ES2218679T3 - Turbo aireador. - Google Patents

Abstract

APARATO PARA SU UTILIZACION EN LA AIREACION DE UN FLUIDO. INCLUYE UN MOTOR (12) CON UN EJE GIRATORIO (18). SE LE ACOPLA AL EJE UN IMPULSOR, QUE PUEDE SER UN RODETE HELICE (20), E INCLUYE UNA PALA (50) CON UN DIAMETRO EXTERNO GENERALMENTE UNIFORME. SE COLOCA UN CABEZAL DIFUSOR (16) CERCA DEL IMPULSOR Y PUEDE TENER DOS PARTES ESCALONADAS (36, 38). SE PUEDE SITUAR EL IMPULSOR DENTRO DE UNA PIEZA TUBULAR (46), PROLONGARSE SOBRE LA MISMA Y TERMINAR DEBAJO DEL CABEZAL.

Description

Turbo aireador.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo de aireación para el tratamiento de fluido por aireación. Más particularmente, la presente invención se refiere a un aparato de aireación de alta eficiencia que tiene bombeo de fluido y actuación aireación / oxigenación mejorados.

Los procesos de aireación son utilizados en el tratamiento de fluido para el fin de mezclar e incrementar el contenido del oxígeno disuelto (DO) del fluido. Cuando se utiliza en un proceso de lodo aeróbico o activado de tratamiento de aguas residuales, las bacterias y otros microorganismos son suministrados con oxígeno disuelto para romper la materia orgánica dentro del agua residual. En otras aplicaciones, los procesos de aireación son utilizados en el tratamiento del agua para cumplir los requerimientos del oxígeno disuelto para mantener la vida de los peces y otros organismos acuáticos.

Los dispositivos de aireación mecánicos agitan el agua para promover la solución de aire desde la atmósfera en el agua. Los dispositivos de aireación superficiales mecánicos incluyen un motor soportado con flotación acoplado a una hélice sumergida. La hélice agita el agua para arrastrar el aire en el agua mejorando el contenido de oxígeno disuelto en el agua.

Son conocidos los aparatos de aireación utilizados para incrementar el contenido de oxígeno disuelto de varias substancias. La Patente de los Estados Unidos Nº 4.318.871 a nombre de Mentz sugiere un aparato de aireación superficial. El dispositivo de aireación superficial incluye generalmente un motor montado sobre una estructura flotante. El motor acciona un árbol acoplado a una rueda de paletas o hélice situada dentro de un tubo que se extiende por debajo del flotador. En funcionamiento, a medida que gira la hélice, el agua residual es aspirada a través del tubo y guiada hacia fuera por el difusor colocado por encima del flotador.

Haegeman, Patente de los Estados Nº 4.540.528 sugiere un aparato para mezclar gas y líquido. El aparato incluye un motor montado sobre una estructura de flotador. Una carcasa se extiende por debajo de la estructura del flotador. Una hélice que tiene una cabeza de difusor de rotación, compuesta de paletas curvadas o acampanadas que se extienden hacia fuera, está conectada al árbol del motor, y se extiende parcialmente en la carcasa. En funcionamiento, a medida que la hélice gira, el agua es aspirada hacia arriba y se lanza hacia fuera por las paletas acampanadas de la hélice.

Los aparatos conocidos no difunden adecuadamente el fluido en las corrientes o gotitas para oxigenación óptima del fluido, para llevar al máximo el contenido de oxígeno disuelto del fluido durante el tratamiento. Es muy deseable tener un dispositivo de aireación superficial con capacidades de bombeo eficientes. Adicionalmente, es muy deseable tener un dispositivo de aireación superficial que proporcione la máxima exposición de corrientes de agua o gotitas con aire atmosférico para incrementar el contenido de oxígeno disuelto en el agua.

Resumen de la invención

La presente invención es un aparato para el bombeo y la aireación eficiente de un fluido de acuerdo con la reivindicación 1. La presente invención es para uso en los procesos de tratamientos para mejorar el contenido oxígeno disuelto dentro del fluido. La región curvada puede formarse integral con la región escalonada.

Alternativamente, la región curvada puede ser sustituible, y formada separada de la región escalonada. La hélice puede ser una hélice con tornillo. En una forma de realización, el árbol se extiende a través de la cabeza del difusor, y la hélice comienza en un lugar próximo a la cabeza del difusor. La presente invención puede incluir adicionalmente un miembro tubular. La paleta de la hélice puede incluir un primer extremo y un segundo extremo, donde el segundo extremo se extiende en el miembro tubular.

Breve descripción de los dibujos

Muchas de las ventajas relacionadas de la presente invención se apreciarán fácilmente como se entiende mejor por referencia a la siguiente descripción detallada cuando se considera en conexión con los dibujos que se acompañan, en los que los números de referencia similares designan partes similares a lo largo de sus figuras, y donde:

La figura 1 es una vista en alzado que muestra una forma de realización del aparato de aireación de acuerdo con la presente invención.

La figura 2 es una vista en alzado parcial ampliada que muestra la porción inferior del aparato de aireación de la figura 1.

La figura 3 es una vista en alzado que muestra el aparato de aireación de la figura 1 en funcionamiento.

La figura 4 es una vista superior que muestra el aparato de aireación de la figura 1 en funcionamiento.

La figura 5 es una vista en alzado, parcial, ampliada que muestra una forma de realización alternativa de la cabeza del difusor de acuerdo con la presente invención.

Descripción detallada de las formas de realización preferidas

La figura 1 muestra un aparato de aireación de acuerdo con la presente invención mostrado generalmente con 10. El aparato de aireación 10 es un dispositivo de aireación u oxigenador utilizados para la mezcla eficiente de aire con un fluido en un sistema de tratamiento de fluido.

En una forma de realización, el aparato de aireación 10 es un dispositivo de aireación superficial en el tratamiento de agua para el fin de mezclar e incrementar el contenido de oxígeno disuelto del agua. El aparato de aireación 10 incluye generalmente una unidad de potencia o motor 12 soportado por el sistema de soporte o el sistema de flotador 14. Una cabeza de difusor 16 se encuentra colocada de forma escalonada entre el sistema de flotador 14 y el motor 12. Un árbol giratorio 18 se extiende a través de la cabeza del difusor 16 desde el motor 1. El árbol del motor 18 se extiende por debajo de la cabeza del difusor 16 y está acoplado próximo a su extremo al sistema de hélice 20.

Con referencia a la figura 2, una vista en alzado ampliada de la porción inferior del aparato de aireación 10 se muestra con 22. En una forma de realización, el motor 12 incluye una pestaña 24 situada próxima a su extremo inferior. El motor 12 está acoplado a la cabeza del difusor 16 en la pestaña 24 utilizando las conexiones del perno 26.

La cabeza del difusor 16 (mostrada en sección transversal) se coloca alrededor del árbol 18 y se mantiene estacionaria con respecto al motor 12 y/o al sistema de flotador 14. La cabeza del difusor 16 está acoplada al sistema de flotador 14, indicado con 26. En una forma de realización, la cabeza del difusor 16 puede incluir la abertura central 27 para que el árbol del motor 18 pase a través de ella. Una junta de sellado de salida radial 29 sella la cabeza del difusor 16 al árbol del motor 18.

Para una atomización eficiente del fluido, la cabeza del difusor 16 es una cabeza de difusor escalonada, e incluye una superficie superior generalmente plana 28 y una superficie inferior escalonada 30. La superficie inferior 30 incluye una porción curvada 32 y porción escalonada 34. La porción curvada 32 comienza en el extremo inferior 35 (árbol adyacente situado 28) que se extiende radialmente desde el eje longitudinal central hacia fuera y hacia arriba, curvando suavemente a la porción escalonada 34. En una forma de realización, la porción escalonada 34 incluye primera etapa 36 y segunda etapa 38. La primera etapa 36 es una muesca circunferencial generalmente plana localizada entre la porción curvada 32 y la segunda etapa 38, y generalmente concéntrica alrededor del árbol 18. De manera similar, la segunda etapa 38 es una muesca circunferencial generalmente plana situada adyacente a la primera etapa 36 a lo largo del borde exterior 40 de la cabeza del difusor 16, y generalmente concéntrica alrededor del árbol 18.

En una forma de realización, el bastidor del sistema de flotador 42 es un bastidor metálico, que esta formado preferentemente de un material resistente a la corrosión, tal como aluminio, acero inoxidable, o una aleación de aluminio. Se reconoce también que el bastidor 42 puede ser un bastidor no metálico. El bastidor 42 incluye porción central del bastidor 41 y extensión circunferencial del bastidor 43. Una espuma 44 está situada dentro de la extensión 43 para proporcionar flotabilidad al sistema de flotador 14.

Un tubo de aspiración 46 está acoplado al bastidor 42. El tubo de aspiración 46 (mostrado en vista en sección transversal) es un miembro generalmente tubular, que se extiende a través del centro del sistema de flotador 14. En una forma de realización, el tubo de aspiración 46 se extiende desde un borde superior del sistema de flotador 14 hasta un lugar debajo del sistema de flotador 14. En una forma de realización, el tubo de aspiración 46 es metálico y se forma de acero. Una pestaña circunferencial 48 está situada en el borde inferior del tubo de aspiración 46. La pestaña 48 se extiende hacia fuera desde la superficie exterior del tubo de aspiración 46. Aunque el tubo de aspiración 46 tiene preferentemente un diámetro interior generalmente uniforme, se reconoce que el tubo de aspiración 46 puede incrementarse hasta un diámetro interior más grande en su borde inferior.

El sistema de hélice 20 está colocado dentro del tubo de aspiración 46. El sistema de hélice 20 está acoplado al árbol del motor 18 para rotación alrededor de su eje longitudinal. El sistema de hélice 20 incluye generalmente una paleta de la hélice 50 que se extiende alrededor del árbol de la hélice 52. En una forma de realización, el extremo superior 54 está situado próximo al extremo inferior de la cabeza del difusor 35 y s extiende por encima del sistema de flotador 14 y/o el tubo de aspiración 46. El extremo inferior 56 del sistema de hélice 20 está situado próximo al extremo inferior del tubo de aspiración 46 (o la pestaña 48). El extremo inferior 56 puede extenderse por debajo del sistema de flotador 14.

A medida que la paleta de la hélice se extiende hacia arriba desde el extremo inferior 56 del árbol de la hélice 52, la paleta de la hélice 50 tiene un diámetro exterior generalmente constante para permitir que la paleta de la hélice 50 se coloque de forma móvil dentro de la garganta 46. El diámetro interior de la garganta 46 puede ser también constante, y ligeramente mayor que el diámetro de la paleta 50. En una forma de realización, el sistema de hélice 20 incluye una hélice de tornillo que tiene un paso constante entre el extremo superior 54 y el extremo inferior 56. El paso varía de acuerdo con los caballos de potencia.

Haciendo referencia a la figura 3, el aparato de aireación 10 se muestra en funcionamiento (en la figura 3, se han omitido para mayor claridad varios números de elementos). En la forma de realización mostrada, el aparato de aireación 10 es accionado como un dispositivo de aireación de superficie para mejorar el contenido de oxígeno disuelto en un fluido. El aparato de aireación 10 flota sobre la superficie de fluido (o agua) 58, soportado por el sistema de flotador 14. El motor 12 está acoplado a un sistema de control (no mostrado) para la activación selectiva del aparato de aireación 10.

Para realizar un proceso de aireación, el motor 12 es activado para hacer girar el árbol del motor 18. Un árbol del motor 18 gira, el sistema de la hélice 20, que está acoplado al árbol 18, gira alrededor de su eje longitudinal dentro del tubo de aspiración 46. A medida que el sistema de hélice 20 gira alrededor de su eje longitudinal que se extiende a través del tubo de aspiración 46, se aspira el agua (o succiona) hacia arriba dentro del tubo del árbol 46 en la pestaña 48, indicada por las flechas de dirección 59.

Después de alcanzar la paleta de la hélice 50, el agua es bombeada hacia arriba a través del tubo de aspiración 46 a una velocidad relativamente alta. El único diseño del sistema de hélice 20 de acuerdo con la presente invención proporciona el bombeo eficiente de agua mejorado 58 por encima a través del tubo de aspiración 46. La paleta de la hélice 50 circula el agua 58 hacia arriba hasta que alcanza el extremo superior 54, donde es dispersada y guiada hacia arriba y guiada hacia fuera radialmente en el extremo superior 54 por la cabeza del difusor estacionaria 16.

La cabeza del difusor 16 funciona para romper o atomizar el agua 58 en gotitas y las corrientes de atomización 60 para llevar al máximo la solución del aire atmosférico con agua 58. Por consiguiente, este proceso incrementa el contenido de agua con oxígeno disuelto 58.

En una forma de realización preferida, el sistema de hélice 20 lanza violentamente el agua 58 contra la superficie inferior 30 para atomización del agua 58, indicada por la nube de agua / nube de atomización turbulentas 62. A medida que el agua 58 es lanzada contra la porción curvada 32, en la primera etapa 36 y la segunda etapa 38 (indicadas por las flechas de dirección 61) el agua 58 se rompe en gotitas y corrientes de agua 60, mostrado como nube de atomización. Adicionalmente, los bordes de la porción curvada 32, primera etapa 36, y la segunda etapa 38 permiten una atomización y turbulencia mejoradas dentro de la nube 62 para la dispersión de agua 58 en gotitas y corrientes de agua 60.

Con referencia a la figura 4, puesto que la paleta de la hélice 50 se extiende por encima del sistema de flotador 14, próximo a la cabeza del difusor 16, el agua 58 se lanza contra la cabeza del difusor 16 para formar la nube 62, y continúa en una trayectoria hacia fuera sobre el sistema de flotador 14 de nuevo dentro del agua 58 (indicado con 63).

El diseño único del sistema de hélice 20 permite el bombeo eficiente del agua 58 dentro del aparato de aireación 10. Adicionalmente, el diseño único del aparato de aireación 10 permite la aireación y la oxigenación eficientes del agua 58 por la rotura del agua 58 en gotitas y corrientes para mezclar el agua con aire, mejorando el contenido de oxígeno disuelto del agua 58.

Haciendo referencia a la figura 5, se muestra otra forma de realización de la presente invención. La porción curvada 32 y la porción escalonada 34 de la cabeza del difusor 16 están formadas en dos partes separadas. La porción curvada 32 es conectada de forma separable (por ejemplo, por una conexión con pernos, como se muestra) al lado inferior de la porción escalonada 34. Con esta forma de realización, la porción curvada 32 es sustituible, y puede cambiarse por otra porción curvada si se requiere durante el mantenimiento del aparato de aireación 10. La porción curvada 32 puede cambiarse por una porción curvada configurada de forma diferente 32. En una forma de realización, la porción curvada 32 es sustituida aflojando los pernos 66, y es retirada. Se coloca una segunda porción curvada 32 colocada debajo de la porción escalonada 34 y el saliente sellado contra el árbol 18. Los pernos 66 son apretados girados, asegurando fijamente la porción curvada 32 contra el lado inferior de la porción escalonada 34.

Se entenderá que esta descripción es, en muchos aspectos, solamente ilustrativa. Pueden realizarse cambios en los detalles, particularmente en cuestiones de configuración, tamaño, material, y disposición de las piezas, sin exceder el alcance de la invención. Por consiguiente, el alcance de la invención es como se define en el lenguaje de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (9)

1. Un aparato para uso en aireación de un fluido, comprendiendo el aparato:

una unidad de potencia (12) que tiene un árbol giratorio (18); y

una hélice (20) acoplada al árbol, teniendo dicha hélice una paleta de hélice (50) con un diámetro exterior generalmente uniforme;

caracterizado porque comprende

una cabeza de difusor estacionaria (16) colocada adyacente a la hélice, donde la hélice es giratoria con respecto a la cabeza del difusor, donde la cabeza del difusor incluye una región curvada (32) y una región escalonada (34), y donde la región escalonada incluye una primera etapa (36) y una segunda etapa (38).

2. El aparato de la reivindicación 1, donde la región curvada de la cabeza del difusor está conectada de forma separable a la región escalonada.

3. El aparato de la reivindicación 1, donde la hélice es una hélice de tornillo.

4. El aparato de la reivindicación 1, donde el árbol se extiende a través de la cabeza del difusor, y la paleta de la hélice comienza en un lugar por debajo de la cabeza del difusor.

5. El aparato de la reivindicación 1, que incluye adicionalmente:

un miembro tubular (46) que tiene un extremo superior y un extremo inferior; y

la paleta de la hélice incluye un primer extremo (54) y un segundo extremo (56), el primer extremo colocado subyacente a la cabeza del difusor, el segundo extremo colocado dentro del miembro tubular.

6. El aparato de la reivindicación 5, donde el primer extremo de la paleta de la hélice se extiende por encima del extremo superior del miembro tubular.

7. El aparato de la reivindicación 1, que incluye adicionalmente una estructura de soporte acopada a la unidad de potencia.

8. El aparato de la reivindicación 7, donde la estructura de soporte es un sistema de flotador (14).

9. El aparato de la reivindicación 1, donde la unidad de potencia es un motor.