CN113697972B - 一种非接触式可调节微纳米气泡发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式可调节微纳米气泡发生器，该气泡发生器包括顶板、圆形壳体、底板、定子以及转子；在圆形壳体的空腔内同轴安装有定子和转子，定子的内周面与转子的外周面之间具有间隙；定子的顶端与顶板固定连接，底端与底板固定连接；定子的内周面包括沿周向分布的多个平面，定子设置有贯穿其壁厚且与每个平面一一对应的阶梯孔；阶梯孔在平面形成有偏心设置的狭缝，在转子与每个平面之间构成扩张区和收缩区，狭缝位于对应的扩张区内。上述气泡发生器具有生成效果不受水压影响、结构简单、制造成本低、能耗低、振动小且噪声低的特点。

Description

一种非接触式可调节微纳米气泡发生器

技术领域

本发明涉及一种非接触式可调节微纳米气泡发生器，可应用于机械、养殖业、环保业、农业等领域，可应用于渔业改善水域或海底缺氧的环境，可应用于温泉行业设备管道清洗、家用及业务用气泡发生装置。

背景技术

微纳米气泡是直径在50μm以下的微小气泡，也可以根据其直径范围叫微纳米气泡、微米气泡或纳米气泡。含有微纳米气泡的微纳米气泡水是一种集聚能量的水，其能量主要来源于爆炸能和结合能。爆炸能可以促进活性氧分子溶于水，同时可以破坏污染物与水的共价键连接，也可以破坏污染物内部的化学键连接，活性氧同时发挥作用。结合能可以导致气泡周边的污染物与水的共价键结合破裂，使气泡中的活性氧对污染物产生氧化降解作用和活性氧分子在水中的溶解作用。所以微纳米气泡水可用于去污、清洁。同时，微纳米气泡水也是水与氧融合形成的富含高浓度氧的水，气泡在水中具有高效的增氧作用。

微纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、上升速度慢及较强的氧化性等特点，在水中通入微纳米气泡，可有效分离水中固体杂质、快速提高水体氧浓度、杀灭水中有害细菌等，且与其他水处理方法相比，微纳米气泡还具有操作简便、功耗小、无二次污染等特点。

目前市面上所使用的微纳米气泡发生器主要通过分散空气法产生微气泡，在静态导流涡轮和滤网组合机构中通过高速剪切、搅拌等方式把空气反复剪切、破碎并混合在水体中以产生微气泡。但是，现有技术中通过分散空气法产生微气泡的方法至少具有生成效果受水压影响、设备结构复杂以及制造成本较高的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种非接触式可调节微纳米气泡发生器，该气泡发生器具有生成效果不受水压影响、结构简单、制造成本低、能耗低、振动小且噪声低的特点。

本发明采用以下具体技术方案：

一种非接触式可调节微纳米气泡发生器，该气泡发生器包括顶板、圆形壳体、底板、定子以及转子；

所述圆形壳体的顶端密封连接有所述顶板，底端密封连接有所述底板，在所述圆形壳体、所述顶板和所述底板之间形成空腔；

在所述圆形壳体的空腔内同轴安装有所述定子和所述转子，所述定子的内周面与所述转子的外周面之间具有间隙，用于使所述定子和所述转子之间形成非接触状态；

所述定子的顶端与所述顶板固定连接，底端与所述底板固定连接，在所述定子的外周面和所述圆形壳体的内周面之间形成外腔体；所述定子的内周面包括沿周向分布的多个平面，所述定子设置有贯穿其壁厚且与每个所述平面一一对应的阶梯孔；所述阶梯孔在所述平面形成有偏心设置的狭缝，所述狭缝沿所述定子的轴向延伸；在所述转子的外周面与每个所述平面之间以最小径向间隙形成的轴向平面为中心面，在每个中心面的两侧均构成扩张区和收缩区，所述狭缝位于对应的扩张区内；所述阶梯孔连通所述内腔体和所述外腔体；

所述转子能够绕其轴心线转动地容置于所述定子内，所述转子的顶端与所述顶板之间转动连接、且底端与所述底板之间转动连接，并在所述定子的内周面和所述转子的外周面之间形成内腔体；

所述顶板设置有贯穿其厚度且与所述内腔体连通的至少一个第一出口；所述底板设置有贯穿其厚度且与所述内腔体连通的至少一个第二出口；所述圆形壳体设置有贯穿其厚度且与所述外腔体连通的至少一个进口。

更进一步地，还包括用于安装所述转子的顶端法兰和底端法兰；

所述顶端法兰固定安装于所述顶板，并设置有贯穿其厚度第一中心孔；

所述底端法兰固定安装于所述底板，并设置有贯穿其厚度的第二中心孔；

在所述第一中心孔和所述第二中心孔中均安装有用于支承所述转子的轴承。

更进一步地，所述转子包括沿所述转子的轴向布置的转轴和间隙调节杆；

所述转轴与所述转子同轴设置且固定安装于所述转子的中心，顶端通过所述轴承安装于所述顶部法兰，底端与所述间隙调节杆的顶端转动配合；

所述间隙调节杆的底端能够沿轴向调节地通过所述轴承安装于所述底部法兰，通过所述间隙调节杆在轴向的位移调节所述转子的轴向位置，用于实现所述定子与所述转子之间的间隙调节。

更进一步地，所述转轴在朝向所述间隙调节杆的一端设置有安装孔；

所述间隙调节杆的顶端通过滚动轴承装配于所述安装孔内。

更进一步地，所述顶板的外周侧设置有用于对所述圆形壳体的顶端进行限位的上挡边，并在朝向所述圆形壳体的一侧设置有上插接部；

所述底板的外周侧设置有用于对所述圆形壳体的底端进行限位的下挡边，并在朝向所述圆形壳体的一侧设置有下插接部；

所述圆形壳体夹设于所述上挡边与所述下挡边之间，并且所述上插接部和所述下插接部均与所述圆形壳体插接配合。

更进一步地，在所述上插接部的外周侧和所述下插接部的外周侧均设置有密封沟槽；

在所述密封沟槽内安装有密封件。

更进一步地，所述转子为倒置圆台形结构；

沿所述定子的轴向，所述定子的内周面具有与所述转子的外侧面相同的斜度。

更进一步地，多个所述平面沿所述定子的周向均匀分布。

更进一步地，相邻的两个所述平面之间设置有凹槽。

更进一步地，所述平面的数量为3～8个。

有益效果：

1、本发明的非接触式可调节微纳米气泡发生器采用了与现有气泡发生器不同的工作原理，即，在转子的外周面与每个平面之间以最小径向间隙形成的轴向平面为中心面，在每个中心面的两侧均构成扩张区和收缩区，在定子内表面的扩张区平面上设置偏心的狭缝，在转子与定子相对转动过程中，扩张区域将发生摩擦空化现象，收缩区域将发生摩擦迸流现象，通过摩擦空化形成的“负压”或真空度将空气或氧气等气体吸入气泡发生器并产生微纳米气泡，再通过摩擦迸流形成的高压将含有微纳米气泡的液体排出，不需要现有技术中叶片、滤网等对空气进行切割的部件，因此，本发明的非接触式可调节微纳米气泡发生器具有结构简单、制造成本低、生成效果不受水压影响的特点；

2、本发明的非接触式可调节微纳米气泡发生器具有非接触的特点，在气泡发生器的内部结构中转子和定子之间具有间隙，在气泡发生器工作过程中定子与转子之间始终保持非接触状态，在极低的能耗下即可产生大量气泡，使得气泡发生器具有能耗低、摩擦损失小、振动小、噪声低、可靠性高、使用寿命长的特点；

3、本发明的非接触式可调节微纳米气泡发生器具有可调节的特点，气泡发生器产生的气泡的大小和速度可以通过转子转速以及转子与定子之间的相对位置关系进行调节，使得气泡能够满足需要，并且还可以通过增减工作区域的数量改变气泡的产生速度；

4、在加工工艺条件允许的情况下，可制作成微型气泡发生器，适用于安装空间狭小的场合。

附图说明

图1为本发明的非接触式可调节微纳米气泡发生器的部分结构示意图；

图2为图1中非接触式可调节微纳米气泡发生器的爆炸结构示意图；

图3为图1中非接触式可调节微纳米气泡发生器的剖视图；

图4为图1中非接触式可调节微纳米气泡发生器的半剖结构示意图；

图5为图2中非接触式可调节微纳米气泡发生器的定子的结构示意图；

图6为图5中定子的俯视图；

图7为本发明的非接触式可调节微纳米气泡发生器的另一种定子的结构示意图；

图8为图7中定子的俯视图；

图9为图2中非接触式可调节微纳米气泡发生器的转子的结构示意图；

图10为本发明中扩张区和收缩区的原理示意图。

其中，1-顶板，2-圆形壳体，3-底板，4-定子，5-转子，6-外腔体，7-内腔体，8-顶端法兰，9-第一出口，10-底端法兰，11-第二出口，12-进口，13-平面，14-收缩区，15-扩张区，16-阶梯孔，17-转轴，18-间隙调节杆，19-轴承，20-环形槽，21-上挡边，22-上插接部，23-下挡边，24-下插接部，25-密封沟槽，26-狭缝，27-凹槽

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明实施例提供了一种非接触式可调节微纳米气泡发生器，如图1、图2、图3以及图4结构所示，该气泡发生器包括顶板1、圆形壳体2、底板3、定子4以及转子5；

在圆形壳体2的顶端密封连接有顶板1，底端密封连接有底板3，在圆形壳体2、顶板1和底板3之间形成空腔；顶板1、圆形壳体2以及底板3从上到下依次排列；如图3结构所示，顶板1的外周侧设置有用于对圆形壳体2的顶端进行限位的上挡边21，并在朝向圆形壳体2的一侧设置有上插接部22；底板3的外周侧设置有用于对圆形壳体2的底端进行限位的下挡边23，并在朝向圆形壳体2的一侧设置有下插接部24；圆形壳体2夹设于上挡边21与下挡边23之间，并且上插接部22和下插接部24均与圆形壳体2插接配合，上插接部22和下插接部24可以与圆形壳体2之间间隙配合，即，上插接部22的外径和下插接部24的外径小于或等于圆形壳体2的内径，使得顶板1、底板3与圆形壳体2之间便于安装；

如图2、图3和图4结构所示，在圆形壳体2的空腔内同轴安装有定子4和转子5，定子4的内周面与转子5的外周面之间具有间隙，用于使定子4和转子5之间形成非接触状态；转子5可以为倒置圆台形结构，即，转子5的顶部直径大于底部直径；沿定子4的轴向，定子4的内周面具有与转子5的外侧面相同的斜度，即，定子4的内周面在底部的空间尺寸小于顶部的空间尺寸，使得当转子5在圆形壳体2的轴向位置固定不动时，转子5的外周面与对应的定子4的平面13之间的间距在轴向上保持一致，但是当转子5在圆形壳体2的轴向位置不同时，转子5的外周面与对应的定子4的平面13之间具有不同的间距；

定子4的顶端与顶板1固定连接，底端与底板3固定连接，在定子4的外周面和圆形壳体2的内周面之间形成外腔体6；定子4与顶板1和底板3之间可以通过螺栓等紧固件进行固定连接；如图5、图6、图7以及图8结构所示，定子4的内周面包括沿周向分布的多个平面13，定子4设置有贯穿其壁厚且与每个平面13一一对应的阶梯孔16；阶梯孔16在平面13形成有偏心设置的狭缝26，狭缝26条沿定子4的轴向延伸；在转子5的外周面与每个平面13之间以最小径向间隙形成的轴向平面为中心面，即，沿转子5的轴向方向，在转子5的外周面与每个平面13之间形成多个最小径向间隙，由多个最小径向间隙处的连线构成一个轴向平面，此轴向平面即为对应平面的中心面；在每个中心面的两侧均构成收缩区14和扩张区15，狭缝26位于对应平面13的扩张区15内；阶梯孔16连通内腔体7和外腔体6；在本实施例中以在定子4的内周面设置有5个平面13和5个狭缝26为例进行说明，5个平面13均沿定子4的轴向均匀分布，并且在图7和图8中的平面13之间还设置有弧形凹槽27；在实际使用过程中，多个平面13可以沿定子4的周向均匀分布，并且在相邻的两个平面13之间设置有凹槽27，凹槽27可以为弧形凹槽27，也可以为其它形状的凹槽27；平面13的数量可以为3～8个，如：3个、4个、5个、6个、7个、8个；在实际生产、制造过程中，定子4内周面的各个平面13可以为相同结构，也可以为不同结构，即，平面13的尺寸可以相等也可以不相等；如图4结构所示，在相邻的两个平面13中分别示意了一个对应的中心面，其中一个平面13的中心面为第一中心面O1，另一个平面13的中心面为第二中心面O2，在第一中心面O1的两侧分别形成收缩区14和扩张区15，同样在第二中心面O2的两侧也分别形成收缩区14和扩张区15，设置于两个平面13的狭缝均偏离对应的中心面设置；

转子5能够绕其轴心线转动地容置于定子4内，转子5的顶端与顶板1之间转动连接、且底端与底板3之间转动连接，并在定子4的内周面和转子5的外周面之间形成内腔体7；在实际使用过程中，可以采用电机驱动转子5相对定子4转动；

如图1和图2结构所示，顶板1设置有贯穿其厚度且与内腔体7连通的至少一个第一出口9，顶板1可以设置一个第一出口9或多个第一出口9，第一出口9用于连通顶板1的内侧空间和外侧空间；底板3设置有贯穿其厚度且与内腔体7连通的至少一个第二出口11，底板3可以设置有一个第二出口11或多个第二出口11，第二出口11用于连通底板3的内侧空间和外侧空间；圆形壳体2设置有贯穿其厚度且与外腔体6连通的至少一个进口12，圆形壳体2上可以设置有一个第三出口或多个第三出口，通过第三出口将圆形壳体2的内侧空间和外侧空间连通。

上述非接触式可调节微纳米气泡发生器的工作原理为：转子5可以通过端部的联轴器连接外置电机，将本发明实施例的非接触式可调节微纳米气泡发生器放入水中，启动电机，外置电机通过输出轴驱动转子5绕其轴心线逆时针转动，如图4结构所示，圆形壳体2设置有进口12，定子4设置有阶梯孔16，圆形壳体2的外部通过进口12与外腔体6连通，外腔体6通过阶梯孔16与内腔体7连通，其中，狭缝26处于内腔体7的扩张区15(扩张段)内，由于摩擦空化现象导致扩张区15内压力骤降形成低压区域或真空，低压区域或真空迫使空气或氧气从外腔体6通过具有狭缝26的阶梯孔16流入，实现吸气功能；同时，在内腔体7的扩张区15中发生摩擦空化现象，即扩张区15域压力低于溶于水中气体的饱和蒸汽压，使气体从水中析出，形成微纳米气泡；含有微纳米气泡的水在内腔体7的收缩区14中，由于摩擦迸流现象产生高压，高压挤压含有微纳米气泡的水通过第一出口9和/或第二出口11流出，实现含有微纳米气泡的水的输送。含有微纳米气泡的水是水与氧融合形成的富含高浓度氧的水，气泡在水中具有高效的增氧作用。

上述非接触式可调节微纳米气泡发生器采用了与现有气泡发生器不同的工作原理，即，在定子4内表面的平面13上设置偏心的狭缝26，狭缝26位于转子5的外周面与平面13所形成的扩张区15区域内，通过扩张区15内发生的摩擦空化现象产生的“负压”或真空度将空气或氧气等气体吸入气泡发生器并产生微纳米气泡，再通过摩擦迸流产生的高压将含有微纳米气泡的液体排出，不需要现有技术中叶片、滤网等对空气进行切割的部件，因此，非接触式可调节微纳米气泡发生器具有结构简单、制造成本低、生成效果不受水压影响的特点；在气泡发生器的内部结构中转子5和定子4之间具有间隙，在气泡发生器工作过程中定子4与转子5之间始终保持非接触状态，在极低的能耗下即可产生大量气泡，使得气泡发生器具有能耗低、摩擦损失小、振动小、噪声低、可靠性高、使用寿命长的特点；气泡发生器产生的气泡的大小和速度可以通过转子5转速以及转子5与定子4之间的相对位置关系进行调节，使得气泡能够满足需要，并且还可以通过增减工作区域的数量改变气泡的产生速度；在加工工艺条件允许的情况下，可制作成微型气泡发生器，适用于安装空间狭小的场合。

为了方便转子5的安装和转动，如图3结构所示，上述非接触式可调节微纳米气泡发生器还包括用于安装转轴17的顶端法兰8和底端法兰10；顶端法兰8固定安装于顶板1，并设置有贯穿其厚度第一中心孔；底端法兰10固定安装于底板3，并设置有贯穿其厚度的第二中心孔；在第一中心孔和第二中心孔中均安装有用于支承转子5的轴承19。顶端法兰8可以通过螺栓、螺钉等紧固件安装于顶板1，也可以通过焊接、铆接等方式安装于顶板1，同理，底端法兰10同样可以通过螺栓、螺钉等紧固件安装于底板3，也可以通过焊接、铆接等方式安装于底板3。

一种具体的实施方式中，如图3和图9结构所示，为了实现转子5沿定子4的轴向的位置调节，转子5可以包括沿转子5的轴向布置的转轴17和间隙调节杆18；转轴17与转子5同轴设置且固定安装于转子5的中心，顶端通过轴承19安装于顶部法兰，底端与间隙调节杆18的顶端转动配合；间隙调节杆18的底端能够沿轴向调节地通过轴承19安装于底部法兰，通过间隙调节杆18在轴向的位移调节转子5的轴向位置，用于实现定子4与转子5之间的间隙调节。间隙调节杆18可以与底端法兰10之间通过螺纹连接，通过螺纹配合既可以实现间隙调节杆18与底端法兰10之间的装配，又可以通过螺纹配合实现间隙调节杆18在轴向上的位置调整。

通过间隙调节杆18调节转子5在轴向的位置可以实现定子4与转子5之间的最小径向间隙的调节，从而实现转子5与狭缝26之间的间隙变化，进而实现流量调节和气泡的发生速度；同时，由于转子5包括转动配合的转轴17和间隙调节杆18，并且间隙调节杆18能够沿轴向调节地安装于底端法兰10，通过间隙调节杆18的轴向调节能够控制转子5的轴向位置。因此，采用上述结构，既可以通过转子5的转速来调节气泡产生速度，还可以通过转子5与定子4之间的相对位置关系调节气泡产生速度。

为了实现间隙调节杆18与转轴17的转动连接，如图3结构所示，转轴17在朝向间隙调节杆18的一端设置有安装孔；间隙调节杆18的顶端通过滚动轴承装配于安装孔内。通过安装于间隙调节杆18与转轴17之间的滚动轴承，能够实现转轴17与间隙调节杆18之间的相对转动，同时还能通过间隙调节杆18实现转子5在轴向高度上的位置调节。

在上述各实施例的基础上，为了提高圆形壳体2与顶板1和底板3之间的密封效果，在上插接部22的外周侧和下插接部24的外周侧均设置有密封沟槽25；在密封沟槽25内安装有密封件(图中未示出)，密封件可以为密封圈。

上述非接触式可调节微纳米气泡发生器可应用于机械、养殖业、环保业、农业等领域，可以渔业改善水域或海底缺氧的环境，可用于温泉行业设备管道清洗、家用及业务用气泡发生装置。

在本发明的实施例中，在转子5外表面与定子4内表面之间形成有内腔体7，并在内腔体7内形成有收缩区14和扩张区15；为了方便对收缩区14和扩张区15进行说明，以图10为例进行说明，在图10中用逆时针方向的箭头指示了转子5的转动方向，沿转子5的转动方向，当内腔体7的体积逐渐减小时，在转子5与定子4之间形成收缩状腔体，此段内腔体称之为收缩区14；当内腔体7的体积逐渐增大时，在转子5和定子4之间形成扩张状腔体，此段内腔体称之为扩张区15。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，包括顶板、圆形壳体、底板、定子以及转子；

所述圆形壳体的顶端密封连接有所述顶板，底端密封连接有所述底板，在所述圆形壳体、所述顶板和所述底板之间形成空腔；

在所述圆形壳体的空腔内同轴安装有所述定子和所述转子，所述定子的内周面与所述转子的外周面之间具有间隙，用于使所述定子和所述转子之间形成非接触状态；

所述定子的顶端与所述顶板固定连接，底端与所述底板固定连接，在所述定子的外周面和所述圆形壳体的内周面之间形成外腔体；所述定子的内周面包括沿周向分布的多个平面，所述定子设置有贯穿其壁厚且与每个所述平面一一对应的阶梯孔；所述阶梯孔在所述平面形成有偏心设置的狭缝，所述狭缝沿所述定子的轴向延伸，在所述转子的外周面与每个所述平面之间以最小径向间隙形成的轴向平面为中心面，在每个中心面的两侧均构成扩张区和收缩区，所述狭缝位于对应的扩张区内；所述转子能够绕其轴心线转动地容置于所述定子内，所述转子的顶端与所述顶板之间转动连接、且底端与所述底板之间转动连接，并在所述定子的内周面和所述转子的外周面之间形成内腔体；所述阶梯孔连通所述内腔体和所述外腔体；

所述顶板设置有贯穿其厚度且与所述内腔体连通的至少一个第一出口；所述底板设置有贯穿其厚度且与所述内腔体连通的至少一个第二出口；所述圆形壳体设置有贯穿其厚度且与所述外腔体连通的至少一个进口；

还包括用于安装所述转子的顶端法兰和底端法兰；

所述顶端法兰固定安装于所述顶板，并设置有贯穿其厚度的第一中心孔；

所述底端法兰固定安装于所述底板，并设置有贯穿其厚度的第二中心孔；

在所述第一中心孔和所述第二中心孔中均安装有用于支承所述转子的轴承；所述转子包括沿所述转子的轴向布置的转轴和间隙调节杆；

所述转轴与所述转子同轴设置且固定安装于所述转子的中心，顶端通过所述轴承安装于所述顶端 法兰，底端与所述间隙调节杆的顶端转动配合；

所述间隙调节杆的底端能够沿轴向调节地通过所述轴承安装于所述底端 法兰，通过所述间隙调节杆在轴向的位移调节所述转子的轴向位置，用于实现所述定子与所述转子之间的间隙调节；

所述转子为倒置圆台形结构；

沿所述定子的轴向，所述定子的内周面具有与所述转子的外侧面相同的斜度。

2.如权利要求1所述的非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，所述转轴在朝向所述间隙调节杆的一端设置有安装孔；

所述间隙调节杆的顶端通过滚动轴承装配于所述安装孔内。

3.如权利要求2所述的非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，所述顶板的外周侧设置有用于对所述圆形壳体的顶端进行限位的上挡边，并在朝向所述圆形壳体的一侧设置有上插接部；

所述底板的外周侧设置有用于对所述圆形壳体的底端进行限位的下挡边，并在朝向所述圆形壳体的一侧设置有下插接部；

所述圆形壳体夹设于所述上挡边与所述下挡边之间，并且所述上插接部和所述下插接部均与所述圆形壳体插接配合。

4.如权利要求3所述的非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，在所述上插接部的外周侧和所述下插接部的外周侧均设置有密封沟槽；

在所述密封沟槽内安装有密封件。

5.如权利要求1-4任一项所述的非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，多个所述平面沿所述定子的周向均匀分布。

6.如权利要求1-4任一项所述的非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，相邻的两个所述平面之间设置有凹槽。

7.如权利要求6所述的非接触式可调节微纳米气泡发生器，其特征在于，所述平面的数量为3~8个。

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