CN201109741Y

CN201109741Y - 水力曝气装置

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Publication number: CN201109741Y
Application number: CNU200720088012XU
Authority: CN
Inventors: 王志勤; 宋永宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2017-11-06

Abstract

本实用新型公开了一种水力曝气装置，包括水力射流曝气装置、水力涡流泵曝气装置、水力离心曝气装置；转轮、蜗状进水导水腔组成动力部分和涡轮离心泵叶轮、泵座组成泵水部分相互密封成独立隔室，两者靠进水蜗壳、导水壳、泵座静连接，靠平键、传动轴、传动轴端铣方头进行动连接；传动轴由轴承、推力轴承支撑在导水壳上，导水壳被加工成空腔形成储油润滑室，由油封、水封和螺旋密封进行动密封，由O型圈等进行静密封；半弧形调节管、气阀、气孔连接形成调节气量装置；由导水座和尾水管引导动力过水。本装置节能降耗，适合于坡降较大的城镇或山区，广泛适用于不同规模的节能改造的污水处理企业。

Description

水力曝气装置

技术领域

本实用新型涉及一种曝气装置，特别涉及一种利用自然地势落差获取能源或在泵的富余扬程中回收能源进行曝气的设备，更具体涉及一种利用污水推动转轮做功，将水能转变为机械能，再转化为曝气所需能源的水力曝气装置，适用于污水处理行业，尤其适用于坡降较大的城镇或山区的污水处理。

背景技术

利用自然水力能源或回收水力能源进行曝气在污水处理领域中具有广阔的应用前景。污水处理行业广泛采用的活性污泥法、AO法、A²O法和氧化沟处理方法等都需要采用曝气设备；在养殖业中，在鱼塘氧气含量不足时，也需要采用充(曝)气设备。然而，采用传统鼓风机传输风力等曝气方法需要铺设风管，构筑风机房，投资建设和运行能耗高；采用常规电动潜水曝气装置曝气时，耗电成本高，需投资一定的电管网和电控设备。

水轮泵是我国创造的，60年代广泛应用于水利建设的水力设备。它是由水轮机和水泵组合而成，一般是潜在水中运行，也可置于陆地；在低水头(0.5～4米)情况下，作为动力部分的水轮机可将水的能量转换为机械能，通过传动轴带动与其相连的作为工作部分的水泵叶轮旋转；由于叶轮的旋转作用，水流通过叶轮后，在水泵出口具有了一定的压力和流速。它具有结构简单，制造容易，使用维护方便等优点。目前常用水轮泵有同轴单极水轮泵、同轴多极水轮泵、高扬程具有行星齿轮结构的水轮泵等。同轴单极水轮泵的扬程有一定的限制；同轴多极水轮泵扬程较高，但体形庞大；具有行星齿轮机构的水轮泵可任意提高水头比，但结构复杂，对于密封件性能要求较高。目前水轮泵的水泵采用普通离心叶轮结构，对于气液混合物的传输有一定的限制。

常用曝气主要有鼓风曝气和潜水曝气等方法。鼓风曝气就是通过鼓风机产生风力，经传输管道，再通过曝气头完成曝气，但它需要投资大，而且是采用此法的污水处理厂主要能耗。潜水曝气是利用负压原理，自吸曝气；其中，射流曝气是由潜水泵产生的水流经过喷嘴形成高速水流，在喷嘴的周围形成负压吸入空气，经过空腔状混合室和水流混合，在喇叭形的扩散管内形成水气混合流，高速喷射而出，在扩散管口前周围的水域内涡旋搅拌，完成曝气；离心式曝气机通过叶轮的高速旋转，形成负压，带动水气混合液经导叶扩散后排出。目前常用的潜水曝气装置主要是上述的射流式和离心式曝气机两种；前者效率较低，只有30％左右，后者的曝气量随着潜水深度的增加迅速减小，功率消耗急增，电流增加很大，因而限制了潜入深度。

将水轮泵和曝气装置相结合，既能充分利用和回收水力能源，又能克服常规曝气技术的某些不足。经检索，目前尚无此类专利。现有的曝气装置往往存在下列问题：1)现有曝气装置需采用电力等能源驱动，运行成本高；2)现有单台曝气机曝气量是固定的，不能随水量增调气量；3)鼓风曝气需构筑风机房，铺设风管和安置动力和控制线路；潜水曝气需铺设动力、控制管线和另建控制柜等，投资成本高。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种水力曝气装置，它将水轮泵引入到污水处理行业中作为驱动设备，解决了以往单纯靠电力驱动，能耗高的问题；将水轮泵中的普通离心叶轮改成涡轮离心叶轮或者采用涡流泵或者采用复叶曝气叶轮，改变了水轮泵通常单纯传输水的用途，为气水传输乃至曝气创造了条件；增加了以往单台曝气设备不具备的随水量增调气量的调节管线；在离心曝气中，采用带减震浮枕的水力旋转装置，使得气水混合更均匀；在涡流泵曝气的叶轮之间采用带孔隔板，增强了气泡破碎效果。

为实现上述目的，本实用新型依据曝气方式的不同可分为水力射流曝气装置(A型)、水力涡流泵曝气装置(B型)、水力离心曝气装置(C型)，该装置包括转轮、蜗状进水导水腔构成动力部分；传动轴、轴承、螺旋密封或104密封、油封、油封和水封组成传动部分；涡轮离心泵叶轮(A型)或涡流泵叶轮(B型)或复叶螺旋曝气叶轮(C型)与泵座组成泵水部分；射流装置(A型)或涡流泵(B型)或水力旋转曝气装置(C型)、磁化装置(仅A型)组成曝气部分；尾水管、半弧形调节管、气阀、气孔组成了气量调节部分。其特征在于：转轮、蜗状进水导水腔组成动力部分(下水腔)和涡轮离心泵叶轮、泵座组成泵水部分(上水腔)相互密封成二独立隔室，两者(下水腔和上水腔)靠进水蜗壳、导水壳、泵座静连接，靠平键、传动轴、传动轴端铣方头进行动连接；传动轴由轴承、推力轴承支撑在导水壳上，导水壳被加工成空腔形成储油润滑室，由油封、油封水封和螺旋密封进行动密封，由O型圈等进行静密封；半弧形调节管、气阀、气孔连接形成调节气量装置；由导水座和尾水管引导动力过水。

水力射流曝气装置(A型)采用立式安装结构，包括转轮、蜗状进水导水腔、涡轮离心泵、射流曝气装置；由转轮、蜗状进水导水腔组成动力部分(下水腔)和涡轮离心泵叶轮、泵座组成泵水部分(上水腔)相互密封成独立隔室，两者(下水腔和上水腔)靠进水蜗壳、导水壳、泵座静连接，靠平键、传动轴、铣方头进行动连接；传动轴由轴承、推力轴承支撑在导水壳上，导水壳被加工成空腔形成储油润滑室，并由油封、水封和螺旋密封进行动密封，由O型圈进行静密封；半弧形调节管、气阀、气孔连接形成调节气量装置；由导水座和尾水管引导动力过水。由泵座和射流装置外壳连接并和其内管组成输水线路，磁化装置安装在扩散管之前。

在超过0.5米水位落差引发下，污水经进水蜗壳、导水壳、导水座形成了一定的压力和流速，推动转轮和与其连接的传动轴旋转，构成了本装置的动力。采用有辅助叶片的涡轮离心泵较普通离心泵产生更高的水流压力，射流曝气装置上面装有磁环是为了降低污水表面张力。因是立式结构，储油室中油较水轻，所以上部采用了螺旋密封，下部采用了普通水封。采用蜗状进水导水腔是为了更符合水体流体力学性能。轴承置于传动轴的中间位置，两端轴伸各连接转轮和泵轮是为了充分利用传动轴的刚性，简化结构。下部采用角推力轴承，以承受转轮产生的轴向力。整个结构金属零部件材质采用不锈钢，增加装置本身对污水的耐腐蚀性和对砂砾的耐磨蚀性。附设尾水管是为了引导污水作动力的水流，调节气量；尾水管中气量增调装置可在进气管道上添设阀门开启和关闭。整个装置本身，有2个进气口，2个进水口，一个气水混合物出口，一个微曝气动力过水出口，可根据污水处理中工艺实际需要，分别和调节池、好氧池、厌氧池、缺氧池等用管道连接。

水力涡流泵曝气装置(B型)采用卧式安装结构，包括涡流泵、传动部分、转轮部分、蜗状进水导水腔；是用传动轴、平键和连接涡流泵叶轮和转轮，涡流泵叶轮相邻叶片之间有开孔隔板，油封和104机械密封组合密封。

动力部分、尾水管部分与A型相同；它与A型最大不同之处在于采用改进后的涡流泵叶轮。涡流泵叶轮每个叶片中间有开孔隔板。涡流泵中液体在泵体管壁、叶片和开孔隔板共同作用下，发生强烈的涡流扰动混合现象，有利于溶解氧，并产生自吸、气水混合物传输能力；即涡流泵本身即作为泵水装置，也作为曝气装置。

水力离心曝气装置(C型)采用立式安装结构，包括转轮、蜗状进水导水腔、水力旋转曝气装置、离心曝气装置、传动部分；是用传动轴、平键连接螺旋复叶离心曝气叶轮和转轮，采用带浮枕、水环、有单向穿孔曝气管的水力旋转曝气装置。

动力部分、尾水管部分和A型相同；密封采用螺旋密封、水封和油封；采用独特的螺旋复叶离心曝气叶轮结构，融进气、进水、混合于一体；采用带减震浮枕的水力旋转曝气装置，利用水力推动单向穿孔曝气管旋转，即可均匀进行曝气对流，又可起到一定的搅拌作用。

本实用新型的优点是：1)将污水作为驱动能源，提高了能源利用效率。2)可以省掉常用鼓风曝气和潜水曝气等方法的空气管路、动力和控制线路、风机房、电控设备，节省了投资。3)单台设备可根据水量调节曝气量。4)装置具有不同溶解氧含量的管线对接出口，利于污水处理工艺的管线连接和布置。5)装置本身即可串联又可并联使用，适应不同规模的污水处理。6)污水作业时，因本装置不带潜水电动元件，提高了安全性能。

本实用新型通过污水水力曝气的方法，适用于目前污水处理行业中多采用的生物处理方法，可以安装在好氧池、调节池、氧化沟等，节能降耗，尤其适宜于坡降较大的城镇或山区污水处理。在养殖行业也有一定的应用前景。

附图说明

图1为一种水力射流曝气装置(A型)主机结构示意图；

图2为一种水力涡流泵曝气装置(B型)主机结构示意图；

图3为一种水力离心曝气装置(C型)主机结构示意图；

图4为附设尾水管结构示意图；

其中，图1中：

1-转轮，包括2-转轮叶轮，3-紧固螺母，4-长杆螺栓，5-导水锥；

6-蜗状进水导水腔，包括7-导水座，8-导水壳，9-进水涡壳；

16-涡轮离心泵，包括10-泵座，11-涡轮离心泵叶轮，12-固定螺杆，13-密封环，14-泵盖，15-栅帽口；

17-射流曝气装置，包括18-进气口，19-磁化装置，20-扩散管；

29-传动部分，包括21-螺旋密封体，22-O型圈，23-油封，24-轴承，25-推力轴承，26-油封和水封，27-转动轴，28-平键；

图2中：30-涡流泵，包括31-V型进水口和气口，32-开孔隔板，33-紧固螺母，34-泵盖，35-叶轮，36-泵体，37-出口，38-泵体连接法兰；

另外，传动部分更换了39-104机械密封，40-平键；

图3中：41-水力旋转曝气装置，包括42-旋转曝气管支座，43-滑瓦，44-浮枕，45-单向穿孔曝气管，46-水环，47-固定法兰；

48-离心曝气装置，包括49-紧固螺母，50-气室入口，51-隔水帽，52-气阀，53-气室，54-上通盖，55-复叶螺旋曝气叶轮，56-下通盖；

另外，传动部分更换了57-平键；

图4中：58-尾水管，包括59-气孔，60-锥形管，61-密封胶垫，62-气阀，63-半弧形调节管，64-尾管；

→表示水流方向，

表示气流方向，

表示混合液流向

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

根据图1和图4可知，水力曝气装置它包括转轮1、蜗状进水导水腔6、涡轮离心泵16、射流曝气装置17、传动部分29、尾水管58；转轮1包括转轮叶轮2、紧固螺母3、长杆螺栓4、导水锥5；蜗状进水导水腔6包括导水座7、导水壳8、进水涡壳9；涡轮离心泵16包括泵座10、涡轮离心泵叶轮11、固定螺杆12、密封环13、泵盖14、栅帽口15；射流曝气装置17包括进气口18、磁化装置19、扩散管20；传动部分29包括螺旋密封体21、O型圈22、油封23、轴承24、推力轴承25、油封和水封26、转动轴27、平键28；图4中尾水管58上锥形管60和图1中主机导水座7用法兰连接，金属零部件材质均由不锈钢制成(本领域的普通技术人员均能制备)。

污水经过本装置前的进水池(箱)中的格栅和钢网拦渣之后，在超过0.5米水位落差引发的水力作用下，进入蜗状进水导水腔6，在导水座7、导水壳8、进水蜗壳9上导水叶片共同引导下，形成了一定的压力和流速，推动转轮1和传动轴27旋转。水在流过导水座7之后，流向图4尾水管58，至排出。

根据图1可知，图1为A型主机-水力射流曝气装置，是在传动轴27端部靠平键28、铣方头连接涡轮离心泵叶轮11和转轮1，由泵座10和射流装置17外壳连接并和其内管组成输水线路，磁化装置19安装在扩散管20之前。因传动轴27旋转带动了涡轮离心泵16旋转，在离心叶轮11离心力作用下，形成负压，吸入由栅帽口15的进水。污水流过泵座10以及与之相通的射流器17内管，经喷嘴喷出；因喷嘴喷射作用，在射流器17喷嘴周围内外管之间的空腔产生负压，吸入进气口18进入的空气，在扩散管20中形成气液混合流，并在磁化装置19作用下，污水表面张力降低，提高了水的溶解氧饱和度，最终喷出，完成曝气。

传动部分29包括螺栓密封体21、O型圈22、油封23、轴承24、推动轴承25、油封和水封26、转动轴27、平键28，转轮叶轮2通过平键28与传动轴27相连，用紧固螺母3压紧；导水锥5通过长杆螺栓4与传动轴27端面螺孔固定；传动轴27的另一端被铣成方头，与涡轮离心泵16中的涡轮离心泵叶轮11凹槽连接，由端面固定螺杆12压紧。传动轴27由轴承24、推力轴承25支撑在导水壳8上。下端轴承密封采用油封和水封26；上端轴承密封采用油封23和螺旋密封21。涡轮离心泵叶轮11和泵盖14之间用密封环13动密封，射流曝气装置17和泵座10相连。螺旋密封体21和轴承24支架之间用O型圈22静密封。涡状进水导水腔6中导水座7对接法兰和进水涡壳9对接法兰用螺栓连接，栅帽口15和泵盖14用螺栓连接；进气口(管)18和射流曝气装置17外管交贯线焊接或铸成整体。

根据图1和图2可知，图2为B型主机，图1和图2除了下面描述中的差别外，其它相同。

B型主机包括涡流泵30、传动部分29、转轮1、蜗状进水导水腔6；涡流泵30包括-V型进水口和气口31、开孔隔板32、紧固螺母33、泵盖34、叶轮35、泵体36、出口37、泵体连接法兰38；金属零部件材质均由不锈钢制成。其他部分中，除了传动部分采用104机械密封39替代螺旋密封21，改用平键40连接涡流泵叶轮35，与A型相同。

污水经过拦渣之后，在水位落差引发的水力作用下，进入蜗状进水导水腔6，在导水座7、导水壳8、进水蜗壳9共同引导下，形成了一定的压力和流速，推动转轮1和传动轴27旋转。水在流过导水座7之后，流向图4尾水管58，至排出。

水力涡流泵曝气装置(B型)中的传动轴27、平键28(与图1相同)和平键40连接涡流泵叶轮35和转轮；涡流泵叶轮相邻叶片之间有开孔隔板32；采用油封23(与图1相同)和104机械密封39组合密封。因传动轴27旋转，带动涡流泵叶轮35旋转，涡流泵叶轮35每个叶片，绕圆周均匀布置，中间有开孔隔板32，增加扰动破碎气泡效果。污水、气体在V型进口31分别进入后，在涡流泵叶轮35作用下，充分溶合，至出口37排出，完成曝气。

在水力涡流泵曝气装置中的转轮叶轮2与传动轴27连接与A型相同，传动轴的另一端通过平键40与涡流泵叶轮35连接，由紧固螺母33压紧。传动轴27由轴承24、推力轴承25支撑在导水壳8上。左端密封与A型相同；右端轴承密封采用油封23和104机械密封39组合。涡流泵30泵体36与导水壳8、泵盖34用螺栓连接，V型进水口和气口31形为V型，分别进水和进气，并和涡流泵30泵体36铸成整体；导水壳和泵体连接法兰38和导水壳8铸成整体。

根据图1和图3可知，图3为C型主机，图1和图3除了下面描述中的差别外，其它相同。

C型主机包括转轮1、蜗状进水导水腔6、水力旋转曝气装置41、离心曝气装置48、传动部分29；水力旋转曝气装置41包括旋转曝气管支座42、滑瓦43、浮枕44、单向穿孔曝气管45、水环46、固定法兰47；离心曝气装置48包括紧固螺母49、气室入口50、隔水帽51、气阀52、气室53、上通盖54、复叶螺旋曝气叶轮55、下通盖56；其他部分中，除了传动部分改用平键57连接复叶螺旋曝气叶轮55，与A型相同；金属零部件材质均由不锈钢制成。

污水经拦渣后，在落差水力作用下，进入蜗状进水导水腔6，在导水座7、导水壳8、进水蜗壳9共同引导下，形成了一定的压力和流速，推动转轮1和传动轴27旋转。水在流过导水座7之后，流向图4尾水管58，至排出。

水力离心曝气装置(C型)中的传动轴27、平键57连接螺旋复叶离心曝气叶轮55和转轮，采用由浮枕44、水环46、有单向穿孔曝气管45制成的水力旋转曝气装置41；单向穿孔曝气管45一端与空心球结构状的浮枕44相连，另一端与水环46上相应的孔对接并粘固，浮枕44、曝气管45、水环46均为塑料材质(市场上均能购置)。因传动轴27旋转带动了复叶螺旋离心曝气叶轮55旋转，在离心力作用下，形成负压，吸入旋转曝气管支座42入水口进水，且吸入由气室入口50至气室53至气阀52和螺旋复叶离心曝气叶轮55空腔进入的气体，气液在混合区混合，形成混合液，经水力旋转曝气装置41上单向穿孔曝气管45上小孔沿旋转圆周切线方向单向喷出，同时推动曝气管45旋转，并在四周水中引起对流，对水进行搅动，最终完成曝气。

转轮叶轮1与传动轴27连接与A型相同；传动轴27的另一端通过平键57与螺旋复叶离心曝气叶轮55相连，由紧固螺母49压紧。传动轴27支撑、储油密封A型相同。在水力旋转曝气装置41上的单向穿孔曝气管45一端和浮枕44相连，另一端和水环46上对应的孔相连，水环46球型滑道和球形滑瓦43之间是间隙动配合，由水润滑塑料制成；球形滑瓦43由压紧法兰47固定在旋转曝气管支座42上。旋转曝气管支座42和曝气叶轮上通盖54、下通盖56、气室53、导水壳8均用螺栓连接。隔水帽51置于离心曝气装置48上通盖54之上，用螺钉连接。

根据图4可知，图4为尾水管58。包括气孔59、锥形管60、密封胶垫61、气阀62、半弧形调节管63、尾管64；金属零部件材质为不锈钢。经导水锥5处出口流出的污水流至锥型管60，再经尾管64排出，尾管上的半弧形调节管63、气阀62、气孔59等组成了气体调节装置，可随水量的增加增补气量。锥型管60顶部法兰和图1、图2、图3中的导水座7底部法兰用螺栓连接，并用硅胶垫密封。尾水管中气量增调装置可在进气管道上另外添设阀门开启和关闭。

锥形管60和尾管64之间用法兰连接，中间衬有密封硅胶垫61，保证尾管真空度，空气阀60与半弧形调节管63之间采用螺纹连接，以便装拆方便，尾管64上均匀布置有3个小孔，与半弧型调节管63连接。

Claims

1. 一种水力曝气装置，包括水力射流曝气装置(A型)、水力涡流泵曝气装置(B型)、水力离心曝气装置(C型)，其特征在于：转轮(1)、蜗状进水导水腔(6)组成下水腔和涡轮离心泵叶轮(16)、泵座(10)组成上水腔相互密封成独立隔室，两者靠进水蜗壳(9)、导水壳(8)、泵座(10)静连接，靠平键(28)、传动轴(27)、传动轴端铣方头进行动连接；传动轴(27)由轴承(24)、推力轴承(25)支撑在导水壳(8)上，导水壳被加工成空腔形成储油润滑室，由油封(23)、油封和水封(26)和螺旋密封(21)进行动密封，由O型圈(22)进行静密封；尾水管58连接有半弧形调节管(63)、气阀(62)、气孔(59)连接形成调节气量装置。

2. 根据权利1要求所述的一种水力曝气装置，其特征在于：水力射流曝气装置(A型)中的传动轴(27)端部靠平键(28)、铣方头连接涡轮离心泵叶轮(11)和转轮(1)，由泵座(10)和射流装置(17)外壳连接并和其内管组成输水线路，磁化装置(19)安装在扩散管(20)之前。

3. 根据权利1要求所述的一种水力曝气装置，其特征在于：水力涡流泵曝气装置(B型)中的传动轴(27)、平键(28)和平键(40)连接涡流泵叶轮(35)和转轮，涡流泵叶轮相邻叶片之间有开孔隔板(32)，油封(23)和104机械密封(39)组合密封。

4. 根据权利1要求所述的一种水力曝气装置，其特征在于：水力离心曝气装置(C型)是用传动轴(27)、平键(57)连接螺旋复叶离心曝气叶轮(55)和转轮；传动轴(27)的一端通过平键(27)与螺旋复叶离心曝气叶轮(55)相连，在水力旋转曝气装置(41)上的单向穿孔曝气管(45)一端和浮枕(44)相连，另一端和水环(46)上对应的孔相连，水环(46)球型滑道和球形滑瓦(43)之间是间隙动配合，球形滑瓦(43)由压紧法兰(47)固定在旋转曝气管支座(42)上。