CN113998791B - 一种潜水式曝气机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜水曝气机，针对目前采用轴流叶轮作为动力元件的潜水曝气机效率低的问题，本发明在水下设置后向离心叶轮来代替轴流叶轮，满足水流轴向进入径向流出的需求，运行过程中可通过增加叶轮转速，提高水流的速度大小，进而提高曝气面积，采用后向离心叶轮，是利用离心叶轮利用离心力做功的特点，使得水流能够轻松的从轴向到径向过渡，而不增加系统能耗，增加曝气面积。此外针对叶轮高速运转时，大量空气从空气出口进入污水池，采用可旋转的空气出口，其旋转方向与叶轮的旋转方向相反，实现水流与空气的高速碰撞，使得大量空气可以溶于水中。

Description

一种潜水式曝气机

技术领域

本发明属于潜水式曝气机技术领域。

背景技术

随着工业化和城市化进程的推进，我国面临着水资源短缺和水体污染两大问题。污水处理设备能够有效弥补人民生活和工业生产带来的水污染问题，从而改善河流、湖泊的生态环境以及居民的生活环境。曝气机是污水处理设备的重要组成部分，通过向污水中注入空气，加强污水中有机物、微生物和溶解氧三者的接触，促进微生物有氧呼吸以分解污水池内的有机物，使之无机化，从而到达净化水质的目的。

目前专利性产品有40多个，如：泵型叶轮表面曝气机、OZBG复叶式节能曝气机、大功率倒伞曝气机和转刷曝气机、表面曝气机、螺旋桨式曝气机、潜水曝气机、导流式曝气机、转刷曝气机、增压式曝气机等等。其中潜水曝气机具有结构简单、充氧能力强、动力效率高等众多优点，因此成为污水处理厂常用的表面曝气设备，工作的时候，水下的潜水电机旋转带动叶轮旋转，通过进气管从外界吸入空气溶入水中。叶轮转动使周围的水通过出水口流到周围水域中，周围水域的水又流到叶轮周围，在这个过程中使空气溶入到水中。

现有的潜水式曝气机工作时主要是通过放置于水下的潜水电机带动叶轮旋转，叶轮旋转后产生负压并通过进气管将外界的空气吸入到水体中并与水体发生混合，完成溶氧。溶氧完成后再通过叶轮的旋转将经过溶氧的水体由导流筒推流到周围水域中，整个循环过程中水体不断溶入氧气，与氧气发生混合。目前技术方案有以下缺点：

1、现有技术采用轴流叶轮作为动力元件，而在水中有一种类型的潜水曝气机是将污水由轴向向径向排出，而轴流叶轮只能做功只能是轴流进入轴向排出，强行通过导流结构改变水流的运行方向，会增加系统的运行能耗，同时也会减少曝气面积。

2、另外现有曝气机是通过鼓风机将空气带入污水池，而在运行过程中，空气无法与从叶轮出来的水流充分混合，从而使得空气在上升的过程中，气泡发生破裂，进而使得空气白白浪费掉。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种潜水曝气机，主要由鼓风机1、浮球2、后向离心叶轮3、叶轮电机4、导流器5、空气进口装置6、空气出口装置7、污水进口装置8和底座9所组成，

所述的浮球2与曝气机安装平台连接，使安装平台浮于水面之上，叶轮电机4置于曝气机最顶端，通过传动轴与水下的后向离心叶轮3连接，后向离心叶轮3上方安装污水进口装置8；

所述的传动轴为空心轴，传动轴内套装中心管道，所述的中心管道上端与空气进口装置6连通，下端与空气出口装置7连通；

空气进口装置6设置在叶轮电机4下方安装平台上方，空气进口装置6与设置在安装平台上的鼓风机1的出气口相对；

空气出口装置7设置在后向离心叶轮3下方，空气出口装置7与后向离心叶轮3通过导流器5包围，使空气和污水在其内部混合后排出，导流器5的下方安装底座9。

优选地，在污水进口装置8与后向离心叶轮3之间设置一个管径先缩小后扩大的喉部，喉部最大直径与后向离心叶轮3进口外径相等，喉部最小半径与最大半径处的比较为0.7～0.8，最优为0.75。

优选地，后向离心叶轮3与喉部之间存在间隙，其间隙高度为3～5mm。

优选地，所述的后向离心叶轮3其高度为75mm，叶轮转速为400或者800rpm，其叶片数量为5-8个，最优为6个，叶轮出口高度为44～48mm，最优为46mm，叶轮外径为300mm。

优选地，在空气出口装置7下部连接一个空气出口装置电机10，空气出口装置电机10驱动空气出口装置7旋转方向与后向离心叶轮3的旋转方向相反；该空气出口装置7直径不大于叶轮外径；所述的空气出口装置7旋转速优选为120rpm。

所述的导流器5设有多个开口，开口上沿倾斜角度为30°，开口下沿倾斜角度为10°。

本发明的有益效果：

本发明在水下设置后向离心叶轮3来代替轴流叶轮，满足水流轴向进入径向流出的需求，运行过程中可通过增加叶轮转速，提高水流的速度大小，进而提高曝气面积，采用后向离心叶轮3，是利用离心叶轮利用离心力做功的特点，使得水流能够轻松的从轴向到径向过渡，而不增加系统能耗，增加曝气面积。此外针对叶轮高速运转时，大量空气从空气出口进入污水池，采用可旋转的空气出口，其旋转方向与叶轮的旋转方向相反，实现水流与空气的高速碰撞，使得大量空气可以溶于水中。

附图说明

图1为本发明中潜水曝气机的结构图；

图2为图1中B-B剖视图；

图3为后向离心叶轮部分局部放大图；

图4为污水流场图；

图5为间隙部分污水流场图；

图6为导流器开口粗处局部放大图；

图7为曝气机中的控制器执行步骤逻辑框图。

具体实施方式

下面以具体实施例的形式对本发明技术方案做进一步解释和说明。

如图1所示，本实施例中潜水曝气机，主要由鼓风机1、浮球2、后向离心叶轮3、叶轮电机4、空气出口装置电机10、导流器5、空气进口装置6、空气出口装置7、底座9和污水进口装置8所组成，

所述的浮球2与曝气机安装平台连接，使安装平台浮于水面之上，叶轮电机4置于曝气机最顶端，通过传动轴与水下的后向离心叶轮3连接，后向离心叶轮3上方安装污水进口装置8；

所述的传动轴为空心轴，传动轴内套装中心管道，所述的中心管道上端与空气进口装置6连通，下端与空气出口装置7连通；

空气进口装置6设置在叶轮电机4下方安装平台上方，空气进口装置6与设置在安装平台上的鼓风机1的出气口相对；

空气出口装置7设置在后向离心叶轮3下方，空气出口装置7与后向离心叶轮3通过导流器5包围，使空气和污水在其内部混合后排出。

叶轮电机4驱动水下后向离心叶轮3旋转，后向离心叶轮3旋转做功，将污水通过污水进口装置8进入，在离心力的作用下将污水甩出；鼓风机1做功将曝气池的上方的空气灌入空气进口装置6，空气通过曝气机中心管道通向空气出口装置7流出；在导流器5内部，空气与污水进行充分混合，之后一起流出导流器5在曝气池中进行曝气。

在后向离心叶轮3与污水进口装置8之间设置一个管径先缩小后扩大的喉部，其缩小的部分是为对水流起到引流作用，因污水从污水进口装置8进入之后，流动状态较为复杂，同时存在轴向与径向方向流动，因此，该喉部区域先设置一个有大逐渐减小的区域，对水流进行导向，之后喉部逐渐增大，其目的是通过增大喉部直径降低水流速度，减少对叶轮叶片的冲击，增加效率。且喉部最小半径与最大半径处的比较为0.7～0.8，最优为0.75。

本发明所述的后向离心叶轮3，在叶轮入口端产生负压从污水进口装置8进入的污水通过喉部进入后向离心叶轮3，后向离心叶轮3通过离心力做功，可以将水流有轴向转为径向流出，可免去传统曝气机利用轴流叶轮做功，利用导流装置强行改变水流流动方向，而使用离心叶轮可增加运行效率。

如图5所示，本发明中后向离心叶轮3进口外径与喉部最大直径相等，且叶轮与喉部之间存在间隙，其间隙高度为3～5mm，留有间隙的目的是为了将从喉部出来的部分水流从间隙流出，因为从叶轮出来的部分水流在轮盖处上返，导致水流流量减小，而从间隙流入得部分水流可以与该处的水流进行碰撞、混合，之后一起在导流装置内与可以混合，增加了系统的曝气率，同时也增加叶轮组件的水流流量。本发明所述的叶轮其高度为75mm,叶轮转速为400或者800rpm，其叶片数量为5-8个，最优为6个，叶轮出口高度为44～48mm，最优为46mm，叶轮外径为300mm。

本发明中空气出口装置7布置与叶轮下部，在空气出口装置7下部连接一个空气出口装置电机10，空气出口装置电机10驱动空气出口装置7的旋转方向与后向离心叶轮3的旋转方向相反，该空气出口装置7直径不大于叶轮外径。从空气进口装置6进入的空气通过曝气机管道进入空气出口装置7，通过空气出口装置7进行旋转可以让空气产生周向速度，在水流的强大冲击下，逐渐被冲击为小气泡，并与水流充分混合，所述的空气出口装置7旋转速为120rpm。

如图6所示，本发明中所述的导流器5设置多个开口，气液两项混合物可以从开口流出，且开口上沿和开口下沿沿着流动方向逐渐向下倾斜，且开口上沿倾斜斜率更为剧烈，倾斜角度为30°，下沿倾斜角度为10°，开口沿着流动方向逐渐减小以减小开口面积，使得气体和液体能够充分混合，同时也增加了混合物的速度，使得水流能够射出的更远。

在曝气机外部设置一个氧气含量探测仪，通过氧气含量间接检测微生物含量，当氧气含量多时说明厌氧微生物被消灭。氧气含量探测仪可探测曝气池微生物含量，并向曝气机发送数据，曝气机中的控制器可对各电机发布指令，其基本的控制逻辑如图7所示，

1)曝气机启动，微生物探测器探测污水中微生物含量；

2)当氧气含量高于阈值，后向离心叶轮3按照400rpm的转速进行工作，空气出口装置电机10停止工作；

3)当氧气含量低于阈值，后向离心叶轮3按照800rpm的转速进行工作，空气出口装置电机10按照800rpm的转速进行工作。

Claims (8)

1.一种潜水曝气机，其特征在于，其主要由鼓风机（1）、浮球（2）、后向离心叶轮（3）、叶轮电机（4）、导流器（5）、空气进口装置（6）、空气出口装置（7）、污水进口装置（8）和底座（9）所组成，

所述的浮球（2）与曝气机安装平台连接，使安装平台浮于水面之上，叶轮电机（4）置于曝气机最顶端，通过传动轴与水下的后向离心叶轮（3）连接，后向离心叶轮（3）上方安装污水进口装置（8）；

所述的传动轴为空心轴，传动轴内套装中心管道，所述的中心管道上端与空气进口装置（6）连通，下端与空气出口装置（7）连通；

空气进口装置（6）设置在叶轮电机（4）下方安装平台上方，空气进口装置（6）与设置在安装平台上的鼓风机（1）的出气口相对；

空气出口装置（7）设置在后向离心叶轮（3）下方，空气出口装置（7）与后向离心叶轮（3）通过导流器（5）包围，使空气和污水在其内部混合后排出，导流器（5）的下方安装底座（9）；

在污水进口装置（8）与后向离心叶轮（3）之间设置一个管径先缩小后扩大的喉部，喉部最大直径与后向离心叶轮（3）进口外径相等，喉部最小半径与最大半径处的比为0.7～0.8；后向离心叶轮（3）与喉部之间存在间隙，其间隙高度为3～5mm。

2.根据权利要求1所述的潜水曝气机，其特征在于，喉部最小半径与最大半径处的比为0.75。

3.根据权利要求1所述的潜水曝气机，其特征在于，所述的后向离心叶轮（3）其高度为75 mm，叶轮转速为400或者800 rpm，其叶片数量为5-8个，叶轮出口高度为44～48 mm，叶轮外径为300 mm。

4.根据权利要求3所述的潜水曝气机，其特征在于，后向离心叶轮（3）叶片数量为6个，叶轮出口高度为46mm。

5.根据权利要求1所述的潜水曝气机，其特征在于，在空气出口装置（7）下部连接一个空气出口装置电机（10），空气出口装置电机（10）驱动空气出口装置（7）旋转方向与后向离心叶轮（3）的旋转方向相反；该空气出口装置（7）直径不大于叶轮外径。

6.根据权利要求5所述的潜水曝气机，其特征在于，所述的空气出口装置（7）转速为120rpm。

7.根据权利要求1所述的潜水曝气机，其特征在于，所述的导流器（5）设有多个开口，开口上沿倾斜角度为30°，开口下沿倾斜角度为10°。

8.根据权利要求1所述的潜水曝气机，其特征在于，在曝气机外部设置一个氧气含量探测仪，通过氧气含量间接检测微生物含量，氧气含量探测仪可探测曝气池微生物含量，并向曝气机发送数据，曝气机中的控制器可对各电机发布指令，其基本的控制逻辑如下：

1）曝气机启动，微生物探测器探测污水中微生物含量；

2）当氧气含量高于阈值，后向离心叶轮（3）按照400rpm的转速进行工作，空气出口装置电机（10）停止工作；

3）当氧气含量低于阈值，后向离心叶轮（3）按照800rpm的转速进行工作，空气出口装置电机（10）按照800rpm的转速进行工作。

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