋转轴603的转动，使左叶轮4叶片上的等腰三角形的腰与右叶轮6叶片上的等腰三角形的腰的距离周期性变化，用于周期性产生空化与溃灭。

实施例2如图6所示为三角形叶片的对旋图，图中序号m₁和m₂为同一圆周上的相邻的左叶轮叶片，p₁和p₂为同一圆周上的相邻的左叶轮叶片，p₁和m₁为同一径向上的相邻的左叶轮叶片，p₂和m₂为同一径向上的相邻的左叶轮叶片。序号n为p₁左叶轮叶片与m₁左叶轮叶片之间的右叶轮叶片。假设左叶轮叶片固定，序号n的右叶轮叶片逆时针转动到图6中虚线位置，序号m₁的左叶轮叶片的腰a1与序号n的右叶轮叶片的腰a2之间的距离从大到小变化，序号p₁的左叶轮叶片的腰b1与序号n的右叶轮叶片的腰b2之间的距离从大到小变化，可以压缩流体，产生压降，形成空化。而序号m₂的左叶轮叶片的腰与序号n的右叶轮叶片的腰之间的距离从小到大变化，为空泡的溃灭创造了很好的条件，如此周期性产生空化与溃灭。

为了给气泡的脉动和溃灭创造最合适的条件，本发明所述的对旋式水动力空化装置包含了许多低压区空化区和空化溃灭区，低压区空化区如左叶轮4上的叶片401和右叶轮6上的叶片601旋转起来的区域，且上一级叶片旋转起来产生的空化和溃灭对下一级不会造成影响，空泡在低压区产生，在高压区溃灭主要的溃灭区为旋转以外的区域，然后从壳体流出。本装置中实现空化反复的产生和溃灭，这决定了流体改造的整体效率。

本发明的工作原理如下：

流体从入口进入壳体，然后在左叶轮4上的叶片401和右叶轮6上的叶片601对旋旋转作用下，当流体遇到快速旋转的叶片时，流速也会增加，根据伯努利方程可知，此处的压强降低，降到与饱和蒸汽压相等时，开始产生空化现象，且低压区为每个叶片与流体直接接触，旋转时的区域，主要的溃灭区为旋转区域以外的部分，气泡溃灭导致压力和温度瞬间增加，使得流体中的有害物质受到物理和化学的作用，流体质量得到改善，然后从壳体流出。也可以设置循环系统，将流体多次通过该装置，通过对旋式机构实现空化反复的产生和溃灭，最终达到最大限度的空化降解有害物质的目标。

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

1.一种对旋式水动力空化装置，包括壳体和旋转轴（603），所述旋转轴（603）支撑在壳体内，其特征在于，还包括传动机构、左叶轮（4）和右叶轮（6）；所述左叶轮（4）的一个端面和右叶轮（6）的一个端面分别均布若干叶片，右叶轮（6）安装在旋转轴（603）上，左叶轮（4）通过传动机构与旋转轴（603）同轴反向旋转；所述左叶轮（4）的叶片与右叶轮（6）的叶片交叉设置，且所述左叶轮（4）与右叶轮（6）上的叶片径向相互交错分布；

所述叶片的横截面为圆形时，所述叶片外表面设有凸台和凹槽，所述凸台和凹槽交替布置在所述叶片外表面，使叶片外表面呈阶梯的圆柱状；所述左叶轮（4）的叶片上的凸台与右叶轮（6）的叶片上的凹槽在轴向对齐；通过旋转轴（603）的转动，使左叶轮（4）叶片上的凸台与右叶轮（6）叶片上的凹槽的距离周期性变化或使左叶轮（4）叶片上的凹槽与右叶轮（6）叶片上的凸台的距离周期性变化，用于周期性产生空化与溃灭。

2.根据权利要求1所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述左叶轮（4）与右叶轮（6）上的叶片在周向上的数量≥3，在径向上的排数≥2。

3.根据权利要求1-2任一项所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述传动机构包括第一级锥齿轮（8）、第二级锥齿轮（9）和第三级锥齿轮（402），所述第一级锥齿轮（8）支撑在旋转轴（603）上，所述第二级锥齿轮（9）支撑在壳体内，第一级锥齿轮（8）与第二级锥齿轮（9）啮合；所述第二级锥齿轮（9）与左叶轮（4）上的锥齿轮啮合。

4.根据权利要求1-2任一项所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述左叶轮（4）包括第三级锥齿轮（402）、左叶轮本体和第一叶片（401），所述左叶轮（4）的另一端面设有第三级锥齿轮（402）；所述第三级锥齿轮（402）与传动机构啮合；所述左叶轮本体上周向和径向均布若干第一叶片（401）。

5.根据权利要求1-2任一项所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述右叶轮（6）包括安装盘、套筒、右叶轮本体和第二叶片（601），所述安装盘支撑在旋转轴（603）上，所述右叶轮本体通过套筒与安装盘连接，所述旋转轴（603）一端穿过套筒安装在壳体上；所述套筒上均布若干孔（602），位于所述套筒内的旋转轴（603）上安装螺旋叶轮（604），用于将流体通过孔（602）输送至左叶轮（4）与右叶轮（6）之间的间隙中；所述右叶轮本体上周向和径向均布若干第二叶片（601）。

6.一种对旋式水动力空化装置，包括壳体和旋转轴（603），所述旋转轴（603）支撑在壳体内，其特征在于，还包括传动机构、左叶轮（4）和右叶轮（6）；所述左叶轮（4）的一个端面和右叶轮（6）的一个端面分别均布若干叶片，右叶轮（6）安装在旋转轴（603）上，左叶轮（4）通过传动机构与旋转轴（603）同轴反向旋转；所述左叶轮（4）的叶片与右叶轮（6）的叶片交叉设置，且所述左叶轮（4）与右叶轮（6）上的叶片径向相互交错分布；

所述叶片的横截面为等腰三角形时，在轴向投影面上，任一圈周向分布的所述叶片的等腰三角形顶点位于同一分度圆上；在轴向投影面上，任一所述叶片的等腰三角形底边与叶轮的径向共线；在轴向投影面上，通过旋转轴（603）的转动，使左叶轮（4）叶片上的等腰三角形的腰与右叶轮（6）叶片上的等腰三角形的腰的距离周期性变化，用于周期性产生空化与溃灭。

7.根据权利要求6所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述左叶轮（4）与右叶轮（6）上的叶片在周向上的数量≥3，在径向上的排数≥2。

8.根据权利要求6-7任一项所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述传动机构包括第一级锥齿轮（8）、第二级锥齿轮（9）和第三级锥齿轮（402），所述第一级锥齿轮（8）支撑在旋转轴（603）上，所述第二级锥齿轮（9）支撑在壳体内，第一级锥齿轮（8）与第二级锥齿轮（9）啮合；所述第二级锥齿轮（9）与左叶轮（4）上的锥齿轮啮合。

9.根据权利要求6-7任一项所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述左叶轮（4）包括第三级锥齿轮（402）、左叶轮本体和第一叶片（401），所述左叶轮（4）的另一端面设有第三级锥齿轮（402）；所述第三级锥齿轮（402）与传动机构啮合；所述左叶轮本体上周向和径向均布若干第一叶片（401）。

10.根据权利要求6-7任一项所述的对旋式水动力空化装置，其特征在于，所述右叶轮（6）包括安装盘、套筒、右叶轮本体和第二叶片（601），所述安装盘支撑在旋转轴（603）上，所述右叶轮本体通过套筒与安装盘连接，所述旋转轴（603）一端穿过套筒安装在壳体上；所述套筒上均布若干孔（602），位于所述套筒内的旋转轴（603）上安装螺旋叶轮（604），用于将流体通过孔（602）输送至左叶轮（4）与右叶轮（6）之间的间隙中；所述右叶轮本体上周向和径向均布若干第二叶片（601）。