Результат интеллектуальной деятельности: ТРУБЧАТЫЙ АЭРАТОР

Изобретение относится к технике очистки сточных вод и может быть использовано при биологической очистке сточных вод в аэротенках с активным илом.

Известен трубчатый аэратор, содержащий опорную трубу с радиальными отверстиями и эластичной трубчатой мембраной поверх опорной трубы, хомут на каждом из концов эластичной трубчатой мембраны, перфорации в эластичной трубчатой мембране (см. US Patent No 7044453, Int. cl. B01F 3/04).

Недостатком известного трубчатого аэратора является то, что воздух, выходящий из радиальных отверстий опорной трубы, неравномерно распределяется внутри под эластичной трубчатой мембраной аэратора. Перфорации эластичной трубчатой мембраны открываются под давлением сжатого воздуха. Под давлением сжатого воздуха эластичная трубчатая мембрана увеличивается в диаметре. При работе в жидкости эластичная трубчатая мембрана стремится всплыть и прижимается к низу опорной трубы, а верхняя ее часть отжимается от опорной трубы с увеличением расхода воздуха через перфорации и с нарушением дренажа жидкости из полости опорной трубы.

Задача усовершенствования заключается в повышении эффективности аэрации жидкости при использовании погруженных в жидкость множества последовательно соединенных трубчатых аэраторов и автоматического равномерного распределения из воздухопровода по полостям множества эластичных трубчатых мембран последовательно соединенных трубчатых аэраторов, а также обеспечения автоматического дренажа жидкости из полости опорной трубы воздухопровода трубчатого аэратора.

Поставленная задача решается тем, что трубчатый аэратор, содержащий опорную трубу с радиальными отверстиями и эластичной трубчатой мембраной поверх опорной трубы, хомут на каждом из концов эластичной трубчатой мембраны, перфорации в эластичной мембране, отличающийся тем, что опорная труба выполнена в виде воздухопровода, снабжена продольными ребрами, продольными каналами под эластичной трубчатой мембраной между продольными ребрами опорной трубы, кольцевыми каналами над опорной трубой под эластичной трубчатой мембраной перед концами продольных каналов, полости кольцевых каналов сообщены со входами и выходами продольных каналов, причем полость опорной трубы воздухопровода сообщена через часть радиальных отверстий в ней с кольцевыми каналами, а через остальную часть радиальных отверстий опорной трубы, которые расположены между продольными ребрами, сообщена с продольными каналами.

Технический результат - изобретение позволяет повысить эффективность аэрации жидкости при использовании трубчатых аэраторов, а также позволяет равномерно распределять поток сжатого воздуха из полости опорной трубы воздухопровода в полости последовательного множества мембран аэраторов, а также автоматически дренировать жидкость из аэраторов при их запуске в работу в аэротенке после простоя, а также при работе аэраторов в аэротенке при подаче в них сжатого воздуха.

Эластичная трубчатая мембрана снабжена чередующимися между собой перфорированными и неперфорированными участками, причем ширина каждого неперфорированного участка находится в пределах от 1/3 до 1/12 ширины перфорированного участка, что улучшает приток жидкости в водовоздушный поток над трубчатым аэратором. Наличие неперфорированных участков мембран уменьшает радиальное растяжение мембран с чрезмерным отслоением их от ребер опорной трубы воздухопровода. Стабилизируют ширину раскрытия щелей перфораций на мембранах под давлением сжатого воздуха из опорной трубы воздухопровода, что способствует оптимальному режиму аэрации жидкости с иловой смесью над аэраторами с мелкими пузырьками воздуха, которые дольше находятся в объеме жидкости, что способствует лучшему насыщению жидкости кислородом воздуха, что важно для жизнеобеспечения микроорганизмов аэротенка.

Опорная труба содержит четное число продольных каналов для организации равномерного растекания струй воздуха из полости опорной трубы через ее диаметрально противоположные радиальные отверстия между ребер опорной трубы по полостям кольцевых каналов и продольных каналов внутри трубчатого аэратора.

Диаметрально противоположные продольные каналы и кольцевые каналы содержат по два диаметрально противоположных радиальных отверстия на погонный метр опорной трубы, что, например, при двух кольцевых и двенадцати продольных каналах позволяет получить 14 радиальных отверстий на погонный метр опорной трубы, что позволяет создать определенный гидравлическим расчетом необходимый расход воздуха через перфорации эластичной трубчатой мембраны.

Эластичная трубчатая мембрана снабжена кольцевыми выступами внутрь полости мембраны и/или над ее внешней поверхностью, которые выполнены заодно с эластичной трубчатой мембраной. Кольцевые выступы дополнительно снижают чрезмерное вздутие эластичной трубчатой мембраны при ее работе в жидкости аэротенка, что способствует повышению качества истечения воздуха с поверхности эластичной трубчатой мембраны в жидкость аэротенка с улучшением качества аэрации жидкости. Кольцевые выступы внутрь полости эластичной трубчатой мембраны дополнительно способствуют более равномерному распределению воздуха между продольными каналами, а также устраняют прижатие эластичной трубчатой мембраны под действием гидростатического давления жидкости в аэротенке в зонах радиальных отверстий между продольными ребрами с перекрытием радиальных отверстий.

Эластичная трубчатая мембрана в средней части охвачена опорным кольцом, которое скреплено с опорной скобой, причем эластичная трубчатая мембрана в сборе с опорной трубой имеет возможность скользить внутри опорного кольца при монтаже множества трубчатых аэраторов, а также под действием температурных расширений опорной трубы при запуске трубчатых аэраторов в работу. Опорное кольцо сдерживает чрезмерное вздутие в средней части эластичной трубчатой мембраны при ее работе в жидкости аэротенка, что улучшает стабильность истечения воздуха через перфорации эластичной трубчатой мембраны.

Для усиления прижима эластичной трубчатой мембраны на ее концах к опорной трубе эластичная трубчатая мембрана снабжена на каждом из ее концов манжетой. Для упрощения изготовления манжета выполнена в виде внутреннего или наружного однослойного или двухслойного подворота эластичной трубчатой мембраны.

Для улучшенной герметизации полостей кольцевых и продольных каналов от проникновения в них жидкости хомут охватывает эластичную трубчатую мембрану поверх манжеты.

В другом исполнении хомут охватывает эластичную трубчатую мембрану внутри манжеты, что позволяет защитить хомуты от коррозии, загрязнений, биообрастания, от покрытия элементов хомута солями жесткости, что увеличивает срок службы и ремонтопригодность элементов хомутов, например с червячными приводами хомутов.

В дальнейшем усовершенствование поясняется примерами выполнения на чертежах, на которых:

Фиг.1. Трубчатый аэратор. Вид спереди плети из множества последовательно соединенных трубчатых аэраторов на дне аэротенка.

Фиг.2. Трубчатый аэратор. Вид спереди на трубчатый аэратор с установленным опорным кольцом и опорной скобой.

Фиг.3. Трубчатый аэратор. Вид спереди на трубчатый аэратор с установленным опорным кольцом.

Фиг.4. Трубчатый аэратор. Вид спереди на трубчатый аэратор с установленным опорным кольцом. Продольный разрез.

Фиг.5. Трубчатый аэратор. Сечение F-F на фиг.2.

Фиг.6. Трубчатый аэратор. Вид F на фиг.5.

Фиг.7. Трубчатый аэратор. Продольный разрез.

Фиг.8. Трубчатый аэратор. Сечение А-А на фиг.7.

Фиг.9. Трубчатый аэратор. Сечение Б-Б на фиг.7.

Фиг.10. Трубчатый аэратор. Сечение В-В на фиг.7.

Фиг.11. Трубчатый аэратор. Сечение Д-Д на фиг.7.

Фиг.12. Трубчатый аэратор. Сечение Г-Г на фиг.7.

Фиг.13. Трубчатый аэратор. Сечение Е-Е на фиг.7.

Фиг.14. Трубчатый аэратор. Фрагмент I на фиг.7, исполнение 1.

Фиг.15. Трубчатый аэратор. Фрагмент I на фиг.7, исполнение 2.

Фиг.16. Трубчатый аэратор. Фрагмент I на фиг.7, исполнение 3.

Перечень обозначений на чертежах

1. Опорная труба.

2. Радиальное отверстие.

3. Эластичная трубчатая мембрана.

4. Хомут.

5. Продольное ребро.

6. Продольный канал.

7. Кольцевой канал.

8. Перфорированный участок.

9. Неперфорированный участок.

10. Перфорации.

11. Кольцевой выступ внутрь полости эластичной трубчатой мембраны.

12. Кольцевой выступ над эластичной трубчатой мембраной.

13. Опорное кольцо.

14. Опорная скоба.

15. Манжета.

16. Однослойный подворот эластичной трубчатой мембраны.

17. Двухслойный подворот эластичной трубчатой мембраны.

18. Муфта.

19. Заглушка.

20. Червячный привод хомута 4.

21. Опускная труба.

22. Тройник.

Трубчатый аэратор содержит опорную трубу 1 с радиальными отверстиями 2 и эластичной трубчатой мембраной 3 поверх опорной трубы 1, хомут 4 на каждом из концов эластичной трубчатой мембраны 3.

Опорная труба 1 выполнена в виде воздухопровода, снабжена продольными ребрами 5, продольными каналами 6 под эластичной трубчатой мембраной 3 между продольными ребрами 5 опорной трубы 1, кольцевыми каналами 7 над опорной трубой 1 под эластичной трубчатой мембраной 3 перед концами продольных каналов 6, полости кольцевых каналов 7 сообщены со входами и выходами продольных каналов 6, причем часть радиальных отверстий 2 опорной трубы 1 сообщена с кольцевыми каналами 7, а остальная часть радиальных отверстий 2 опорной трубы 1 расположена между продольными ребрами 5 и сообщена с продольными каналами 6, что создает более равномерное распределение воздуха под эластичной трубчатой мембраной 3, а также улучшает дренаж жидкости из полости опорной трубы 1. Жидкость в опорной трубе 1 образуется в виде конденсата при охлаждении горячего сжатого воздуха от стенок внутри полости опорной трубы 1, а также при массообмене между жидкостью и водяным паром сжатого воздуха при дросселировании паровоздушной смеси через радиальные отверстия 2 в кольцевые каналы 7 и продольные каналы 6. Жидкость из опорной трубы 1 выдавливается сжатым воздухом через нижние радиальные отверстия 2 продольных каналов 6, что способствует более качественной диспергации воздуха в жидкость с верхней части эластичной трубчатой мембраны 3, что способствует повышению качества аэрации иловой смеси аэротенка.

Эластичная трубчатая мембрана 3 снабжена чередующимися между собой перфорированными участками 8 и неперфорированными участками 9, причем ширина каждого неперфорированного участка 9 находится в пределах от 1/3 до 1/12 ширины перфорированного участка 8, что улучшает приток жидкости в водовоздушный поток над трубчатым аэратором.

Опорная труба 1 содержит четное число продольных каналов 6, что предлагается для организации равномерного растекания струй воздуха из полости опорной трубы 1 через ее диаметрально противоположные радиальные отверстия 2 по полостям кольцевых каналов 7 и продольных каналов 6 внутри трубчатого аэратора.

Диаметрально противоположные продольные каналы 6 и кольцевые каналы 7 содержат по два диаметрально противоположных радиальных отверстия 2 на погонный метр опорной трубы 1, что, например, при двух кольцевых каналах 7 и двенадцати продольных каналах 6 позволяет получить четырнадцать радиальных отверстий 2 на погонный метр опорной трубы 1, что позволяет создать определенный гидравлическим расчетом необходимый расход воздуха через перфорации 10 эластичной трубчатой мембраны 3. Разнесение пар радиальных отверстий 2 по длине опорной трубы 1 не нарушает прочность опорной трубы 1, которая подвергается изгибающим моментам относительно опорных колец 13 при ее работе в аэротенке.

Эластичная трубчатая мембрана 3 снабжена кольцевыми выступами 11 внутрь полости мембраны 3 или кольцевыми выступами 12 над ее внешней поверхностью, или кольцевыми выступами 11 и кольцевыми выступами 12 одновременно внутрь полости эластичной трубчатой мембраны 3 и над эластичной трубчатой мембраной 3. Выступы 11 и 12 выполнены заодно с эластичной трубчатой мембраной 3. Кольцевые выступы 11,12 за счет их упругости снижают чрезмерное вздутие эластичной трубчатой мембраны 3 при ее работе в жидкости аэротенка, что способствует повышению качества диспергации воздуха с поверхности мембраны 3 в жидкость аэротенка и улучшения качества аэрации иловой смеси аэротенка. Кольцевые выступы 11 под внутренней поверхностью эластичной трубчатой мембраны 3 также способствуют более равномерному распределению воздуха между продольными каналами 6, а также устраняют прижатие эластичной трубчатой мембраны 3 под действием гидростатического давления жидкости в аэротенке в зонах радиальных отверстий 2 между продольными ребрами 5.

Эластичная трубчатая мембрана 3 в средней части охвачена опорным кольцом 13, которое скреплено с опорной скобой 14, причем трубчатая мембрана 3 в сборе с опорной трубой 1 имеет возможность скользить внутри опорного кольца 13 при монтаже аэраторов, а также под действием температурных расширений опорной трубы 1 при запуске аэраторов в работу. Опорное кольцо 13 сдерживает чрезмерное вздутие в средней части эластичной трубчатой мембраны 3 при ее работе в жидкости аэротенка, что улучшает качество диспергации воздуха через перфорации 10 эластичной трубчатой мембраны 3.

Для усиления прижима эластичной трубчатой мембраны 3 на ее концах эластичная трубчатая мембрана 3 снабжена на каждом из ее концов манжетой 15. Для упрощения изготовления манжета 15 выполнена в виде внутреннего или наружного однослойного подворота 16 или двухслойного подворота 17 эластичной трубчатой мембраны 3.

Для герметизации полостей кольцевых каналов 7 и продольных каналов 6 от проникновения в них жидкости хомут 4 охватывает эластичную трубчатую мембрану 3 поверх манжеты 15.

В другом исполнении хомут 4 охватывает эластичную трубчатую мембрану 3 внутри манжеты 15, что позволяет защитить хомуты 4 от коррозии, загрязнений, биообрастания, от покрытия элементов хомута 4 солями жесткости, что увеличивает срок службы и ремонтопригодность элементов хомутов 4.

Опорная труба 1 является воздуховодом, т.е. трубчатый аэратор совмещает в себе одновременно воздуховод и диспергатор воздуха в жидкости. Трубчатые аэраторы последовательно соединяют предыдущим концом опорной трубы 1 с наружной резьбой с последующим концом опорной трубы 1 с наружной резьбой через муфту 18 с внутренней резьбой в плеть.

Для устранения выхода воздуха из полости опорной трубы 1 конец с наружной резьбой опорной трубы 1 последнего аэратора закрыт заглушкой 19 с внутренней резьбой.

Хомуты 4 снабжены червячным приводом 20 для плавной их затяжки на мембране 3.

Устройство работает следующим образом.

Для сборки трубчатого аэратора на опорную трубу 1 натягивают эластичную трубчатую мембрану 3 таким образом, чтобы все перфорированные участки 8 мембраны 3 расположились над продольными ребрами 5, а неперфорированные концевые участки 9 оказались в зоне кольцевых каналов 7. В зависимости от исполнения трубчатого аэратора хомуты 4 устанавливают снаружи манжеты 15, или внутри манжеты 15, при этом манжета 15 может, в зависимости от исполнения трубчатого аэратора, использоваться с однослойным внутренним или наружным подворотом 16 мембраны 3 или двухслойным наружным подворотом 17 мембраны 3, или хомутом 4, прижимающим концевую часть эластичной трубчатой мембраны 3 с образованием свободного вылета эластичной трубчатой мембраны 3 от хомута 4 с последующим наружным подворотом мембраны 3, с перекрытием хомута 4 снаружи.

Хомуты 4 зажимают с помощью червячных приводов 20.

Кольцевые выступы 11, 12 формируют заодно с телом эластичной трубчатой мембраны 3 при ее изготовлении.

Перфорации 10 прошивают в мембране 3 при ее изготовлении, с образованием комбинации чередующихся между собой перфорированных участков 8 и неперфорированных участков 9.

Плети собирают из множества соединенных через муфты 18 трубчатых аэраторов, которые вставляют в опорные кольца 13 в предварительно установленные на дне аэротенка опорные скобы 14 с опорными кольцами 13. Конец последнего в плети трубчатого аэратора закрывают заглушкой 19.

При работе трубчатых аэраторов в аэротенке сжатый воздух подают по опускной трубе 21 через тройник 22 в полость первой опорной трубы 1 плети. В полостях последующих сообщенных между собой опорных труб 1 поддерживается избыточное давление сжатого воздуха, которое необходимо для открытия перфораций 10 в эластичных трубчатых мембранах 3 и истечения из них воздуха в жидкость с образованием водовоздушной смеси с мелкими пузырьками воздуха, которые аэрируют иловую смесь в аэротенке.

При изготовлении опорной трубы 1 подбирают число и диаметр радиальных отверстий 2 на погонный метр опорной трубы 1 согласно гидравлических расчетов, а также при гидравлических испытаниях отдельных трубчатых аэраторов в жидкости при настройке трубчатых аэраторов в заводских условиях.

Продольные каналы 6 и нижняя часть кольцевых каналов 7, которые расположены ниже горизонтальной плоскости, в которой лежат оси трубчатых аэраторов, работают как дренаж конденсата из опорной трубы 1 через нижние продольные каналы 6 и далее через перфорированные участки 8 эластичной трубчатой мембраны 3 наружу трубчатого аэратора, при этом продольные ребра 5 способствуют необходимому гидравлическому и аэродинамическому режимам в продольных каналах 6 и кольцевых каналах 7, а также для формирования равномерной диспергации сжатого воздуха через перфорации 10. Неперфорированные участки 9 эластичной трубчатой мембраны 3 служат для подпитки жидкостью водовоздушного потока и формирования необходимой формы восходящего водовоздушного потока над эластичной трубчатой мембраной 3 трубчатого аэратора с необходимым пузырьковым режимом истечения воздуха в жидкость иловой смеси аэротенка.