Вид РИД
Изобретение
Настоящее изобретение относится к флотационным аэраторам и применяется при аэрации природных и других водоемов для обогащения воды кислородом, для аэрации воды в системах водоподготовки и очистки сточных вод, а также в качестве аппарата для диспергации воздуха (газа) при очистке сточных вод методом флотации и может быть использовано в области нефтеперерабатывающей, нефтехимической и нефтедобывающей промышленностей, а также заводов пищевой и легкой промышленности, предприятий черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов.
Известен аэратор, содержащий корпус с впускным отверстием для воды, выпускным отверстием для водовоздушной смеси и перегородкой, разделяющей его пространство на верхнюю и нижнюю зоны, причем в перегородке выполнено отверстие для подачи воздуха; воздуховод;
электродвигатель с закрепленными на его валу двумя рабочими колесами (импеллерами), установленными в разных зонах корпуса (патент США №6655663).
В известном аэраторе ввод воды осуществляется в нижнюю зону корпуса, вывод водовоздушной смеси осуществляется сбоку из верхней зоны, а воздуховод для подачи воздуха введен в отверстие, выполненное в перегородке. Всасывание воздуха происходит за счет эффекта Вентури, возникающего при прохождении потока воды из области высокого давления, создаваемого при вращении первым рабочим колесом, в область низкого давления, создаваемого вторым рабочим колесом.
Известный аэратор имеет ряд недостатков. Так, смешивание воды и воздуха верхним рабочим колесом производится в достаточно большом объеме, а вывод водовоздушной смеси производится сбоку. В верхней части корпуса аэратора имеется область, где накапливается подсасываемый воздух и образуется воздушная подушка. Накопившийся воздух крупными пузырями выходит через боковое отверстие, перекрывая, таким образом, часть его сечения, что приводит как к снижению производительности аппарата, так и эффекта аэрации. Всасывание воздуха в область диспергации производится за счет эффекта Вентури, возникающего при протекании воды через область корпуса, содержащую перегородку, из зоны высокого давления в зону низкого давления. Объем всасываемого воздуха, в этом случае, зависит от разряжения (вакуума), создаваемого потоком воды в области перегородки. Изменять пропорции смешиваемых компонентов (воды и воздуха), в этом случае, не представляется возможным, поскольку все соотношения геометрических размеров аппарата и параметры работы электродвигателя изначально постоянны и не регулируются. Изменение пропорций воды и воздуха при перемешивании влияет не только на насыщение воды воздухом, но и на размер воздушных пузырьков, что немаловажно в процессах очистки воды методом флотации и для повышения эффекта аэрации.
Диспергация воздуха в воде производится в широкой части верхней зоны с большими зазорами между лопатками колеса и стенками, что приводит к образованию пузырьков сравнительно больших диаметров. К другим недостаткам аэратора следует отнести расположение электродвигателя-внутри корпуса в зоне образования воздушной подушки, что может явиться причиной его перегрева.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности аэрации воды и надежности устройства.
Во флотационном аэраторе, содержащем корпус, содержащий перегородку с центральным отверстием, делящую его пространство на верхнюю и нижнюю зоны; ввод воды, расположенный в нижней части нижней зоны; воздуховод; вывод водовоздушной смеси; электродвигатель с закрепленными на его валу рабочими колесами (импеллерами), размещенными в различных зонах корпуса, согласно изобретению перегородка выполнена в виде диафрагмы с центральным отверстием, воздуховод соединен с верхней зоной, и вывод водовоздушной смеси выполнен в виде перфорации в нижней зоне корпуса. Воздуховод содержит регулирующее устройство для регулирования подачи воздуха, размещенное в его верхней части и над уровнем воды, электродвигатель содержит регулятор числа оборотов вала, а ввод воды содержит регулирующее устройство для регулирования подачи воды, содержащее направляющую диафрагму с центральным отверстием, и насадок, прикрепленный к нижней части нижней зоны. Электродвигатель установлен на верхней поверхности корпуса. Диафрагма выполнена съемной и может иметь разный диаметр центрального отверстия, размер которого устанавливается в зависимости от глубины погружения. Рабочее колесо, расположенное в нижней зоне, выполнено в виде ротора с вертикальными сменными лопатками, имеющими различную конфигурацию. Лопатки рабочего колеса выполнены прямоугольной формы. Лопатки выполнены перфорированными и/или с зубчатыми краями. Перфорация в нижней зоне корпуса выполнена с заданной частотой и диаметром отверстий. Рабочее колесо, расположенное в верхней зоне корпуса, выполнено в виде колеса с винтовыми лопатками. Зазор между внешней кромкой лопасти рабочего колеса и перфорированной стенкой составляет 5-10 мм.
В предлагаемом флотационном аэраторе устранены все конструктивные недостатки известного аэратора и предусмотрена возможность управления процессом получения мелко дисперсной водовоздушной смеси. Так, диспергация воздуха в воде производится в стесненном объеме камеры диспергации, с небольшим зазором между перфорированной лопаткой и перфорированной стенкой камеры, составляющим 5-10 мм. Вывод водовоздушной смеси осуществляется через перфорированные боковые стенки нижней зоны, в которой происходит диспергация, с расчетной перфорацией. Увеличение размеров пузырьков и накопление воздуха в корпусе аппарата, в этом случае, не происходит. Перфорированные и/или зубчатые лопатки рабочего колеса нижней зоны способствуют лучшему перемешиванию воды и воздуха за счет увеличения зон турбулентности в нижней зоне корпуса не только на краях лопаток, но и отверстиях лопаток. Кроме того, выполнение лопаток перфорированными и/или с зубчатыми краями увеличивает турбулизацию среды, что приводит к увеличению количества пузырьков за счет кавитации.
Выполнение вывода водовоздушной смеси через перфорированные боковые стенки нижней зоны, в которой происходит диспергация, способствует равномерному рассредоточенному выпуску водовоздушной смеси в аэрируемый объем воды. Поступление воздуха в верхнюю зону всасывания обеспечивается верхним рабочим колесом через воздуховод с регулирующим устройством, а в нижнюю зону, в которой происходит диспергация (через съемную регулирующую диафрагму), нижним рабочим колесом, создающим разряжение при вращении. Вода в зону диспергации поступает через регулирующее устройство для регулирования подачи воды, содержащее направляющую диафрагму с центральным отверстием, и насадок за счет гидростатического давления и разряжения, создаваемого вторым рабочим колесом при вращении. Таким образом, подача воздуха и воды в нижнюю зону не зависят друг от друга. Регулирующие устройства для регулирования подачи воды и воздуха, а также регулятор числа оборотов вала двигателя позволяют изменять пропорции смешиваемых компонентов независимо друг от друга. Диаметр отверстия съемной регулирующей диафрагмы выбирают в зависимости от глубины погружения аппарата - диаметр отверстия уменьшают, при увеличении глубины погружения флотационного аэратора. Конфигурация сменных лопаток может быть изменена в зависимости от условий работы флотационного аэратора и свойств обрабатываемой жидкости. Насадок обеспечивает выполнение забора воды из нижних слоев, улучшая циркуляцию воды в аэрируемом объеме. Электродвигатель полностью находится в объеме аэрируемой воды в зоне аэрации, что способствует его эффективному охлаждению.
Таким образом, использование вышеперечисленных признаков дает возможность повысить надежность устройства при достижении требуемого эффекта аэрации и очистки воды.
Далее настоящее изобретение поясняется со ссылками на чертежи, где
на фиг.1 изображен флотационный аэратор с расположением верхней поверхности корпуса ниже уровня воды;
на фиг.2 изображен флотационный аэратор с расположением верхней поверхности корпуса выше уровня воды.
Флотационный аэратор содержит корпус; герметичный электродвигатель 1, закрепленный на верхней поверхности корпуса и содержащий вал 4; воздуховод 7; два рабочих колеса 5 и 6, установленные на валу 4 электродвигателя 1; ввод всасываемой воды, и вывод водовоздушной смеси.
Корпус разделен съемной регулирующей диафрагмой 10 на две зоны - верхнюю зону 2, в которой происходит всасывание воздуха, и нижнюю зону 3, в которой происходит диспергация. Внутри корпуса расположен вал 4 электродвигателя с двумя рабочими колесами, при этом рабочее колесо 5, расположенное в верхней зоне 2, выполнено с винтовыми лопатками, а второе рабочее колесо 6 расположено в нижней зоне 3, и выполнено в виде ротора с вертикально расположенными сменными лопатками, имеющими различную конфигурацию, например прямоугольными и перфорированными и/или зубчатыми лопатками. Воздуховод 7 присоединен к верхней зоне 2 и содержит регулирующее устройство 8, расположенное в его верхней части выше уровня воды. Верхняя поверхность корпуса может быть расположена ниже уровня воды (фиг.1). Возможно расположение электродвигателя 1 на верхней поверхности корпуса, находящейся выше уровня воды (фиг.2), в этом варианте высота верхней зоны 2 определяется необходимой глубиной погружения аэратора, а электродвигатель выполнен негерметичным.
Вывод водовоздушной смеси выполнен в виде перфорации в боковых стенках нижней зоны 3, при этом перфорация выполнена с заданным количеством и диаметром отверстий, обеспечивающих образование нужной для флотации мелкодисперсной смеси и ее равномерный и рассредоточенный выпуск. Расстояние между внешними кромками лопаток рабочего колеса 6 и перфорированной стенкой нижней зоны 3 составляет 5-10 мм, в зависимости от конфигурации лопаток. Перфорация произведена с заданным количеством отверстий, имеющими диаметр, составляющий 3-20 мм, причем, чем больше размеры зоны диспергации (диаметр и высота), тем больше диаметр отверстий. Уменьшение или увеличение диаметра отверстий не эффективно для самого процесса диспергирования. Отверстия расположены равномерно в шахматном порядке. Площадь перфорации составляет 20-60% от площади боковых стенок нижней зоны 3, причем выход за границы указанного диапазона приводит к снижению эффективности процесса. Кроме того, перфорация площади боковых стенок свыше 60% снижает прочность корпуса в нижней зоне 2.
Ввод воды выполнен в виде отверстий в нижней части нижней зоны 3, к фланцу которой прикреплен насадок 11, и содержит регулирующее устройство 9, выполняющее регулирование подачи всасываемой воды, и содержащее направляющую диафрагму 12 с центральным отверстием.
Флотационный аэратор работает следующим образом:
При вращении вала электродвигателя воздух (газ) всасывается рабочим колесом 5 в верхнюю зону 2 по воздуховоду 7 через регулирующее устройство 8, расположенное в его верхней части, и далее поступает через регулирующую диафрагму 10 в нижнюю зону 3 к рабочему колесу 6. Вода поступает в нижнюю зону 3 к рабочему колесу б через насадок 11 и регулирующее устройство 9, содержащее направляющую диафрагму 12 с центральным отверстием, и расположенное в нижней части нижней зоны 3. При вращении рабочего колеса б в нижней зоне 3 происходит диспергация воздуха (газа) в воду. Водовоздушная (водогазовая) смесь выходит из нижней зоны 3 через боковые перфорированные стенки. Регулирование качества водовоздушной (водогазовой) смеси, а именно количество и размер пузырьков, осуществляется изменением соотношения воды и воздуха (газа) в смеси при помощи регулирующих устройств 8 и 9, а также изменением числа оборотов электродвигателя. Диаметр отверстия регулирующей диафрагмы 10, находящейся между рабочими колесами 5 и 6, и разделяющей корпус на верхнюю зону 2 и нижнюю зону 3, устанавливается в зависимости от условий работы аэратора, а именно - от глубины его погружения.
Таким образом, предлагаемая конструкция флотационного аэратора позволяет обеспечить повышение эффективности приготовления мелкодисперсной водовоздушной смеси и повышение надежности работы аэратора.