АЭРАТОР-СМЕСИТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК C02F3/08 B01F3/04 

Изобретение относится к водному хозяйству и может быть использовано в качестве аэратора или смесителя в сооружениях для механической либо биологической очистки сточной воды.

Известен гаситель энергии потока [1], включающий коническое расширение с жестко закрепленными криволинейными лопастями внутри. Данное изобретение предлагается авторами использовать в качестве гасителя энергии водного потока и ранее не предлагалось для использования в качестве аэратора-смесителя. Данная конструкция гасителя при использовании его в качестве аэратора-смесителя будет иметь ряд недостатков:
гаситель не обеспечит равномерный рассредоточенный выход воздуха по длине трубопровода, а следовательно, и эффективное закручивание потока;
данная конструкция не обеспечит эффективного смешения разных компонентов жидкости и последовательного прохождения потока по заданной траектории.

Наиболее близким техническим решением, предлагаемым для использования в качестве аэратора, является пневмомеханический аэратор типа ПМ [2], содержащий воздухораспределитель, роторы с двумя рядами лопаток, приводной электродвигатель. Сжатый воздух подается через среднепузырчатый диффузор под расположенный внизу аэратор-крыльчатку. При этом воздух дробится и перемешивается во всем объеме аэротенка. Недостатками данного технического решения являются:
аэрация воды не осуществляется эффективно, так как для этого требуется дополнительное принудительное вращение;
требуются дополнительные затраты электроэнергии для механического привода двигателя;
конструкция аэратора не обеспечит продвижение смешиваемого потока по заданной траектории, чтобы увеличить время и равномерность смешения всех компонентов жидкости.

Цель изобретения повышение эффективности аэрации смешиваемой жидкости и равномерности смешения различных компонентов с одновременной экономией материальных затрат.

Поставленная цель достигается тем, что аэратор - смеситель имеет телескопичскую конструкцию с рассредоточенным выходом потока воздуха по всей длине трубопровода через конические расширения, в которых жестко закреплены криволинейные лопасти, ориентированные в заданном направлении. Поток воздуха, проходя по трубопроводу и выходя из конических расширений, расщепляется криволинейными лопастями на струи и подвергается закручиванию. При закручивании происходит процесс трансформации энергии поступательного движения воздушного потока во вращательную энергию. Закрученный воздушный поток, поступая в жидкую массу, подвергается гашению и при этом интенсивно аэрирует жидкость, постепенно приводя ее во вращательное движение вокруг телескопической трубы. Телескопическая конструкция трубы позволяет эффективно и равномерно по всей глубине жидкости осуществлять процесс аэрации и смешения независимо от глубины жидкости в смешиваемом резервуаре. В случае когда смешиваемые компоненты тяжелее воды и оседают на дно, аэратор-смеситель необходимо трансформировать таким образом, чтобы нижние слои жидкости закручивались интенсивнее и взвешивались. В случае когда смешиваемые компоненты легче воды и всплывают наверх, то аэратор-смеситель надо трансформировать таким образом, чтобы интенсивнее вращались верхние слои, и для этого телескопическая труба укорачивается. При этом количество конических расширений не ограничивается и большее их количество улучшает эффективность работы аэратора-смесителя.

Для обеспечения равномерности выхода воздуха из конических расширений и, следовательно, равномерности закручивания аэрированного потока вокруг телескопической трубы, площади отверстий в свету увеличиваются равномерно по всей длине.

Между двумя соседними телескопическими аэраторами в плане на одной оси посередине, для усиления процесса смешения и направления движения смешиваемого потока по заданной траектории, установлены вращающиеся сетчатые смесители.

Сетчатые смесители установлены таким образом, что вращение их вокруг оси происходит в результате давления закрученного аэрированного потока, выходящего из конических расширений телескопических труб. Направления вектора силы давления противоположны с разных сторон относительно оси вращения, а это приводит к появлению вращательного момента. Величина вращательного момента равна произведению силы давления потока на плечо. В местах установки сетчатых смесителей образуются зоны интенсивного смешения и аэрации потока воды в результате прохождения аэрированной смеси через сетчатую конструкцию смесителя. Своим вращением сетчатые смесители придают части потока заданное направление движения и смешиваемый поток движется по определенной траектории, обусловленной местами установки в плане и взаимным расположением телескопических труб и сетчатых смесителей.

В конических расширениях жестко закреплены криволинейные лопасти, которые расщепляют воздушный поток на струи и придают ему заданную траекторию движения. Так если в коническом расширении жестко закреплены криволинейные лопасти с ориентацией в одном направлении, то выходящий воздушный поток будет иметь винтообразную траекторию и это будет придавать аэрированному потоку вращательное движение относительно телескопической трубы. Траектория движения смешиваемого потока в аэротенке в плане будет иметь зигзагообразную форму, при этом поток будет находиться во вращательном движении.

Криволинейные лопасти, жестко закрепленные в коническом расширении, могут быть ориентированы в разных направлениях относительно плоскости симметрии. Такая установка криволинейных лопастей не будет передавать закручивающий момент на телескопическую трубы и подвергать ее динамическим нагрузкам.

На фиг.1 изображена телескопическая труба с коническими расширениями; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1 при ориентации криволинейных лопастей в одном направлении; на фиг.3 - вид В на фиг.1 при ориентации криволинейных лопастей в одном направлении; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.1 при ориентации криволинейных лопастей в разных направлениях относительно плоскости симметрии; на фиг.5 - вид В на фиг.1 при ориентации криволинейных лопастей в разных направлениях относительно плоскости симметрии; на фиг.6 изображен аэротенк в плане с аэратором-смесителем.

Аэратор-смеситель включает аэраторы 1, состоящие из телескопической трубы 2 и конического расширения 3, в которых жестко закреплены криволинейные лопасти, ориентированные в одном направлении 4. В коническом расширении 3 криволинейные лопасти могут быть ориентированы и в разных направлениях 5 относительно плоскости симметрии. Аэраторы 1 установлены в аэротенке 6 и сточная вода подается по подводящем лотку 7. В аэротенке 6 имеется непроницаемая перегородка 8 и движение смешиваемого потока происходит по зигзагообразной траектории 9. При движении по зигзагообразной траектории 9 смешиваемый поток проходит зону интенсивного смешения 10 в которых установлены смесители 11, свободно вращающиеся вокруг оси 12. Осветленный поток выходит из выходного лотка 13.

Аэратор-смеситель работает следующим образом.

Воздух в аэротенк 6 подается через аэратор 1, при этом длина телескопической трубы 2 устанавливается на требуемую величину и зависит от многих факторов: глубины смешиваемого потока; плотности смешиваемой жидкости или твердой смеси, которую необходимо растворить в сточной воде; температуры смешиваемой жидкости и сточной воды и др. По всей длине телескопической трубы 2 имеются конические расширения 3, в которых жестко закреплены криволинейные лопасти с односторонней ориентацией 4 или криволинейные лопасти, ориентированные в разные направление 5 относительно плоскости симметрии. Поток воздуха, выходя из конических расширений 3, расщепляется криволинейными лопастями 4 на струи и приводится во вращательное движение, при этом происходит процесс аэрации сточной воды и вовлечение его во вращательное движение вокруг телескопической трубы 2. При вращении аэрированный поток начинает оказывать давление на сетчатые смесители 11 так, что создается пара сил, противоположно направленных, и образуется вращательный момент, приводящий во вращение сетчатые смесители вокруг оси 12, а это приводит к интенсивному смешению всех входящих компонентов. В результате такой плановой расстановки аэраторов 1, которая показана на фиг.6, траектория движения потока 9 в плане приобретает зигзагообразную форму и отводится через отводящий лоток 13. Поток воздуха в конических расширениях 3 может расщепляться и криволинейными лопастями ориентированными в разных направлениях 5. При этом аэрированная смесь не будет подвергаться интенсивному вращению вокруг телескопической трубы 2, а вращение и смешение всех компонентов смеси будет происходить в зоне интенсивного смешения 10 вращающимися сетчатыми смесителями 11. Взаимное плановое расположение аэраторов 1 и смесителей 11 может быть самым разнообразным и не ограничивается приведенной на фиг.6 схемой. В аэротенке 6 предусмотрена непроницаемая перегородка 8, которая предотвратит поступление сточной воды сразу из подводящего лотка 7 в отводящий лоток 13.

Предлагаемый аэратор-смеситель может быть использован в качестве аэратора в аэротенках и других сооружениях для биологической очистки. При этом аэратор-смеситель будет эффективно наряду с аэрированием потока осуществлять смешивание активного ила со сточной водой, направляя смесь по заданной траектории. Его можно использовать и в сооружениях для механической очистки сточной воды, таких как аэрируемые песколовки.

Предлагаемое техническое решение позволит сэкономить значительные материальные затраты на электроэнергию, одновременно повысив качество смешения и очистки сточной воды от загрязнений.

Источники информации
1. А. с. 1569375 СССР, МКИ Е 02 В 8/06. Гаситель энергии потока / Ламердонов З. Г. , Ясониди О.Е., Степанов П.М. (СССР). - 4293320/31-15; заяв. 03.08.87; опубл. 07.06.90, БИ 21.

2. Канализация населенных мест и промышленных предприятий/ Н.И. Лихачев, И. И. Ларин, С.А. Харкин и др./ Под общ. ред. В.Н. Самохина. - М.: Стройиздат, 1981, с.236.

Изобретение относится к водному хозяйству и может быть использовано в качестве аэратора или смесителя в сооружениях для механической либо биологической очистки сточной воды. Аэратор-смеситель содержит трубопровод подачи воздуха и лопасти. Трубопровод подачи воздуха имеет телескопическую конструкцию с рассредоточенным выпуском воздуха по всей длине через конические расширяющиеся насадки. В насадках жестко закреплены криволинейные лопасти, ориентированные в заданном направлении. При этом площади выходных отверстий конических расширений насадки увеличиваются постепенно. Технический результат: повышение эффективности аэрации смешиваемой жидкости и равномерности смешения различных компонентов с одновременной экономией материальных затрат. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Аэратор-смеситель, содержащий трубопровод подачи воздуха и лопасти, отличающийся тем, что трубопровод подачи воздуха имеет телескопическую конструкцию с рассредоточенным выпуском воздуха по всей длине через конические расширяющиеся насадки, в которых жестко закреплены криволинейные лопасти, ориентированные в заданном направлении. 2. Аэратор-смеситель по п. 1, отличающийся тем, что площади выходных отверстий конических расширений увеличиваются постепенно. 3. Аэратор-смеситель по п. 1, отличающийся тем, что криволинейные лопасти, жестко закрепленные в коническом расширении, ориентированы в одном направлении. 4. Аэратор-смеситель по п. 1, отличающийся тем, что криволинейные лопасти, жестко закрепленные в коническом расширении, ориентированы в разные направления относительно плоскости симметрии.