АЭРАТОР Российский патент 1994 года по МПК C02F3/12 C02F3/16 

Изобретение относится к технике аэрации жидкостей и насыщения ее кислородом воздуха для биологической очистки сточной воды в коммунальных сооружениях очистки сточных вод, в водоемах рыбного и сельского хозяйства.

Известен аэратор для биологической очистки сточных вод, содержащий ротор с лопатками между двумя дисками, полый вал с отверстиями для подачи воздуха, расположенную коаксиально валу трубу, пенозаборную камеру в верхней чаcти полого вала, внешнюю трубу, расположенную коаксиально валу и образующую с внутренней трубой пеноотводящий канал [1].

Недостатками известного аэратора являются низкая производительность, обусловленная большим сопротивлением по тракту поступающему в аэратор воздуху, отсутствие досылки к ротору верхних, обогащенных кислородом воздуха слоев воды, наличие работающего в воде сальника, абразивно изнашивающегося в воде твердыми частицами. Малый ресурс, ненадежность в работе из-за частого выхода из строя нижнего сальника и невозможность работы аэратора при больших глубинах аэротенка делают неэффективным использование известной конструкции аэратора.

Цель изобретения - повышение производительности и долговечности аэратора.

Это достигается тем, что аэратор снабжен шахтой закрученного потока жидкости с созданием внутри нее воздушной воронки, выполненной из кожуха в форме обратного усеченного конуса, к большему основанию которого примыкают параллельно установленные диски, между которыми с равномерным шагом по касательной к большему основанию кожуха расположены лопасти, образующие водоприемные отверстия, в плите, примыкающей к фланцу привода, предусмотрены воздухозаборные отверстия.

На фиг.1 изображен аэратор, продольный разрез; на фиг.2 - вариант аэратора с заглубленным электродвигателем; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.1; на фиг.6 - вид по стрелке Г на фиг.5.

Аэратор содержит привод 1 с опорной плитой 2, верхние воздухозаборные отверстия 3. К опорной плите 2 присоединен кожух 4 в форме боковой поверхности обратного усеченного конуса. В верхней части кожуха 4 с наружной стороны размещены диски 5 и 6, между которыми установлены лопасти 7, образующие между собой тангенциально расположенные водозаборные отверстия 8 для закручивания потока жидкости. Для предотвращения биений вала 9 и ротора 10 предусмотрены стойки 11, которые соединены с одной стороны с кожухом 4, а с другой стороны - с подшипниковыми узлами 12 или с опорной плитой 2 в варианте, изображенном на фиг.2, для аэратора с заглубленным электродвигателем. Забор верхних слоев жидкости и образующейся при работе аэратора пены осуществляется с горизонта 13 воды в водоеме. Ротор 10 содержит верхний 14 и нижний 15 диски, а также дугообразные лопасти 16 и 17 с лопатками 18 между ними. Верхний диск 14 имеет воздухозаборные отверстия 19 и зазор 20 между собой и кожухом 4. Ротор 10 насажен на цельный вал 9 и зажат гайкой 21. На цельный вал 9 насажен также кольцевой ротор 22 свободного вращения, втулка 23 которого подперта гайками 24 и соединена со стойками 25 и далее с кольцами 26, между которыми размещены лопасти 27, взаимодействующие через зазор 28 с лопатками 18 ротора 10 для создания гидродинамического удара и дробления пузырьков воздуха в режиме усиленной кавитации. По центру конического кожуха 4 в процессе работы образуется воронка 29 для забора воздуха и верхних слоев воды в ротор 10.

Аэратор работает следующим образом.

При включении привода 1 вращается цельный вал 9 с ротором 10. В начальный момент аэратор работает как насос. Отсос воды из конического кожуха 4 производится через воздухозаборные отверстия 19 в верхнем диске ротора 10 за счет центробежной силы отбрасывания ее лопатками 18 из ротора, при этом уровень жидкости внутри конического кожуха 4 резко снижается. Снижение уровня жидкости внутри кожуха продолжается и достигает поверхности верхнего диска 14 ротора 10, т.е. образуется устойчивая воздушная воронка 29 с потоком жидкости на внутренней поверхности конического кожуха 4. Этот поток жидкости стекающей между дисками 5 и 6 воды закручивается наклонными лопастями 7 через водозаборные отверстия 8. Лопасти 7 образуют поток жидкости, совпадающий с закрученным потоком жидкости, производимым непосредственно ротором 10. Интенсивный общий закрученный поток жидкости внутри кожуха 4 и устойчивая воздушная воронка 29 по оси потока в конечном счете обеспечивают значительное заглубление ротора.

С момента образования воронки 29 действие аэратора как насоса прекращается, и начинается процесс нагнетания воздуха в жидкость через воздушную воронку 29, при этом обогащенный кислородом верхний слой воды и образующаяся при работе аэратора пена с горизонта 13 жидкости стекает закрученным потоком по внутренним стенкам конического кожуха 4 и вместе с воздухом из воронки 29 через водухозаборные отверстия 3 и 19 засасывается в ротор 10. Пеновоздушная смесь поступает на лопатки 18 ротора 10, которые, взаимодействуя с лопастями 27 кольцевого ротора 22, производят нагнетание кислорода воздуха в обрабатываемую жидкость в режиме усиленной кавитации. Одновременно происходит гидродинамическое взаимодействие лопастей 27 кольцевого ротора 22 с периферийными концами дугообразных лопастей 16 и 17, размещенных соответственно на верхнем 14 и нижнем 15 дисках ротора 10. Это взаимодействие обеспечивает вращательный момент кольцевого ротора вокруг ротора 10 и глубинное перемешивание обрабатываемой жидкости, активизирующее и ускоряющее процесс очистки сточных вод, и повышает производительность аэратора.

Подсос воздуха через воздушную воронку 29 не имеет сопротивления, что обеспечивает благоприятные условия для внедрения его в обрабатываемую воду, стекание обогащенных кислородом воздуха верхних слоев жидкости и пены, и что также увеличивает производительность аэратора.

Ресурс аэратора увеличивается, так как подшипниковые узлы 12 работают в основном в воздушной среде воздушной воронки 29 и не подвергаются износу содержащимися в жидкости абразивными частицами, а в варианте заглубленного электродвигателя эти узлы отсутствуют. Пена не контактирует с приводом 1, а засасывается в зону ротора 10 аэратора, что предотвращает перегорание электродвигателя аэратора. Предложенная конструкция аэратора обеспечивает увеличение производительности на 40-50%, а также на 25-30% повышает его ресурс.

Использование: аэрация жидкостей, например воды, и насыщение ее кислородом воздуха при биологической очистке. Сущность изобретения: аэратор снабжен специальным водозаборным устройством в виде установленнного коаксиально цельному валу кожуха в форме обратного усеченного конуса с расположенными на его верхнем большем основании тангенциальными водоприемными отверстиями для закручивания потока в кожухе. Ротор аэратора снабжен дугообразными лопастями, а также лопатками и имеет свободно вращающийся кольцевой ротор для создания гидродинамического удара и дробления пузырьков воздуха в режиме усиленной кавитации. При работе аэратора внутри кожуха образуются устойчивая воздушная воронка по оси потока и закрученный по поверхности кожуха поток воды из верхних слоев, что обеспечивает повышение степени насыщения воды воздухом, увеличение производительности, а также ресурса аэратора. Привод аэратора может быть установлен как на верхнем, так и на нижнем конце вала. 6 ил.

АЭРАТОР, содержащий вертикально установленный в емкости с обрабатываемой водой полый вал с приводом, ротор, состоящий из верхнего и нижнего дисков с лопатками между ними, отличающийся тем, что он снабжен установленным коаксиально валу кожухом в форме обратного усеченного конуса с водозаборным устройством, состоящим из прикрепленных к верхнему большему основанию кожуха параллельно друг другу кольцевых дисков с лопастями, расположенными между ними по касательной и с равномерным шагом и образующими водоприемные отверстия для закрученного потока в кожухе из верхних слоев воды, а ротор снабжен дугообразными лопастями и кольцевым ротором, установленным коаксиально ему с возможностью свободного вращения и выполненным из параллельно расположенных колец с лопастями между ними, при этом вал выполнен цельным и привод установлен на верхнем или нижнем его конце.