ITGE20100051A1 - Ossigenatore ad accelerazione di massa per depurazione ad alimentazione autonoma. - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
OSSIGENERATORE AD ACCELLERAZIONE DI MASSA PER DEPURATORI AD ALIMENTAZIONE AUTONOMA
La macchina in oggetto, in sintesi, da soluzione a diversi problemi che riguardano la depurazione delle acque, e, in specie, nella fase finale: quella cioè aerobica.
Dopo aver proceduto con la parte anaerobica, cioè in assenza di ossigeno, occorre miscelare nel liquame semidepurato la più grande quantità di ossigeno possibile, agitare al meglio il liquame stesso e, eventualmente, aumentarne la temperatura. E tutto ciò dovrebbe compiersi al più basso costo di esercizio possibile. Ora per ossigenare in modo efficace una massa liquida occorre chiaramente prelevare tale elemento attivo, e in una cospicua quantità, dataria. Tale flusso di aria dovrebbe necessariamente, attraverso potenti compressori, essere immesso ad altissima pressione nel liquido. E tutto ciò dovrebbe avvenire in modo continuo 24 ore su 24.
Come si può certamente intuire ciò implica grande assorbimento di energia, tempo, macchine e manutenzione per le stesse e, soprattutto, altra energia ancora.
Il presente ossigenatore ad accelerazione di massa con
turbina ad auto alimentazione, risolve in modo ottimale
tale insieme di problematiche.
Attraverso il condotto primario (20; tav. 3) l'acqua da depurare (10) passa per gravità dalla vasca grande (23) attraverso una volano-turbina (tipo A tavola 1, tipo B1 tavola 8) dove la pressione per il salto tra le due vasche (23 e 7; tav.3) comincia a muovere la volano turbina. Due o più motori elettrici(4; tav.2-3) assicurano la portata a regime (1.000/1.500 rpm) necessaria a far entrare il sistema in positivo. L'acqua stessa, infatti, costretta a passare ad alta pressione per forza centrifuga, spinge la turbina ben oltre la forza che viene dai motori, e supera attriti forza cinetica e altre forze contrastanti.
Collegato con l'asse del volano-turbina vi sarà un sistema a trasmissione idraulica (3; tav.2) che metterà in rotazione un generatore di corrente elettrica (6; tav.3).
Il volano turbina è prefigurato in due tipologie costruttive: A e B; dato che in questo modo si assecondano tutte le varie esigenze dovute a condizioni particolari in cui potrebbe essere chiamato ad operare il sistema.
L'energia elettrica prodotta può essere consumate in loco dall'impianto e, per le eccedenze, essere venduta al gestore della rete. Ciò contribuirà al sostentamento finanziario di tutta la struttura depurativa, o almeno farà calare notevolmente i costi di gestione di tale servizio.
Nell'uscire dai condotti deflesso, e ad una certa velocità, il liquido stesso darà in proporzione alla forza centrifuga creatasi una spinta ulteriore alla rotazione. Se non ci fossero dei sistemi di limitazione (33; tav.9 e 27b; tav 6) tale movimento aumenterebbe sempre più, fino a danneggiare lo stesso volano-turbina. Per tale ragione si sono adottati diversi sistemi di limitazione di flusso.
Il primo sistema è dato da due tappi in acciaio contrapposti che occludono un condotto di aspirazione deN'aria (33; tav. 9). Essi saranno regolati in modo che la forza centrifuga una volta superati i 2.500 rpm li allontanerà dall'asse facendo così penetrare aria direttamente nell'anima ruotante (18; tav.7), ciò depressurizza il flusso del liquido interno; a questo punto la rotazione diminuisce. Ma diminuendo eccessivamente la rotazione ( scendendo cioè al di sotto di 2.500 giri) i tappi si riaccostano e il flusso del liquido riprende a pieno regime.
Il secondo sistema di limitazione è anche alla base dell'azione stessa di ossigenazione del liquido: la grande depressione all'imbocco di aspirazione dell'anima cava (18; tav 6) succhierà attraverso una condotta (28a) collegata con l'esterno tutta l'aria che si riterrà opportuno immettere all'interno del liquame, mentre attraverso 28b sarà pompata aria compressa automaticamente se la
turbina supera i 2.400 rpm, ( secondo sistema di sicurezza) in questo modo farà scendere enormemente il peso specifico del fluido all'interno e la velocità di rotazione si abbasserà al di sotto del limite imposto.
In questo modo è garantito al sistema ruotante di non superare mai i 2.400/2.500 rpm; infine la trasmissione idraulica (3; tav 2) con i suoi regolatori collegati al quadro elettrico del generatore (6; tav.3) permetterà di fornire l'esatto numero di giri opportuni allo stesso per la produzione di corrente.
Per la stabilità del rotore (volano-turbina) l'asse è tenuto da due serie di tre cuscinetti a sfere (11; tav 7), essi saranno ben fissati ad una struttura portante in ferro (12; tav 7). I cuscinetti in acciaio non toccheranno direttamente l'asse di acciaio ma saranno foderati da materiali sintetici elastici (13, tav.7), di opportuno spessore e ad alta resistenza. In futuro si potranno usare cuscinetti magnetici.
Tale espediente è necessario per assorbire le eventuali vibrazioni e limitare l'usura delle parti metalliche.
Sempre sul volano-turbina, ad una certa distanza dai condotti deflessi d'uscita, ci saranno ulteriori sagomature (15; tav 4, A - 34; tav 8,B) che spingeranno verso il basso il flusso accelerato; tale espediente farà alzare (17; tav.2) tutta la struttura ruotante di 3 o 4 CITI, tanto che essa continuerà a ruotare sganciata dalle corone
dell'ingranaggio d'innesco (21; tav.2) dei motori (4; tav.2).
Da come è evidenziato nelle tavole 3 e 5 il liquido già precedentemente trattato nella fase anaerobica viene raccolto nella prima vasca (23; tav.3); da essa
attraversando il valano-turbina per mezzo dei condotti sagomati, letteralmente sparato ad alta velocità dalla turbina stessa, viene deviato da una campana in acciaio verso il basso, (24; tav.2 -7) nella vasca centrale (7; tav 3). Infine dalla stessa il liquido cade nella terza vasca (25;tav.3).
A questo punto del processo il liquido che ha trattenuto
maggiormente aria sarà in superficie, e viene mandato in
irrigazione diretta (26; tav.s) o altra destinazione, il restante sarà certamente più pesante e sarà di nuovo immesso nella prima vasca attraverso una (o più) potente pompa sommersa (27; tav.3).
A questo punto, a puro titolo di esempio, daremo un saggio del calcolo alla base dell'incremento energetico nel sistema per la Forza centrifuga: - la massa (m) è data dal liquame che circola nei tubi (es. numero dei condotti 6) della turbina centrifuga, circa 3,90 litri = 3,90 Kg; - la velocità (V) dipende dalla rotazione raggiunta: a 2.400 giri al minuto nella parte baricentrica di una turbina di 0,75 metri di diametro esterno è data da:
0,375 x 3,14 per 2.400 x 60/1.000 = 169,56 Km/h.
- il raggio medio (rm) nell'esempio proposto e di circa 0,225 m.
Fc = 3.923,00 kg/m
con effettivi Nm in gioco nel presente sistema: 3.923,00 Kg x 0,375<A>2 = 551 kg/m<A>2 = (x 9,41) Nm 5.184,00, circa.
Ε' chiaro che da questo calcolo teorico, considerando gli attriti, la diminuizione di potenza per la trasmissione idraulòica ecc. possiamo giungere al massimo ad 1/3 / 1/4 dei NM di partenza: 5.184,00 / 4 = circa 1.200. Un generatore asincrono da 90 kWp, più che sufficiente per una piccola centrale di depurazione ad alta efficienza, ha bisogno di 600/700 NM per attivarsi; quindi siamo perfettamente nelle condizioni necessarie per la produzione di energia elettrica.
Il calore di cui si è parlato sarà generato per attrito attraverso il passaggio forzato del liquido nelle turbine, e comunque ristagnerà per un certo tempo nel bacino che ospita tale turbina; quello prodotto dalla trasmissione idraulica stessa; che attraverso scambiatori opportuni sarà immesso nella massa liquida da depurare.
Per accelerare abbondantemente il processo all'interno del liquame, non meno utile è la pressione che il volanoturbina imprime a tutto il liquido nella vasca centrale (7; tav.3).
Inoltre avendo a questo punto tutta l'energia elettrica che ci occorre, in fase finale, all'uscita della terza vasca (25), si possono adottare anche potenti sorgenti ben schermate di raggi ultravioletti.
Occorre anche specificare che l'innalzamento e abbassamento dell'asse semi cavo è regolato da due cuscinetti (31; tav.7) contrapposti all'asse stesso che garantiscono il non ritorno del sistema sugli ingranaggi dei motori. Se la rotazione, per qualsiasi motivo, va in blocco totalmente tutto il processo riparte da zero a motori fermi attraverso un quadro di comando computerizzato.

Claims (3)

  1. RIVENDICAZIONI Le rivendicazioni riguardano : 1) IL VOLANO-TURBINA NELLA TIPOLOGIA A E B. Essi creano attraverso la Forza Centrifiga una spinta che, ben controllata, permette di avere sovrabbondanza di energia rispetto a quella immessa e compiere, contemporaneamente, azione di pressurizzazione, ossigenazione, riscaldamento ed auto-elevazione di tutta la massa rotante.
  2. 2) L'INTERA CONFIGURAZIONE DEL VOLANO TURBINA CON LA CALOTTA DEFLETTRICE, I SITEMI DI LIMITAZIONE DI FLUSSO, I MOTORI E LA TRASMISSIONE IDRAULICA e i cuscinetti di regolazione: una volta sollevato il corpo rotante essi ne impediscono la discesa al rallentare del movimento del rotore. Infatti la turbina è capace di sollevarsi compensando totalmente il proprio peso e lavorare praticamente sospesa diminuendo di molto attriti e logorio delle parti in rotazione.
  3. 3) IL SISTEMA DI LIMITAZIONE DELLA VELOCITA' DI ROTAZIONE A MORSA CON SFERE. La stessa forza centrifuga vincendo la spinta delle molle di acciaio fa distanziare le sfere dai fori d'ingresso al canale interno e facendone affluire aria limita la velocità di rotazione.
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