CN113562805A - 一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水处理设备，尤其是一种用于船舶压载水处理的空化装置。一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，包括旋转振荡空腔叶轮，所述旋转振荡空腔叶轮设有中心孔；其上端面设有沿半径方向均匀布置的若干空腔；所述空腔与所述中心孔连通，空腔内设有振荡腔。本发明的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，水流进入蜗壳后，一部分水流通过叶轮表面的空腔及振荡腔，形成脉动射流，另一部分水流通过叶轮中心孔进入叶轮内部的锥形空腔，经风琴管喷嘴形成自激振荡空化射流，喷入叶轮表面的振荡腔，与叶轮空腔内的振荡流形成复杂的流动耦合作用，产生复杂空化效应，有利于水处理效果的强化。

Description

一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置
技术领域
本发明涉及一种水处理设备，尤其是一种用于船舶压载水处理的空化装置。
背景技术
众所周知，国际贸易中大部分以海洋航运为主。据统计，国际贸易中80%的运输量都是通过海上运输来进行。船舶空载和满载过程中，水线位置会发生变化，为确保空载航行时的安全性和经济性，需要将船舶部分压载舱注满水，维持空载航行时的水线。
对于空载或处于载荷少的状态下的船舶而言，由于需要确保螺旋桨入水深度以及确保空载时的安全航行等，因而在出港前将港口的水(海水、湖水或河水)取用至压载舱以作为压载水。
船舶压载水中含有大量生物，包括浮游生物、微生物、细菌以及各种物种的卵、幼体或孢子，这些生物在跟随船舶航行的过程中有的因为无法适应温度、盐度等因素的变化而死亡，但有的能够生存下来，并最终随着船舶压载水排入新的环境中。由此导致一个水域的生物或种类繁多的生物组随着压载水传送到另一个地理性隔离水域，如果这些生物因为缺乏天敌或其他原因能够在自然或半自然的生态系统或生境中生长繁殖、建立种群，就可能威胁到这些海湾、河口或内陆水域的生态系统结构及其物种多样性，成为外来入侵种，而且压载水还会传播有害的寄生虫和病原体，甚至可能导致当地物种的灭绝。
随着国际海事组织针对生态入侵引发的环境问题提出新要求，严格控制有危险微生物和病原体的压载水及残留物的转移，有必要对船舶压载水进行处理。现阶段对压载水处理的方式有物理法和化学法，其中物理法包括过滤法、离心分离法、加热法、紫外线处理法，化学法包括电解法及氯化法。考虑船舶压载水的处理量比较大，现阶段的方法处理效率较低，易产生二次危害介质，且能耗较大，严重制约着船舶经济性指标。
空化是由于流体内局部压力低于饱和蒸气压而形成的气泡，气泡经历初生、发展，并溃灭，特别是在溃灭过程，形成高温高压射流，同时伴随着热效应、化学效应和机械效应。在水处理领域可利用空化的各类效应进行压载水处理，其中空化过程中形成的高温高压射流形成强大的力量，破坏微生物的外壁，使微生物失去活性，同时，空化过程中产生大量具有强氧化性的羟基自由基，对受到破壁损坏的微生物进行二次破坏，并对压载水环境中的有害物质进行氧化处理，使其形成不会产生污染的物质，特别是在空化热效应的促进下，其处理效果更佳。
发明内容
本发明的目的是针对现有的船舶压载水处理技术存在的问题，提供一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，利用自激振荡空化及方腔流动原理，实现对船舶压载水的处理，使其达到排放要求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，包括旋转振荡空腔叶轮，所述旋转振荡空腔叶轮设有中心孔；其上端面设有沿半径方向均匀布置的若干空腔；所述空腔与所述中心孔连通，空腔内设有振荡腔。
作为本发明的一种优选方式，所述振荡腔的下方设有风琴管喷嘴；所述风琴管喷嘴的上端与所述振荡腔连通。
进一步地，所述旋转振荡空腔叶轮的内部设有锥形空腔，所述锥形空腔的上部与所述中心孔连通，所述锥形空腔的边缘设有若干出液通道；每一个出液通道与一个风琴管喷嘴连通。
进一步地，所述旋转振荡空腔叶轮的外部设有蜗壳；蜗壳的中心设有进液管，侧面设有出液管。
进一步地，所述蜗壳的下部连接盖板，所述盖板、蜗壳与旋转振荡空腔叶轮之间的间隙不大于1mm。
进一步地，所述空腔的高度与宽度的比值范围是1/3~1。
进一步地，所述空腔的数量为8-15个。
本发明的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，在叶轮旋转过程中，叶轮表面的空腔内水流形成周期性的空腔流动，诱发旋转空化；通过叶轮内部的锥形空腔及风琴管喷嘴，使进入叶轮内的水流形成自激振荡空化射流，从风琴管喷嘴进入振荡腔，与叶轮表面的振荡腔流动相耦合，产生复杂空化效应，有利于水处理效果的强化。
附图说明
图1为本发明实施例中的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置的整体结构示意图；
图2为蜗壳的结构示意图；
图3为旋转振荡空腔叶轮的俯视图；
图4为旋转振荡空腔叶轮的剖视图（从上往下看）；
图5为旋转振荡空腔叶轮的剖视图（从下往上看）；
图6为本发明基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置的半剖图；
图中：1.电机；2.联轴器；3. 轴承；4.骨架油封；5. 盖板；6. 蜗壳；7. 旋转振荡空腔叶轮； 6-1. 左出液管；6-2.进液管；6-3.右出液管；7-1. 空腔；7-2. 振荡腔；7-3. 风琴管喷嘴；7-4. 锥形空腔；7-5. 出液通道；7-6. 中心孔；8.连接轴。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。
本发明提供的其中一个实施例是：一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，结构如图1所示，主要包括电机1、联轴器2、盖板5、蜗壳6、旋转振荡空腔叶轮7。旋转振荡空腔叶轮7布置在蜗壳6的内部，其中，蜗壳6的底部通过盖板5进行封闭。旋转振荡空腔叶轮7和盖板5及蜗壳6之间的间隙不大于1mm，以免空化不能有效完成。
如图2所示，蜗壳6的中心设有进液管6-2，在蜗壳6的侧面分别设有左出液管6-1和右出液管6-3。
如图3和4所示，旋转振荡空腔叶轮7的上端面设有多个空腔7-1，这些空腔沿半径方向均匀地分布在旋转振荡空腔叶轮7的表面，在旋转振荡空腔叶轮7的中部设有中心孔7-6，空腔7-1的一端开口于叶轮的边缘，另一端开口于叶轮的中心。中心孔7-6的直径小于进液管6-2的直径。
在每一个空腔7-1内靠近外端的位置设有一个振荡腔7-2，振荡腔7-2的两端与空腔7-1连通。
如图3和图4所示，在每一个振荡腔7-2的下方均设有一个风琴管喷嘴7-3，风琴管喷嘴7-3的上端开口于振荡腔7-2的底部，与振荡腔7-2连通。
图4和图5分别是不同视角下的旋转振荡空腔叶轮的剖视图，在旋转振荡空腔叶轮7的中部设有锥形空腔7-4，该锥形空腔的上部与中心孔7-6相通，其边缘设有与风琴管喷嘴7-3连通的出液通道7-5。从图5中可以看出，在出液通道7-5的顶部有一个孔，通过该孔与其上方的风琴管喷嘴7-3连通。
在本实施例中，为了保证蜗壳6内形成连续脉动，旋转振荡空腔叶轮7表面的空腔7-1数量在8-15之间，优选12个。空腔高度和空腔宽度的比值范围介于1/3~1之间，例如：二者比值为2/3，保证空腔流动的扰动性，增加流体的脉动特性。
旋转振荡空腔叶轮7通过联轴器2、连接轴8与电机1连接，连接轴8与盖板5之间设有轴承3和骨架油封4，保证水密。电机1的转速大于2500rpm，以保证内部形成空化流动，进行水处理工作。
本实施例提供的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，工作原理如下所述：电机1驱动旋转振荡空腔叶轮7旋转，待处理的船舶压载水利用水泵从蜗壳6的进液管6-2进入，到达旋转振荡空腔叶轮7位置后，由于叶轮的中心孔7-6直径小于进液管6-2的直径，一部分水流在叶轮中心孔外围附近，向四周分散流动，径向流动进入叶轮表面的空腔7-1内，通过旋转振荡空腔叶轮的高速旋转形成剪切空化，并在离心力的作用下经过振荡腔7-2流到叶轮外缘，水流经过振荡腔的处理，形成空化振荡流；同时，另一部分水流通过叶轮中心孔7-6进入叶轮内部，冲击叶轮中心位置的锥形空腔7-4，均匀向四周流动，通过与锥形空腔7-4相连的出液通道7-5进入径向位置的风琴管喷嘴7-3，形成自激振荡空化射流，向上喷入振荡腔7-2内，其频率与叶轮表面振荡腔7-2出口的空化振荡流频率相耦合，形成脉冲射流，结合叶轮的旋转作用，在空腔流动的作用下，形成复杂空化效应，有利于水处理效果的强化。水流在该装置中的流向如图6中箭头所示，经处理后的水通过蜗壳6两侧的左出液管6-1和右出液管6-3排出，不断循环，达到处理船舶压载水的目的。

Claims (7)

1.一种基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：包括旋转振荡空腔叶轮，所述旋转振荡空腔叶轮设有中心孔；其上端面设有沿半径方向均匀布置的若干空腔；所述空腔与所述中心孔连通，空腔内设有振荡腔。
2.根据权利要求1所述的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：所述振荡腔的下方设有风琴管喷嘴；所述风琴管喷嘴的上端与所述振荡腔连通。
3.根据权利要求2所述的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：所述旋转振荡空腔叶轮的内部设有锥形空腔，所述锥形空腔的上部与所述中心孔连通，所述锥形空腔的边缘设有若干出液通道，每一个出液通道与一个风琴管喷嘴连通。
4.根据权利要求1所述的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：所述旋转振荡空腔叶轮的外部设有蜗壳；蜗壳的中心设有进液管，侧面设有出液管。
5.根据权利要求4所述的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：所述蜗壳的下部连接盖板，所述盖板、蜗壳与旋转振荡空腔叶轮之间的间隙不大于1mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：所述空腔的高度与宽度的比值范围是1/3~1。
7.根据权利要求1-5任一项所述的基于旋转振荡空腔叶轮的水力空化处理装置，其特征在于：所述空腔的数量为8-15个。
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