CN115569552B - 一种改善流场分布的潜水搅拌机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改善流场分布的潜水搅拌机，包括叶轮和机械密封座，叶轮的端部与机械密封座的端部间隙配合；叶轮包括轮毂轴、第一叶片、第一轮毂体和第二叶片，所述轮毂轴和第一轮毂体连接；所述第一轮毂体为半球体状；第一叶片和第二叶片分别与第一轮毂体外表面固定连接；所述第一叶片用于产生流动方向平行于潜水搅拌机轴线的轴向流体，第二叶用于产生流动方向与潜水搅拌机轴线具有偏角的径向流体或混流体。本发明提供的一种改善流场分布的潜水搅拌机，可增加轴线外围的流速，有效改善流场状态，提高外围混合效果，使活性污泥充分溶解。

Description

一种改善流场分布的潜水搅拌机

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，具体来说，涉及一种改善流场分布的潜水搅拌机。

背景技术

潜水搅拌机在污水处理工艺中对活性污泥进行搅拌和混合，使活性污泥在池中充分溶解，保证污水处理工艺的良好运行。但以下一些情况会影响污水处理工艺的稳定运行：

1.现有技术中的潜水搅拌机采用轴流式叶轮，如图1所示，流体流动方向为搅拌机的轴线方向。以轴线为中心，轴线两侧的流体流速对称，轴线方向的流速最大，在宽度方向流速随着与轴线的距离增大而明显减小，并且在轴线前方的外围，其流速减小显著。在该区域内流速过分偏小，满足不了工艺要求，边界池底处容易产生污泥沉淀现象，这就需要增加搅拌机的数量以减缓边界处污泥沉淀。

2.混合液中的污泥在流动中会随流速的降低而出现沉淀现象，这就需要加强中上部混合液以及池底的搅拌效果，尤其是需要加强池底的搅拌效果。

3.水池中的纤维一方面有可能缠绕在叶轮上，影响叶轮的平衡，造成搅拌机的不稳定运行；另一方面纤维可能会进入到机械密封所在的叶轮轮毂的腔体内，从而影响机械密封的可靠运行。

发明内容

本发明针对上述不足，提供一种改善流场分布的潜水搅拌机，可增加轴线外围的流速，有效改善流场状态，提高外围混合效果，使活性污泥充分溶解。

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改善流场分布的潜水搅拌机，包括叶轮和机械密封座，叶轮的端部与机械密封座的端部间隙配合；叶轮包括轮毂轴、第一叶片、第一轮毂体和第二叶片，所述轮毂轴和第一轮毂体连接；所述第一轮毂体为半球体状；第一叶片和第二叶片分别与第一轮毂体外表面固定连接；所述第一叶片用于产生流动方向平行于潜水搅拌机轴线的轴向流体，第二叶片用于产生流动方向与潜水搅拌机轴线具有偏角的径向流体或混流体。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第二叶片为条形，第二叶片的长边与第一轮毂体连接，且第二叶片从第一轮毂体的一端向另一端延伸。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第二叶片与第一轮毂体的连接线为第一轮毂体的素线；第二叶片用于产生流动方向垂直于潜水搅拌机轴线的径向流体。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第二叶片与第一轮毂体的连接线与第一轮毂体的素线相交；第二叶片用于产生流动方向与潜水搅拌机轴线的偏角为锐角的混流体。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第二叶片的长度比第一轮毂体的半径小20～50mm，宽度为10～50mm。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第二叶片的数量为2～3只，均匀设置在第一轮毂体的外圆周面上。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第一叶片的数量为2～3只；第一叶片和第二叶片间隔设置。

作为本发明实施例的进一步改进，所述叶轮还包括第二轮毂体，第二轮毂体的一端与第一轮毂体连接，第二轮毂体的另一端与机械密封座的第一密封槽间隙配合；所述第二轮毂体为环形圆柱状。

作为本发明实施例的进一步改进，所述机械密封座包括本体，本体上设有环形的第一密封槽，本体的外圆周面和第一密封槽的外圈侧壁之间形成环形的密封体；第二轮毂体的端部与所述第一密封槽间隙配合；所述第二轮毂体上设有第三叶片，第三叶片与第二叶片连接；所述第三叶片的端部内壁和第二轮毂体的端部外壁之间形成环形的第二密封槽，第二密封槽与机械密封座的密封体间隙配合。

作为本发明实施例的进一步改进，所述第三叶片的端部内壁设有螺旋体，本体的外圆周面设有固定刀，螺旋体与固定刀形成剪切副。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：本发明提供的改善流场分布的潜水搅拌机，通过设置在第一轮毂体上的第二叶片产生流动方向与潜水搅拌机轴线具有偏角的径向流体或混流体，加强了轴线外围的流体流速，有限减弱了轴线方向的流体流速，对轴线所在水平面内的流场分布、轴线所在竖直平面内的流场分布，以及垂直于轴线的平面内的流场分布进行调整，实现空间立体流场分布的调整，有效加强了外围混合搅拌效果，使活性污泥充分溶解。

附图说明

图1是现有潜水搅拌机的平面流场分布示意图；

图2是本发明实施例的改善流场分布的潜水搅拌机的结构示意图；

图3是本发明实施例中叶轮的结构示意图；

图4是本发明实施例中机械密封座的结构示意图；

图5是本发明实施例中叶轮与机械密封座装配示意图。

图中有：1叶轮、11轮毂轴、12第一叶片、13第一轮毂体、14第二轮毂体、15第二叶片、16第三叶片、17第二密封槽、2机械密封座、21本体、22安装孔、23第一密封槽、24密封体、3潜水电泵。

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。

需要说明的是，为方便描述，以下术语“前端”为图2至图5中的左端，表示的是叶轮相对于潜水电泵的安装方位；“后端”为图2至图5中的右端，表示的是潜水电泵相对于叶轮的安装方位。叶片的长度方向平行于潜水搅拌机的轴向，叶片的宽度方向垂直于潜水搅拌机的轴向。

本发明实施例提供一种改善流场分布的潜水搅拌机，如图2所示，包括叶轮1、机械密封座2和潜水电泵3。机械密封座2穿过潜水电泵3的转子轴设置在潜水电泵3的端部，叶轮1设置在潜水电泵3的转子轴端部，叶轮1的端部与机械密封座2的端部间隙配合，叶轮1与机械密封座2之间形成腔体，机械密封穿过转子轴设置在机械密封座2上，并且位于腔体内。

如图3和图5所示，叶轮1包括轮毂轴11、第一叶片12、第一轮毂体13和第二叶片15，轮毂轴11和第一轮毂体13连接。第一轮毂体13为半球体状。第一轮毂体13的前端与轮毂轴11连接，轮毂轴11位于第一轮毂体13内，第一轮毂体13的后端与机械密封座2间隙配合。第一叶片12和第二叶片15分别与第一轮毂体13外表面固定连接。

其中，第一叶片12用于产生流动方向平行于潜水搅拌机轴线的轴向流体。第一叶片12长度较短，宽度较长。第一叶片12在潜水电泵带动下高速旋转，形成向叶轮前方流动的主流体。推进长度根据功率的大小可以达到10～50m，使污泥与水体混合。轴向流体的流场宽度与叶轮直径、叶轮形状和转速有关，流动方向为朝向叶轮前方。轴向流体以潜水搅拌机的轴线为中心线，轴线两侧的流体流速对称，轴线上的流速最大，在宽度方向流速随着与轴线的距离增大而明显减小，并且在轴线前方的外围，其流速减小显著，而且流场的长度远远大于宽度。

第二叶片15用于产生流动方向与潜水搅拌机轴线具有偏角的径向流体或混流体。第二叶片15在潜水电泵带动下高速旋转，产生径向流体(流体流动方向与潜水搅拌机轴线垂直)或混流体(流体流动方向与潜水搅拌机轴线成锐角偏角)。而第一叶片12旋转产生轴向流体，由于第一叶片的宽度远远大于第二叶片的宽度，因此，径向流体或混流体在轴向流体的带动下，形成介于潜水搅拌机轴线与潜水搅拌机径向之间的合流体，即由原来的单一轴线流动方向调整为偏离轴线方向的合流体。由于第一叶片12仍然形成主流体，第二叶片15的宽度远远小于第一叶片12的宽度，第二叶片15产生的径向流体或混流体的流速也同样远远小于轴向流体流速，因此，合流体的流动方向偏向于轴线。合流体的流向偏离角度主要与第二叶片15的宽度与第一叶片的宽度的比值有关，也与第二叶片15的结构形式和数量有关。

本优选实施例的潜水搅拌机，从轴线所在的水平面上看，轴向最大流速适当向外侧偏移，虽然减弱了轴线方向的流体流速，但是使前方外侧的流体流速得到适当加强，在水平面上流速分布趋于平缓，加强了前方外侧的混合搅拌效果，有效加强了宽度方向的混合搅拌效果。

从轴线所在的垂直面上看，轴向最大流速适当向上和向下偏移，虽然减弱了轴线方向的流体流速，但是使前方上下的流体流速得到适当加强，在垂直面上流速分布趋于平缓，加强了前方上下的混合搅拌效果。由于污泥密度较大，水池中下部的污泥含量高于轴线以上部位，因此，池底搅拌需要较多的搅拌需求。因此，加设第二叶片15，一方面加强了池底的混合效果，有效减缓或消除污泥沉淀现象；另一方面加强了轴线以上部位的搅拌效果(与水面距离较大)，由于搅拌机的轴线距水面距离比较大，对于水深较大的水池，中上部的流场得到有效提高。对于水深很大的场合，可以采用适当提高搅拌机的安装高度，这样同时加强轴线上下的搅拌效果，克服了在水池水深很大的情况下，在不同高度需要布置两台潜水搅拌机的局限，有效提高混合效果。

从垂直于轴线的不同平面上看，第一叶片12和第二叶片15共同形成的混合流体提高了周向流速，从潜水搅拌机输出端以一定的偏转角以轴线为中心向四周的前方扩散，有效改善空间流场分布，使水池中的混合液不仅在平面上的流场分布以及在竖向的流场分布适当调整，同时在空间对流场分布进行了调整，使活性污泥充分溶解于水中，有效改善工艺运行。

其中，第二叶片15为条形，第二叶片15的长边与第一轮毂体13连接，且第二叶片从第一轮毂体13的一端向另一端延伸。优选的，第二叶片15的长度比第一轮毂体的半径小20～50mm，第二叶片15的宽度为10～50mm。且第二叶片15的后端与第一轮毂体的后端对齐，第二叶片15的前端超前第一叶片的前端20～50mm。第二叶片15旋转直径为D+(10～50)mm，D表示第一轮毂体13的直径。第二叶片15长度较长，宽度较小，产生流动方向与潜水搅拌机轴线具有偏角的径向流体或混流体，加强前方上下和外周的流体流速的同时，不会过大减弱轴线方向的流体流速。

作为第一优选实施例，第二叶片15采用径向式叶片，产生流动方向垂直于潜水搅拌机轴线的径向流体。

具体的，第二叶片15与第一轮毂体13的连接线为第一轮毂体13的素线。第二叶片15高速旋转，流体由叶片外圈高速飞出，产生径向流体，流体流动方向与轴线垂直。一方面，径向流体与第一叶片12产生的轴向主流体合成后，流体以一定的偏转角向前并且向四周扩散。由于第二叶片产生的流体全部为径向流体，在轴向流体的共同作用下，混合后的流体偏离轴线方向的偏转角度较大，对于改善轴线两侧及轴线周围的搅拌效果有较明显的功效，适用于池形宽度较大或水池深度较大的场合。另一方面，径向流体对第一叶片12根部进行冲洗，防止第一叶片被纤维缠绕。

作为第二优选实施例，第二叶片15采用混流式叶片，产生流动方向与潜水搅拌机轴线之间的偏角为锐角的混流体。

具体的，第二叶片15与第一轮毂体13的连接线与第一轮毂体13的素线相交。当第二叶片15高速旋转时，流体由叶片外圈高速飞出，产生混流体，混流体的流动方向倾斜于轴线并向前、向外侧扩散。一方面，混流体与第一叶片产生的轴向主流体合成后，流体以一定的偏角向前并且向四周扩散。由于第二叶片产生的流体为混流体，在轴向流体的共同作用下，混合后的流体偏离轴线的偏转角度较小，改善轴线两侧及轴线周围的搅拌效果没有径向式叶片显著，适用于池形宽度不是太大或水深不是太大的场合；另一方面，混流体对第一叶片12根部进行冲洗，防止第一叶片被纤维缠绕，并且可使纤维向前斜向外带走，其冲洗效果明显。

优选的，第二叶片15的工作面和非工作面在外圈处为弧形光滑过渡，由于第二叶片的外圈为弧形结构，并且宽度和厚度均较小，一方面纤维类物质不会缠绕在第二叶片上。另一方面，第二叶片产生的流体中的一部分作用在第一叶片的根部，冲刷第一叶片，如果第一叶片的根部有纤维类物质，该流体使露出第一叶片外的纤维冲走，从而将第一叶片工作面的纤维带走，保证第一叶片的平衡精度，保证搅拌机的稳定运行。

优选的，第二叶片15的数量为2～3只，均匀设置在第一轮毂体13的外圆周面上。

进一步优选，第一叶片12的数量为2～3只，均匀设置在第一轮毂体13的外圆周面上。第一叶片12和第二叶片15间隔设置。第一叶片12和第二叶片15间隔设置，高速旋转的第二叶片15产生的径向式流体或混流式流体对第一叶片12根部进行冲刷，防止纤维缠绕在第一叶片12的根部。

作为优选例，叶轮1还包括第二轮毂体14，如图3所示，第二轮毂体14的一端与第一轮毂体13连接，第二轮毂体的另一端与机械密封座2间隙配合。第二轮毂体14为环形圆柱状。第一轮毂体13的后端直径与第二轮毂体14的直径相等。优选的，第一轮毂体13和第二轮毂体14为一体制成。

如图4所示，机械密封座2包括本体21，本体21的中心设有安装孔22，本体21通过安装孔22穿过潜水电泵3的转子轴安装在潜水电泵3的端部，本体21上设有环形的第一密封槽23，本体21的外圆周面和第一密封槽23的外圈侧壁之间形成密封体24。第二轮毂体14的端部与第一密封槽23间隙配合，形成迷宫密封。

优选的，第二轮毂体14上设有第三叶片16，第三叶片16与第二叶片15连接。第三叶片16与第二轮毂体14的连接线为第二叶片15与第一轮毂体13连接线的延伸线。第三叶片的数量与第二叶片的数量一致。第三叶片16的端部内壁和第二轮毂体14的端部外壁之间形成环形的第二密封槽17(槽口位于后端)，第二密封槽17与机械密封座的密封体24间隙配合。如图5所示，第二密封槽17与密封体24的前端在轴向和径向均为间隙配合。当叶轮1旋转时，第三叶片16同步旋转，第三叶片16随第二轮毂体与机械密封座2做相对旋转运动。第三叶片16旋转的端部内壁与本体外圆周之间形成径向的第一密封，密封体24端部和旋转的第二密封槽17槽底之间形成轴向的第二密封，第二轮毂体外圆周与第一密封槽外圈之间形成径向的第三密封，第二轮毂体端部与第一密封槽槽底之间形成轴向的第四密封，第二轮毂体内圆周与第一密封槽内圈之间形成径向的第五密封，第一密封、第二密封、第三密封、第四密封和第五密封依次连接形成“5”字形的迷宫密封，减小纤维进入到轮毂腔体中的概率。

本实施例的潜水搅拌机运行时，水流从搅拌机的后端向叶轮端流动。如果向前流动的水中含有纤维，在水体刚刚流动到第三叶片16时，随即被高速旋转的第三叶片16产生的径向流体或混流体向四周或向四周的前端甩出，随后在外圈水流的带动下再向前方流动，从而避开迷宫密封的入口(迷宫密封的入口间隙很小，为0.1～0.5mm)。因此，在含有纤维的水体还没有到达迷宫密封处时，就提前被高速旋转的第三叶片产生的流体带走，这样使纤维不会经过迷宫密封入口附近，有效保护机械密封的安全运行。同时，第三叶片16与第二叶片15高速旋转，分别形成与潜水搅拌机轴线垂直的径向流体或与轴线具有一定偏角的混流体(偏转方向为从后端向前端，并且向外扩散)，增加轴线外围的流体流速，改善流场状态，加强了轴线外围的混合搅拌效果。

进一步优选，第三叶片16的端部内壁设有螺旋体。本体21的外圆周面设有固定刀，螺旋体与固定刀形成剪切副。第三叶片随第二轮毂体旋转时，螺旋体相对于固定刀转动，可以对进入到第三叶片端部内壁与本体外圆周面之间的纤维进行切割，螺旋体产生的高速水流，可以将切碎的纤维带走，进一步有效防止纤维物进入到迷宫密封入口附近。

上述优选实施例的潜水搅拌机的工作流程如下：

将组装好的潜水搅拌机置于导杆的固定架上，启动搅拌机使其运行。

高速旋转的第一叶片12对液体做功，形成轴向主流体，带动混合液向叶轮1前端的方向流动，流动方向为沿着潜水搅拌机的轴线方向。

轴向流体带动池内的水流从搅拌机的后端向叶轮端流动，在水流刚刚流动到第三叶片16时，随即被高速旋转的第三叶片16产生的径向流体或混流体向外甩出，随后在外圈水流的带动下再向前方流动，从而避开迷宫密封入口，防止纤维跟随水流流到迷宫密封处而进入迷宫密封。而且，第三叶片随第二轮毂体旋转时，螺旋体相对于固定刀转动，可以对进入到第三叶片端部内壁与本体外圆周面之间的纤维进行切割，螺旋体产生的高速水流，可以将切碎的纤维带走，进一步有效防止纤维物进入到迷宫密封。

与此同时，高速旋转的第二叶片15产生径向流体或混流体。第一叶片12产生的轴向流体与第二叶片15产生的径向流体或混流体进行合成，形成介于轴线与径向之间的合流体，并以一定的偏转角向四周扩散。由原来的单一轴线流动的轴向流体调整为偏离轴线方向流动的合流体，对轴线所在水平面内的流场分布、轴线所在竖直平面内的流场分布，以及垂直于轴线的平面内的流场分布进行调整，实现空间立体流场分布的调整。同时，第二叶片15产生的径向流体或混流体对第一叶片12根部进行冲洗，防止第一叶片被纤维缠绕。

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 (7)

1.一种改善流场分布的潜水搅拌机，其特征在于，包括叶轮(1)和机械密封座(2)，叶轮(1)的端部与机械密封座(2)的端部间隙配合；叶轮(1)包括轮毂轴(11)、第一叶片(12)、第一轮毂体(13)和第二叶片(15)，所述轮毂轴(11)和第一轮毂体(13)连接；所述第一轮毂体(13)为半球体状；第一叶片(12)和第二叶片(15)分别与第一轮毂体(13)外表面固定连接；所述第一叶片(12)用于产生流动方向平行于潜水搅拌机轴线的轴向流体，第二叶片(15)用于产生流动方向与潜水搅拌机轴线具有偏角的径向流体或混流体；

所述第二叶片(15)为条形，第二叶片(15)的长边与第一轮毂体(13)连接，且第二叶片从第一轮毂体(13)的一端向另一端延伸；第二叶片(15)的后端与第一轮毂体的后端对齐，第二叶片(15)的前端超前第一叶片的前端20～50mm；

述叶轮(1)还包括第二轮毂体(14)，第二轮毂体(14)的一端与第一轮毂体(13)连接，第二轮毂体(14)的另一端与机械密封座(2)的第一密封槽(23)间隙配合；所述第二轮毂体(14)为环形圆柱状；所述机械密封座(2)包括本体(21)，本体(21)上设有环形的第一密封槽(23)，本体(21)的外圆周面和第一密封槽(23)的外圈侧壁之间形成环形的密封体(24)；第二轮毂体(14)的端部与所述第一密封槽(23)间隙配合；所述第二轮毂体(14)上设有第三叶片(16)，第三叶片(16)与第二叶片(15)连接；所述第三叶片(16)的端部内壁和第二轮毂体(14)的端部外壁之间形成环形的第二密封槽(17)，第二密封槽(17)与机械密封座的密封体(24)间隙配合。

2.根据权利要求1所述的潜水搅拌机，其特征在于，所述第二叶片(15)与第一轮毂体(13)的连接线为第一轮毂体(13)的素线；第二叶片(15)用于产生流动方向垂直于潜水搅拌机轴线的径向流体。

3.根据权利要求1所述的潜水搅拌机，其特征在于，所述第二叶片(15)与第一轮毂体(13)的连接线与第一轮毂体(13)的素线相交；第二叶片(15)用于产生流动方向与潜水搅拌机轴线的偏角为锐角的混流体。

4.根据权利要求1所述的潜水搅拌机，其特征在于，所述第二叶片(15)的长度比第一轮毂体(13)的半径小20～50mm，宽度为10～50mm。

5.根据权利要求1所述的潜水搅拌机，其特征在于，所述第二叶片(15)的数量为2～3只，均匀设置在第一轮毂体(13)的外圆周面上。

6.根据权利要求5所述的潜水搅拌机，其特征在于，所述第一叶片(12)的数量为2～3只；第一叶片(12)和第二叶片(15)间隔设置。

7.根据权利要求1所述的潜水搅拌机，其特征在于，所述第三叶片(16)的端部内壁设有螺旋体，本体(21)的外圆周面设有固定刀，螺旋体与固定刀形成剪切副。