UA119906C2 - Пристрій для аерації та спосіб аерації великої кількості води - Google Patents

Abstract

Пристрій для аерації великої кількості води містить подовжений корпус з виконаним в ньому поздовжнім проточним каналом, в якому є камера змішування повітря і води, трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, з'єднаний з джерелом повітря, і кавітатор, встановлений в проточному каналі. При цьому корпус має вхідну частину для води, виконану з можливістю з'єднання з джерелом тиску, і вихідну частину для виводу водно-повітряної суміші, а в проточному каналі вхідної частини корпусу виконана ділянка звуження. Для збільшення концентрації розчиненого повітря пристрій додатково містить кавітатор для іонізації водного потоку, що встановлений на ділянці звуження проточного каналу. Ділянка звуження проточного каналу має форму конфузора, за ділянкою звуження у проточному каналі виконана ділянка розширення у формі дифузора, яка разом з наступною розширеною ділянкою проточного каналу утворює камеру іонізації і кавітації води. Проточний канал містить іншу ділянку, розташовану по ходу потоку за розширеною ділянкою, профіль поперечного перерізу якої нагадує профіль труби Вентурі. Кінцева частина трубчастого каналу надходження повітря в камеру змішування виконана співвісно осі проточного каналу так, що її кінець розташований в зоні конфузора іншої ділянки проточного каналу, і містить встановлений на ньому зазначений вище кавітатор, виконаний у вигляді конусоподібного тіла, що розширюється по ходу потоку, причому, більший його торець наближений до циліндричної частини іншої ділянки проточного каналу. Камера змішування повітря і води виконана у вигляді частини іншої ділянки проточного каналу по ходу потоку від кавітатора, а ділянка проточного каналу для виводу водно-повітряної суміші у вихідній частині корпусу виконана у вигляді надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища.

Description

каналу. Камера змішування повітря і води виконана у вигляді частини іншої ділянки проточного каналу по ходу потоку від кавітатора, а ділянка проточного каналу для виводу водно-повітряної суміші у вихідній частині корпусу виконана у вигляді надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища. у В Кох х Й Еш ; Н ! У х ! | | Я : у ки: Не ох хОІ ! 2 й : денну дитя ! й ча

Фіг. 2

Винахід, що заявляється, стосується галузі біологічного обробляння води, промислових або побутових стічних вод, зокрема, пристроїв та способів аерації великої кількості води і може знайти застосування, для біологічного очищення стічних стоків, очищення водоймищ, сильно зарослих синьо-зеленими водоростями, аерації рибогосподарських водойм. Ефективність процесів біологічного очищення залежить, зокрема, від вмісту кисню в очищуваній воді.

Найбільша ефективність біологічного очищення вод забезпечується при постійній концентрації розчиненого кисню не нижче 7-7,5 мг/л, а для ефективного розведення і вирощування риби, наприклад, при 20 "С, необхідний вміст кисню становить 9-9,2 мг/л. Для збагачення водоймищ киснем використовують пристрій та спосіб для введення газу в велику кількість рідини, що заявляються.

Для однозначного розуміння термінів, що використані у описі та формулі винаходу, нижче наведені їх тлумачення:

Конфузор - частина профільованого каналу, що звужується, в якому дозвукова швидкість рідини або газу збільшується в результаті перетворення потенційної енергії в кінетичну.

Дифузор - частина каналу, що розширюється, в якій відбуваються уповільнення потоку і збільшення тиску.

Кавітація - утворення всередині рідини порожнин, заповнених парою або парогазом за рахунок виділення всередину бульбашок, розчинених у воді газів.

Труба Вентурі - пристрій для звуження перерізу потоку, що має вхідну частину, виконану у вигляді конфузора, середню циліндричну частину (горловину) і вихідну частину у вигляді дифузора.

Ежекція - процес захоплення потоком з більш високим тиском, що рухається з великою швидкістю, середовища з низьким тиском.

Канал - вузький довгий порожнинний простір усередині чого-небудь.

Іонізація - утворення позитивних і негативних іонів та вільних електронів з нейтральних атомів чи молекул.

Відомі і широко використовуються аератори поверхневого типу, як, наприклад, описані у заявці 052014116942 (АТ), опублікованій 2014 р. патентах 54774031 та 54936552, опублікованих у 1988 р. та 1990 р., відповідно, поверхневі кавітаційні аератори, описані,

Зо наприклад, у патентах УР2204281427 та УР102417233, опублікованих у 2015 р. та 2012 роках, відповідно. Описані аератори насичують киснем тільки поверхневі шари рідини.

Відомі заглибні аератори, які використовують компресори для нагнітання газу в придонні шари води і утворюють двофазні вертикальні бульбашкові потоки, наприклад, компресор

Зипбип АСО-003, 50 л/хв., (пирв//Зптасот.ца/ропав/ропа-сотргев5ог). Недоліком таких пристроїв є недостатнє розчинення кисню повітря у воді через введення великих бульбашок газу, що швидко підіймаються наверх, недостатнє перемішування і насичення киснем всіх шарів рідини, а також великі питомі витрати енергії.

Найбільш поширеними є струминні аератори, в яких використаний принцип труби Вентурі:

О54226719А, публікація 1980 р. СМ2473189У, публікація 2002 р.; СМ201834801)/, публікація 2011 р.; СМ104304154А, публікація 2015 р. Такі аератори є енергоекономічними, але мають невисоку здатність розчинювання повітря у воді. Зокрема, відомий заглибний струминний аератор (054308138А, публікація 1981 р.), який містить подовжений корпус з поздовжнім проточним каналом, канал впуску води, виконаний з можливістю з'єднання з джерелом тиску, канал випуску водно-повітряної суміші. Між впускним і випускним каналами виконана ділянка каналу, профіль поперечного перерізу якої нагадує профіль труби Вентурі. В частині ділянки, яка має циліндричний профіль поперечного перерізу, утворена камера змішування, до якої підведені повітрозабірні трубчасті канали. В каналі випуску виконані наскрізні отвори, через які зовнішня вода потрапляє в канал. Насос створює в проточному каналі струменевий потік, який проходить з прискоренням ділянку звуження, в камері змішування створюється часткове розрідження. Повітря втягується через повітрозабірні канали в камеру змішування і охоплює потік з водою. Автор винаходу стверджує, що на ділянці за конфузором в прямому соплі, де зустрічається потік води, охоплений потоком водно-повітряної суміші, з зовнішньою водою, відбувається зміна стану енергії, відбувається її гідравлічний скачок, який призводить до повного перемішування води і водно-повітряної суміші. Однак, через конструктивні особливості недоліком описаного аератора є недостатня диспергація повітря у воді.

Відомі також кавітаційні аератори, наприклад, 501724603 АТ, публікація 1992 р.; ШАБ1798)Ц, публікація 2010 р. СМ204281427), публікація 2015 р. Однак, ці відомі аератори теж мають невисоку здатність розчинювання кисню повітря у воді.

Найближчим до пристрою, що заявляється є пристрій для аерації великої кількості води, бо описаний у патенті О5715637782, опублікованому в 2007 р. Пристрій містить подовжений корпус з виконаним в ньому поздовжнім проточним каналом, вхідною частиною для води, виконаною з можливістю з'єднання з джерелом тиску, і вихідною частиною для виведення водно-повітряної суміші. В проточному каналі утворена камера змішування повітря і води, виконаний трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, з'єднаний з джерелом повітря, і встановлений в проточному каналі в кінці вихідної частини кавітатор. На вході в проточний канал виконана ділянка звуження, яка має вигляд ступінчастого внутрішнього каналу з подальшим продовгуватим циліндричним каналом, який закінчується в камері змішування.

Трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування встановлений в місці розташування камери змішування, розташований під кутом до корпусу, виконаний так, що потік повітря контактує із стінками змішувальної камери під час його всмоктування, а потік води вливається в потік газу. Вихідна частина для виведення водно-повітряної суміші має циліндричну трубчасту форму, внутрішній діаметр якого дорівнює внутрішньому діаметру камери змішування. Кавітатор має форму втулки з торцевими поверхнями, перпендикулярними напрямку потоку, довжина якої перевищує її внутрішній діаметр від 1 до 10 разів залежно від тиску потоку. Водно-повітряний потік проходить через кавітатор, в результаті відбувається турбулізація потоку, і повітря ще більше змішується з водою. Незмішане з водою повітря разом із змішаним виходить з вихідної частини і підіймається догори у вигляді бульбашок. Пристрій не містить частин, що рухаються, легкий у обслуговуванні. Але пристрій не досягає необхідної кількості розчиненого кисню повітря в воді, а також не має можливості регулювання величини бульбашок за розміром.

Відомий спосіб аерації великої кількості рідини, описаний у патенті 55403522, публікація 1995 р. Спосіб здійснюють зануренням у рідину аератора, що з'єднаний з джерелом тиску і містить проточний канал із звуженням у впускній частині, камеру змішування, трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування і випускну частину, пропусканням рідини під тиском через проточний канал, із пришвидшенням потоку на звуженні впускної частини, створенням часткового вакууму в камері змішування, надходженням повітря в камеру змішування під дією часткового вакууму, змішуванням в камері змішування рідини та повітря, створенням турбулізації потоку і випуском водно-повітряної суміші у рідину. При реалізації відомого способу отримують дрібнодисперсне водно-повітряне середовище, однак отримана в результаті аерації

Зо концентрація кисню в воді є недостатньою.

Відомий спосіб аерації великої кількості рідини, описаний у патенті НО2194016С2, публікація 2002 р. Спосіб здійснюється за допомогою з'єднаного з напірним технологічним трубопроводом ежектора, який містить конфузор, впускну частину, патрубок подачі газоподібного середовища, камеру змішування і дифузор, шляхом прискорення рідини в конфузорі при її надходженні до впускної частини, зниження тиску у впускній частині, підсмоктування в неї через патрубок подачі газоподібного середовища, утворення в камері змішування надзвукового газорідинного потоку і подальшого його гальмування з утворенням стрибка тиску. При цьому витрату рідини через конфузор підтримують постійною, а витрату газоподібного середовища через патрубок подачі стабілізують завдяки підтримці на ньому критичного або надкритичного співвідношення тисків, за рахунок зниження тиску у впускній частині ежектора, а стрибок тиску генерують в межах дифузора ежектора за рахунок зміни протитиску за ежектором.

При реалізації відомого способу отримують дрібнодисперсне водно-повітряне середовище, однак отримана в результаті аерації концентрація кисню в воді є недостатньою, крім того, спосіб не придатний для аерації водоймищ з рибою, оскільки відомо, що при насиченні таких водоймищ киснем розмір повітряних бульбашок має бути не меншим за 1 мм, щоб не блокувати зябра риби.

Найближчим до способу, що заявляється є відомий спосіб, розкритий у патенті

О57156377В82, опублікованому в 2007 р. Спосіб здійснюють шляхом занурення у воду аератора, що з'єднаний з джерелом тиску і містить поздовжній проточний канал із звуженням у впускній частині, камеру змішування, трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, кавітатор і вихідну частину для виводу водно-повітряної суміші, пропускання води під тиском через проточний канал із пришвидшенням потоку на звуженні впускної частини і створенням часткового вакууму в камері змішування, надходження повітря в камеру змішування під дією часткового вакууму, змішування в камері змішування води і повітря, створення кавітації водно- повітряної суміші і випускання її у велику кількість води. Недоліком способу є неможливість досягнення необхідної кількості розчиненого кисню повітря в воді, а також неможливість регулювання розміру бульбашок за розміром, дрібні бульбашки, що виникають, блокують роботу зябер риби, що призводить до її загибелі.

В основу винаходу поставлена задача створити такий пристрій для аерації великої кількості 60 води, в якому завдяки конструктивним вдосконаленням досягається збільшення концентрації розчиненого повітря, зокрема, кисню, у придонних, середніх та верхніх шарах води, а також отримання необхідного розміру бульбашок кисню в водно-повітряній суміші, на виході з пристрою.

В основу винаходу також поставлена задача створити такий спосіб аерації великої кількості води, в якому завдяки використанню властивостей води краще розчиняти повітря у іонізованому стані досягають збільшення концентрації розчиненого повітря, зокрема, кисню, у воді, а через створення стрибків тиску водно-повітряної суміші досягають отримання необхідного розміру бульбашок кисню в водно-повітряній суміші, яка змішується з основним обсягом води водоймища.

Поставлена задача щодо пристрою для аерації вирішена так. Пристрій для аерації великої кількості води, як і відомий пристрій містить подовжений корпус з виконаним в ньому поздовжнім проточним каналом, вхідною частиною для води, виконаною з можливістю з'єднання з джерелом тиску, і вихідною частиною для виводу водно-повітряної суміші. В проточному каналі є камера змішування повітря і води, а у проточному каналі вхідної частини корпусу виконана ділянка звуження. Крім того, пристрій містить трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, з'єднаний з джерелом повітря, і кавітатор, встановлений в проточному каналі. Згідно з винаходом, пристрій додатково містить кавітатор для іонізації водного потоку, встановлений на ділянці звуження проточного каналу. Звуження ділянки проточного каналу має форму конфузора. За ділянкою звуження у проточному каналі виконана ділянка розширення у формі дифузора. Ця ділянка разом з наступною розширеною ділянкою проточного каналу утворює камеру іонізації і кавітації води. Проточний канал містить іншу ділянку, розташовану по ходу потоку за розширеною ділянкою, профіль поперечного перерізу якої нагадує профіль труби Вентурі. Кінцева частина трубчастого каналу надходження повітря в камеру змішування виконана співвісно осі проточного каналу так, що її кінець розташований в зоні конфузора іншої ділянки проточного каналу і містить встановлений на ньому зазначений вище кавітатор, виконаний у вигляді конусоподібного тіла, що розширюється по ходу потоку, причому, більший його торець наближений до циліндричної частини іншої ділянки проточного каналу. Камера змішування повітря і води виконана у вигляді частини іншої ділянки проточного каналу по ходу потоку від кавітатора, а ділянка проточного каналу для виводу водно-повітряної

Зо суміші у вихідній частині корпусу виконана у вигляді надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища.

Згідно з винаходом, переважним є виконання, в якому на вихідній частині корпусу для виводу водно-повітряної суміші закріплена ежекційна підсмоктувальна насадка, внутрішній діаметр якої більший за зовнішній діаметр корпусу.

Згідно з винаходом, переважним також є також виконання, в якому між камерою змішування і каналом для виводу водно-повітряної суміші у вихідній частині корпусу виконана ділянка проточного каналу у вигляді, принаймні одного, додаткового надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища.

Згідно з винаходом, кавітатор для іонізації водного потоку може бути виконаний у вигляді конуса, спрямованого вершиною назустріч потоку води, а може бути виконаний у вигляді турбінки з суперкавітуючими лопатями.

Згідно з винаходом, переважним є виконання, в якому пристрій додатково містить засіб для часткової подачі і розбризкування води з камери іонізації і кавітації в повітря навколишнього середовища.

Для встановлення на невеликій відстані від дна резервуара або водоймища пристрій маже містити регульовані опори, а може бути встановлений на плавучому засобі і містити засіб регулювання відстані від поверхні рідини.

Згідно з винаходом, переважним також є виконання пристрою, в якому трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування містить резонатор.

Поставлена задача щодо способу аерації вирішена так. Занурюють у воду аератор, що з'єднаний з джерелом тиску і містить поздовжній проточний канал із звуженням у впускній частині, камеру змішування, трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, кавітатор і вихідну частину для виводу водно-повітряної суміші. Пропускають воду під тиском через проточний канал із пришвидшенням потоку на звуженні впускної частини і створенням часткового вакууму в камері змішування. Під дією часткового вакууму в камеру змішування через трубчастий канал надходить повітря і відбувається змішування в камері змішування води і повітря. В камері змішування виникає кавітація, а затим водно-повітряна суміш випускається у велику кількість води. Згідно з винаходом, за звуженням впускної частини потік води в проточному каналі піддають жорсткому режиму кавітації із створенням каверни з відносною 60 довжиною Ік-1,2-2,2, в якій відбувається іонізація молекул води. Змішування води і повітря здійснюють створенням кавітації потоку іонізованої води в камері змішування з утворенням каверни з відносною довжиною Ік-10-12, в яку подають повітря, при цьому утворюють процес супервентилювання і отримують бульбашкову водно-повітряну суміш. Після цього розганяють бульбашкову суміш до швидкості 18-32 м/с, яка перевищує швидкість розповсюдження звуку в водно-повітряному середовищі, з утворенням стрибків ущільнення. На фронті стрибків ущільнення подрібнюють бульбашки бульбашкової водно-повітряної суміші.

Для водоймищ, призначених для вирощування риби, згідно з винаходом, бульбашкову суміш, розганяють до швидкості, яка перевищує швидкість розповсюдження звуку в водно- повітряному середовищі, принаймні, двічі, і бульбашки бульбашкової водно-повітряної суміші подрібнюють до розмірів 1-1,5 мм.

Для диспергування кисню у поверхневі шари води водоймища, згідно з винаходом, іонізовану перед камерою змішування воду частково виводять з проточного каналу і подають під тиском в розпилювальну форсунку для дрібнодисперсного розпилювання з діаметром крапель 5-50 мкм над поверхнею води.

Згідно з винаходом, перед надходженням повітря в камеру змішування піддають його резонансним коливанням.

Переважне виконання пристрою та способу аерації великої кількості води більш детально висвітлене у фігурах креслень і нижченаведеному описі. На фіг. 1 наведено загальний вигляд (3/4 спереду) переважного виконання пристрою для аерації великої кількості води (аератора); на фіг. 2 - поздовжній переріз аератора.

Аератор містить подовжений корпус 1 з виконаним в ньому поздовжнім проточним каналом 2, і трубчастий канал З надходження повітря в проточний канал, з'єднаний з повітрям навколишнього середовища. Кінцева частина трубчастого каналу 3 виконана співвісно осі проточного каналу 2. Корпус 1 має вхідну частину 4 для води, яка з'єднана з джерелом тиску - заглибним насосом 5, і вихідну частину б для виходу водно-повітряної суміші. Ділянка проточного каналу 2 у вихідній частині б корпусу має вигляд надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища. Проточний канал 2 вхідної частини 4 корпусу має ділянку 7 звуження у формі конфузора. На ділянці звуження 7 в найвужчій її частині в проточному каналі встановлений співвісно кавітатор 8 для іонізації водного потоку, виконаний у

Зо вигляді турбінки з суперкавітуючими лопатями. За ділянкою звуження у проточному каналі виконана ділянка 9 розширення у формі дифузора. Ця ділянка 9 разом з наступною розширеною ділянкою 10 проточного каналу утворює камеру іонізації і кавітації води. Проточний канал містить іншу ділянку 11, розташовану по ходу потоку за розширеною ділянкою 10, профіль поперечного перерізу якої нагадує профіль труби Вентурі. Кінець трубчастого каналу З розташований в зоні конфузора іншої ділянки 11 проточного каналу і містить встановлений на ньому кавітатор 12, виконаний у вигляді конусоподібного тіла, що розширюється по ходу потоку.

Кавітатор 12 розташований в проточному каналі так, що більший його торець наближений до циліндричної частини іншої ділянки 11. Частина іншої ділянки проточного каналу від кавітатора 12 по ходу потоку є зазначеною вище камерою 13 змішування повітря і води. Між камерою 13 змішування і частиною каналу для виводу водно-повітряної суміші у вихідній частині корпусу б виконана ділянка проточного каналу у вигляді двох розташованих одне за одним надзвукових сопел 14 для бульбашкового газорідинного середовища. На вихідній частині корпусу для водно- повітряної суміші закріплена ежекційна підсмоктувальна насадка 15, внутрішній діаметр якої втричі або вчетверо більший за зовнішній діаметр корпусу 1. В корпусі 1 на ділянці 10 передбачений канал (на фігурах креслень не показаний), який сполучає камеру іонізації і кавітації трубкою 16 з повітрям навколишнього середовища для подачі і розбризкування води з камери іонізації і кавітації в повітря навколишнього середовища. Трубчастий канал З надходження повітря в камеру змішування містить резонатор (на кресленнях не показаний). Для встановлення на невеликій відстані від дна резервуара або водоймища пристрій містить регульовані опори 17. У випадку дуже глибоких водоймищ, пристрій може бути встановлений на понтонах і з'єднаний з ними тросами регульованої довжини (на кресленнях не показано).

Пристрій працює, а спосіб реалізується таким чином. З'єднують вхідну частину 4 аератора із заглибним насосом 5. Занурюють аератор з насосом на необхідну глибину, при цьому трубчастий канал З має регульовану довжину і встановлюється так, що камера змішування 13 проточного каналу 2 сполучається через трубчастий канал 3 з повітрям навколишнього середовища. Чим глибше занурити аератор, тим нижчою буде температура води і більше тиск.

Щоб не підіймати шкідливі речовини, які осіли на дно, розташовують аератор на глибині 0,5-0,6 метрів від дна водоймища. Вмикають насос і пропускають воду під тиском через проточний канал 2 аератора. На ділянці 7 звуження швидкість потоку води збільшується, а тиск бо зменшується. При набіганні потоку води на кавітатор 8, за рахунок місцевого зниження тиску та різкої зміни геометрії течії, в потоці виникає процес розвинутої суперкавітації при числі кавітації

Х-1. Число кавітації вираховується за формулою: х- ХР),

РУ де Р - гідростатичний тиск, Па; Ре - тиск насичених парів води при певній температурі оточуючого середовища, Па; р - щільність води, кг/м3; М - швидкість потоку на вході перед кавітатором, м/с.

Отже, щоб досягти числа кавітації менше одиниці, регулюють тиск насоса або швидкість рідини, зменшуючи проміжок між звуженням ділянки 7 і лопатями кавітатора 8. Цим досягають утворення за кавітатором стійкої каверни з відносною довжиною ІК-1,2-2,2 (відносна довжина каверни Ік є відношенням довжини каверни до її товщини). При Ік«1,2 отримуємо бульбашки малих розмірів (до 5 мкм), при Ік»2,2 діаметр бульбашок занадто великий. Хвостова частина каверни пульсує в камерах 9 і 10, періодично насичуючи потік кавітаційними бульбашками, які містять пари води. Бульбашки виникають, схлопуються, під час схлопування утворюються короткочасні імпульси тиску і високошвидкісні кумулятивні мікрострумені води (швидкість струменів досягає 750-1500 м/с). Кумулятивні мікрострумені руйнують клатратні структури води і іонізують її молекули. В воду переходять радикали Н", ОН", іони і електрони, які утворились при розщепленні води і речовин, що в ній розчинені, а також метастабільні збуджені молекули

НО. Вода у такому стані збільшує свою властивість розчинника.

Частину іонізованої води з розширеної ділянки 10 проточного каналу через канал (на кресленнях не показаний) подають під тиском через трубку 16 та спеціальну дрібнодисперсну форсунку (на кресленнях не показана) на розпилювання над водою. При цьому розмір іонізованих крапель становить 5-50 мкм. Краплі розпилюються в повітрі, активно насичуються киснем і осідають в верхніх шарах води, збагачуючи їх киснем. Іншу частину іонізованої води подають в камеру змішування 13. Іонізована вода, пройшовши через звуження ділянки 11 і кавітатор 12 із збільшеною швидкістю, надходить під тиском (мінус 0,8-0,98 атм) в камеру змішування 13, створюючи в камері частковий вакуум. При цьому в камері 13 утворюється каверна з відносною довжиною Ік-10-12. При Ік«10 в каверні утворюється поршнева течія потоку, а при Їкхх»12 будемо мати надлишкові втрати енергії по довжині. Відносна довжина каверни залежить від довжини циліндричної частини ділянки 11 проточного каналу (тому довжину каналу визначають при проектуванні). Під час експлуатації у невеликих межах

Зо регулюють довжину каверни величиною щілини між кромкою кавітатора 12 і конфузором ділянки 11. В каверну під дією часткового вакууму засмоктується повітря навколишнього середовища.

При потраплянні повітря в вакуумну каверну з атмосфери тиск в ній збільшується, але залишається нижче атмосферного (залежно від витрат повітря - 0,4-0,5 атм). Іонізована вода в каверні змішується з повітрям, створюючи процес супервентилювання і отримуючи бульбашкову водно-повітряну суміш. Відбувається активне розчинення в воді кисню повітря.

При засмоктуванні атмосферного повітря в вакуумну каверну його піддають резонансним коливанням, завдяки чому виникають режими резонансних автоколивань, що прискорюють процеси розчинення кисню у воді. Затим бульбашкову водно-повітряну суміш пропускають через два надзвукові сопла 14 для бульбашкового газорідинного середовища та ділянку проточного каналу у вихідній частині б корпусу, що має вигляд надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища, розганяючи суміш до швидкості 18-32 м/с, яка перевищує швидкість розповсюдження звуку в водно-повітряному середовищі. При надзвукових швидкостях у бульбашковій суміші утворюються стрибки ущільнення (ударні хвилі), на фронті яких бульбашки подрібнюються до розмірів 1-1,5 мм. Подрібнену бульбашкову суміш пропускають через ежекційну підсмоктувальну насадку 15 на вихідній частині корпусу, внутрішній діаметр якої втричі або вчетверо більший за зовнішній діаметр корпусу 1.

Бульбашкова суміш, рухаючись з надзвуковою швидкістю, засмоктує додаткову кількість води в ежекційну насадку, перемішується з нею і виходить у водоймище у збільшеному обсязі.

Таким чином, пристрій та спосіб, що заявляються створюють горизонтально протяжні (18-20 і більше метрів) двофазні потоки, з повільно спливаючими бульбашками нерозчиненого повітря і вертикальні двофазні течії, а також здійснюють аерацію верхніх шарів води.

Досвід експлуатації заявлених аераторів у дуже забруднених синьо-зеленими водоростями мілководних водоймах показав: при глибині водоймища від їм до 2,5 м, вмісті синьо-зелених водоростей від 0,5 до 50 г/л, кольоровому забарвленні води 80-140 одиниць, вмісту кисню у придонних шарах 3,0-3,5 мг/л, середніх шарах 4,2-4,5 мг/л, після аерації отримали відсутність синьо-зелених водоростей, кольорове забарвлення - від З до 5 одиниць, вміст кисню у придонних шарах 5,2-6 мг/л, у середніх шарах 9,1-9,3 (100-103 95). Процеси аерації при використанні СК аераторів протікали від 10 до 14 днів, залежно від забрудненості водойми. На очищення одного гектара водойм вистачало потужності двигуна 1 кВт.

При цьому аератор, що заявляється, має високу енергоефективність. Для наочності нижче в таблиці наведені дані, які підтверджують енергоефективність заявлених пристрою і способу для аерації водоймищ.

Таблиця

Площа аерації при глибині водоймища 02 0,3 0,47 0,63 0,88 12 1,77 3,4 1,5-2 м (га) (кг Ог/кВт год.)

Заявлений пристрій для аерації має порівняно невисоку собівартість, тому може знайти широке застосування при очищенні водоймищ і резервуарів, розведенні і вирощуванні риби.

Численними дослідженнями доведено, що збільшення вмісту кисню на 1 мг/л від середнього вмісту кисню в воді (7 мг/л, при 20 "С) призводить до підвищення врожайності, наприклад, дзеркального коропа на одну тонну з гектара в рік (при достатньому годуванні риби). Причому, конструктивне виконання аератора робить можливим використання його в автоматичному режимі, при цілодобовій роботі (включення - виключення, з використанням електронного оксиметра) підтримувати вміст розчиненого кисню за величиною, близькою до насичення при будь-якій температурі води.

Claims (13)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для аерації великої кількості води, що містить подовжений корпус з виконаним в ньому поздовжнім проточним каналом, в якому є камера змішування повітря і води, трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, з'єднаний з джерелом повітря, і кавітатор, встановлений в проточному каналі, при цьому корпус має вхідну частину для води, виконану з можливістю з'єднання з джерелом тиску, і вихідну частину для виводу водно-повітряної суміші, а в проточному каналі вхідної частини корпусу виконана ділянка звуження, який відрізняється тим, що пристрій додатково містить кавітатор для іонізації водного потоку, що встановлений на ділянці звуження проточного каналу, ділянка звуження проточного каналу має форму конфузора, за ділянкою звуження у проточному каналі виконана ділянка розширення у формі дифузора, яка разом з наступною розширеною ділянкою проточного каналу утворює камеру Зо іонізації і кавітації води, проточний канал містить іншу ділянку, розташовану по ходу потоку за розширеною ділянкою, профіль поперечного перерізу якої нагадує профіль труби Вентурі, кінцева частина трубчастого каналу надходження повітря в камеру змішування виконана співвісно осі проточного каналу так, що її кінець розташований в зоні конфузора іншої ділянки проточного каналу, і містить встановлений на ньому зазначений вище кавітатор, виконаний у вигляді конусоподібного тіла, що розширюється по ходу потоку, причому, більший його торець наближений до циліндричної частини іншої ділянки проточного каналу, камера змішування повітря і води виконана у вигляді частини іншої ділянки проточного каналу по ходу потоку від кавітатора, а ділянка проточного каналу для виводу водно-повітряної суміші у вихідній частині корпусу виконана у вигляді надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що на вихідній частині корпусу для виводу водно- повітряної суміші закріплена ежекційна підсмоктувальна насадка, внутрішній діаметр якої більший за зовнішній діаметр корпусу.

З. Пристрій за одним з пп. 1 або 2, який відрізняється тим, що між камерою змішування і каналом для виводу водно-повітряної суміші у вихідній частині корпусу виконана ділянка проточного каналу у вигляді, принаймні одного, додаткового надзвукового сопла для бульбашкового газорідинного середовища.

4. Пристрій за будь-яким з пп. 1 або 3, який відрізняється тим, що кавітатор для іонізації водного потоку виконаний у вигляді конуса, спрямованого вершиною назустріч потоку води, або у вигляді турбінки з суперкавітуючими лопатями.

5. Пристрій за будь-яким з пп. 1 або 4, який відрізняється тим, що додатково містить засіб для часткової подачі і розбризкування води з камери іонізації і кавітації в повітря навколишнього середовища.

6. Пристрій за будь-яким з пп. 1 або 5, який відрізняється тим, що містить опори регульованої висоти для установки його на відстані від дна резервуара або водоймища.

7. Пристрій за будь-яким з пп.71 або 5, який відрізняється тим, що він встановлений на плавучому засобі і містить засіб регулювання відстані від поверхні рідини.

8. Пристрій за будь-яким з пп.1 або 7, який відрізняється тим, що трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування містить резонатор.

9. Спосіб аерації великої кількості води шляхом занурення у воду аератора, що з'єднаний з джерелом тиску і містить поздовжній проточний канал із звуженням у впускній частині, камеру змішування, трубчастий канал надходження повітря в камеру змішування, кавітатор і вихідну частину для виводу водно-повітряної суміші, пропускання води під тиском через проточний канал із пришвидшенням потоку на звуженні впускної частини і створенням часткового вакууму в камері змішування, надходження повітря в камеру змішування під дією часткового вакууму, змішування в камері, змішування води і повітря, створення кавітації і випускання кавітованої суміші у велику кількість води, який відрізняється тим, що потік води в проточному каналі за звуженням у впускній частині піддають жорсткому режиму кавітації із створенням каверни з відносною довжиною Ік-1,2-2,2, в якій відбувається іонізація молекул води, змішування води і повітря здійснюють створенням кавітації потоку іонізованої води в камері змішування з утворенням каверни, яка має відносну довжину Ік-10-12, і в яку подають повітря, при цьому утворюють процес супервентилювання і отримують бульбашкову водно-повітряну суміш, затим розганяють бульбашкову суміш до швидкості 18-32 м/с, що перевищує швидкість розповсюдження звуку у водно-повітряному середовищі, з утворенням стрибків ущільнення, на фронті стрибків ущільнення подрібнюють бульбашки бульбашкової водно-повітряної суміші.

10. Спосіб аерації за п. 9, який відрізняється тим, що бульбашкову суміш розганяють до надзвукової швидкості у водно-повітряному середовищі, принаймні двічі, і бульбашки бульбашкової водно-повітряної суміші подрібнюють до розмірів 1-1,5 мм.

11. Спосіб аерації за одним з пп. 9 або 10, який відрізняється тим, що іонізовану перед Зо камерою змішування воду частково виводять з проточного каналу і подають під тиском в розпилювальну форсунку для дрібнодисперсного розпилювання з діаметром крапель 5-50 мкм над поверхнею води.

12. Спосіб аерації за будь-яким з пп. 9-11, який відрізняється тим, що на виході з випускної частини перед випусканням водно-повітряної суміші у велику кількість води її змішують з додатковою кількістю води в ежекційній підсмоктувальній насадці.

13. Спосіб аерації за будь-яким з пп. 9 або 12, який відрізняється тим, що повітря перед надходженням в камеру змішування піддають резонансним коливанням. ЩА що Ще хх СА ЗМО МАВ Он соооквюю ї ї ї гі 1 7 і-й ї ї ї Н ріг.