PL223943B1 - Dezintegrator kawitacyjny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest dezintegrator kawitacyjny przeznaczony do dezintegracji osadów ściekowych.

Biologiczne usuwanie związków biogennych metodą osadu czynnego powoduje zmniejszenie stosunku biologicznego do chemicznego zapotrzebowania tlenu w osadach nadmiernych. Osady zaadaptowane do życia w zmiennych warunkach tlenowych i beztlenowych panujących w komorach osadu czynnego charakteryzują się słabą podatnością na rozkład biologiczny w dalszych stadiach przeróbki. Dezintegracja osadów ściekowych ma doprowadzić do zniszczenia błon komórkowych m ikroorganizmów tworzących osad i lizy ich komórek. Organiczne składniki komórek osadu uwolnione do roztworu stają się dostępne jako substrat pokarmowy dla żywej biomasy heterotroficznej na następujących po dezintegracji fazach przeróbki osadów. Efektywność biodegradacji wzrasta wraz ze stopniem rozdrobnienia kłaczków osadu nadmiernego i wzrostem stężenia substancji organicznych w fazie rozpuszczonej. Dezintegracja wpływa m.in. na skrócenie czasu fermentacji, zwiększenie produkcji biogazu, redukcję części organicznych w osadach przefermentowanych skutkującą lepszą odwadnia lnością osadów oraz zmniejszeniem ilości wytwarzanych osadów. Do dezintegracji osadów wymagana jest dodatkowa energia, którą można doprowadzić do układu wykorzystując m.in. metody mechanic zne, termiczne, ciśnieniowe i chemiczne. Wymienione metody różnią się sposobem doprowadzenia energii do osadów. Do dezintegracji osadów ściekowych można wykorzystać zjawisko kawitacji. Energia do dezintegracji komórek osadu jest generowana w czasie implozji pęcherzyków kawitacyjnych. Zapadaniu się pęcherzyków kawitacyjnych towarzyszą fala ciśnieniowa i oddziaływanie termiczne. Zjawisko kawitacji można wykorzystać do dezintegracji w przypadku wygenerowania obłoku kawitacyjnego, którego oddziaływanie powiela efekt oddziaływania pojedynczego pęcherzyka.

W zgłoszeniu patentowym PL387430 opisany jest wirnik wielofunkcyjny do kawitacyjnej obróbki mediów płynnych osadzony na wirującym wale napędowym. Wirnik jest zespolony z tarcz pomocniczych, dolnej i górnej i walca głównego osadzonego między tarczami. Wirnik zawiera w swoim wnętrzu wydrążone komory robocze, rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu okręgach, oraz kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium na skutek działania siły odśrodkowej od otworów napływowych do otworów wypływowych. Podczas pracy wirnik jest zanurzony w zbiorniku z zanurzoną cieczą. Otwory napływowe są wykonane w tarczy dolnej a otwory wypływowe są wykonane w tarczy górnej. W przypadku zastosowania wirnika do dezintegracji osadów, zanurzenie wirnika powoduje zwiększone opory tarcia o osady ściekowe oraz zwiększone zużycie energii. Ponadto konstrukcja wirnika nie zapewnia wysokiego współczynnika dezintegracji osadów, co może wymagać kilkukrotnego przepływu osadu przez komorę roboczą lub konieczność stosowania zestawu wirników rozbudowanego w układzie szeregowym lub równoległym.

Dezintegrator kawitacyjny, złożony z przepływowego zbiornika i wirnika osadzonego na wale napędowym, który to wirnik zawiera komory robocze wydrążone w walcowym korpusie, rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu wirnika okręgach pomiędzy tarczą górną i tarczą dolną, które to komory mają na wlocie otwory napływowe a na wylocie otwory wyrzutowe, tworzące wraz z komorami roboczymi kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium na skutek działania siły odśrodkowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że poniżej tarczy dolnej jest zamocowany dekiel, do którego jest zamocowana od dołu pompa ślimakowa usytuowana w osi wirnika, przy czym tarcza dolna przesłania częściowo komory robocze, tworząc kanał komunikacyjny z otworami napływowymi, komory robocze są zamknięte od góry tarczą górną, zaś otwory wyrzutowe są wykonane na obwodzie górnej części korpusu wirnika w jednakowej odległości względem osi wirnika, a ponadto wirnik jest usytuowany powyżej poziomu cieczy w zbiorniku.

Korzystnym jest, jeżeli króciec wylotowy zbiornika ma dolną krawędź otworu wylotowego usytuowaną poniżej tarczy dolnej i dekla, zaś króciec wlotowy jest usytuowany poniżej króćca wylotowego.

Korzystnym jest, jeżeli na wysokości otworów wyrzutowych do wewnętrznej ścianki zbiornika są przymocowane łopatki.

Korzystnym jest, jeżeli komory robocze stanowią walcowe wybrania usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

Korzystnym jest, jeżeli komory robocze stanowią owalne wybrania usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

Korzystnym jest, jeżeli komory robocze stanowią sektorowe wybrania usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

PL 223 943 B1

Inny dezintegrator kawitacyjny, złożony z przepływowego zbiornika i wirnika osadzonego na wale napędowym, który to wirnik zawiera komory robocze wydrążone w walcowym korpusie, rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu wirnika okręgach pomiędzy tarczą górną i tarczą dolną, które to komory mają na wlocie otwory napływowe a na wylocie otwory wyrzutowe, tworzące wraz z komorami roboczymi kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium na skutek działania siły odśrodkowej, według wynalazku charakteryzuje się tym, że poniżej tarczy dolnej jest zamocowany dekiel, do którego jest zamocowana od dołu pompa ślimak owa usytuowana w osi wirnika, przy czym tarcza dolna przesłania częściowo komory robocze, tworząc kanał komunikacyjny z otworami napływowymi, komory robocze są częściowo przesłonięte od góry tarczą górną, tworząc kanał komunikacyjny z otworami wyrzutowymi (8) usytuowanymi w górnej części korpusu wirnika w jednakowej odległości względem osi wirnika, a ponadto wirnik jest usytuowany pow yżej poziomu cieczy w zbiorniku.

W tym wykonaniu dezintegratora korzystnym jest, jeżeli króciec wylotowy zbiornika ma dolną krawędź otworu wylotowego usytuowaną poniżej tarczy dolnej i dekla, zaś króciec wlotowy jest usyt uowany poniżej króćca wylotowego.

Korzystnym jest także, jeżeli na wysokości otworów wyrzutowych do wewnętrznej ścianki zbiornika są przymocowane łopatki.

Korzystnym jest także, jeżeli komory robocze stanowią walcowe wybrania usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

Korzystnym jest także, jeżeli komory robocze stanowią owalne wybrania usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

Korzystnym jest także, jeżeli komory robocze stanowią sektorowe wybrania usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

W rozwiązaniu według wynalazku uzyskano wysoki stopień dezintegracji osadów poprzez zwiększenie efektu kawitacji w wyniku uzyskania znacznej różnicy ciśnień pomiędzy strefami najdalszymi i najbliższymi kanałów komunikacyjnych w stosunku do osi obrotu wirnika. Różnica ciśnień w tych strefach zależy od prędkości obrotowej wirnika i średnicy oraz rozmiarów geometrycznych otworów szczególnie ich rozpiętości w stosunku do osi obrotów. Ponadto dzięki usytuowaniu wirnika powyżej lustra osadu płynnego uzyskano zmniejszenie zużycia energii.

Rozwiązanie według wynalazku jest pokazane w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dezintegrator kawitacyjny w przekroju poprzecznym, fig. 2 przedstawia widok korpusu wirnika z walcowymi komorami roboczymi w widoku z góry, fig. 3 przedstawia widok korpusu wirnika z owalnymi komorami roboczymi w widoku z góry, fig. 4 przedstawia widok korpusu wirnika z sektorowymi komorami roboczymi w widoku z góry, a fig. 5 przedstawia korpus wirnika z otworem wyrzutowym wykonanym przez częściowe przesłonięcie komór tarczą górną w częściowym przekroju poprzecznym.

Jak przedstawiono na fig. 1, dezintegrator kawitacyjny składa się z wirnika z korpusem 5 w kształcie walca osadzonego na wale napędowym silnika 13. Korpus 5 wirnika zawiera w swoim wnętrzu wydrążone komory robocze 4 rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu okręgach pomiędzy tarczą górną 12 i tarczą dolną 7. Komory robocze mają na wlocie otwory napływowe a na wylocie otwory wyrzutowe 8, tworzące wraz z komorami roboczymi kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium na skutek działania siły odśrodkowej. W skład wirnika wchodzi tarcza górna 12 i tarcza dolna 7 oraz dekiel 6 usytuowany poniżej tarczy dolne 7, do którego jest zamocowana od dołu pompa ślimakowa 3 usytuowana w osi obrotu wirnika. Wirnik wraz z pompą ślimakową 3 jest umieszczony w zbiorniku 1 zaopatrzonym w króciec wlotowy 2 i króciec wylotowy 10. Dolna krawędź otworu króćca wylotowego 10 znajduje się na wysokości niższej od wysokości tarczy dolnej 7 i dekla 6 od dna zbiornika, przy czym króciec wylotowy 10 jest umies zczony powyżej króćca wlotowego 2. Dzięki temu wirnik jest wyniesiony ponad lustro osadów znajdujących się w zbiorniku 1, a w zanurzeniu pracuje tylko pompa ślimakowa 3 doprowadzająca osady płynne do komory objętościowej pomiędzy deklem 6 i tarczą dolną 7. Średnica tarczy dolnej 7 jest dobrana tak, że przesłania częściowo swoim obwodem wydrążone komory robocze 4, pozostawiając odsłonięty fragment komory najdalej oddalony od osi, przez który osady płynne są wprowadzane z komory objętościowej do komór roboczych 4. Na skraju górnej części komór roboczych 4 znajdują się otwory wyrzutowe 8 usytuowane na obwodzie korpusu 5. Otwory wyrzutowe 8 są osłonięte od góry tarczą górną 12 o średnicy większej od średnicy korpusu 5 wirnika. Komory robocze 4 mogą mieć kształt walcowy, utworzony przez walcowe wybrania 4a widoczne na fig. 2, kształt owalny utworzony przez owalne

PL 223 943 B1 wybrania 4b widoczne na fig. 3, albo kształt sektorowy utworzony przez sektorowe wybrania 4c widoczne na fig. 4, z dwiema ściankami usytuowanymi w płaszczyznach promieniowych wirnika. Jak przedstawiono na fig. 5, otwory wyrzutowe 8 mogą być wykonane poprzez częściowe przesłonięcie komór roboczych tarczą górną 12, tworząc w górnej części korpusu 5 wirnika kanał komunikacyjny z otworami wyrzutowymi 8 usytuowanymi w jednakowej odległości względem osi wirnika. Na wysokości otworów wyrzutowych 8 do wewnętrznej ścianki zbiornika 1 są przymocowane łopatki 9.

Osady ściekowe w postaci płynnej podawane są do zbiornika 1 poprzez króciec wlotowy 2 pompą zewnętrzną. Następnie są zasysane z wnętrza zbiornika 1 do komór roboczych 4 wirnika poprzez zintegrowaną z wirnikiem pompę ślimakową 3. Pompa ślimakowa 3, która jest zanurzona w znajdujących się w zbiorniku dezintegratora 1 osadach płynnych, jest elementem napełniającym komory robocze 4 w początkowym etapie pracy urządzenia. Po napełnieniu się komór roboczych 4 osady są przetłaczane przez te komory w sposób samoistny, a pompa ślimakowa 3 zaczyna pełnić rolę łącznika komór roboczych 4 z osadami zgromadzonymi w zbiorniku 1. Wirnik dezintegratora w yniesiony jest ponad lustro osadów znajdujących się w zbiorniku 1. Dzięki temu wirnik obraca się w środowisku w powietrzu nad lustrem osadów płynnych. Zmniejsza to opory ruchu wirnika w poró wnaniu ze stanem kiedy wirnik byłby zanurzony w osadach ściekowych. Elementem łączącym pompę ślimakową 3 z korpusem 5 wirnika jest dekiel 6. Osady ściekowe trafiają do komór roboczych 4 z objętości komory utworzonej pomiędzy deklem 6 a korpusem 5 poprzez tarczę dolną 7. Tarcza dolna 7 jest uformowana w taki sposób aby osady płynne wprowadzone były do komór roboczych 4 w części najbardziej oddalonej od osi obrotu wirnika. Osady po przejściu przez komory robocze 4 są następnie usuwane z wirnika z dużą prędkością poprzez otwory wyrzutowe 8 pod wpływem działania siły odśrodkowej. Osady opuszczające wirnik przez otwory wyrzutowe 8 posiadają dużą energię kinetyczną. W celu wykorzystania tej energii jako dodatkowego czynnika dezintegrującego, w pobliżu otworów wyrzutowych 8 przymocowane są do zbiornika 1 łopatki 9. Uderzanie osadów opuszczających wirnik o łopatki 9 podwyższa efekt dezintegracji. Łopatki dezintegrujące 9 doprowadzają do wyhamowania osadów, które następnie ściekają po ściankach zbiornika 1. Zdezintegrowane osady opuszczają urządzenie poprzez króciec wylotowy 10. Urządzenie dodatkowo wyposażone jest w uszczelniacz mechaniczny 11 typu labiryntowego, chroniący silnik elektryczny przed zawilgoceniem. Wirnik dezintegratora jest osadzony na wale silnika napędowego 13 wraz z pompą ślimakową 3, deklem 6, tarczą dolną 7 i tarczą górną 12.

Kawitacja, będąca czynnikiem sprawczym dezintegracji osadów jest wytwarzana w komorach roboczych 4 wirnika. Na przepływające osady ściekowe działa między innymi siła odśrodkowa wytwarzająca różnicę ciśnień pomiędzy strefami kanałów komunikacyjnych najdalszymi i najbliższymi w stosunku do osi obrotu wirnika. W strefach najdalszych od osi otworów ciśnienie jest najwyższe. Warunkiem umożliwiającym powstanie kawitacji jest uzyskanie w niskociśnieniowej strefie kanałów komunikacyjnych ciśnienia parowania wody przy dużej prędkości obrotowej wału silnika napędowego 13. Różnica ciśnień w strefach niskociśnieniowych i wysokociśnieniowych kanałów komunikacyjnych wirnika zależy od jego prędkości obrotowej oraz odpowiedniego doboru rozmiarów komór roboczych 4 i rozmiarów geometrycznych otworów wyrzutowych 8, szczególnie ich rozpiętości w stosunku do osi obrotu wirnika. Pęcherzyki kawitacyjne powstają w kanałach komunikacyjnych wirnika w strefie niski ego ciśnienia w przestrzeniach najbliższych osi obrotu wirnika a implozje w strefach wysokiego ciśnienia zredukowanego na skutek ich połączenia z otworami wyrzutowymi 8. Taka konstrukcja dezintegr atora zapewnia wysoki współczynnik dezintegracji osadów przy dużej wydajności urządzenia i zmniejszonym zużyciu energii elektrycznej. Dezintegrator według wynalazku nadaje się do stosowania w instalacjach osadów wstępnych, w ciągach recyrkulacji osadów nadmiernych, w ciągach osadów podawanych do fermentacji, w ciągach recyrkulacji osadów fermentowanych i w urządzeniach do odwadniania osadów.

Claims (12)

1. Dezintegrator kawitacyjny, złożony z przepływowego zbiornika i wirnika osadzonego na wale napędowym, który to wirnik zawiera komory robocze 4 wydrążone w walcowym korpusie, rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu wirnika okręgach pomiędzy tarczą górną i tarczą dolną, które to komory mają na wlocie otwory napływowe a na wylocie otwory wyrzutowe, tworzące wraz z komorami roboczymi kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane

PL 223 943 B1 medium na skutek działania siły odśrodkowej, znamienny tym, że poniżej tarczy dolnej (7) jest zamocowany dekiel (6), do którego jest zamocowana od dołu pompa ślimakowa (3) usytuowana w osi wirnika, przy czym tarcza dolna (7) przesłania częściowo komory robocze (4), tworząc kanał komunikacyjny z otworami napływowymi, komory robocze (4) są zamknięte od góry tarczą górną (12), zaś otwory wyrzutowe (8) są wykonane na obwodzie górnej części korpusu (5) wirnika w jednakowej odległości względem osi wirnika, a ponadto wirnik jest usytuowany powyżej poziomu cieczy w zbiorniku (1).

2. Dezintegrator według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec wylotowy (10) zbiornika (1) ma dolną krawędź otworu wylotowego usytuowaną poniżej tarczy dolnej (7) i dekla (6), zaś króciec wlotowy (2) jest usytuowany poniżej króćca wylotowego (10).

3. Dezintegrator według zastrz. 1, znamienny tym, że na wysokości otworów wyrzutowych (8) do wewnętrznej ścianki zbiornika (1) są przymocowane łopatki (9).

4. Dezintegrator według zastrz. 1, znamienny tym, że komory robocze (4) stanowią walcowe wybrania (4a) usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

5. Dezintegrator według zastrz. 1, znamienny tym, że komory robocze (4) stanowią owalne wybrania (4b) usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

6. Dezintegrator według zastrz. 1, znamienny tym, że komory robocze (4) stanowią sektorowe wybrania (4c) usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

7. Dezintegrator kawitacyjny, złożony z przepływowego zbiornika i wirnika osadzonego na wale napędowym, który to wirnik zawiera komory robocze wydrążone w walcowym korpusie, rozmieszczone symetrycznie na koncentrycznych względem osi obrotu wirnika okręgach pomiędzy tarczą górną i tarczą dolną, które to komory mają na wlocie otwory napływowe a na wylocie otwory wyrzutowe, tworzące wraz z komorami roboczymi kanały komunikacyjne, przez które przemieszcza się obrabiane medium na skutek działania siły odśrodkowej, znamienny tym, że poniżej tarczy dolnej (7) jest zamocowany dekiel (6), do którego jest zamocowana od dołu pompa ślimakowa (3) usytuowana w osi wirnika, przy czym tarcza dolna (7) przesłania częściowo komory robocze (4), tworząc kanał komunikacyjny z otworami napływowymi, komory robocze (4) są częściowo przesłonięte od góry tarczą górną (12), tworząc kanał komunikacyjny z otworami wyrzutowymi (8) usytuowanymi w górnej części korpusu (5) wirnika w jednakowej odległości względem osi wirnika, a ponadto wirnik jest usytuowany powyżej poziomu cieczy w zbiorniku (1).

8. Dezintegrator według zastrz. 7, znamienny tym, że króciec wylotowy (10) zbiornika (1) ma dolną krawędź otworu wylotowego usytuowaną poniżej tarczy dolnej (7) i dekla (6), zaś króciec wlot owy (2) jest usytuowany poniżej króćca wylotowego (10).

9. Dezintegrator według zastrz. 7, znamienny tym, że na wysokości otworów wyrzutowych (8) do wewnętrznej ścianki zbiornika (1) są przymocowane łopatki (9).

10. Dezintegrator według zastrz. 7, znamienny tym, że komory robocze (4) stanowią walcowe wybrania (4a) usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

11. Dezintegrator według zastrz. 7, znamienny tym, że komory robocze (4) stanowią owalne wybrania (4b) usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.

12. Dezintegrator według zastrz. 7, znamienny tym, że komory robocze (4) stanowią sektorowe wybrania (4c) usytuowane w jednakowej odległości od osi wirnika.