CN112028170B - 一种涡轮水力空化发生器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡轮水力空化发生器，包括若干级相互串联连接的空化单元，每级所述空化单元包括壳体、静叶栅和涡轮转子；所述壳体内分别安装两个对称的静叶栅，且一个静叶栅靠近壳体进口，另一个静叶栅靠近壳体出口；在两个对称的静叶栅之间安装可以转动的涡轮转子，且所述涡轮转子两端分别支撑在两个对称的静叶栅内；靠近壳体进口处的所述静叶栅叶片的厚度沿流向逐渐增加，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变；靠近壳体出口处的所述静叶栅叶片厚度沿流向逐渐减少，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变。本发明利用静‑动‑静的排布方式可以实现两级空化，有效地增大了空化区域。

Description

一种涡轮水力空化发生器

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种涡轮水力空化发生器。

背景技术

随着工农业的不断发展和人民生活水平的长足提高，水污染问题也日益突出，严重制约了经济的可持续性发展，并且对人类的饮水健康和生物的生存环境构成威胁。污水治理迫在眉睫，已成为一个必须共同面对和解决的问题。传统的污水处理方法有物理沉降法、生物吸收分解法、化学反应法等。但它们都存在着相应的弊端，例如物理沉降法一般处理成本高、作用时间长，效果不显著；生物法可能破坏当地的生物平衡，对当地的气候环境也有一定的要求；化学反应法则会较明显地产生甚至有毒有害的副产物，而且长期使用会使得污水中的微生物产生耐药性而失效。鉴于传统污水处理手段存在的诸多难以避免的缺陷，就需要另辟蹊径，研究开发新型的、环保的、可持续的污水处理方法方案。

当液体压力低于当时当地的饱和蒸汽压力时，其内部气核就会爆发性地生长。气泡由初生、发展再到溃灭的整个发展过程被称为空化现象。空泡在溃灭的过程中会产生高温、高压以及高速微射流。这些高温高压所蕴含的高能量能够使微生物失活，高速微射流的剪切力足以破坏微生物的细胞壁，进而达到降解有机污染物的目的。其中水力空化就是通过改变过流截面积来减小局部压力进而产生空化的方法。现有传统空化发生器有孔板、文丘里管等，它们结构简单，制造运行成本低，但也存在着空化区域小、空化强度低及空泡脱落溃灭频率低等缺点，这些缺点导致空化反应不充分，空化效率不理想。而许多新兴的旋转类空化发生器也存在结构复杂、生产运行成本高等问题。此外，旋转类空化发生器需要由一台高转速的电机作为驱动装置，因此增加了能耗、降低了空化效率。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种涡轮水力空化发生器，其结构简单，不需要额外的动力输入；利用静-动-静的排布方式可以实现两级空化，有效地增大了空化区域；过流截面积的周期变化提高了空泡脱落频率；并且可以通过法兰连接实现多级串联，强化空化效果，提高空化效率。可以高效处理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。

一种涡轮水力空化发生器，包括若干级相互串联连接的空化单元，每级所述空化单元包括壳体、静叶栅和涡轮转子；所述壳体内分别安装两个对称的静叶栅，且一个静叶栅靠近壳体进口，另一个静叶栅靠近壳体出口；在两个对称的静叶栅之间安装可以转动的涡轮转子，且所述涡轮转子两端分别支撑在两个对称的静叶栅内；靠近壳体进口处的所述静叶栅叶片的厚度沿流向逐渐增加，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变；靠近壳体出口处的所述静叶栅叶片厚度沿流向逐渐减少，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变。

进一步，所述静叶栅的骨线与壳体中心线平行。

进一步，所述涡轮转子的厚度沿径向保持不变，沿骨线方向保持不变。

进一步，所述涡轮转子的骨线与壳体中心线的夹角为30°～60°。

进一步，所述静叶栅的长度L₁＝2D，其中，D为壳体内径，单位m；所述涡轮转子的叶片长度L₂＝1/3L₁。

进一步，所述静叶栅的叶片数量和涡轮转子的叶片数量均为Z个，且Z的范围为6-12。

进一步，所述静叶栅的叶片最小厚度为2mm。

进一步，相邻所述静叶栅叶片之间最小垂直距离为a＝0.45Dπ/Z，D为壳体内径，单位m；Z为静叶栅的叶片个数。

进一步，每级所述空化单元的静叶栅的过流断面面积随流向减小。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的涡轮水力空化发生器，利用来流对涡轮转子叶片的冲击力来带动涡轮转子旋转，不需要额外输入动力。

2.本发明所述的水力空化发生器，在进水静叶栅和涡轮转子、涡轮转子和出水静叶栅之间都存在相对运动，都会周期性的产生低压区，由此可以产生两级空化。提高有机污水的空化降解区域。

3.本发明所述的水力空化发生器，流量越大涡轮转子的转速越快，导致液体的压力周期性变化频率越大，压力脉动频率相应增加，空泡脱落溃灭频率也相应提高，可有效提高空化效率对污水的降解速率也相应提高。

4.本发明所述的水力空化发生器，可以通过进口法兰和出口法兰把多个涡轮水力空化发生器串联起来。从前一级涡轮空化发生器内流出的低压液体中未溃灭的气泡可以作为下一级涡轮水力空化发生器诱导空化的气核，这些气核的存在将大大增加下一级空化发生器内的空泡数量，强化了下一级涡轮水力空化发生器的有机污水处理性能。

附图说明

图1为本发明所述的涡轮水力空化发生器结构图。

图2为本发明所述涡轮转子的正等测图。

图3为本发明所述进水静叶栅的正等测图。

图4为沿A-A截面的剖视图。

图中：

1-进口法兰；2-左静叶栅；3-涡轮转子；4-轴承；5-右静叶栅；6-出口法兰。

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4所示，本发明所述的涡轮水力空化发生器，包括若干级相互串联连接的空化单元，每级所述空化单元通过法兰连接，每级所述空化单元包括壳体、左静叶栅2、右静叶栅5和涡轮转子3；左静叶栅2和右静叶栅5为对称结构，左静叶栅2安装在靠近壳体进口法兰1，右静叶栅5安装在靠近壳体出口法兰6，在对称的安装的左静叶栅2和右静叶栅5之间安装可以转动的涡轮转子3，且所述涡轮转子3两端分别通过轴承4支撑在左静叶栅2和右静叶栅5内；左静叶栅2叶片的厚度沿流向逐渐增加，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变；右静叶栅5叶片厚度沿流向逐渐减少，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变。

左静叶栅2的长度为L₁＝2D，D为壳体内径，单位m；涡轮转子3的叶片长度为L₂＝L₁；右静叶栅5的长度为L₃＝L₁。左静叶栅2、涡轮转子3和右静叶栅5的叶栅叶片数量Z相等，且Z＝6～12。

如图3所示，左静叶栅2和右静叶栅5的骨线与管道中心线平行；从俯视图方向看，涡轮转子3的骨线与管道中心线之间的夹角为30°～60°。

左静叶栅2和右静叶栅5为对称结构，下面以左静叶栅2具体描述。如图3所示，左静叶栅2叶片的厚度沿流向逐渐增加，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变；相邻左静叶栅2叶片之间最小垂直距离为a＝0.45Dπ/Z，D为管道内径，单位m；所述左静叶栅2的叶片最小厚度为2mm。

如图2所示，涡轮转子3的厚度沿径向保持不变，沿着骨线方向保持不变，且在满足制造工艺度和运行强度要求的前提下尽量做薄。

如图1所示，所述左静叶栅2和涡轮转子3、涡轮转子3和右静叶栅5之间存在间隙，所述间隙能够避免涡轮转子和静叶栅因制造精度或旋转偏心度而造成动静干涉。

如图1所示，所述的涡轮转子空化发生器进出口通过法兰连接，在必要时可以通过法兰把多个涡轮水力空化发生器串联起来，每级所述空化单元的静叶栅的过流断面面积随流向减小，一方面可以强化空化性能，另一方面可以更高效的处理有机污染物，从而获得更好的空化效果。

工作原理为：

含有机污染物的污水由进口法兰1流入涡轮水力空化发生器，利用左静叶栅2对来流进行整流，并且因左静叶栅2的过流截面积沿着流动方向均匀减小而使得液体的速度增加，压力降低；经过整流降压后的污染水沿管道方向流动，直接冲击在与管道中心线存在夹角的涡轮转子3叶片上，由反作用力使得涡轮转子3沿逆时针方向旋转；左静叶栅2与涡轮转子3之间的相对运动导致两者之间的过流截面积周期性地改变，此时流速进一步增大，局部压力进一步降低，空泡初生产生空化现象；同样地，涡轮转子3与出水静叶栅也存在着上述的相对运动关系，当来流通过涡轮转子3和右静叶栅2之间周期变化的流道时，空化现象将再一次出现，并且涡轮转子3内未溃灭的空泡可以作为涡轮转子3与右静叶栅2之间诱导空化的气核，因此来流由左静叶栅2至右静叶栅2将产生两次空化，且第二次空化因为气核数量的增多，空化效率得到提高，空化强度也得到了强化；经过两次空化反应后的污水由出口法兰6排出，进而达到处理有机污染水的目的。在必要时可以通过法兰连接把多个涡轮水力空化发生器串联起来，进一步提高空化效率和空化强度。

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 (8)

1.一种涡轮水力空化发生器，其特征在于，包括若干级相互串联连接的空化单元，每级所述空化单元包括壳体、静叶栅（2、5）和涡轮转子（3）；所述壳体内分别安装两个对称的静叶栅（2、5），且一个静叶栅（2）靠近壳体进口，另一个静叶栅（5）靠近壳体出口；在两个对称的静叶栅（2、5）之间安装可以转动的涡轮转子（3），且所述涡轮转子（3）两端分别支撑在两个对称的静叶栅（2、5）内；靠近壳体进口处的所述静叶栅（2）叶片的厚度沿流向逐渐增加，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变；靠近壳体出口处的所述静叶栅（5）叶片厚度沿流向逐渐减少，且相邻叶片之间的过流断面面积沿径向保持不变；每级所述空化单元的静叶栅的过流断面面积随流向减小。

2.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，所述静叶栅（2、5）的骨线与壳体中心线平行。

3.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，所述涡轮转子（3）的厚度沿径向保持不变，沿骨线方向保持不变。

4.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，所述涡轮转子（3）的骨线与壳体中心线的夹角为30°~60°。

5.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，所述静叶栅（2、5）的长度L₁=2D，其中，D为壳体内径，单位m；所述涡轮转子（3）的叶片长度L₂=1/3L₁。

6.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，所述静叶栅（2、5）的叶片数量和涡轮转子（3）的叶片数量均为Z个，且Z的范围为6-12。

7.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，所述静叶栅（2、5）的叶片最小厚度为2mm。

8.根据权利要求1所述的涡轮水力空化发生器，其特征在于，相邻所述静叶栅（2、5）叶片之间最小垂直距离为a=0.45Dπ/Z，D为壳体内径，单位m；Z为静叶栅（2、5）的叶片个数。

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