CN115215409B - 一种离心式两级空化发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种离心式两级水力空化发生器，其结构主要包括泵轴、密封盖、闭式叶轮、蜗壳；所述闭式叶轮包括前盖板、叶片和后盖板，所述后盖板上车有螺纹，闭式叶轮通过该螺纹与泵轴相连，所述前盖板与后盖板的局部内表面沿着轴向向流道内加厚，形成两个环形凸起，在环形凸起的表面且在相邻两叶片围成的角度范围内，沿着圆周方向开设有大小和形状相同的若干盲孔，所述环形凸起的存在使得闭式叶轮进口端流道变窄，形成环形狭缝结构。本发明在一个大气压工作环境下，首先在前后盖板的环形凸起表面的盲孔内发生一级空化，随后在环形狭缝结构的尾端发生二级空化，大大提高了空化效率，对于推动空化发生器的实际应用具有积极作用。

Description

一种离心式两级空化发生器
技术领域
本发明涉及有机污水处理领域，特别涉及一种离心式两级空化发生器。
背景技术
人类社会的不断发展导致工业、农业、生活用水需求呈指数型增长，水资源紧缺的问题在当今社会十分突出。随着工农业门类的不断齐全，各行业的污水成分复杂多半，不仅含有常规的有机物、重金属、病菌等，还含有人工合成的难降解物质。有机污水作为当下污水的一大类，对该类污水的有效处理甚至二次利用是解决当下水资源稀缺的重要措施，然而传统的污水处理方式外往往处理效率低、效果差、易造成二次污染，因此相关工作中开始探索新型的、环境友好型污水处理方式，水力空化技术的潜力被人们逐渐发现。
最早应用于实际生产生活中的一类水力空化装置是孔板和文丘里管，其结构、空化强度高，同时易操作，然而其需要增压设备来输送流体，伴随着巨大的压力和能量损耗，此外，由于其空化产生原理也导致其结构难以扩大、因此堵塞的情况也就不可避免，这些缺点导致孔板和文丘里管类空化器难以大规模应用。新兴的旋转类空化器从一定程度上解决了孔板和文丘里管的缺点，但是其空化强度不尽人意，并且其空化方式单一，这就导致很难将有限的能量转化为更多的空泡。
孙逊提出一种带盲孔的旋转式水力空化发生器，其前、后、侧盖板和转子上均开设有若干盲孔，这些盲孔面对面布置，尽管其证明盲孔的周期性交替会产生一定强度的空化，但是其运行转速在3000rpm以上，同时很难具有泵一样的输送能力，因此不得不在运行环境中增设其他增压设备来实现流体的输送，适用条件受到限制。
发明内容
针对当下空化发生器更多注重空化强度而忽略了本身的输送能力，本发明提供了一种可以产生两级空化的离心式空化发生器，其能够在一个进口大气压环境下周期性地产生两级空化，空化强度明显提升，空泡在叶片的作用下周期性溃灭，保证了良好的输送能力，适应性强，对有机污水的处理具有巨大价值。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种离心式两级空化发生器，其结构主要包括泵轴、密封盖、闭式叶轮、和蜗壳，所述泵轴的大端与电机或联轴器相连，小端通过螺纹与闭式叶轮相连，所述密封盖为T型结构，长端连接侧向进水流道，短端的一侧同闭式叶轮、蜗壳相连，另一侧同电机或其他密封部件连接，所述闭式叶轮包括前盖板、后盖板、叶片，所述前盖板和后盖板局部内表面沿轴向向流道内加厚，形成环形凸起，环形凸起的存在使得闭式叶轮流道变窄，形成环形狭缝结构，所述环形凸起表面开设有若干盲孔。
进一步，所述闭式叶轮的转速不宜过高，否则容易导致闭式叶轮前端压力过大，造成安全隐患，闭式叶轮转速n＝1600rpm～2600rpm。
进一步，所述闭式叶轮的叶片数目Z＝3～7，叶片进口端紧连狭缝结构尾端，叶片进口安放角β1＝25°～90°，出口安放角β2＝35°～90°。
进一步，所述环形狭缝结构的位置δ＝R1/R2＝0.5～0.8，其中，R1是指环形狭缝结构沿径向尺寸的中心位置到旋转中心的距离，R2是指闭式叶轮的出口半径。
进一步，所述环形狭缝结构的长度L＝1.0～2b，宽度W＝0.3-0.5b，其中，b为闭式叶轮(3)出口宽度。
进一步，所述盲孔的周向位置位于相邻两叶片所围成的角度范围内，并按照角度α均匀布置，角度α由盲孔的形状、大小以及叶片数目综合决定，以避免盲孔和叶片的周向位置相同，盲孔的径向位置位于环形狭缝结构沿径向尺寸的中间位置处；前盖板和后盖板上的盲孔的数目相等、形状相同且相对放置。
进一步，所述盲孔的形状为圆柱形，半球形、长方体形、圆锥形等，盲孔的特征宽度为D＝0.6～0.9L，特征深度为H＝0.6～1.2D。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的离心式两级空化发生器，兼顾泵和空化器的性能，既可以用来输送流体，也可以用于有机污水的降解处理，具有多种用途。
2.本发明所述的离心式两级空化发生器，在低转速和一个进口大气压下便能产生较强的空化，既节省了能源，又避免了繁琐的降压来满足空化条件。
3.本发明所述的离心式两级空化发生器，在前后盖板的环形凸起表面的盲孔内产生一级空化，在环形狭缝结构尾端，产生二级空化，提高了空化效率，空泡在叶片作用下溃灭，保证了一定的输送能力。
4.本发明所述的离心式两级空化发生器，可以对环形狭缝结构的位置、形状和尺寸，盲孔的位置、形状和尺寸进行调整，也可以通过改变操作参数来适应不同场景的有机污水处理，灵活性较强。
附图说明
图1为本发明所述的离心式两级空化发生器的三维结构示意图。
图2为本发明所述的离心式两级空化发生器的剖视图。
图3为本发明所述的离心式两级空化发生器的闭式叶轮三维图。
图4为本发明所述的离心式两级空化发生器的闭式叶轮剖视图。
图5为本发明所述的离心式两级空化发生器的闭式叶轮剖视图，图隐藏前盖板。
图6为本发明所述的离心式两级空化发生器的盲孔细节图。
图7为盲孔内空化发生原理图。
图8为本发明所述的离心式两级空化发生器沿盲孔深度方向的曲面内速度矢量图。
图9为本发明所述的离心式两级空化发生器的径向平面空泡体积分布云图。
图10为本发明所述的离心式两级空化发生器沿盲孔深度方向的曲面内空泡体积分布云图。
图中：
1-泵轴；2-密封盖；3-闭式叶轮；3a-前盖板；3b-后盖板；3c-叶片；3d-盲孔；4-蜗壳；s-环形狭缝结构。
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。
如图1至图3所示，本发明所述的离心式两级空化发生器，其结构主要包括泵轴1、密封盖2、闭式叶轮3、和蜗壳4；所述泵轴1的大端与电机或联轴器相连，小端通过螺纹与闭式叶轮3相连，所述密封盖2为T型结构，长端连接侧向进水流道，短端的一侧同闭式叶轮3、蜗壳4相连，另一侧同电机或其他密封部件连接；所述闭式叶轮3包括前盖板3a、后盖板3b、叶片3c，闭式叶轮3的转速不宜过高，否则容易导致闭式叶轮前端压力过大，造成安全隐患，闭式叶轮3转速n＝1600rpm～2600rpm。
如图4至图6所示，闭式叶轮3的叶片数目Z＝6，叶片进口端紧连环形狭缝结构s尾端，叶片3c进口安放角β1＝90°，出口安放角β2＝90°；所述前盖板3a和后盖板3b局部内表面沿轴向向流道内加厚，形成环形凸起，环形凸起的存在使得闭式叶轮3流道变窄，形成环形狭缝结构s，环形狭缝结构s的位置δ＝R1/R2＝0.735，其中，R1是指环形狭缝结构s沿径向尺寸的中心位置到旋转中心的距离，R2是指闭式叶轮3的出口半径，环形狭缝结构s的长度为L＝15mm，宽度为W＝4mm；盲孔3d的周向位置位于相邻两叶片3c所围成的角度范围内，并间隔15°均匀布置，盲孔3d的径向位置位于环形狭缝结构s沿径向尺寸的中间位置处。前盖板3a和后盖板3b上的盲孔3d的数目相等、形状相同且相对放置，盲孔3d的形状为圆柱形，盲孔3d的特征宽度为D＝12mm，特征深度为H＝10mm。
工作原理：本发明提供的离心式两级空化发生器，其环形狭缝结构相当于文丘里管喉部结构的一种变形，根据质量守恒定律知流体进入环形狭缝结构后，其流速急剧增大，高速流体进入前后盖板内表面的盲孔后产生漩涡，同时在盲孔下游产生的流动分离现象，如图7所示，这两种现象导致流体局部压力降低至饱和蒸气压以下时，空化产生，在盲孔处产生的空化为一级空化。根据伯努利原理知，在流体通过环形狭缝结构后，压力降低，当压力降低至饱和蒸气压以下时，空化发生，在环形狭缝结构尾端发生的空化为二级空化。
采用CFX软件利用上述实施例提及到的离心式两级空化发生器进行数值模拟，闭式叶轮转速n＝2300rpm，进口压力为1atm，出口流量为30m3/h，计算得到离心式两级空化器扬程为2.47m，同时产生了大量空泡，说明该离心式两级空化器能够兼顾输送能力和空化性能。
沿盲孔深度方向的曲面内的流体流动特征如图8所示，从图中可以清楚地观察到，流体通过狭缝结构后速度增大，进入盲孔后产生漩涡，漩涡中心压力降低至饱和蒸气压以下式，便发生空化，沿盲孔深度方向的曲面内的空泡体积分布云图如图10所示，从中可以清楚地观察到，漩涡中心出现了高含气率空泡，说明本发明提到的盲孔结构可以促进空化的产生。
径向平面内的空泡体积分布云图如图9所示，从图中可以看出高含气率空泡出现在环形狭缝结构的尾端，随着闭式叶轮的转动，空泡在其他位置溃灭，因此高含气率空泡只在局部流道出现。同样可以发现，盲孔内也存在空泡，进一步说明本发明提到的盲孔结构可以促进空化产生。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种离心式两级空化发生器，其结构包括泵轴(1)、密封盖(2)、闭式叶轮(3)和蜗壳(4)，所述泵轴(1)的大端与电机或联轴器相连，小端通过螺纹与闭式叶轮(3)相连，所述密封盖(2)为T型结构，长端连接侧向进水流道，短端的一侧同闭式叶轮(3)、蜗壳(4)相连，另一侧同电机或其他密封部件连接，所述闭式叶轮(3)包括前盖板(3a)、后盖板(3b)、叶片(3c)，所述前盖板(3a)和后盖板(3b)局部内表面沿轴向向流道内加厚，形成环形凸起，环形凸起的存在使得闭式叶轮(3)流道变窄，形成环形狭缝结构(s)，所述环形凸起表面开设有若干盲孔(3d)。
2.根据权利要求1所述的离心式两级空化发生器，其特征在于，闭式叶轮(3)的转速不宜过高，否则容易导致闭式叶轮前端压力过大，造成安全隐患，闭式叶轮(3)转速n＝1600rpm～2600rpm。
3.根据权利要求1所述的离心式两级空化发生器，其特征在于，闭式叶轮(3)的叶片(3c)数目Z＝3～7，叶片(3c)进口端紧连狭缝结构(s)尾端，叶片(3c)进口安放角β1＝25°～90°，出口安放角β2＝35°～90°。
4.根据权利要求1所述的离心式两级空化发生器，其特征在于，环形狭缝结构(s)的位置δ＝R1/R2＝0.5～0.8，其中，R1是指环形狭缝结构(s)沿径向尺寸的中心位置到旋转中心的距离，R2是指闭式叶轮(3)的出口半径。
5.根据权利要求1所述的离心式两级空化发生器，其特征在于，环形狭缝结构(s)的长度为L＝1.0～2b，宽度为W＝0.3-0.5b，其中，b为闭式叶轮(3)出口宽度。
6.根据权利要求1所述的离心式两级空化发生器，其特征在于，盲孔(3d)的周向位置位于相邻两叶片(3c)所围成的角度范围内，并按照角度α均匀布置，角度α由盲孔(3d)的形状、大小以及叶片(3c)数目综合决定，以避免盲孔(3d)和叶片(3c)的周向位置相同，盲孔(3d)的径向位置位于环形狭缝结构(s)沿径向尺寸的中间位置处，前盖板(3a)和后盖板(3b)上的盲孔(3d)的数目相等、形状相同且相对放置。
7.根据权利要求1所述的离心式两级空化发生器，其特征在于，盲孔(3d)的形状为圆柱形，半球形、长方体形、圆锥形等，盲孔(3d)的特征宽度为D＝0.6～0.9L，特征深度为H＝0.6～1.2D，其中，“L”表示环形狭缝结构(s)的长度。
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