CZ307517B6

CZ307517B6 - Provzdušňovací tryskové čerpadlo, zejména pro biologické čistírny odpadních vod

Info

Publication number: CZ307517B6
Application number: CZ2017-325A
Authority: CZ
Inventors: Dmitrij Teterja
Original assignee: Dmitrij Teterja
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-11-07
Also published as: CZ2017325A3

Abstract

Provzdušňovací tryskové čerpadlo je určené zejména pro čerpání kapalin z nádrží čistíren odpadních vod a je tvořené vertikálně uloženou průtokovou trubkou (1) přečerpávané tekutiny, která je v horní části zakončena jedním nebo dvěma výstupními hrdly (11). Podstata vynálezu spočívá v tom, že čerpadlo obsahuje alespoň jedno ejektorové těleso (2), v jehož vnitřní dutině je vytvořena sací komora (21) čerpané tekutiny, jejíž průtočný průřez je větší než průtočný průřez průtokové trubky (1) a po jejímž obvodu je vytvořena mezikruhová přiváděcí komora (22), která je na svém vnějším povrchu opatřena minimálně jedním přívodním otvorem (23) tlakového média. Dno (221) přiváděcí komory (22) je zaslepeno a v horní části je přiváděcí komora (22) opatřena usměrňovací tryskou (24) vyústěnou do kuželové výstupní sekce (25) ejektorového tělesa (2), jejíž výstupní průřez v podstatě odpovídá vstupnímu průřezu průtokové trubky (1). Přívodní otvory (23) jsou v případě vícenásobného vytvoření uspořádány v podstatě v jedné horizontální rovině.

Description

Provzdušňovací tryskové čerpadlo, zejména pro biologické čistírny odpadních vod

Oblast techniky

Vynález se týká konstrukce provzdušňovacího tryskového čerpadla, určeného pro použití v zařízeních, kde je nutno zajistit přenos tekutiny mezi dvěma nádržemi nebo mezi různými prostory stejné nádrže, jako jsou například biologické čistírny odpadních vod. Toto zařízení se může spínat buď pomocí mechanického, anebo elektrického, například solenoidního, vzduchového ventilu.

Dosavadní stav techniky

V současné době se v biologických čistírnách odpadních vod používají mamutková čerpadla, jejichž nasávací hrdlo je umístěno u dna nádrže nebo jinde pod hladinou. Vlivem zpětných výtlakových sil vzduchu přiváděného do mamutkového čerpadla, například při aktivaci kalu nebo při úvodní fázi čerpání, dochází k nasávání špinavé vody, což ovlivňuje a znehodnocuje výsledný efekt čisticího procesu. V některých průmyslových odvětvích se ve funkci vodních čerpadel používají ejektory, které přenášejí tekutinu pomocí stlačeného vzduchu, který se přivádí pomocí trysek do komory s tekutinou a strhává ji do vodorovného potrubí. Žádné ze známých řešení používaných samostatně není dostatečně dobré a optimálně využitelné pro:

- rychlý a efektivní přesun tekutiny z jedné nádrže do druhé, kde během přesunu se tekutina nasycuje plynem;

- rychlý přesun tekutiny z jedné části nádrže do druhé anebo z více částí nádrže do jedné části nebo z jedné části nádrže do více částí téže nádrže;

- nevířivý přesun tekutin, aniž by se pomíchaly vrstvy tekutiny u vstupní části zařízení.

Jako příklad výše uvedených zařízení je možno uvést řešení dle spisu CN 202914413 (U) Multifunctional ejector, kde se jedná čistě o multifunkční ejektor, který při částečném ucpání komory, když se rychlost proudění tekutiny na výstupu materiálu sníží na rychlost vstupu anebo bude ještě nižší, přestává fungovat ejektorový efekt, a tím i celé čerpadlo. Regulace přísunu materiálu se řeší mechanicky pomocí kulového kohoutu, který má regulovat množství plynu, a tím i tekutiny, například směsi vzduchu a vody, která do zařízení vstupuje, což není optimální. Vypouštěcí trubice se pak rozšiřuje směrem k trubici výstupu materiálu, což není optimální z hlediska účinnosti. Řešení dle spisu CN 205654618 (U) - Steam-jet ejector water pump se týká ejektoru, který pracuje jako rozprašovač páry. Opět se využívá při konstrukci rozšířená výstupní trubka, která zpomaluje v daném případě páru unikající ze zařízení. Spis CN 202246656 (U) Gas and liquid mixing ejector of airlift type aerobic fermentation tank je ejektorové zařízení provzdušňovacího typu, které slouží k nasycení fermentační nádrže kyslíkem přes rozšířenou výstupní trubku. Jedná se tedy o aerátor s nízkou spotřebou energie. Konstrukce provzdušňovacího čerpadla dle spisu RU 2597079 (Cl) - Airlift si klade za cíl zamezení návratu nerozpustných látek, nacházejících se ve vodní směsi, do vzduchového potrubí. K zajištění této funkce je potřeba dodávat objem vzduchu, srovnatelný s objemem vody, což je nevýhodné. Použití efektu provzdušňování pro aeraci je řešeno ve spise WO 2016/035079 (Al) Airlift oxygenating system, kde je využita metoda rozprašování směsi v bioreaktorech. Spis CN 104150720(A) - Airlift type integrated sewage treatment device řeší komplexní čističku odpadních vod, kde nedílnou součástí je anoxidní nádrž, aerobní nádrž a sedimentační nádrž, mezi nimiž se používají provzdušňovací čerpadla, sloužící pro přesun vody. V zařízení popsaném ve spise WO 2017/034110 (Al) - Water piping system having water hammer buffering function using ejector efect and pressure tank connector therefor je řešeno snížení tlaku vody na ventil pomocí ejektorového efektu, což je velmi složité a využitelné pouze pro speciální případy. Spisy KR 101712061 (Β 1) — Water sludge recovery ejector a CN 105921317 (A) - Jet action valve of high-suction ejector řeší pouze vlastní speciální konstrukci ejektorů, spis CN 205253393 (U) - Hydraulic ejector with adjustable filter konstrukci hydraulického ejektoru a spis

- 1 CZ 307517 B6

JR 2016/125471 (A) - Ejector and multiple-effect fresh water generator” řeší komplexní zařízení, jehož součástí je ejektor, který končí vodorovnou trubkou o větším průměru, což není optimální. Dále je známa například konstrukce ejektoru dle spisu CN 205225228 (U) - Ejector and oil machinery, kde je popisováno zařízení pro využití v petrolejovém průmyslu, kde ejektor je vybaven senzory a nastavitelnými tryskami, které ovlivňují množství látek, které se dostávají do potrubí. Spis CN 205684208 (U) - High-efficient nozzle suitable for water jet air ejector pak popisuje trysku pro ejektor pro použití v řekách a spis CN 105089607 (A) - Underground self-operated ejector water discharge and gas produptfon tool ejektor pro použití v plynárenskému průmyslu. Zařízení podle spisu KR 101332684 (Bl) - Membrane water treatment device having air ejector řeší čištění vody pomocí membrány a spis TW 200502181 (A) - Ejector for aeration konstrukci ejektoru pro aeraci vody, kde se jedná o ponorné zařízení bez zajišťování přenosu kapaliny na jiné místo. Další typ ejektoru je znám ze spisu KR 2009/0032602 (A) - The method that drying sludge of the type of Ventury ejector using difference between air current and athmospheric pressure zabývajícího se metodou odvodňování přebytečného kalu, a to pomocí jeho rozprašování a skladování v rozmělněné podobě. Ve spise US 2007/166171 (Al) - Geyserpump popisováno klasické provzdušňovací čerpadlo bez využívání přetlakové ejektorové části a ve spisech CZ 11511 (U1) a CZ 20479 (U1) konstrukce různých typů klasických mamutkových čerpadel. Spis JP 2014/144450 A - Aerator outfitted with a hydraulic power generator řeší složitou konstrukci nádrží a sítě kanálů, kde ejektor a mamutkové čerpadlo nejsou spojeny do jednoho zařízení, ale pracují v oddělených prostorách systému, a spis CN 101284698 (A) - Method and device of jet airlift recirculated membrane bioreactor používá tryskový mamutkový směšovací modul, do něhož vodní čerpadlo dodává vodu a kde se k vodě přimíchává vzduch, který je společně s vodou přepravován do membránového bioreaktoru a plní funkci proplachování membrány. Ve spise CA 2583752 (A 1) Intergrated multi-zone wastewater treatment systém a method je mamutkové čerpadlo tvořeno celou aerobní zónou a jedná se v podstatě o nádrž s filtrem a spodní aerací než o provzdušňovací čerpadlo. Není zde uplatněna ejektorová část pro přívod stlačeného vzduchu, když se vzduch přivádí přes vzduchový difuzor. Další mamutková čerpadla jsou známa například ze spisů GB 2 403 217 (A) - Waste treatment system. RU 2209779 (Cl) - Unit for deep purification of sewage water nebo EA 2007/01606 (Al) - Proces for biologie treatment of domestic and industrial waste waters and a pian therefor. Konstrukce mamutkového čerpadla pro přečerpávání aktivního kalu zpět do anaerobního reaktoru je známa ze spisu RU 2220919 (Cl) Installation for fine biological purification of sewage a mamutkové čerpadlo určené pro recirkulaci aktivního kalu ze spisu RU 2209779 (Cl) - Unit for deep purification of sewage water Využití klasického vzduchového difuzoru je známo ze spisu WO 02096806 (A2) Method, apparatus and biomass suport element for biological wastewater treatment”, mamutkové čerpadlo, jehož úkolem je přečerpávání vody z jedné nádrže do druhé a také oxidace vody během takového přečerpávání ze spisu WO 8102661 (Al) - Mariculture filtering system a mamutkové čerpadlo pro usměrňování vypouštěného vzduchu do rotační válcové nádrže ze spisu RU 21 13415 (Cl) — Device for biological purification of sewage. Ve spise AU 2015/200091 (Al) - Membrane cleaning with pulsed airlift pump je pak řešeno čištění membrán zařízení pomocí mamutkového čerpadla a pulzujícího přítoku vzduchu.

Snahou předkládaného vynálezu je představit novou konstrukci provzdušňovacího tryskového čerpadla, určeného zejména pro zabudování v biologických čistírnách odpadních vod, které by bylo konstrukčně jednoduché a funkčně propojilo známé technologie čerpání tekutiny pomocí mamutkového čerpadla a ejektorového mechanizmu k vytlačování směsi tekutiny, například vody, pomocí stlačeného plynu, s výhodou vzduchu.

Podstata vynálezu

Stanoveného cíle je do značné míry dosaženo vynálezem, kterým je provzdušňovací tryskové čerpadlo určené zejména pro čerpání kapalin z nádrží čistíren odpadních vod a tvořené vertikálně uloženou průtokovou trubkou přečerpávané tekutiny, která je v horní části zakončena jedním

-2CZ 307517 B6 nebo dvěma výstupními hrdly, kde podstata vynálezu spočívá v tom, že čerpadlo obsahuje alespoň jedno ejektorové těleso, v jehož vnitřní dutině je vytvořena sací komora čerpané tekutiny, jejíž průtočný průřez je větší než průtočný průřez průtokové trubky a po jejímž obvodu je vytvořena mezikruhová přiváděči komora, kteráje na svém vnějším povrchu opatřena minimálně jedním přívodním otvorem tlakového média, přičemž dno přiváděči komory je zaslepeno a v horní části je přiváděči komora opatřena usměrňovači tryskou vyústěnou do kuželové výstupní sekce ejektorového tělesa, jejíž výstupní průřez v podstatě odpovídá vstupnímu průřezu průtokové trubky, když přívodní otvory (23) jsou v případě vícenásobného vytvoření uspořádány v podstatě v jedné horizontální rovině.

Ve výhodném provedení jsou přívodní otvory vedeny z přiváděči komory vně ejektorového tělesa směrem radiálním nebo tečným a ejektorové těleso je připevněno ke vstupnímu hrdlu průtokové trubky neboje zabudováno ve střední části průtokové trubky.

Konečně je výhodné, když čerpadlo obsahuje dvě i více zabudovaná ejektorová tělesa, umístěná buď u vstupního hrdla a ve střední části průtokové trubky, anebo u vstupního hrdla a u výstupního hrdla průtokové trubky.

Vynálezem se dosahuje nového a vyššího účinku v tom, že zařízení má univerzální použití jak pro přesun tekutiny ve funkci čerpadla, tak pro nasycení tekutiny plynem ve funkci aeračního zařízení, přičemž za normálního provozu nemá zpětnou vazbu na odčerpávanou tekutinu, takže nedochází k víření usazenin, například v sedimentační nádrži během biologického čištění odpadní vody. Zařízení je lehké, přenosné a vyžaduje pouze jednoduchou údržbu, a to proplachování ejektorové části vodou, přičemž má jednoduché ovládání, když se může spínat buď pomocí mechanického, anebo elektrického, například solenoidního, vzduchového ventilu, takže regulace výkonu může být automatická nebo mechanická. Další výhodou konstrukce zařízení je, že při ucpání komory dojde pouze ke snížení nebo úplnému zastavení ejektorového efektu, ale zařízení dále pracuje jako provzdušňovací čerpadlo. Nezanedbatelným přínosem je zvýšení rychlosti proudění přepravované tekutiny, čímž se zvyšuje účinnost zařízení a jeho výkonnost, když je možno přepravovat tekutinu do větší výšky než u klasických mamutkových čerpadel.

Objasnění výkresů

Konkrétní příklady provedení vynálezu jsou schematicky znázorněny na připojených výkresech, kde obr. 1 je podélný osový řez základním provedením čerpadla obsahujícím jedno ejektorové těleso připevněné ke vstupnímu hrdlu průtokové trubky a opatřené jedním přívodním otvorem provzdušňovacího média, obr. 2a) je příčný řez B-B ejektorovým tělesem z obr. 1, obr. 2b) až obr. 2d) jsou příčné řezy B-B příkladnými alternativními provedeními ejektorového tělesa se dvěma nebo třemi radiálními přívodními otvory a třemi tečnými přívodními otvory provzdušňovacího média, obr. 3 je podélný řez alternativním provedením čerpadla s ejektorovým tělesem zabudovaným ve vertikální části průtokové trubky, obr. 4 podélný řez alternativním provedením čerpadla se dvěma ejektorovými tělesy zabudovaným na vstupu a ve vertikální části průtokové trubky, obr. 5 podélný řez alternativním provedením čerpadla se dvěma ejektorovými tělesy zabudovaným na vstupu a k výstupnímu hrdlu průtokové trubky,

-3CZ 307517 B6 obr. 6a) až obr. 6d) jsou schematicky znázorněné alternativy provedení čerpadla z obr. 1 obsahující dvě výstupní hrdla průtokové trubky vyústěná směrem dolů nebo jedno či dvě hrdla vyústěná horizontálně nebo jedno hrdlo vyústěné směrem vzhůru pro řešení ejektorového tělesa s jedním přívodním otvorem provzdušňovacího média a obr. 6e) provedení pro jedno hrdlo vyústěné směrem vzhůru pro řešení ejektorového tělesa se dvěma přívodními otvory provzdušňovacího média, obr. 7a) až obr. 7k) jsou schematicky znázorněné alternativy provedení čerpadla z obr. 3 s různě provedenými vstupními a výstupními sekcemi průtokové trubky, obr. 8 je schematicky znázorněná alternativa provedení čerpadla z obr. 4, obsahující dvě výstupní hrdla průtokové trubky vyústěná směrem dolů a obr. 9 je schematicky znázorněná alternativa provedení čerpadla z obr. 5, obsahující dvě výstupní hrdla průtokové trubky vyústěná směrem dolů.

Výkresy, které znázorňují představovaný vynález a následně popsané příklady konkrétního provedení v žádném případě neomezují rozsah ochrany uvedený v definici, ale jen objasňují podstatu vynálezu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Provzdušňovací tryskové čerpadlo je v základním provedení znázorněném na obr. 1 tvořeno vertikálně uloženou průtokovou trubkou 1, která je v horní části zakončena výstupním hrdlem 11 ve tvaru kolena situovaného směrem dolů a k jejímuž vstupnímu hrdlu 12 je připevněno duté ejektorové těleso 2 s výhodou válcového průřezu. Ve vnitřní dutině ejektorového tělesa 2 je vytvořena válcová sací komora 21 čerpané tekutiny, jejíž průtočný průřez je větší než průtočný průřez průtokové trubky j_. Po obvodu sací komory 21 je vytvořena mezikruhová přiváděči komora 22, která je na svém vnějším povrchu opatřena přívodním otvorem 23 tlakového média, například vzduchu, situovaným radiálním směrem vně ejektorového tělesa 2. Dno 221 přiváděči komory 22 je zaslepeno a v horní části je opatřena usměrňovači tryskou 24 vyústěnou do kuželové výstupní sekce 25, jejíž výstupní průřez odpovídá vstupnímu průřezu průtokové trubky 1. Jak plyne z obr. 2b a obr. 2c, nemusí být přiváděči komora 22 opatřena pouze jedním radiálním přívodním otvorem 23, ale dvěma, třemi nebo více přívodními otvory 23 rozmístěnými pravidelně po obvodu přiváděči komory 22, popřípadě mohou být přívodní otvory 23 situovány tečně, jak je znázorněno na obr. 2d.

Při činnosti čerpadla je přečerpávaná tekutina přiváděna do sací komory 21, přičemž je z neznázorněného zdroje dopravováno tlakové médium přívodním otvorem 23 do přiváděči komory 22, z níž přes usměrňovači trysku 24 proudí do výstupní sekce 25 ejektorového tělesa 2, kde vytváří s přečerpávanou tekutinou směs, která proudí průtokovou trubkou 1 k výstupnímu hrdlu 11. Rychlost proudění směsi je pak možno ovlivňovat regulací tlaku média dopravovaného do přiváděči komory 22 nebo konstrukčně změnou průtočného průřezu usměrňovači trysky 24.

Popsaná konstrukce není jediným možným řešením provzdušňovacího tryskového čerpadla, ale jak plyne z obr. 3, nemusí být ejektorové těleso 2 umístěno na vstupním hrdle 11 průtokové trubky 1, ale může být zabudováno i v její střední části, popřípadě může čerpadlo obsahovat dvě v sérii zabudovaná ejektorová tělesa 2, umístěná buď u vstupního hrdla 12 a ve střední části průtokové trubky 1 anebo u vstupního hrdla 12 a u výstupního hrdla 11 průtokové trubky 1, jak je patrné z obr. 4 a obr. 5. Konečně pak je možno průtokovou trubku 1 opatřit dvěma výstupními hrdly 11 s výtokem směrem dolů, jak je patrné z obr. 6a, nebo jedním či dvěma výstupními hrdly 11 s horizontálním výtokem, jak je znázorněno na obr. 6b a obr. 6c, popřípadě výstupním hrdlem 11 s výtokem směrem vzhůru, jak plyne ze schémat na obr. 6d a obr. 6e. Podle oblasti použití je

-4CZ 307517 B6 možno čerpadlo opatřit dvěma různě tvarovanými a situovanými vstupy a výstupy přečerpávané tekutiny, jak je pro různé alternativy řešení z obr. 3 až obr. 5 schematicky vyobrazeno na obr. 7a až obr. 9.

Průmyslová využitelnost

Provzdušňovací tryskové čerpadlo je určeno pro použití v zařízeních, kde je nutno zajistit přenos tekutiny mezi dvěma nádržemi nebo mezi různými prostory stejné nádrže, jako jsou například biologické čistírny odpadních vod.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Provzdušňovací tryskové čerpadlo určené zejména pro čerpání kapalin z nádrží čistíren odpadních vod a tvořené vertikálně uloženou průtokovou trubkou (1) přečerpávané tekutiny, která je v horní části zakončena jedním nebo dvěma výstupními hrdly (11), vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno ejektorové těleso (2), v jehož vnitřní dutině je vytvořena sací komora (21) čerpané tekutiny, jejíž průtočný průřez je větší než průtočný průřez průtokové trubky (1) a po jejímž obvodu je vytvořena mezikruhová přiváděči komora (22), která je na svém vnějším povrchu opatřena minimálně jedním přívodním otvorem (23) tlakového média, přičemž dno (221) přiváděči komory (22) je zaslepeno a v horní části je přiváděči komora (22) opatřena usměrňovači tryskou (24) vyústěnou do kuželové výstupní sekce (25) ejektorového tělesa (2), jejíž výstupní průřez v podstatě odpovídá vstupnímu průřezu průtokové trubky (1), když přívodní otvory (23) jsou v případě vícenásobného vytvoření uspořádány v podstatě v jedné horizontální rovině.
2. Provzdušňovací tryskové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že přívodní otvory (23) jsou vedeny z přiváděči komory (22) vně ejektorového tělesa (2) směrem radiálním nebo tečným.
3. Provzdušňovací tryskové čerpadlo podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že ejektorové těleso (2) je připevněno ke vstupnímu hrdlu (12) průtokové trubky (1) neboje zabudováno ve střední části průtokové trubky (1).
4. Provzdušňovací tryskové čerpadlo podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že obsahuje dvě i více zabudovaných ejektorových těles (2), umístěných buď u vstupního hrdla (12) a ve střední části průtokové trubky (1) anebo u vstupního hrdla (12) a u výstupního hrdla (11) průtokové trubky (1).