CN114656047A - 一种高效潜水曝气机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效潜水曝气机，包括从上到下依次连接的潜水电泵、进气室、混合室和底座；还包括进气主管、叶轮和射流装置，进气主管与进气室连通；叶轮与潜水电泵连接，且位于混合室中；射流装置与混合室的流道出口连接。本发明提供的一种高效潜水曝气机，可有效提高曝气机的充氧量。

Description

一种高效潜水曝气机

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体来说，涉及一种高效潜水曝气机。

背景技术

小型污水处理工艺和养殖业中的增氧设备通常采用自吸式曝气机对水体进行充氧，自吸式曝气机分为离心式和射流式两种。

离心式曝气机的叶轮高速旋转，高速水流在混合室中形成负压，空气依次通过进气管、进气室被吸入到混合室中与水体混合，混合液从混合室周边流道流出进入水体，完成对水体的充氧。射流式曝气机中的潜水电泵产生的流体经过喷嘴形成高速水流，从而在喷嘴周围形成负压，空气通过进气管进入到混合腔形成汽水混合液高速喷出进入水体，完成对水体的充氧。

但以下情况会制约曝气机的应用：

1.潜水离心式曝气机的曝气量受潜水深度的影响较大，潜水深度较小，不同功率的曝气机规定了相应的最大潜水深度。随着潜水深度的增加，潜水电泵超负荷运行，严重影响曝气机的安全运行。

2.潜水射流式曝气机的曝气量与潜水深度的影响不大，基本上为额定值，但射流方向单一，使水体的溶氧量分布严重不均衡。

3.离心式曝气机和射流式曝气机由于采用无动力的自吸式充氧，因此其曝气效率较低。如果工艺需要适当增加曝气量，就必须更换大一个功率档次的曝气机。

4.由于曝气机安装在池(水塘)底部，往往底部的充氧效果比较好，而靠近液面充氧效果比较差，因此，在不同的深度溶氧量严重不均衡，达不到预期的溶氧效果，传统的曝气机无法调整各位置深度的溶氧量分布。

5.不同的工况也往往影响水体溶氧量的均衡，不同深度位置的溶氧量会出现较大的变化，同样达不到预期的溶氧效果。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种高效潜水曝气机，可有效提高曝气机的充氧量。

为解决上述技术问题，本发明实施例采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种高效潜水曝气机，包括从上到下依次连接的潜水电泵、进气室、混合室和底座；还包括进气主管、叶轮和射流装置，进气主管与进气室连通；叶轮与潜水电泵连接，且位于混合室中；射流装置与混合室的流道出口连接。

作为本发明实施例的进一步改进，还包括导流环，导流环位于射流装置出口的外侧；导流环的顶端直径大于底端直径。

作为本发明实施例的进一步改进，所述导流环底端的高度高于射流装置出口底端的高度，且低于射流装置出口顶端的高度。

作为本发明实施例的进一步改进，所述导流环为空心环状体，导流环的上工作面和下工作面均为向下凸的弧面。

作为本发明实施例的进一步改进，所述导流环与混合室连接，且导流环与混合室同轴。

作为本发明实施例的进一步改进，所述射流装置包括进气支管、混合腔、喷嘴和扩散管，所述进气支管与混合腔的进气口连接，扩散管与混合腔的出口连接，喷嘴位于混合腔的进口处，且喷嘴进口与混合室的流道出口连通。

作为本发明实施例的进一步改进，所述进气支管通过输气管与进气主管连通，所述输气管上设有第二阀门。

作为本发明实施例的进一步改进，所述进气主管上设有第一阀门，第一阀门位于输气管与进气主管的连接处和进气主管出口之间。

作为本发明实施例的进一步改进，所述混合室包括环形腔体，环形腔体的周边切向设置若干流道；射流装置数量与流道数量一致。

作为本发明实施例的进一步改进，流道的截面为圆形，流道的轴线平行于水平面。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明提供的高效潜水曝气机，先进行离心式曝气，然后将离心式曝气后得到的高速流动的汽水混合液作为射流曝气的主流体，汽水混合液在混合腔产生负压，使外部空气吸入到混合腔中，经过二次曝气，有效提高曝气机的充氧量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的一种高效潜水曝气机的结构示意图；

图2是本发明实施例中射流装置的结构示意图；

图3是本发明实施例中导流环的结构示意图；

图4是本发明实施例中导流环的导流效果示意图。

图中有：进气主管1、第二阀门2、第一阀门3、进气室4、混合室5、叶轮6、底座7、导流环8、上工作面81、下工作面82、射流装置9、进气支管91、混合腔92、喷嘴93、扩散管94、潜水电泵10、倾斜角α。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

以下的说明本质上仅仅是示例性的而并不是为了限制本公开、应用或用途。应当理解的是，在全部附图中，对应的附图标记表示相同或对应的部件和特征。

本发明实施例提供一种高效潜水曝气机，如图1所示，包括从上到下依次连接的潜水电泵10、进气室4、混合室5和底座7。其中，混合室5的顶端设有进气口，底端设有进水口，进气室4与混合室5的进气口连通。本实施例的曝气机还包括进气主管1、叶轮6和射流装置9，射流装置9与混合室5的流道出口连接。潜水电泵10的转子轴端部穿过进气室4，与位于混合室5中的叶轮6连接，用于驱动叶轮6旋转。进气主管1的下端与进气室4连通，使用时，进气主管1的上端露出水面。

工作时，潜水电泵10驱动叶轮6高速旋转，产生的高速水流在混合室5中形成负压，空气依次通过进气主管1、进气室4被吸入到混合室5中与水混合，第一次形成汽水混合液，实现第一次对水的充氧过程。汽水混合液从混合室5的流道流出，进入到射流装置9中，在射流装置9中形成一定的真空度，外部空气被吸入到射流装置9内，与高速流动的汽水混合液混合，此时含有一定氧气的汽水混合液再次与空气混合进行第二次曝气充氧，使汽水混合液中的氧气含量得到进一步的提高。第二次曝气过程中，进入到射流装置中的空气与原有汽水混合液再次进行碰撞，使原有混合液中的水珠变得更细密，提高与氧气的接触面积，从而又一次增加充氧量。进行二次曝气后的汽水混合液从射流装置9喷出，进入到水体中。

本实施例的高效潜水曝气机，先进行离心式的第一次曝气，然后将离心式曝气后得到的高速流动的汽水混合液作为射流曝气的主流体，汽水混合液在射流装置产生负压，使外部空气吸入到射流装置中，进行第二次曝气。经过二次曝气过程，有效提高曝气机的充氧量。第二次曝气为射流式曝气，曝气量受潜水深度和液体介质的影响不大。第二次曝气动力流体是利用第一次曝气的汽水混合液，不需要使用水泵，从而不受介质中空气的影响。如果用水泵作为射流曝气的动力源，则水中不能含有空气，否则水泵将产生震动、汽蚀和性能下降等现象，使系统无法正常工作。本实施例的曝气机不但充氧、溶氧效率高，而且能效高。

其中，混合室5包括环形腔体，环形腔体的周边切向设置若干流道，流道作为汽水混合液的流出通道。流道的数量优选为4～8个。射流装置9数量与流道数量一致，每个流道的出口处均设有一个射流装置9。工作时，混合室5的环形腔体中的汽水混合液从多个流道中流出，分别进入对应的射流装置9，多个射流装置9同时将汽水混合液进行二次曝气后喷射到水体中，提高曝气效率。

如图2所示，射流装置9包括进气支管91、混合腔92、喷嘴93和扩散管94，进气支管91与混合腔92的进气口连接，扩散管94与混合腔92的出口连接，喷嘴93位于混合腔92的进口处，且喷嘴93进口与混合室5的流道出口连通。工作时，汽水混合液从混合室5的周边流道流出，进入到各射流装置9中的喷嘴93内，在喷嘴93内汽水混合液的流速得到提高，当汽水混合液从喷嘴93高速流出时，在混合腔92中形成一定的真空度，外部空气依次通过进气支管91被吸入到混合腔92内，与高速流动的汽水混合液混合，此时含有一定氧气的汽水混合液再次与空气混合进行第二次曝气充氧，使汽水混合液中的氧气含量得到进一步的提高。第二次曝气过程中，进入到混合腔92中的空气与原有汽水混合液再次进行碰撞，使原有混合液中的水珠变得更细密，提高与氧气的接触面积，从而又一次增加充氧量。进行二次曝气后的汽水混合液进入扩散管94，在扩散管94内汽水混合液的流速逐渐降低，而流体的压力逐渐增加，最后较高压力的汽水混合液从各扩散管94喷出。

作为优选例，高效潜水曝气机还包括导流环8，导流环8位于射流装置9出口的外侧；导流环8的顶端直径大于底端直径。导流环倾斜向上向外，射流装置9将经过二次曝气后的汽水混合液喷出，喷出的汽水混合液在导流环8的导流作用下向上向外扩散，可通过使用不同倾斜角度的导流环8，调整汽水混合液的喷射角度，从而有效调节池底、池中和液面的溶氧量，使溶氧量在整个池深范围内有效调节，克服现有技术中溶氧量无法调节的缺陷。

优选的，导流环8底端的高度高于射流装置9出口底端的高度，且低于射流装置9出口顶端的高度。在高度方向上，导流环8底端位于射流装置9出口的顶端与底端之间，不高于射流装置9出口顶端，且不低于射流装置9出口底端，即导流环8底端位于扩散管94的顶端和底端之间。保证射流装置9出口喷出的汽水混合液有一部分喷到导流环的上方，另一部分喷到导流环的下方。在导流环8的作用下部分汽水混合液向上向外倾斜扩散，有效调节水体的溶氧量。

优选的，流道的截面为圆形，与喷嘴和扩散管的截面形状一致。流道的轴线平行于水平面，且扩散管的轴线也平行于水平面，使得经过两次曝气后的汽水混合液大部分水平作用在导流环上。

作为优选例，如图3和图4所示，导流环8为空心环状体，导流环8的上工作面81和下工作面82均为向下凸的弧面。经过二次曝气后的汽水混合物喷射到导流环8上，由于导流环的两个工作面为弧面，使得流体流畅柔和、阻力小，喷射范围广。倾斜角α为连接导流环顶端和底端的斜面与水平面的夹角。

本优选实施例中，上工作面81作为汽水混合液流体的主要工作面，射流装置9产生压力较大的汽水混合液中的大部分流经上工作面81，该面使汽水混合液形成较大的向上分力，提高射流装置9轴线以上部分的混合效果，即提高汽水混合液与轴线以上水体的混合效果，将更多的氧气溶解于水中。同时增加汽水混合液的移动路径，移动路径越长，增加气泡与水的接触机会，则溶氧量越高，进一步将氧气充分溶解于水中，大大提高氧转移率，使水中的溶氧量有效增加。下工作面82作为汽水混合液流体的次要工作面，只有小部分的汽水混合液流经该面，主要对射流装置9轴线以下的汽水混合液与水体进行混合。次要工作面有三个方面的功效：首先，汽水混合液流经下工作面82的弧形以下，由于下工作面82受力较小，易产生汽水混合液的分离运动，在导流环8的底部形成汽水混合液的泄露旋涡，具有一定压力流动的汽水混合液与池底水体混合，提高底部的溶氧效果。其次，使氧气充分溶解于池底的污泥中，有效提高污泥的活性，同时可防止底部污泥沉淀。再其次，汽水混合液的分离运动以及汽水混合液的泄露旋涡，将部分混合后的汽水混合液及污泥提升到轴线以上部位，增加含有气泡的液体移动路径，提高水池中上部的溶氧效果和污泥悬浮效果，有效改善工况。

工作时，如果池中水较深，由于曝气机安装在池底，曝气机的出口距液面的距离较大，为保证中上部的溶氧效果，就必须增加轴线以上的混合溶氧效果，使汽水混合液的移动路径变大，移动路径越长，其溶氧效果越好。此时，可以选择倾斜角α较大的导流环8，这样上工作面81的外端提高，上工作面81受到汽水混合液的直接冲击范围变大。倾斜角α越大，其压力就越大，汽水混合液形成向上的分力就越大，使汽水混合液移动路径得到提高，扩散管94的轴线以上的混合效果就越好，因此中上部水体的溶氧效果得到加强。

如果池中水深较小、水体恶化程度较大或池底污泥浓度较大时，必须要适当加强池底的溶氧效果和混合效果，减弱上部的溶氧效果，而将所减弱的部分用于加强底部的溶氧。可选择倾斜角α较小的导流环8，此时上工作面81变为较为平缓，上工作面81受到汽水混合液的压力减小，缩短汽水混合液的移动路径，即减弱轴线上部的溶氧效果。而下工作面82受到汽水混合液的吸力得到提高，汽水混合液的流动分离效果适当减弱，形成向上的泄露旋涡效应也减弱，降低轴线以上的混合溶氧效果。但提高了轴线以下的汽水混合液的压力，增加池底汽水混合液的移动路径，加强池底污泥的溶氧，保证污泥的活性，有效加强池底的溶氧效果。

优选的，导流环8与混合室5连接，且导流环8与混合室5同轴。导流环8通过连接板与混合室5连接，使得导流环8位于混合室5的外圈，导流环8与混合室5同轴，这样可以保证从射流装置9喷射出来的汽水混合液均匀地作用在导流环8上，克服现有射流曝气机只有一个方向曝气，溶氧量在整个平面内严重不均衡的现象，从而使曝气机周围产生均衡的溶氧效果。

作为优选例，进气支管91通过输气管与进气主管1连通，输气管上设有第二阀门2。进气主管1吸入的空气一部分流入进气室用于第一次曝气，一部分经输气管流入进气支管91用于第二次曝气，第二阀门2用于控制进入射流装置9的空气流量。本优选实施例中，离心曝气和射流曝气两次曝气共用一个进气主管1进行供气，进气主管可以选择直径较大的进气管，节省成本，同时不会影响供气量。

考虑到离心式的曝气机均规定了最大潜水深度，如果超过了该潜水深度，曝气机将超负荷运行。优选的，进气主管1上设有第一阀门3，第一阀门3位于输气管与进气主管的连接处和进气主管出口之间。第一阀门3用于调节进入到进气室中的空气流量，以调节离心曝气机的进气量，从而控制曝气机的潜水深度，扩大曝气机的使用范围。本实施例中，当超过潜水深度时，通过调节第一阀门3降低进入混合室的空气，增加潜水深度。而适当降低离心式曝气的充氧量，可以通过射流式曝气进行补偿，不影响整个曝气机的曝气效果。

上述优选实施例的高效潜水曝气机的工作过程如下：

潜水电泵10驱动叶轮6高速旋转，产生的高速水流在混合室5中形成负压，空气依次通过进气主管1、第一阀门3、进气室4被吸入到混合室5中，与水体混合，第一次形成汽水混合液，实现第一次对水的充氧过程。

汽水混合液从混合室5的周边流道流出，进入到各射流装置9中的喷嘴93内，在喷嘴93内汽水混合液的流速得到提高，当汽水混合液从喷嘴93高速流出时，在混合腔92中形成一定的真空度，外部空气依次通过进气主管1、第二阀门2和进气支管91被吸入到混合腔92内，与高速流动的汽水混合液混合，此时含有一定氧气的汽水混合液再次与空气混合进行第二次曝气充氧，使汽水混合液中的氧气含量得到进一步的提高。第二次曝气过程中，进入到混合腔92中的空气与原有汽水混合液再次进行碰撞，使原有混合液中的水珠变得更细密，提高与氧气的接触面积，从而又一次增加充氧量。

进行二次曝气后的汽水混合液进入扩散管94，在扩散管94内汽水混合液的流速逐渐降低，而流体的压力逐渐增加，最后较高压力的汽水混合液从各扩散管94喷出，同时喷射到射流装置9外圈的导流环8的上工作面81和下工作面82上。

射流装置9产生较大压力的大部分汽水混合液流经上工作面81，该面使汽水混合液形成较大的向上分力，提高射流装置9轴线以上水体的混合效果，即提高汽水混合液与轴线以上水体的溶氧效果，将更多的氧气溶解于水中。同时增加汽水混合液的移动路径，进一步将氧气充分溶解于水中，大大提高氧转移率，使水中的溶氧量有效增加。

射流装置9产生较大压力的小部分汽水混合液流经下工作面82，主要对射流装置9轴线以下的部分汽水混合液与水体进行混合溶氧。首先，由于下工作面82受力较小，易产生汽水混合液的分离运动，在导流环8的底部形成汽水混合液的泄露旋涡，流动的汽水混合液与池底水体的混合效果得到加强，提高底部的溶氧效果。其次，使氧气充分溶解于池底的污泥中，有效提高污泥的活性，同时可防止底部污泥沉淀。再其次，汽水混合液的分离运动以及泄露旋涡，将部分混合后的汽水混合液及污泥提升到轴线以上部位，增加含有气泡的液体移动路径，提高池中上部的溶氧效果和污泥悬浮效果。

如果池中水深较大，可以选择倾斜角α较大的导流环8，这样上工作面81受到汽水混合液的直接冲击范围变大，其压力就越大，汽水混合液形成向上的分力就越大，扩散管94轴线以上的混合效果就越好，使汽水混合液移动路径得到提高，中上部水体的溶氧效果得到加强。

如果池中水深较小、水体恶化程度较大或池底污泥浓度较大时，可选择倾斜角α较小的导流环8，上工作面81受到汽水混合液的压力减小，减小汽水混合液的移动路径，减弱轴线上部的溶氧效果。而下工作面82受到汽水混合液的吸力得到提高，汽水混合液的流动分离效果适当减弱，形成向上的泄露旋涡效应也减弱，降低轴线以上的混合溶氧效果。但增加了轴线以下的汽水混合液的压力，提高了轴线以下的汽水混合液的移动路径和混合溶氧效果，有效加强池底的溶氧效果和混合效果。

当工艺改变或其他原因池中水深增加到超过离心曝气机规定的最大潜水深度时，如果按现有技术操作，那么曝气机将超负荷运行，运行电流或功率值大于额定值，将严重影响曝气机的安全运行。如果使用本优选实施例的高效潜水曝气机，此时：1.关闭第二阀门2，调节第一阀门3，使进入到进气室中的空气减少，检查曝气机的运行电流或功率值。2.如果该值仍然大于额定值，继续调节第一阀门3，减少进入进气室的空气流量，直至运行值低于额定值。3.如果在调试过程中，该值远远小于额定值，继续调节第一阀门3，增加进入进气室的空气流量，直至运行值接近额定值。4.打开第二阀门2，使进气支管91与进气主管1连通。5.启动曝气机运行，进行二次曝气过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种高效潜水曝气机，其特征在于，包括从上到下依次连接的潜水电泵(10)、进气室(4)、混合室(5)和底座(7)；还包括进气主管(1)、叶轮(6)和射流装置(9)，进气主管(1)与进气室(4)连通；叶轮(6)与潜水电泵(10)连接，且位于混合室(5)中；射流装置(9)与混合室(5)的流道出口连接。

2.根据权利要求1所述的高效潜水曝气机，其特征在于，还包括导流环(8)，导流环(8)位于射流装置(9)出口的外侧；导流环(8)的顶端直径大于底端直径。

3.根据权利要求2所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述导流环(8)底端的高度高于射流装置(9)出口底端的高度，且低于射流装置(9)出口顶端的高度。

4.根据权利要求2所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述导流环(8)为空心环状体，导流环(8)的上工作面(81)和下工作面(82)均为向下凸的弧面。

5.根据权利要求2所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述导流环(8)与混合室(5)连接，且导流环(8)与混合室(5)同轴。

6.根据权利要求1所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述射流装置(9)包括进气支管(91)、混合腔(92)、喷嘴(93)和扩散管(94)，所述进气支管(91)与混合腔(92)的进气口连接，扩散管(94)与混合腔(92)的出口连接，喷嘴(93)位于混合腔(92)的进口处，且喷嘴(93)进口与混合室(5)的流道出口连通。

7.根据权利要求6所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述进气支管(91)通过输气管与进气主管(1)连通，所述输气管上设有第二阀门(2)。

8.根据权利要求7所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述进气主管(1)上设有第一阀门(3)，第一阀门(3)位于输气管与进气主管的连接处和进气主管出口之间。

9.根据权利要求1所述的高效潜水曝气机，其特征在于，所述混合室(5)包括环形腔体，环形腔体的周边切向设置若干流道；射流装置(9)数量与流道数量一致。

10.根据权利要求1所述的高效潜水曝气机，其特征在于，流道的截面为圆形，流道的轴线平行于水平面。

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