RU199941U1

RU199941U1 - Ejector aerator

Info

Publication number: RU199941U1
Application number: RU2019121515U
Authority: RU
Inventors: Алексей Валерьевич Москалев; Ариф Джамиль Оглы Алиев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Волгарь76»
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2020-09-29

Abstract

Эжекторный аэратор относится к технике для насыщения воды кислородом воздуха и может использоваться для аэрации, например, в системах очистки сточных вод или аэрации прудов. Техническим результатом является создание эжекторного аэратора, обеспечивающего интенсификацию процесса насыщения воды кислородом, достигается за счет конструкции, содержащей дренажный насос 5, соединенный с напорным трубопроводом 1, связанный с отводом 7, в котором обеспечен вход воздухозаборника 8 и выход на опускной трубопровод 3, который, далее, связан с установленной в придонной области форсункой 4, при этом воздухозаборник 8 представляет собой П-образный трубопровод, по крайней мере одна из оконцовок которого имеет срез под углом, примерно равным 45° (±10°) относительно оси трубки, диаметр трубопровода воздухозаборника 8 меньше, чем диаметр напорного трубопровода, как минимум в два раза; данный срез размещен внутри отвода 7 так, чтобы сторона трубки, имеющая образующую максимального размера, была обращена в сторону горизонтальной части напорного трубопровода 1, а нижний край среза располагается, примерно, на уровне внутренней нижней стенки горизонтальной части напорного трубопровода 1.The ejector aerator refers to a technique for saturating water with oxygen in the air and can be used for aeration, for example, in wastewater treatment systems or aeration of ponds. The technical result is the creation of an ejector aerator, providing an intensification of the process of saturating water with oxygen, is achieved due to a structure containing a drainage pump 5 connected to a pressure pipeline 1, connected to a branch 7, in which an inlet of an air intake 8 and an outlet to a lowering pipeline 3, which, further, it is connected to the nozzle 4 installed in the bottom area, while the air intake 8 is a U-shaped pipeline, at least one of the endings of which has a cut at an angle approximately equal to 45 ° (± 10 °) relative to the tube axis, the diameter of the air intake pipeline 8 is less than the diameter of the discharge pipeline, at least twice; This cut is located inside the branch 7 so that the side of the tube having the maximum generatrix faces the horizontal part of the pressure pipeline 1, and the lower edge of the cut is located approximately at the level of the inner lower wall of the horizontal part of the pressure pipeline 1.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к технике для насыщения воды кислородом воздуха и может использоваться для аэрации, например, в системах очистки сточных вод или аэрации прудов. The proposed utility model relates to a technique for saturating water with air oxygen and can be used for aeration, for example, in wastewater treatment systems or aeration of ponds.

Из уровня техники, а именно из изобретения «КОМПАКТНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД», патент RU 2015114, опубликован 30.06.1994 г. известен струйный аэратор, имеющий нижний сжатый выпуск и центральную всасывающую воздушную трубу. Данный аэратор снабжен вертикальными опускными трубами с отводами, обеспечивающими закручивание потока, а также напорным илопроводом для подачи активного ила в технологические емкости установки для очистки сточных вод. Также аэратор комплектуется реактивным распределителем на его нижнем конце, струйные аэраторы камеры аэрации снабжены присоединенными к нижним сжатым выпускам вертикальными опускными трубами с отводами на нижних их концах в виде колен, направленных в противоположные стороны для закручивания иловой смеси.From the prior art, namely from the invention "COMPACT INSTALLATION FOR CLEANING WASTE WATER", patent RU 2015114, published on June 30, 1994, a jet aerator is known having a lower compressed outlet and a central suction air pipe. This aerator is equipped with vertical downpipes with outlets to swirl the flow, as well as a pressure sludge line for supplying activated sludge to the process tanks of the wastewater treatment plant. Also, the aerator is equipped with a jet distributor at its lower end, the jet aerators of the aeration chamber are equipped with vertical downpipes connected to the lower compressed outlets with outlets at their lower ends in the form of elbows directed in opposite directions for twisting the sludge mixture.

Недостатком данной конструкции является открытый раструбный вход для подачи воздуха и низкая степень диспергирования воздуха на начальном этапе. Также, для эффективности данной конструкции необходимо обеспечивать довольно большую скорость прохода жидкой среды в месте смешения сред, что увеличивает стоимость и эксплуатационные расходы (дополнительное насосное оборудование и повышенный расход электроэнергии). The disadvantage of this design is the open bell mouth for air supply and the low degree of air dispersion at the initial stage. Also, for the effectiveness of this design, it is necessary to provide a fairly high speed of passage of the liquid medium in the place of mixing the media, which increases the cost and operating costs (additional pumping equipment and increased power consumption).

Известен струйный аэратор «Кольцевое сопло» («Системы аэрации сточных вод» Г.С. Попкович, Б.Н. Репин. Москва, Стройиздат 1986, стр. 97.), представляющий собой цилиндр, переходящий в нижней части в конус для выхода воды. Вода поступает через входной патрубок. По воздушной трубке, проходящей внутри аэратора почти до конца конусного сужения, эжектируется воздух за счет разрежения, образующегося при обтекании трубки струей воды. По данным ЦНИИ МПС, скорость протока воды в сжатом сечении принимается 8-10 м/с, степень разрежения 2-4 м вод. ст. Один объем воды захватывает 1,5-2 объема воздуха. Скорость движения водовоздушной струи на выходе из аэратора 10-12 м/с. Объем водовоздушной смеси увеличивается по сравнению с объемом поступающей воды на 40-50%. Known jet aerator "Ring nozzle" ("Wastewater aeration systems" GS Popkovich, BN Repin. Moscow, Stroyizdat 1986, p. 97.), which is a cylinder that passes at the bottom into a cone for water outlet ... Water enters through the inlet pipe. Air is ejected through the air tube, which runs inside the aerator almost to the end of the conical constriction, due to the rarefaction formed when a stream of water flows around the tube. According to the Central Research Institute of the Ministry of Railways, the water flow rate in the compressed section is taken to be 8-10 m / s, the degree of rarefaction is 2-4 m of water. Art. One volume of water captures 1.5-2 volumes of air. The speed of movement of the water-air jet at the outlet of the aerator is 10-12 m / s. The volume of the water-air mixture increases in comparison with the volume of the incoming water by 40-50%.

Недостатком данного аэратора является невозможность его применения для аэрации нижних слоев жидкости. Глубина аэрируемого слоя зависит от напора подаваемой жидкости и угла наклона струи. Значительная часть энергии струи тратится при пересечении границы сред (воздух-вода). При применении данного аэратора в емкостях со значительным столбом жидкостей, например, в аэротенках он показывает низкую эффективность. The disadvantage of this aerator is the impossibility of its use for aeration of the lower layers of liquid. The depth of the aerated layer depends on the pressure of the supplied liquid and the angle of inclination of the jet. A significant part of the energy of the jet is spent when crossing the boundary of the media (air-water). When this aerator is used in containers with a significant column of liquids, for example, in aeration tanks, it shows low efficiency.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.This technical solution was adopted as the closest analogue.

Технической задачей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков. Техническим результатом является создание эжекторного аэратора, обеспечивающего интенсификацию процесса насыщения воды кислородом. Интенсификация процесса обеспечивается за счет оригинальной конструкции аэратора, обеспечивающей создание турбулентного режима в используемой для рециркуляции, например, водно-иловой смеси насосной обвязке, сопровождаемой высокой степенью диспергирования за счет несимметричной конструкции камеры смешения (кавитирующее тело - внутренний конец воздухозаборника, вварен с одной стороны трубопровода) и поворота на угол, близкий к 90°, в нижней части опускного трубопровода также осуществляется поворот от 45° до 90°. The technical task of the utility model is to eliminate the above disadvantages. The technical result is the creation of an ejector aerator, providing intensification of the process of water saturation with oxygen. The intensification of the process is provided due to the original design of the aerator, which ensures the creation of a turbulent regime in the pump piping used for recirculation, for example, a water-sludge mixture, accompanied by a high degree of dispersion due to the asymmetric design of the mixing chamber (the cavitating body - the inner end of the air intake, is welded on one side of the pipeline ) and a turn by an angle close to 90 °, in the lower part of the lowering pipeline, a turn from 45 ° to 90 ° is also carried out.

Конструкция струйного аэратора, общий вид которого представлен на фигуре 1, содержит следующие элементы: The design of the jet aerator, the general view of which is shown in figure 1, contains the following elements:

1. Напорный трубопровод.1. Pressure pipeline.

2. Воздухозаборный узел.2. Air intake unit.

3. Опускной трубопровод.3. Downstream pipeline.

4. Форсунка.4. Nozzle.

5. Насос.5. Pump.

6. Делитель потока.6. Flow divider.

7. Отвод.7. Challenge.

8. Воздухозаборник.8. Air intake.

На данной фигуре представлен эжекторный аэратор, имеющий два воздухозаборника 8 и, соответственно, два воздухозаборных узла 2, два опускных трубопровода 3, две форсунки 4 и два отвода 7. Парность данных элементов обеспечивается наличием в конструкции делителя потока 6, который может разделить поток воды от насоса 5 на два и более потоков (на фигуре представлен делитель 6 на два потока), однако конструкция является полностью работоспособной и достигающей технического результата, и в случае отсутствия делителя потока 6 и, соответственно, отсутствия вторых воздухозаборного узла 2, опускного трубопровода 3, форсунки 4 и отвода 7.This figure shows an ejector aerator having two air intakes 8 and, accordingly, two air intakes 2, two downpipes 3, two nozzles 4 and two outlets 7. The pairing of these elements is ensured by the presence of a flow divider 6 in the design, which can separate the water flow from pump 5 into two or more streams (the figure shows a divider 6 into two streams), however, the design is fully operational and achieves a technical result, and in the absence of a stream divider 6 and, accordingly, the absence of a second air intake unit 2, a downpipe 3, a nozzle 4 and tap 7.

Дренажный насос 5 соединен, преимущественно посредством муфтового соединения, с напорным трубопроводом 1. Напорный трубопровод 1 далее, либо через делитель потока 6 (в схеме с разделением на несколько потоков), либо напрямую, связан с отводом 7, в котором также обеспечен вход воздухозаборника 8 и выход на опускной трубопровод 3, который, далее, связан с установленной в придонной области форсункой 4.The drainage pump 5 is connected, mainly by means of a coupling, to the pressure line 1. The pressure line 1 is further, either through a flow divider 6 (in a multi-stream scheme), or directly connected to the branch 7, in which the air intake 8 is also provided and an outlet to the lowering pipeline 3, which is further connected to the nozzle 4 installed in the bottom area.

Дренажный насос 5 может устанавливаться как в непосредственной близости от дна емкости, так и верхних горизонтах (на фигуре показано придонное расположение насоса) в зависимости от технологической необходимости.The drainage pump 5 can be installed both in the immediate vicinity of the bottom of the tank and in the upper horizons (the figure shows the bottom location of the pump), depending on the technological need.

Напорный трубопровод 1 своей нижней оконцовкой соединен, преимущественно посредством муфтового соединения, с дренажным насосом 5, также для увеличения устойчивости может дополнительно крепиться на штанге или к стенке емкости; напорный трубопровод 1 установлен в положение, близкое к вертикали и в своей верхней части имеет изгиб на угол около 90° (±10°) так, что его верхняя часть находится в положении, близком к горизонтали.The pressure pipeline 1 with its lower end is connected, mainly by means of a coupling, with the drainage pump 5, and can also be additionally attached to a rod or to the tank wall to increase stability; the pressure pipeline 1 is installed in a position close to vertical and in its upper part has a bend at an angle of about 90 ° (± 10 °) so that its upper part is in a position close to horizontal.

Верхняя горизонтальная часть напорного трубопровода 1 соединена, посредством отвода 7, с опускным трубопроводом 3; при этом место соединения горизонтальной части напорного трубопровода 1, отвод 7, верхняя оконцовка опускного трубопровода 3 и воздухозаборник 8 образуют воздухозаборный узел 2 (фигура 2).The upper horizontal part of the pressure pipeline 1 is connected, by means of a branch 7, with a lowering pipeline 3; the junction of the horizontal part of the pressure pipeline 1, the branch 7, the upper end of the lowering pipeline 3 and the air intake 8 form an air intake unit 2 (figure 2).

Воздухозаборник 8 представляет собой П-образный трубопровод, по крайней мере одна из оконцовок которого имеет срез под углом, примерно равным 45° (±10°) относительно оси трубки. Данный угол среза является наиболее оптимальным для обеспечения интенсивности перемешивания поступающего воздуха с потоком воды. В случае, если оконцовка воздухозаборника будет срезана под более тупым углом эффективность аэратора будет снижена. Диаметр трубопровода воздухозаборника 8 меньше, чем диаметр остальных труб, например, напорного трубопровода 1 и/или опускного трубопровода как минимум в два раза. Воздухозаборник 8 жестко крепится в предварительно устроенном отверстии в отводе 7, преимущественно методом сварки.The air intake 8 is a U-shaped pipeline, at least one of the ends of which has a cut at an angle approximately equal to 45 ° (± 10 °) relative to the tube axis. This cutting angle is the most optimal to ensure the intensity of mixing of the incoming air with the water flow. If the end of the air intake is cut at a more obtuse angle, the efficiency of the aerator will be reduced. The diameter of the air intake pipe 8 is smaller than the diameter of the remaining pipes, for example, the pressure pipe 1 and / or the drop pipe at least twice. The air intake 8 is rigidly fixed in a pre-arranged hole in the branch 7, mainly by welding.

Воздухозаборник 8 связан с отводом 7 таким образом, что упомянутый срез одной из оконцовок размещен внутри отвода 7, причем данная оконцовка размещена внутри отвода 7 таким образом, чтобы сторона трубки, имеющая образующую максимального размера была обращена в сторону горизонтальной части напорного трубопровода 1, то есть перпендикулярно вектору потока воды; при этом нижний край среза располагается примерно на уровне внутренней нижней стенки горизонтальной части напорного трубопровода 1.The air inlet 8 is connected to the branch 7 in such a way that the said cut of one of the ends is located inside the branch 7, and this ending is located inside the branch 7 so that the side of the tube having a generatrix of the maximum size is facing the horizontal part of the pressure pipeline 1, that is perpendicular to the water flow vector; in this case, the lower edge of the cut is located approximately at the level of the inner lower wall of the horizontal part of the pressure pipeline 1.

Опускной трубопровод 3, либо через отвод, либо напрямую, своей нижней оконцовкой соединен с форсункой 4. Форсунка 4 может быть расположена относительно опускного трубопровода 3 под углом от около 0°, то есть примерно параллельно дну и примерно перпендикулярно опускному трубопроводу 3 до угла в - 90°, то есть направлена своим свободным концом в сторону дна. В первом случае происходит интенсивное перемешивание слоев близких к уровню установленной форсунки; во втором случае (направленности в сторону дна) струя направлена в дно, происходит взмучивание осадка, в результате чего слои жидкости глубоко перемешиваются отраженной струей. Также такое расположение (по направлению к дну) обеспечивает, за счет поворота потока в трубопроводе дополнительное уменьшение (размельчение) пузырьков воздуха в жидкости: поток упирается в стенку трубопровода, усиливается эффект турбулентности, пузырьки воздуха разбиваются и становятся меньше, что в конечном счете увеличивает степень растворения кислорода воздуха в воде.The lowering pipeline 3, either through a branch or directly, with its lower end is connected to the nozzle 4. The nozzle 4 can be located relative to the lowering pipeline 3 at an angle from about 0 °, that is, approximately parallel to the bottom and approximately perpendicular to the lowering pipeline 3 to an angle of - 90 °, that is, directed by its free end towards the bottom. In the first case, intensive mixing of layers close to the level of the installed nozzle occurs; in the second case (directed towards the bottom) the jet is directed to the bottom, the sediment is stirred up, as a result of which the liquid layers are deeply mixed by the reflected jet. Also, such an arrangement (towards the bottom) provides, due to the turn of the flow in the pipeline, an additional reduction (crushing) of air bubbles in the liquid: the flow rests against the pipeline wall, the effect of turbulence increases, air bubbles break and become smaller, which ultimately increases the degree dissolving air oxygen in water.

Трубопроводы и все конструктивные элементы аэратора (за исключением насоса) выполняются из полимерных трубопроводов, преимущественно из полипропилена.The pipelines and all structural elements of the aerator (except for the pump) are made of polymer pipelines, mainly polypropylene.

Работа предлагаемого эжекторного аэратора происходит следующим образом. Насос 5 подает воду в напорную магистраль 1. При прохождении потока перекачиваемой воды через отвод 7, вход в который является конфузором, при повороте на угол, примерно равный 90° за вмонтированной оконцовкой воздухозаборника 8 (эта зона является одновременно диффузором), создается зона пониженного давления, благодаря чему происходит интенсивный подсос воздуха через воздухозаборник 8. Внутренняя часть воздухозаборника, одновременно выполняющая функции кавитатора, создает местное гидравлическое сопротивление и способствует возникновению турбулентного потока, эффект которого усиливается поворотом потока на этом участке на угол, примерно равный 90°. Поступающий через воздухозаборник поток воздуха, разбивается на мелкие воздушные пузыри и интенсивно перемешивается с потоком воды. Важным условием обеспечения данного эффекта является то, что диаметр воздухозаборника не должен превышать 50% внутреннего диаметра магистрали аэратора и обычно составляет от 8 до 25 мм, при диаметре трубопровода обвязки 20-63 мм. Далее водно-воздушная смесь устремляется по опускному трубопроводу 3 в заданные слои аэрируемой жидкости. При продавливании водного столба в опускном трубопроводе 3 и выходе потока из форсунки 4 начинается процесс еще более интенсивного забора воздуха. До этого момента происходит частичная потеря напора через воздухозаборник 8, поэтому конструктивно он выполнен П-образным, для направления водно-воздушной смеси обратно в емкости. Форсунки аэратора 4 расположены под углом от 45° до 90° к опускному трубопроводу, что дает возможность создавать направленное течение в аэрируемых емкостях и взмучивать, и перемешивать образующиеся в технологических процессах осадки.The work of the proposed ejector aerator is as follows. The pump 5 supplies water to the pressure line 1. When the flow of the pumped water passes through the outlet 7, the entrance to which is a confuser, when turning through an angle approximately equal to 90 ° behind the built-in end of the air inlet 8 (this zone is also a diffuser), a low pressure zone is created , due to which there is an intensive air intake through the air inlet 8. The inner part of the air inlet, which simultaneously functions as a cavitator, creates a local hydraulic resistance and contributes to the emergence of a turbulent flow, the effect of which is enhanced by turning the flow in this section by an angle of approximately 90 °. The air flow entering through the air intake is broken into small air bubbles and intensively mixed with the water flow. An important condition for ensuring this effect is that the diameter of the air intake should not exceed 50% of the inner diameter of the aerator line and usually ranges from 8 to 25 mm, with a piping diameter of 20-63 mm. Further, the water-air mixture rushes through the drop pipe 3 into the predetermined layers of the aerated liquid. When the water column is pushed through in the lowering pipeline 3 and the flow leaves the nozzle 4, the process of even more intensive air intake begins. Until this moment, there is a partial loss of pressure through the air intake 8, therefore, it is structurally made U-shaped to direct the water-air mixture back into the tank. The nozzles of the aerator 4 are located at an angle of 45 ° to 90 ° to the lowering pipeline, which makes it possible to create a directed flow in the aerated containers and to stir up and stir the sediments formed in the technological processes.

Как было указано выше, при необходимости к одному насосному агрегату, посредством делителей можно подсоединять две и более магистрали с узлами забора воздуха, опускными трубопроводами и форсунками, т.е. выполнять одновременно циркуляцию воды и аэрацию в двух и более технологических емкостях. As mentioned above, if necessary, to one pumping unit, two or more pipelines with air intake units, drop pipes and nozzles can be connected by means of dividers, i.e. simultaneously circulate water and aerate in two or more technological containers.

Предлагаемая конструкция делает возможным применение эжекторной (струйной) аэрации без работ по дополнительной наладке и регулированию, как в процессе запуска устройства, так и в процессе последующей его эксплуатации, при этом достигается концентрация растворенного кислорода в аэрируемой воде до 5-7 мл О₂/л. Необходимая для многих технологических процессов циркуляция воды, выполняемая при помощи насосного оборудования и трубопроводов, таким образом, без существенных дополнительных расходов может получить дополнительную функцию - аэрацию.The proposed design makes it possible to use ejector (jet) aeration without additional adjustment and regulation, both during the start-up of the device and during its subsequent operation, while the concentration of dissolved oxygen in the aerated water is up to 5-7 ml О ₂ / l ... The water circulation required for many technological processes, carried out using pumping equipment and pipelines, thus, without significant additional costs, can receive an additional function - aeration.

Claims

1. An ejector aerator containing a drainage pump 5 connected to a pressure pipeline 1, connected to a branch 7, in which an inlet of an air intake 8 and an outlet to a lowering pipeline 3 are provided, which is further connected to a nozzle 4 installed in the bottom region, while the air inlet 8 is a U-shaped pipeline, at least one of the endings of which has a cut at an angle approximately equal to 45 ° (± 10 °) relative to the axis of the tube, the diameter of the air intake pipeline 8 is less than the diameter of the pressure pipeline, at least two times; This cut is located inside the branch 7 so that the side of the tube having the maximum generatrix is facing the horizontal part of the pressure pipeline 1, and the lower edge of the cut is located approximately at the level of the inner lower wall of the horizontal part of the pressure pipeline 1.

2. The ejector aerator according to claim 1, characterized in that the nozzle 4 can be located relative to the lowering pipeline 3 at an angle from about 0 ° to an angle of -90 °.

3. An ejector aerator according to claim 1 or 2, characterized in that it further comprises at least one flow divider 6, connected, on the one hand, with the pressure pipe 1 and, on the other hand, with an additional branch 7, which is connected with an additional air intake 8, lowering pipe 3 and nozzle 4.

4. The ejector aerator according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure line 1 is additionally attached to the rod or the wall of the container.