RU2056370C1

RU2056370C1 - Cavitation aerator working membr

Info

Publication number: RU2056370C1
Application number: SU915017074A
Authority: RU
Inventors: П.З. Шеремет
Original assignee: Акционерное общество "Новатор"
Priority date: 1991-12-19
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1996-03-20

Abstract

FIELD: aerators. SUBSTANCE: device has the main and auxiliary internal rotors, main and auxiliary external rotors of opposite rotation, water supply unit. The aerator has internal and external coaxial hollow shafts of the hollow shafts, air supply unit. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к элементам устройств для растворения кислорода воздуха в воде, в частности аэраторов, имеющих внутренний и наружный коаксиальные полые валы с полостью между ними, привод противоположного вращения полых валов, узел подачи воздуха. The invention relates to elements of devices for dissolving air oxygen in water, in particular aerators having internal and external coaxial hollow shafts with a cavity between them, an opposite rotation drive of hollow shafts, an air supply assembly.

Известен рабочий орган аэратора, содержащий внутренний ротор, выполненный из нижнего и верхнего дисков с лопатками между ними и соединенный с полым валом, наружный ротор, выполненный из нижнего и верхнего колец с лопастям между ними [1] Его недостаток сравнительно низкая производительность, так как вращение наружного ротора пассивное (только от воздействия потока жидкости, а не привода) и направлено в ту же сторону, что и вращение внутреннего ротора, что создает слабые гидродинамические колебания, незначительное дробление пузырьков воздуха и незначительную кавитацию, влияющие на производительность. Known working body of the aerator, containing an internal rotor made of lower and upper disks with blades between them and connected to a hollow shaft, an external rotor made of lower and upper rings with blades between them [1] Its disadvantage is relatively low productivity, since rotation the outer rotor is passive (only from the influence of the fluid flow, not the drive) and is directed in the same direction as the rotation of the inner rotor, which creates weak hydrodynamic vibrations, insignificant fragmentation of air bubbles and a minor cavitation affecting performance.

Наиболее близким к изобретению является рабочий орган кавитационного аэратора, содержащий внутренний ротор, выполненный из верхнего и нижнего дисков с центробежными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск выполнен с центральными отверстием и механически связан с внутренним полым валом аэратора, наружный ротор противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно внутреннему ротору, механически связанный с наружным полым валом аэратора и выполненный в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом по периферии роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, узел подачи воды, включающий в себя центральное отверстие в нижнем диске внутреннего ротора [2] Его недостаток низкая производительность, вызванная неиспользованными возможностями совершенствования конструкции. Closest to the invention is a working body of a cavitation aerator containing an internal rotor made of upper and lower disks with centrifugal vanes and a peripheral cylindrical wall between them, the upper disk being made with a central hole and mechanically connected to the internal hollow shaft of the aerator, the outer rotor is of opposite rotation located coaxially and equidistant to the inner rotor, mechanically connected to the outer hollow shaft of the aerator and made in the form of a cylindrical wall with teeth on the outside, with holes along the periphery of the rotors located at the same central angle and having a pitch corresponding to the pitch of the cavitation teeth, a water supply unit including a central hole in the lower disk of the inner rotor [2] Its disadvantage is low productivity, caused by unused opportunities to improve the design.

Техническая задача изобретения повышение производительности, достигается тем, что рабочий орган кавитационного аэратора, содержащий основной внутренний ротор, выполненный из верхнего и нижнего дисков с центральными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск выполнен с центральным отверстием и механически связан с внутренним полым валом аэратора, основной наружный ротор противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно основному внутреннему ротору, механически связанный с наружным полым валом аэратора и выполненный в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом по периферии основных роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, узел подачи воды, включающий в себя центральное отверстие в нижнем диске основного внутреннего ротора, снабжен дополнительным внутренним ротором, расположенным выше и вблизи основного внутреннего ротора соосно с ним и выполненным из имеющих центральные отверстия верхнего и нижнего дисков с центробежными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск соединен с раструбом наружного полого вала аэратора, а нижний диск, центральное отверстие которого снабжено сальником, надет на цилиндрическую полую вставку, нижний конец которой соединен с верхним диском основного внутреннего ротора, а верхний с раструбом внутреннего полого вала аэратора, дополнительным наружным ротором противоположного вращения, расположенным соосно и эквидистантно дополнительному внутреннему ротору и выполненным в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом на периферии дополнительных роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, причем дополнительный наружный ротор соединен посредством стоек с основным внутренним ротором, а основной наружный ротор соединен посредством стоек с дополнительным внутренним ротором, узел подачи воды выполнен в виде открытого снизу полого цилиндра, расположенного внутри внутренних роторов и цилиндрической вставки соосно и с полостью между упомянутыми вставкой и цилиндром, открытый конец которого соединен с нижним диском основного внутреннего ротора, а в зоне лопаток внутренних роторов цилиндр имеет на внешней стороне полые лопасти осевых вентиляторов, сообщенные полостями с полостью цилиндра посредством отверстий в цилиндре и имеющие на периферии сквозные радиальные отверстия, причем напротив этих отверстий верхних лопастей выполнены сквозные отверстия в стенке цилиндрической вставки. The technical task of the invention is to increase productivity, is achieved by the fact that the working body of the cavitation aerator containing the main inner rotor made of upper and lower disks with central blades and a peripheral cylindrical wall between them, and the upper disk is made with a Central hole and mechanically connected with the internal hollow shaft aerator, the main external rotor of the opposite rotation, located coaxially and equidistant to the main internal rotor, mechanically connected with the external a hollow aerator shaft and made in the form of a cylindrical wall with cavitation teeth on the outside, while along the periphery of the main rotors there are holes located at the same central angle and having a step corresponding to the step of cavitation teeth, a water supply unit including a central hole in the lower the disk of the main internal rotor, is equipped with an additional internal rotor located above and near the main internal rotor coaxially with it and made of having central holes the upper and lower disks with centrifugal vanes and a peripheral cylindrical wall between them, the upper disk being connected to the bell of the external hollow shaft of the aerator, and the lower disk, the central opening of which is provided with an oil seal, is worn on a cylindrical hollow insert, the lower end of which is connected to the upper disk of the main internal the rotor, and the upper one with a bell of the internal hollow shaft of the aerator, an additional external rotor of the opposite rotation, located coaxially and equidistant to the additional internal the rotor and made in the form of a cylindrical wall with cavitation teeth on the outer side, while on the periphery of the additional rotors are made holes located at the same central angle and having a step corresponding to the step of the cavitation teeth, and the additional external rotor is connected via racks to the main internal rotor, and the main external rotor is connected via racks to an additional internal rotor, the water supply unit is made in the form of a hollow cylinder open from below, located inside In the case of internal rotors and a cylindrical insert, coaxially and with a cavity between said insert and a cylinder, the open end of which is connected to the lower disk of the main internal rotor, and in the region of the blades of the internal rotors, the cylinder has hollow axial fan blades on the outside, communicated by the cavities with the cylinder cavity through openings in the cylinder and having peripheral through radial holes, and opposite these holes of the upper blades are made through holes in the wall of the cylindrical insert.

Такое выполнение рабочего органа кавитационного аэратора повысит производительность примерно в два раза за счет отличительных признаков и их взаимосвязи с ограничительными признаками, т.е. за счет совокупности всех существенных признаков. Полые лопасти осевых вентиляторов за счет своих полостей подают воду к лопаткам внутренних роторов, как центробежные насосы, под давлением струями, причем в воздушную среду, что способствует лучшему перемешиванию частиц воды и воздуха уже внутри роторов, что влияет на повышение эффективности аэрации. Одновременно полые лопасти осевых вентиляторов эффективно пропускают воздух из внутреннего полого вала в основной внутренний (нижний) ротор без снижения производительности воздухоподачи, несмотря на то, что воздушный поток пересекается водными каналами. Выполнение как воздушных, так и водных взаимно пересекающихся каналов в виде полых лопастей осевых вентиляторов здесь наиболее эффективно по сравнению с другими формами каналов и не позволяет снизить производительность нижнего ротора, в связи с чем оба ротора работают с такой же производительностью (а то и выше), как и два отдельных прототипа. This embodiment of the working body of the cavitation aerator will increase productivity by about two due to the distinguishing features and their relationship with restrictive features, i.e. due to the combination of all the essential features. The hollow blades of axial fans, through their cavities, supply water to the blades of the internal rotors, like centrifugal pumps, under pressure with jets, and into the air, which contributes to better mixing of water and air particles inside the rotors, which affects the increase in aeration efficiency. At the same time, the hollow blades of the axial fans efficiently pass air from the internal hollow shaft to the main internal (lower) rotor without reducing the air supply performance, despite the fact that the air flow is crossed by water channels. The implementation of both air and water mutually intersecting channels in the form of hollow blades of axial fans is most effective here in comparison with other forms of channels and does not reduce the productivity of the lower rotor, and therefore both rotors work with the same capacity (or even higher) , like two separate prototypes.

На фиг.1 схематически показан предложенный рабочий орган кавитационного аэратора; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Figure 1 schematically shows the proposed working body of a cavitation aerator; figure 2 section aa in figure 1.

Рабочий орган кавитационного аэратора содержит внутренний 1 и наружный 2 коаксиальные полые валы аэратора с полостью 3 между ними, основной внутренний ротор 4, выполненный из верхнего 5 и нижнего 6 дисков с центробежными лопатками 7 и периферийный цилиндрической стенкой 8 между ними, причем верхний диск 5 соединен посредством цилиндрической полой вставки 9 с патрубом 10 внутреннего полого вала 1, основной наружный ротор 11 противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно основному внутреннему ротору 4 и выполненный в виде цилиндрической стенки 12 с кавитационным зубьями 13 на внешней стороне, при этом по периферии роторов 4 и 11 выполнены отверстия 14 и 15 соответственно, расположенные под одинаковым углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев 13, дополнительный внутренний ротор 16, расположенный выше и вблизи основного внутреннего ротора 4 соосно с ним и выполненный из имеющих центральные отверстия верхнего 17 и нижнего 18 дисков с центробежными лопатками 19 и периферийной цилиндрической стенкой 20 меду ними, причем верхний диск 17 соединен с раструбом 21 наружного полого вала 2, а нижний диск 18, центральное отверстие которого снабжено сальником 22, надет на цилиндрическую полую вставку 9, дополнительный наружный ротор 23 противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно дополнительному внутреннему ротору 16 и выполненный в виде цилиндрической стенки 24 с кавитационными зубьями 25 на внешней стороне, при этом на периферии дополнительных роторов 16 и 23 выполнены отверстия 26 и 27 соответственно, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев 25, причем дополнительный наружный ротор 23 соединен посредством стоек 28 с основным внутренним ротором 4, а основной наружный ротор 11 соединен посредством стоек 29 с дополнительным внутренним ротором 16, узел подачи воды, выполненный в виде открытого снизу полого цилиндра 30, расположенного внутри внутренних роторов 4 и 16 и цилиндрической вставки 9 соосно и с полостью 31 между вставкой 9 и цилиндром 30, причем открытый конец цилиндра 30 соединен с нижним диском 6 основного внутреннего ротора 4, а в зоне лопаток 7 и 19 роторов 4 и 16 цилиндр 30 на внешней стороне имеет соответственно полые лопасти 32 и 33 соответственно нижнего и верхнего осевых вентиляторов, при этом полости лопастей 32, 33 сообщены с полостью цилиндра 30 посредством соответственно отверстий 34 и 35 в стенке цилиндра 30, а на периферии лопасти 32 и 33 имеют сквозные радиальные отверстий 36 и 37 соответственно, причем напротив отверстий 37 лопастей 33 выполнены сквозные отверстия 37 и в стенке цилиндрической вставки 9. Периферийная часть лопастей 33 может быть выполнена заодно со стенкой цилиндрической вставки 9. Между кавитационными зубьями 13 основного наружного ротора 11 и между кавитационными зубьями 25 дополнительного наружного ротора 23 расположены междузубные полости 38. The working body of the cavitation aerator contains an inner 1 and an outer 2 coaxial hollow shafts of the aerator with a cavity 3 between them, the main inner rotor 4 made of upper 5 and lower 6 discs with centrifugal blades 7 and a peripheral cylindrical wall 8 between them, and the upper disc 5 is connected by means of a cylindrical hollow insert 9 with a pipe 10 of the internal hollow shaft 1, the main outer rotor 11 of the opposite rotation, located coaxially and equidistant to the main inner rotor 4 and made in the form of a cylinder richennogo wall 12 with cavitation teeth 13 on the outer side, while on the periphery of the rotors 4 and 11 are made holes 14 and 15, respectively, located at the same angle and having a step corresponding to the step of the cavitation teeth 13, an additional internal rotor 16 located above and near the main the inner rotor 4 is coaxial with it and made of central disks of the upper 17 and lower 18 discs with centrifugal blades 19 and a peripheral cylindrical wall 20 of them, and the upper disc 17 is connected to the bell 21 of the external hollow shaft 2, and the lower disk 18, the central opening of which is provided with an oil seal 22, is worn on a cylindrical hollow insert 9, an additional external rotor 23 of opposite rotation, located coaxially and equidistant to the additional internal rotor 16 and made in the form of a cylindrical wall 24 with cavitation teeth 25 on the outer side, while on the periphery of the additional rotors 16 and 23, holes 26 and 27 are made, respectively, located at the same central angle and having a step corresponding to the pitch teeth 25, and the additional outer rotor 23 is connected through racks 28 to the main inner rotor 4, and the main outer rotor 11 is connected by racks 29 to the additional inner rotor 16, the water supply unit, made in the form of an open bottom hollow cylinder 30 located inside the inner rotors 4 and 16 and a cylindrical insert 9 coaxially and with a cavity 31 between the insert 9 and the cylinder 30, the open end of the cylinder 30 being connected to the lower disk 6 of the main inner rotor 4, and in the area of the blades 7 and 19 of the rotors 4 and 16 of the cylinder 30 on the outside has hollow blades 32 and 33, respectively, of the lower and upper axial fans, while the cavities of the blades 32, 33 are in communication with the cavity of the cylinder 30 through holes 34 and 35 in the wall of the cylinder 30, respectively, and on the periphery of the blade 32 and 33 have through radial holes 36 and 37, respectively, and opposite the holes 37 of the blades 33, through holes 37 are made in the wall of the cylindrical insert 9. The peripheral part of the blades 33 can be made integral with the wall of the cylindrical insert 9. Between cavit ion main teeth 13 of the outer rotor 11 and the teeth 25 between the cavitation additional outer rotor 23 are arranged interdental cavity 38.

Рабочий орган кавитационного аэратора работает следующим образом. The working body of the cavitation aerator works as follows.

При вращении внутреннего полого вала 1 аэратора по часовой стрелке в этом же направлении вращаются: цилиндрическая полая вставка 9, основной внутренний ротор 4, цилиндр 30 с лопастями 32, 33 и дополнительный наружный ротор 23. Наружный полый вал 2 аэратора, дополнительный внутренний ротор 16 и основной наружный ротор 11 вращаются при этом против часовой стрелки. От узла подачи воздуха аэратора атмосферный воздух поступает в полость вала 1 и в полость 3 между валами 1 и 2. Из полости 3 между валами 1 и 2 воздух поступает через полость между раструбами 10 и 21 в дополнительный внутренний ротор 16, где захватывается центробежными лопатками 19 и нагнетается ими в сторону отверстий 26 в периферийной цилиндрической стенке 20. Из полости вала 1 через раструб 10 воздух поступает к лопастям 33 верхнего осевого вентилятора, проходит между этими лопастями в полость 31, причем не с потерей энергии и производительности, а даже с приращением от динамического воздействия на воздушный поток осевых лопастей 33. Из полости 31 воздух поступает в верхнюю часть основного внутреннего ротора 4 непосредственно, а в нижнюю часть поступает, пройдя между лопастями 32 нижнего осевого вентилятора, причем также без потери энергии и производительности по описанной выше причине. Поступивший в основной внутренний ротор 4 воздух захватывается центробежными лопатками 7 и нагнетается ими к отверстиям 14 в периферийной цилиндрической стенке 8. When rotating the inner hollow shaft 1 of the aerator clockwise in the same direction: a cylindrical hollow insert 9, the main inner rotor 4, cylinder 30 with blades 32, 33 and an additional outer rotor 23. The outer hollow shaft 2 of the aerator, additional inner rotor 16 and the main outer rotor 11 rotates in this case counterclockwise. From the aerator air supply unit, atmospheric air enters the cavity of the shaft 1 and into the cavity 3 between the shafts 1 and 2. From the cavity 3 between the shafts 1 and 2, air enters through the cavity between the bells 10 and 21 into an additional internal rotor 16, where it is captured by centrifugal vanes 19 and is pumped by them towards the holes 26 in the peripheral cylindrical wall 20. From the shaft cavity 1, through the bell 10, air enters the blades 33 of the upper axial fan, passes between these blades into the cavity 31, and not with a loss of energy and productivity, but e in increments from the dynamic impact on the air flow of the axial blades 33. From the cavity 31, air enters the upper part of the main inner rotor 4 directly, and enters the lower part, passing between the blades 32 of the lower axial fan, without loss of energy and performance as described above reason. The air entering the main inner rotor 4 is captured by centrifugal blades 7 and is pumped by them to the holes 14 in the peripheral cylindrical wall 8.

Одновременно с воздухом в основной внутренний ротор 4 и в дополнительный внутренний ротор 16 подается вода, которая поступает, например, из водоема через открытый нижний конец цилиндра 30 в его полость, а оттуда через отверстия 34 и 35, полости лопастей 32 и 33 и их периферийные отверстия 36 и 37 соответственно в роторы 4 и 16. Вода в полостях лопастей 32 и 33 приобретает энергию, как в центробежных насосах, поэтому выходит в роторы 4 и 16 через отверстия 36 и 37 соответственно под давлением струями, причем в воздушную среду, что способствует лучшему перемешиванию частиц воды и воздуха уже внутри роторов, а это влияет на повышение эффективности аэрации. Центробежные лопатки 7 и 19 роторов 4 и 16 активно продвигают смесь воды и воздуха к отверстиям 14 и 26. При совпадении отверстий 14 основного внутреннего ротора 4 с отверстиями 15 основного наружного ротора 11, а также при совпадении отверстий 26 дополнительного внутреннего ротора 16 с отверстиями 27 дополнительного наружного ротора 23 происходит импульс выброса водовоздушной смеси в междузубные полости 38. Частота совпадений отверстий 14 и 15, 26 и 27 или частота гидродинамических излучений в режиме акустических колебаний возбуждает интенсивное пульсирование смеси в междузубных полостях 38. Пульсация пузырьков воздуха создает дробление их на более мелкие. Подготовленная таким образом водовоздушная смесь в дальнейшем подвергается воздействию кавитационных зубьев 13 и 25, чем и достигается высокая степень кавитации, а вместе с тем интенсивное обогащение кислородом воздуха аэрируемой воды, причем с произво- дительностью в два раза большей, чем у прототипа. Simultaneously with air, water is supplied to the main internal rotor 4 and to the additional internal rotor 16, which, for example, flows from the reservoir through the open lower end of the cylinder 30 into its cavity, and from there through the openings 34 and 35, the cavities of the blades 32 and 33 and their peripheral holes 36 and 37, respectively, in the rotors 4 and 16. Water in the cavities of the blades 32 and 33 acquires energy, as in centrifugal pumps, therefore, it enters the rotors 4 and 16 through the holes 36 and 37, respectively, under pressure with jets, and into the air, which contributes to mix better particles of water and air already inside the rotors, and this affects the increase in aeration efficiency. Centrifugal blades 7 and 19 of the rotors 4 and 16 actively promote the mixture of water and air to the holes 14 and 26. When the holes 14 of the main inner rotor 4 coincide with the holes 15 of the main outer rotor 11, and also when the holes 26 of the additional inner rotor 16 coincide with the holes 27 additional external rotor 23 there is a pulse of the ejection of the water-air mixture into the interdental cavity 38. The coincidence frequency of the holes 14 and 15, 26 and 27 or the frequency of the hydrodynamic radiation in the mode of acoustic vibrations excites an intense pulse ment mixture in the interdental cavity 38. Pulsating air bubbles creates split them into smaller. The thus prepared air-water mixture is subsequently exposed to cavitation teeth 13 and 25, thereby achieving a high degree of cavitation and, at the same time, intensive enrichment of the aerated water with atmospheric oxygen, moreover, with a productivity twice as high as that of the prototype.

Claims

A WORKING BODY OF A CAVITATION AERATOR comprising a main internal rotor made of upper and lower disks with centrifugal vanes and a peripheral cylindrical wall between them, the upper disk being made with a central hole and mechanically connected to the internal hollow shaft of the aerator, the main external rotor of opposite rotation, located coaxially and equidistant to the main inner rotor, mechanically connected with the outer hollow shaft of the aerator and made in the form of a cylindrical wall with cavitation teeth on the outer side, while along the periphery of the main rotors are made holes located at the same central angle and having a step corresponding to the step of cavitation teeth, a water supply unit including a central hole in the lower disk of the main internal rotor, characterized in that it is provided additional internal rotor located above and near the main internal rotor coaxially with it and made of central holes of the upper and lower disks with centrifugal blades and per a spherical cylindrical wall between them, with the upper disk connected to the socket of the outer hollow shaft of the aerator, and the lower disk, the central opening of which is provided with an oil seal, is worn on a cylindrical hollow insert, the lower end of which is connected to the upper disk of the main internal rotor, and the upper one - to the socket of the internal hollow shaft of the aerator, an additional external rotor of the opposite rotation, located coaxially and equidistant to the additional internal rotor and made in the form of a cylindrical wall with cavit teeth on the outer side, while on the periphery of the additional rotors holes are made that are located at the same angle and have a pitch corresponding to the pitch of the cavitation teeth, with the additional external rotor connected via racks to the main internal rotor, and the main external rotor connected via racks to the additional internal rotor, the water supply unit is made in the form of a hollow cylinder open from below, located inside the internal rotors and the cylindrical insert coaxially with the cavity between said insert and a cylinder, the open end of which is connected to the lower disk of the main internal rotor, and in the area of the blades of the internal rotors, the cylinder has hollow axial fan blades on the outside, communicated by the cavities with the cylinder cavity through openings in the latter and having through radial holes on the periphery, and opposite these holes of the upper blades, through holes are made in the wall of the cylindrical insert.