CN114876860A - 一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，包括叶片、后盖板和轮毂，所述轮毂上安装后盖板，其特征在于，所述轮毂上均布若干叶片组件，所述叶片组件包括主叶片和副叶片，所述主叶片的底部与后盖板相连，所述主叶片和副叶片之间设有沿径向渐缩的间隙。所述主叶片与副叶片在轴向平面内平行布置，所述主叶片与副叶片之间沿径向形成第一段收缩结构S₁和第二段收缩结构S₂。本发明通过主叶片和副叶片之间设有沿径向渐缩的间隙，可以实现兼顾切割能力和空化能力，可以在纤维被切割后进一步利用空化效应降解有机物，节省了污水处理设备。

Description

一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别涉及一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮。

背景技术

水是一切生物赖以生存的物质基础，然而随着人类活动范围进一步扩大，可直接利用的水资源越发紧缺。水污染、水浪费、水资源分布不均是当今社会面临的一系列水问题，其中，水污染问题十分突出，污水中的营养元素氮、磷、钾等排放至水域，会导致水生植物疯长，破环水生态系统，污水中的有机物排放至水域，会导致水体变黑变臭，影响生物多样性。

当水域杂草较多时，往往通过专门的设备对杂草进行切割清理，以避免水资源流动时堵塞泵腔。而现有的污水泵多采用开式和半开式叶轮输送含有悬浮物和粗纤维的流体时，叶轮通常会被杂物缠附，从而容易造成泵腔堵塞。

有机物是污水中大量存在的一种物质，自然状态下的分解会产生胺类、亚硝酸盐类有毒物质，不仅影响生态，也给人类身体健康造成一定影响，在对水域杂草等进行切割时，植物汁液、残余纤维等有机物会进一步增加水域的有机污染。目前对污水中有机物的处理方式大多采用传统的物理化学法、生物法，然而这些处理方法耗时长，处理效果差，容易造成二次污染，随着人类环保意识的增强，人们逐步探索环境友好型的污水处理方式。水力空化技术被证明是一种清洁的污水处理技术，目前已经开发出了大量的水力空化设备，主要包括各种类型的文丘里管、孔板、旋转式水力空化器、涡流空化器等。对于含有粗纤维的污水，流道堵塞是必须考虑的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，具有切割能力和空化能力，工作时，叶片既可以当作刀具将粗纤维等切碎，更大程度减小堵塞，同时也可以通过空化效应降解水中的微小纤维和其他有机物。在叶轮上设置副叶片，副叶片在高速旋转的情况下会具有很强的切割力，具有“刀具”的效果，能够对悬浮物、杂草和大颗粒物质进行切割，从而达到减少流道堵塞，提高杂质通过性能的目的，否则各类空化设备不能正常工作。在空化发生之前将粗纤维进一步处理，使之能够顺利通过过流部件，空化才能持续稳定发生，这对于去除污水种的有机物至关重要。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，包括叶片、后盖板和轮毂，所述轮毂上安装后盖板，其特征在于，所述轮毂上均布若干叶片组件，所述叶片组件包括主叶片和副叶片，所述主叶片的底部与后盖板相连，所述主叶片和副叶片之间设有沿径向渐缩的间隙。

进一步，所述主叶片与副叶片在轴向平面内平行布置，所述主叶片与副叶片之间沿径向形成第一段收缩结构S₁和第二段收缩结构S₂。

进一步，所述第一段收缩结构S₁靠近轮毂，且所述第一段收缩结构S₁的间隙H₁＝0.1～0.4b；所述第二段收缩结构S₂靠近半开式叶轮出口，且所述第二段收缩结构S₂的间隙H₂＝0.2～0.8b，其中，b为主叶片的宽度。

进一步，所述主叶片为直叶片，所述主叶片入口安放角β₁＝30°～90°，所述主叶片出口安放角β₂＝35°～90°。

进一步，所述副叶片为直叶片，所述副叶片的入口安放角和出口安放角与主叶片的入口安放角和出口安放角相同。

进一步，所述副叶片的横截面呈渐缩状，且横截面从尾端向迎风面渐缩，所述横截面的尾端最大宽度W＝0.7～0.9b，其中，b为主叶片的宽度。

进一步，所述副叶片沿径向为两段式结构；第一段副叶片与所述主叶片之间沿径向形成第一段收缩结构S₁，第二段副叶片与所述主叶片之间沿径向形成第二段收缩结构S₂；第一段副叶片的长度L₁与第二段副叶片长度L₂之比为3/7～4。

进一步，所述第一段副叶片的横截面为等腰三角形，等腰三角形的顶角α₁＝30°～90°；所述第二段副叶片的横截面为直角三角形，且第二段副叶片的横截面面积为第一段副叶片的横截面面积的一半，所述直角三角形的顶角α₂＝15°～45°。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，通过主叶片和副叶片之间设有沿径向渐缩的间隙，可以实现兼顾切割能力和空化能力，可以在纤维被切割后进一步利用空化效应降解有机物，节省了污水处理设备。

2.本发明所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，可以通过改变副叶片形状、位置，可以通过调整操作参数以适应不同悬浮度的污水，具有较强的适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图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，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的半开式叶轮的结构示意图。

图2为本发明所述的半开式叶轮的左视图。

图3为本发明所述的半开式叶轮的主视图。

图4为本发明所述的半开式叶轮的局部俯视图，图中隐藏副叶片。

图5为本发明所述的半开式叶轮的收缩结构细节图。

图6为本发明所述的半开式叶轮的空泡分布图。

图7为不含副叶片的半开式叶轮的空泡分布图。

图中：

1-主叶片；2-副叶片；3-后盖板；4-轮毂。

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。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1和图2所示，本发明所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，包括叶片、后盖板3和轮毂4，所述轮毂4上安装后盖板3，所述轮毂4上均布4-9个叶片组件，每个所述叶片组件包括主叶片1和副叶片2，所述主叶片1的底部与后盖板3相连，所述主叶片1和副叶片2之间设有沿径向渐缩的间隙。如图3所示，所述主叶片1与副叶片2在轴向平面内平行布置，所述主叶片1与副叶片2之间沿径向形成第一段收缩结构S₁和第二段收缩结构S₂。所述第一段收缩结构S₁靠近轮毂4，且所述第一段收缩结构S₁的间隙H₁＝0.1～0.4b；所述第二段收缩结构S₂靠近半开式叶轮出口，且所述第二段收缩结构S₂的间隙H₂＝0.2～0.8b，其中，b为主叶片1的宽度。

如图4所示，所述主叶片1为直叶片，所述主叶片1的叶片根部和底面分别与轮毂4和后盖板3相连，所述主叶片1入口安放角β₁＝30°～90°，所述主叶片1出口安放角β₂＝35°～90°。所述副叶片2为直叶片，副叶片2叶片根部与轮毂4相连，所述副叶片2的入口安放角和出口安放角与主叶片1的入口安放角和出口安放角相同。

如图5所示，所述副叶片2的横截面呈渐缩状，且横截面从尾端向迎风面渐缩，所述横截面的尾端最大宽度W＝0.7～0.9b，其中，b为主叶片1的宽度。所述副叶片2沿径向为两段式结构；第一段副叶片与所述主叶片1之间沿径向形成第一段收缩结构S₁，第二段副叶片与所述主叶片1之间沿径向形成第二段收缩结构S₂；第一段副叶片的长度L₁与第二段副叶片长度L₂之比为3/7～4。

所述第一段副叶片的横截面为等腰三角形，等腰三角形的顶角α₁＝30°～90°；所述第二段副叶片的横截面为直角三角形，且第二段副叶片的横截面面积为第一段副叶片的横截面面积的一半，所述直角三角形的顶角α₂＝15°～45°。

实施例：

所述轮毂4上均布6个叶片组件，所述主叶片1入口安放角β₁为90°；所述主叶片1出口安放角β₂为90°；所述副叶片2的入口安放角和出口安放角与主叶片1的入口安放角和出口安放角相同。所述副叶片2的横截面尾端最大宽度W＝0.875b，其中，b为主叶片1的宽度；所述副叶片2沿径向为两段式结构；第一段副叶片与所述主叶片1之间沿径向形成第一段收缩结构S₁，第二段副叶片与所述主叶片1之间沿径向形成第二段收缩结构S₂；第一段副叶片的长度L₁与第二段副叶片长度L₂之比为3/2。所述第一段副叶片的横截面为等腰直角三角形，所述第二段副叶片的横截面为等腰直角三角形，且第二段副叶片的横截面面积为第一段副叶片的横截面面积的一半。所述第一段收缩结构S₁的间隙H₁＝0.125b；所述第二段收缩结构S₂的间隙H₂＝0.25b，其中，b为主叶片1的宽度。

为了说明本发明所述半开式叶轮具有一定的空化强度，对本发明所述的半开式叶轮和不含副叶片的半开式叶轮进行了空化数值模拟分析，取单流道进行模拟，保持参数设置一致，空化计算结果如图6和7所示，图中黑色区域表示的是含气率大于0.1的空泡团区域，可以看出，本发明所述的半开式叶轮两处收缩结构的下游出现了较大区域的高含气率空泡团，空化强度远远高于传统半开式叶轮。

工作原理：叶轮高速旋转时，粗纤维在离心力的作用下会向叶轮边缘移动，因此在半开式叶轮出口附近留有更宽的第二段收缩结构S₂，避免堵塞喉部从而影响空化强度。污水进入叶轮后，粗纤维和其他较大的颗粒首先在副叶片迎风面被切割成更小的悬浮物，可以有效防止流道堵塞。由于副叶片迎风面较薄，尾端较宽，因此流体通过副叶片尾端时容易脱落，在副叶片尾端形成漩涡，漩涡中心压力降低至饱和蒸汽压以下时，发生涡空化；当流体通过主叶片与副叶片之间的收缩结构时，流速增大，压力降低，当压力降低至饱和蒸汽压以下时，发生收缩空化，从而对污水中的有机物进行降解。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，包括叶片、后盖板(3)和轮毂(4)，所述轮毂(4)上安装后盖板(3)，其特征在于，所述轮毂(4)上均布若干叶片组件，所述叶片组件包括主叶片(1)和副叶片(2)，所述主叶片(1)的底部与后盖板(3)相连，所述主叶片(1)和副叶片(2)之间设有沿径向渐缩的间隙。

2.根据权利要求1所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述主叶片(1)与副叶片(2)在轴向平面内平行布置，所述主叶片(1)与副叶片(2)之间沿径向形成第一段收缩结构S₁和第二段收缩结构S₂。

3.根据权利要求2所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述第一段收缩结构S₁靠近轮毂(4)，且所述第一段收缩结构S₁的间隙H₁＝0.1～0.4b；所述第二段收缩结构S₂靠近半开式叶轮出口，且所述第二段收缩结构S₂的间隙H₂＝0.2～0.8b，其中，b为主叶片(1)的宽度。

4.根据权利要求1所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述主叶片(1)为直叶片，所述主叶片(1)入口安放角β₁＝30°～90°，所述主叶片(1)出口安放角β₂＝35°～90°。

5.根据权利要求1所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述副叶片(2)为直叶片，所述副叶片(2)的入口安放角和出口安放角与主叶片(1)的入口安放角和出口安放角相同。

6.根据权利要求2所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述副叶片(2)的横截面呈渐缩状，且横截面从尾端向迎风面渐缩，所述横截面的尾端最大宽度W＝0.7～0.9b，其中，b为主叶片(1)的宽度。

7.根据权利要求2所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述副叶片(2)沿径向为两段式结构；第一段副叶片与所述主叶片(1)之间沿径向形成第一段收缩结构S₁，第二段副叶片与所述主叶片(1)之间沿径向形成第二段收缩结构S₂；第一段副叶片的长度L₁与第二段副叶片长度L₂之比为3/7～4。

8.根据权利要求7所述的用于含有粗纤维污水处理用的半开式叶轮，其特征在于，所述第一段副叶片的横截面为等腰三角形，等腰三角形的顶角α₁＝30°～90°；所述第二段副叶片的横截面为直角三角形，且第二段副叶片的横截面面积为第一段副叶片的横截面面积的一半，所述直角三角形的顶角α₂＝15°～45°。

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