CS274427B2

CS274427B2 - Aerating propeller pump

Info

Publication number: CS274427B2
Application number: CS307688A
Authority: CS
Inventors: Premysl Ing Hamza
Original assignee: Premysl Ing Hamza
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1991-04-11
Also published as: CS307688A2

Abstract

The device is designed for simultaneous aeration and mixing of liquids in water treatment plants, in water purification plants and in industrial technological processes. It consists of an impeller wheel with vanes of spiral shape, attached to a lower part of a vertical hollow shaft, which is in its upper part equipped with holes for air inlet. In the trailing edge there is a hollow space covered with a perforated grid, and this space is interconnected with the inner space of the vertical hollow shaft. The propeller wheel with vanes is positioned in a tube diffuser. The rotation of the aeration propeller pump in the liquid causes in the area of the trailing edge an underpressure, which results in air suction and its diffusion in the form of bubbles.<IMAGE>

Description

Vynález se týká provzdušovacího vrtulového čerpadla, určeného k současnému » provzdušování a míchání kapalin v úpravnách vody, v čistírnách odpadních vod, ve vodních tocích a nádržích, a v průmyslových technologických procesech.The invention relates to an aeration propeller pump for simultaneous aeration and mixing of liquids in water treatment plants, sewage treatment plants, watercourses and reservoirs, and in industrial technological processes.

κκ

Současné provzdušování a míchání kapaliny se používá zejména při biologickém čiŠténí odpadních vod aktivačními metodami, založenými na provzdušování odpadní vody, při kterém dochází k přestupu vzdušného kyslíku do odpadní vody, nutného pro život aerobních mikroorganismů. Účelem současného míchání odpadní vody je udržet vločky aktivovaného kalu v rozptýleném stavu, a zabránit jejich sedimentaci. V praxi se používá několik způsobů provzdušování. a míchání odpadních vod, např. vháněním stlačeného vzduchu do odpadní vody, čeřením hladiny odpadní vody mechanismy s vodorovnou osou otáčení a mechanickými aerátory sa svislou osou otáčení. Při uvedených způsobech provzdušování a míchání dochází k přestupu vzdušného kyslíku do odpadní vody nejen v bezprostřední blízkosti stlačeného vzduchu nebo provzdušovacího i mechanismu, ale i povrchovou vrstvou hladiny odpadní vody, která se v důsledku míchání stále vyměňuje. V čistírnách odpadních vod sa k provzdušování ⁰ fflíchání odpadních vod používají nejčastěji mechanické aerátory se svislou osou otáčení. Správná činnost mechanických aerátorů se svislou osou otáčení vyžaduje, aby rychlost jejich otáčení byla podstatně menší, než je obvyklá rychlost otáčení pohonných elektromotorů. Mechanické aerátory se svislou osou otáčení jsou proto poháněny prostřednictvím převodovek. V důsledku odporů v převodovkách dochází při jejich činnosti ke ztrátám na výkonu. Energie dodaná pohonným elektromotorem není plně využita k provzdušování a míchání odpadní vody, ale její značnou část spotřebuje sama převodovka. Tím se zvyšuje energetická náročnost čištění odpadních vod. Životnost převodovek je omezená, v provozu musí být periodicky vyměňovány a opravovány. Obdobně vznikají ztráty i při všech používaných způsobech provzdušování a míchání odpadních vod.Simultaneous aeration and mixing of the liquid is mainly used in biological treatment of wastewater by activation methods based on the aeration of wastewater, in which the transfer of air oxygen to the wastewater necessary for the life of aerobic microorganisms. The purpose of the simultaneous mixing of the waste water is to keep the activated sludge flakes in a dispersed state and to prevent their sedimentation. In practice, several aeration methods are used. and mixing the wastewater, e.g. by blowing compressed air into the wastewater, clarifying the wastewater level with horizontal axis mechanisms and mechanical aerators with a vertical axis of rotation. In the aeration and mixing processes, air oxygen is transferred to the waste water not only in the immediate vicinity of the compressed air or aeration mechanism, but also by the surface layer of the waste water level which is constantly exchanged as a result of mixing. In sewage treatment plants to the aeration of wastewater ⁰ fflíchání most frequently used mechanical aerators with vertical rotation axis. The correct operation of mechanical aerators with a vertical axis of rotation requires their rotational speed to be substantially less than the conventional rotational speed of the propulsion motors. Mechanical aerators with a vertical axis of rotation are therefore driven by gearboxes. Resistances in the gearboxes result in power losses during operation. The energy supplied by the propulsion electric motor is not fully utilized to aerate and mix the waste water, but a significant part of it is consumed by the gearbox itself. This increases the energy consumption of wastewater treatment. The service life of the gear units is limited, they must be replaced and repaired periodically. Similarly, losses are also incurred in all aeration and waste water mixing methods used.

Nevýhody zařízení používaných k provzdušování a míchání odpadních vod a jiných kapalin jsou odstraněny provzdušovacím vrtulovým čerpadlem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že oběžné kolo s lopatkami je uchyceno k dolní části svislého dutého hřídele, který je v horní části opatřen otvory pro vstup vzduchu, krytými ochrannou mřížkou. Oběžné kolo s lopatkami je umístěno v trubkovém difuzoru, jehož účelem je usměrnit proudění kapaliny ve svislém směru. V odtokové hraně lopatek je dutý prostor, propojený s vnitřním prostorem dutého hřídele, krytý odnímatelnou děrovanou mřížkou. Lopatky mají spirální tvar s minimálním poloměrem u náběžné hrany a a maximálním poloměrem u odtokové hrany. Účelem tohoto tvaru lopatek je zamezit nabalování vláknitých hmot obsažených v kapalině na lopatky, Tloušíka lopatek tangenciálně směrem k odtokové hraně vzrůstá, což umožňuje umístit dutý prostor do odtokové hrany lopatek při zachování jejich výrobně vhodného tvaru, a současně umožňuje potřebný prostup vzduchu plochou odnímatelně děrované mřížky. K dutému hřídeli, pod otvory pro vstup vzduchu, je přichycena odrazná rotační plocha, jejímž účelem je obracet proudění kapaliny vystupující z trubkového difuzoru ze ze směru svislého do vodorovného. Ke spodní části dutého hřídele je souose přichycen výměnný čep zasahující do pouzdra z plastické hmoty, které je uloženo otočně v rovinách procházejících osou dutého hřídele. Účelem čepu a pouzdra z plastické hmoty je stabilizovat polohu provzdušňovaoího vrtulového čerpadla podle vynálezu při jeho otáčení. Dutý hřídel je spojen s hřídelem ložiskového pouzdra, které je uloženo na nosné konstrukci výkyvné v rovinách procházejících osou dutého hřídele.Disadvantages of devices used for aeration and mixing of waste water and other liquids are eliminated by the aeration propeller pump according to the invention, which consists in that the impeller with blades is attached to the lower part of the vertical hollow shaft, which is provided with air inlets in the upper part , covered with protective grille. The impeller with blades is located in a tubular diffuser, the purpose of which is to direct the flow of liquid in a vertical direction. In the trailing edge of the blades, the hollow space, which is connected to the inner space of the hollow shaft, is covered by a removable perforated grid. The blades have a spiral shape with a minimum radius at the leading edge and a maximum radius at the trailing edge. The thickness of the blades increases tangentially towards the trailing edge, allowing the hollow space to be placed in the trailing edge of the blades while maintaining their suitably shaped shape, while allowing the necessary air passage through the removably perforated grid . A reflective rotating surface is attached to the hollow shaft, below the air inlet openings, to reverse the flow of liquid exiting the tubular diffuser from vertical to horizontal. A replaceable pin extending into the plastic housing is mounted coaxially to the lower part of the hollow shaft and is rotatably mounted in planes passing through the hollow shaft axis. The purpose of the plastic pin and sleeve is to stabilize the position of the aeration propeller pump according to the invention as it rotates. The hollow shaft is connected to a shaft of the bearing bush which is supported on a supporting structure pivotable in planes passing through the axis of the hollow shaft.

Účelem výkyvného uložení ložiskového pouzdra a otočného uložení pouzdra z plastické hmoty je umožnit vystředění dutého hřídele i při odchylkách jeho osy od svislého směru. Trubkový difúzor může být ve spodní části 2ahnut do vodorovného směru.The purpose of the pivot bearing of the bearing bush and the pivot bearing of the plastic bush is to enable the hollow shaft to be centered even if its axis deviates from the vertical direction. The tubular diffuser can be drawn in the horizontal direction at the bottom.

To umožní použití provzduěovacl vrtulového čerpadla podle vynálezu v nádržích a prouděním převážně vodorovným, např. v oxidačních příkopech. Hřídel ložiskového pouzdra je spojen s hřídelem pohonného elektromotoru prostřednictvím pružné spojky. Dutý hřídel může být s hřídelem pohonného elektromotoru spojen též přímo, prostředictvím tuhé nebo pružné nebo kloubové spojky. To umožní zjednodušit konstrukci provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu, zejména u zařízení malého výkonu Provzdušovaoí vrtulové čerpadlo podle vynálezu vyvozuje proudění kapaliny v trubkovém difuzoru ve svislém směru. Směr proudění lze zvolit podle geometriokého tvaru nádrže, ve které je provzdušovaoí vrtulové čerpadlo podle vynálezu umístěno. V nádržích, jejichž plooha hladiny v porovnání s hloubkou kapaliny je malá, lze použít proudění kapaliny ve směru shora dolů. Rychlost proudění kapaliny v trubkovém difuzoru je v tomto případě větší, než je vzestupná rychlost bublin vzduchu v kapalině. Směs kapaliny a vzduchových bublin proudí ks dnu, kde se směr proudění obrací radiálně podél dna, např. pomocí usměrňovacího tělesa uloženého na dně nádrže pod trubkovým difuzorem. Bubliny vzduchu rozptýlené v kapalině stoupají vzhůru, a mění směr proudění kapaliny z vodorovného na svislý směrem vzhůru. U hladiny se proudění obrací radiálním směrem k hornímu sacímu konci trubkového difuzoru. V nádržích, jejichž plocha hladiny v porovnání s hloubkou kapaliny je velká, se použije proudění kapaliny ve směru zdola nahoru. Dutý hřídel provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu je v tomto případě delší než v předchozím případě, takže lopatky jeou blízko nad dnem nádrže. Na dně nádrže pod trubkovým difuzorem je uloženo usměrňovači těleso, jehož účelem je obracet proudění kapaliny zs směru vodorovného, radiálního, do směru svislého. V horní části usměrňovacího tělesa je uchyceno pouzdro z plastické hmoty, do kterého zasahuje výměnný čep provzdušovacího vrtulového čerpad la podle vynálezu. K dutému hřídeli, pod otvory pro vstup vzduchu, je přichycena odrazná rotační plocha, která obrací proudění kapaliny vystupující z trubkového difuzoru ze směru svislého do vodorovného.This will allow the use of the propeller aeration pump according to the invention in tanks and flow mostly horizontal, eg in oxidation ditches. The shaft of the bearing bush is connected to the shaft of the driving electric motor by means of a flexible coupling. The hollow shaft can also be connected directly to the shaft of the drive electric motor by means of a rigid or flexible or articulated coupling. This makes it possible to simplify the construction of the aeration propeller pump according to the invention, especially in low power devices. The aeration propeller pump according to the invention induces the flow of liquid in the tubular diffuser in a vertical direction. The flow direction can be selected according to the geometry of the tank in which the aeration of the propeller pump according to the invention is located. In tanks whose level of surface is small compared to the depth of the liquid, top-down flow can be used. In this case, the flow rate of the liquid in the tubular diffuser is greater than the ascending velocity of the air bubbles in the liquid. The mixture of liquid and air bubbles flows into the bottom where the flow direction reverses radially along the bottom, for example by means of a baffle placed on the bottom of the tank under the tube diffuser. The air bubbles dispersed in the liquid rise upward and change the direction of flow of the liquid from horizontal to vertical upward. At the level, the flow turns radially towards the upper suction end of the tubular diffuser. In tanks whose surface area is large compared to the depth of the liquid, a downward-flowing liquid flow is used. The hollow shaft of the aeration propeller pump according to the invention is in this case longer than in the previous case, so that the blades are close to the bottom of the tank. At the bottom of the tank under the tubular diffuser there is a baffle body, the purpose of which is to reverse the flow of liquid from the horizontal, radial, and vertical directions. In the upper part of the baffle body there is a plastic sleeve, into which the replaceable pin of the aeration propeller pump 1a according to the invention extends. A reflective rotating surface is attached to the hollow shaft, below the air inlet openings, which reverses the flow of liquid exiting the tubular diffuser from vertical to horizontal.

Hlavní výhodou provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu ve srovnání s ostatními zařízeními používanými k provzdušování a míchání kapalin je to, že provzdušování kapaliny při jejím současném míchání se dosahuje jednoduchým zařízením, bez dalších zprostředkujících mechanismů a zařízení. Tím, že lopatky provzdušovacího vrtulového Čerpadla podle vynálezu jsou při otáčení ponořeny plně do kapaliny, je i přenos energie pohonného elektromotoru do pohybu míchané kapaliny plně účinný. Při otáčení provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu v kapalině vzniká v oblasti odtokové hrany lopatek podtlak. Jeho účinkem je přes otvory pro vstup vzduchu dutého hřídele nasáván vzduch, který se v prostoru lopatek rozptyluje v kapalině ve formě bublin. Vzduch přiváděný do kapaliny lopatkami provzdušovacího · vrtulového čerpadla podle vynálezu je rozptylován v kapalině v oblasti relativně velkého hydrostatického tlaku kapaliny} proto je i přestup vzdušného kyslíku do kapaliny intenzívní. Velká rychlost proudění kapaliny v trubkovém difusoru umožňuje spolehlivé e účinné přisávání kapaliny připojeným potrubím, např. při recirkulaci kalu z dosazovací nádrže v Čistírnách odpadních vod. Recirkulace kalu z dosazovací nádrže sacím účinkem provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu odstraní použití jinak obvyklých recirkulačních Čerpadel. V důsledku toho lze zjednodušit stavební konstrukci nádrží čistíren odpadních vod vynecháním čerpacích jímek. Vyloučením trvalého chodu recirkulačních čerpadel dojde k trvalým úsporám elektrické energie. Velkou rychlost kapaliny v oblasti odrazné rotační plochy lze využít k přečerpávání kapaliny, na př. do usklaňovací nádrže v čistírnách odpadních vod.The main advantage of the aeration propeller pump according to the invention compared to other devices used for aerating and mixing liquids is that the aeration of the liquid while mixing is achieved by a simple device, without other intermediate mechanisms and devices. Since the blades of the aeration propeller pump according to the invention are fully immersed in the liquid during rotation, the energy transmission of the propulsion motor into the movement of the stirred liquid is also fully effective. When the aeration propeller pump according to the invention rotates in the liquid, a negative pressure is generated in the region of the trailing edge of the blades. By its effect, air is sucked through the air inlets of the hollow shaft, which is dispersed in the liquid in the form of bubbles in the space of the blades. The air supplied to the liquid by the blades of the aeration propeller pump according to the invention is dispersed in the liquid in the region of the relatively high hydrostatic pressure of the liquid, and therefore the transfer of air oxygen into the liquid is intense. The high flow velocity of the liquid in the tubular diffuser allows reliable and efficient suction of liquid through the connected piping, for example when sludge is recirculated from the settling tank in a wastewater treatment plant. The recirculation of sludge from the settling tank by the suction effect of the aeration propeller pump according to the invention eliminates the use of otherwise conventional recirculation pumps. As a result, the construction of wastewater treatment tanks can be simplified by omitting pumping sumps. By eliminating the continuous operation of the recirculation pumps, permanent energy savings are achieved. The high velocity of the liquid in the area of the reflective rotating surface can be used for pumping liquid, for example into a storage tank in waste water treatment plants.

Příkladné provedení provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu je znázorněno na výkresech, kde na obr. 1 je svislý řez provzduŠovacím vrtulovým čerpadlem podle vynálezu, na obr. 2 je vodorovný řez jeho lopatkami, na obr. 3 je tangenciální řez jeho lopatkou, na obr. 4, 5, 6 je znázorněno použití provzdušovacího vrtulového čerpadla podle vynálezu při čištění odpadních vod aktivací. Na obr. 4 je znázorněn svislý řez nádrží, u které je plocha hladiny malá ve srovnání s hloubkou kapaliny, na obr. 5 je znázorněn svislý řez nádrží, u které je plooha hladiny velká ve srovnání s hloubkou kapaliny, na obr. 6 je znázorněn výsek svislého řezu nádrží s prouděním převážně vodorovným, např. oxidačním příkopem.An exemplary embodiment of an aeration propeller pump according to the invention is shown in the drawings, wherein Fig. 1 is a vertical section of an aeration propeller pump according to the invention; Fig. 2 is a horizontal section of its blades; Fig. 3 is a tangential section of its vane; 5, 6 shows the use of the aeration propeller pump according to the invention in wastewater treatment by activation. Fig. 4 shows a vertical section of a tank in which the surface area is small compared to the liquid depth; Fig. 5 shows a vertical section of a tank in which the surface area is large compared to the liquid depth; section of vertical section of tanks with mostly horizontal flow, eg oxidation ditch.

Lopatky 1 mají spirální tvar a minimálním poloměremu náběžné hrany a s maximál- · ním poloměrem u odtokové hrany. Vnitřní dutý prostor j? v odtokové hraně lopatek 1 je kryt odnímatelnou děrovanou mřížkou £ a je propojen a vnitřním prostorem svislého dutého hřídele 4. Lopatky £ jaou přichyceny ke spodnímu konci svislého dutého hřídele £, který je v horní ěásti opatřen otvory 6 pro vstup vzduchu, krytými ochrannou mřížkou. Oběžné kolo s lopatkami 1 je umístěno v trubkovém difuzoru J5. K horní části svislého dutého hřídele £ je přichycena odrazná rotační plocha 2· ^v ose svislého dutého hřídele 4, pod lopatkami 1, je přichycen výměnný čep 8, který zasahuje do pouzdra % ^z plastické hmoty, uloženého otočně v rovinách procházejících osou svislého dutého hřídele 4. Svislý dutý hřídel 4 je spojen a hřídelem ložiskového pouzdra 10, které je uloženo na nosné konstrukci 11 výkyvně v rovinách procházejících osou svislého dutého hřídele 4. Hřídel ložiskového pouzdra 10 je spojen s hřídelem pohonného elektromotoru 13 proatf ednictvim pružné spojky 12. Provzdušovscí vrtulové čerpadlo podle vynálezu je umístěno v nádrži 14 se dnem 15 a stěnami 16.The blades 1 have a spiral shape with a minimum leading edge radius and a maximum radius at the trailing edge. Inner hollow space j? at the trailing edge of the blades 1, the cover is removable by a perforated grating 6 and is connected to the interior of the vertical hollow shaft 4. The blades 4 are attached to the lower end of the vertical hollow shaft 6 which is provided with air inlet openings 6 covered by a protective grille. The impeller with blades 1 is located in the tubular diffuser J5. The upper part of the vertical hollow shaft £ is attached reflective surface of revolution 2 · ^axis vertical hollow shaft 4, with the blade 1 is attached a replaceable pin 8, which extends into the housing% ^plastic mounted rotatably in planes through the axis of a vertical hollow shaft 4 The vertical hollow shaft 4 is connected to the shaft of the bearing sleeve 10, which is supported on the support structure 11 pivotably in planes passing through the axis of the vertical hollow shaft 4. The shaft of the bearing sleeve 10 is connected to the shaft of the drive electric motor 13 via a flexible coupling 12. according to the invention, it is placed in a tank 14 with a bottom 15 and walls 16.

Ha dně 15 je uloženo usměrňovači těleso 17. 7 blízkosti lopatek 1 je vyústěno recirkulační potrubí 18.At the bottom 15, a baffle body 17 is mounted. 7 a recirculation pipe 18 opens near the blades 1.

ErovzduSčÝací vrtulové čerpadlo podle vynálezu může být použito zejména při čištění odpadních vod aktivačními metodami, při úpravě pitné a užitkové vody, při provzdušování vody ve vodních tocích a nádržích a při provzdušování a míchání kapalin v prúmyslovýoh technologických procesech. Jeho jednoduchá konstrukce vytváří předpoklady pro snadnou výrobu a provozní spolehlivost. Odstranění ztrát obvyklých u ostatních způsobů současného provzdušování a míchání kapalin dojde k trvelým úsporám elektrické energie.The aeration propeller pump according to the invention can be used, in particular, in the treatment of wastewater by activation methods, in the treatment of drinking and service water, in the aeration of water in watercourses and reservoirs and in the aeration and mixing of liquids in industrial technological processes. Its simple design creates conditions for easy production and operational reliability. Eliminating the losses common to other methods of simultaneous aeration and mixing of liquids will result in significant energy savings.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

1. An aeration propeller pump composed of 2 impeller with blades, attached to the lower part of the vertical hollow shaft, which is provided in the upper part with air inlet holes covered by a protective grille, the impeller with blades is located in a tubular diffuser, at the trailing edge of the blades the hollow space interconnected and the inner space of the vertical hollow shaft, characterized in that the thickness of the blades (1) increases tangentially towards the trailing edge, and the hollow space (2) in the trailing edge of the blades (1) is covered by a removable perforated grid (3).

A propeller aeration pump according to claim 1, characterized in that the blades (1) have a spiral shape with a minimum radius at the leading edge and a maximum radius at the trailing edge.