РОТОР ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ВИХРЕВОГО ПОТОКА ВОДЫ И ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ АППАРАТ ДЛЯ РОТОРА Российский патент 2008 года по МПК B01D63/08 B01D65/08 

Область техники

Настоящее изобретение относится к ротору для генерирования вихревого потока воды и фильтровальному аппарату для ротора и, более конкретно, к разделительной мембране фильтровального аппарата для фильтрования загрязнителя в воде, содержащей загрязняющий материал, от очищенной воды и к ротору для генерирования вихревого потока воды, используемому для данного потока.

Уровень техники

Фильтровальный аппарат для очистки воды путем фильтрования загрязнителя в загрязненной воде в основном снабжен пористой мембраной, через которую проходит загрязненная вода. Загрязнитель в загрязненной воде отфильтровывается пористой мембраной, через которую вода, проходящая через пористую мембрану, выходит в виде очищенной воды.

Самая серьезная проблема, которую необходимо преодолеть в данной технологии разделения жидкой и твердой фаз с использованием пористой мембраны, состоит в резком падении жидкофазно- (или газофазно-) -твердофазной сепарационной способности разделительной мембраны, поскольку размер пор, являющихся каналами для прохождения отфильтрованной жидкости, снижается или поры забиваются твердым веществом, прилипшим к поверхности разделительной мембраны или к внутренней поверхности пор во время сепарационного процесса. За прошедшие десятилетия для решения данной проблемы было предложено множество способов.

В Патенте США 3,437,208 "Аппарат для динамической фильтрации жидкостей" была предложена конструкция, в которой диски ротационного (или неподвижного) типа, имеющие лопасти, расположены между складными разделительными мембранами фиксированного (или ротационного) типа и вращаются, предотвращая, таким образом, падение сдвигающей интенсивности разделительных мембран, посредством генерирования сдвигающей силы для отделения загрязнителя, прилипшего к поверхности разделительных мембран.

В Патенте США 4,036,759 "Аппарат и система для стабилизации дискового элемента вращающегося концентратора для текучих сред, содержащих твердые частицы" описана конструкция, в которой на вращающейся детали, то есть на внешней периферийной поверхности опорной пластины диска ротационного типа или разделительной мембраны ротационного типа, установлен направляющий башмак для осуществления вращения вдоль направляющей полости корпуса. В соответствии с данной конструкцией проблема, возникающая в ней, состоит в том, что диски ротационного (или фиксированного) типа расположены между складными разделительными мембранами фиксированного (или ротационного) типа, как в Патенте США 3,437,208, то есть предотвращается деформация и смещение в направлении оси диска, вызванные разностью давлений между обеими поверхностями диска, и поэтому повышается устойчивость системы.

В Патенте США 5,275,725 "Плоский разделительный мембранный элемент и вращающийся сепаратор, содержащий плоские мембраны" раскрыта конструкция, в которой неподвижные перегородки, изготовленные из эластичного материала, расположены между узлами складных разделительных мембран вращающегося типа для предотвращения деформации и разрушения разделительных мембран, вызванного перепадом давлений.

В Патенте США 5,415,781 "Динамический фильтр-влагоотделитель и разделительный аппарат" и в Патенте США 5,679,245 "Динамическая фильтрующая система" описана конструкция сепаратора, имеющего неподвижные разделительные мембраны и вращающиеся диски с лопастями.

В таких стандартных фильтровальных аппаратах, как упомянуто выше, диски расположены между разделительными мембранами для уменьшения адгезии твердого вещества на поверхности мембран путем генерирования большой скорости сдвига на поверхности разделительных мембран через относительное движение между разделительными мембранами и дисками. Однако скорость сдвига на поверхности мембраны, вызванная относительным перемещением, серьезно снижается, поскольку расстояние между разделительной мембраной и диском становится больше. Если для повышения скорости сдвига расстояние между разделительной мембраной и диском сделать меньше, то разделительная мембрана и диск смогут соприкасаться друг с другом из-за перепада давлений между обеими сторонами диска, что вызовет повреждения на мембране, и, таким образом, для аккуратного обращения и правильной сборки оборудования требуется предотвращать возникновение такой проблемы, которая может вызвать увеличение производственных затрат. Кроме того, когда потоки жидкости вдоль длинного канала формируются структурой диск/складная разделительная мембрана, возникает понижение давления, и поток приходится подавать под большим давлением, для поддержания надлежащего давления, необходимого для фильтрации и предотвращения снижения производительности, вызванного уравновешиванием такого понижения давления. Однако это вызывает увеличение затрат на приведение в действие и затрат на управление, что будет ухудшать экономические показатели системы.

В Патенте США 6,165,365 "Локализованная фильтрационная система" и в Патенте США 6,416,666 "Упрощенная фильтрационная система" раскрыто техническое решение, в котором к потоку с высокой вязкостью жидкости прилагается центробежная сила и вращающее усилие за счет вращения складных разделительных мембран. В соответствии с этим, движение жидкости между разделительными мембранами вызвано снижением адгезии твердого вещества на поверхности мембран. Кроме того, между разделительными мембранами устанавливается 4-16, оптимально - 8, неподвижных спиц, расположенных радиально, что делает распределение давления однородным, и скорость текучей среды между спицами и мембранами возрастает, что повышает интенсивность сдвига, что, таким образом, предотвращает адгезию твердого вещества.

В вышеуказанном патенте упомянуто, что спицы обеспечивают возникновение турбулентного потока у поверхности мембран. Однако рассматривается, что эффект генерирования турбулентного потока достаточно небольшой, поскольку поток в направлении вдоль окружности и в радиальном направлении является ламинарным потоком. Поэтому спицы в этом патенте влияют только на достижение однородного распределения давления в фильтрующем элементе и уменьшение адгезии твердого вещества, в связи с изменением скорости потока у поверхности мембраны за счет изменения объема вблизи разделительной мембраны.

Как указано выше, лучшим способом уменьшения адгезии твердого вещества у поверхности мембран является увеличение скорости сдвига посредством ускорения потока вокруг разделительных мембран. Однако возможность повышения скорости сдвига текучей среды у поверхности мембран просто путем изменения скорости потока за счет относительного перемещения в системе разделительная мембрана/диск/разделительная мембрана или разделительная мембрана/спицы/разделительная мембрана в традиционных способах, предлагаемых для данной цели, ограничена.

В SE 451429 и SE 459475 описан сепаратор с конструкцией разделительная мембрана/ротор/разделительная мембрана, которая отличается от вышеупомянутой конструкции разделительная мембрана/диск/разделительная мембрана или разделительная мембрана/спицы/разделительная мембрана. В этих патентах ротор имеет форму не диска, а барабана, таким образом, вращение ротора вызывает не только отклоняющий поток, но также и турбулентный поток между разделительными мембранами. Он обеспечивает снижение потерь давления, поскольку проход между мембранами узкий по сравнению с системой с ротором дискового типа, и, кроме того, ротор в форме барабана, предложенный в этих патентах, имеет большое влияние на предотвращение адгезии твердого вещества. Однако на самом деле этого влияния недостаточно, поэтому процесс регенерации разделительных мембран необходимо проводить регулярно.

В соответствии с SE451429, процесс регенерации разделительных мембран - это процесс, в котором механический элемент, такой как механическая щетка или клапан, закрепляется на лопасти ротора, а твердое вещество, прилипшее к поверхности разделительной мембраны, удаляется за счет ее вращения, но при этом такой процесс имеет недостаток, что пористое покрытие на поверхности разделительной мембраны также удаляется в ходе данного процесса. Для устранения этого недостатка поверхность мембраны покрывается заново, однако при таком механическом процессе регенерации разделительной мембраны невозможно поддерживать требуемый размер пор, как было бы желательно, и разделительную мембрану приходится заменять новой, когда регенерация затруднена. В SE 459475 предлагается способ повышения производительности за счет пакетирования узлов фильтра.

В Патенте США 6,027,656 предлагается сепарационное устройство, в котором не требуется процесс механической регенерации, поскольку там индуцируется сильный турбулентный поток между мембранами с ротором, форма которого изменена из ротора в форме барабана. Однако более сильного турбулентного потока не ожидается, поскольку используемый ротор просто состоит из двух лопастей. Более того, скорость ротора - это единственный фактор при контролировании параметров турбулентного потока в соответствии с видом или состоянием обрабатываемой жидкости, и, таким образом, очень трудно разделить различные виды жидкостей с различными характеристиками. Чтобы компенсировать данный недостаток, в этом патенте предлагается способ, в котором предусматривается аппарат для генерирования ультразвуковых волн или электрического поля наряду с роторами, имеющими различные формы поперечного сечения.

Как описывалось до сих пор, наиболее эффективный способ предотвращения наиболее существенной проблемы, адгезии чужеродного вещества на поверхности мембран, в сепараторе типа "жидкость-жидкость" или "жидкость-твердая фаза" с использованием разделительных мембран - это создание как можно большего поперечного усилия у поверхности мембран. Для такой цели необходимо создание турбулентного потока, однако с помощью способа, который предлагался до сих пор, можно создать турбулентный поток в ограниченных рамках. В частности, в блоке, согласно Патенту США 6,027,653, который предполагается использовать для создания более сильного турбулентного потока, чем в фильтровальной установке с конструкцией, разделительная мембрана ротационного типа/фиксированные спицы, предлагаемой согласно Патенту США 6,165,365, или чем в фильтровальной установке с конструкцией, разделительная мембрана/диск/разделительная мембрана, используется ротор, имеющий только две лопасти, таким образом, турбулентный поток вырабатывается локально, и для более сильного турбулентного потока частота вращения должна быть больше.

Более того, хотя для жидкостей с различными показателями плотности, вязкости и т.д. требуются турбулентные потоки различной силы, турбулентный поток с желаемой величиной может быть достигнут только с помощью изменения частоты вращения ротора, поскольку форма ротора фиксированная. Поэтому частота вращения должна быть больше, чтобы создать более мощный турбулентный поток для жидкости с большей вязкостью и плотностью, которая вызывает повышение требуемой движущей силы и потери энергии.

Изложение изобретения

Техническая проблема

Настоящее изобретение было создано, чтобы преодолеть вышеуказанные проблемы, и задачей настоящего изобретения является обеспечение ротора для генерирования вихревого потока воды и фильтровального аппарата с разделительной мембраной ротационного типа, используемого для данного потока, который может вырабатывать вихревой поток воды, имеющий существенную интенсивность поперечного сдвига по отношению к разделительной мембране с низкой движущей силой, а также может генерировать оптимизированный турбулентный поток (особенно, вихревой водный поток), который является подходящим для разделительного способа для текучих сред с различными характеристиками.

Техническое решение

Для достижения вышеуказанных задач в настоящем изобретении предусмотрен ротор для создания вихревого потока воды, содержащий: множество первых лопастей, проходящих в радиальном направлении от его оси вращения; и множество вторых лопастей, проходящих в радиальном направлении от оси вращения и установленных в положениях, отличных от положений первых лопастей, в направлении оси вращения.

В соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления изобретения, ширина первых и вторых лопастей в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения отличается друг от друга, при этом первые и вторые лопасти расположены таким образом, что они перекрывают друг друга.

В соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, первые лопасти и вторые лопасти установлены в положениях, отличных друг от друга, по направлению вдоль окружности вокруг оси вращения, при этом первые и вторые лопасти частично перекрывают друг друга.

В соответствии с третьим предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, первые лопасти и вторые лопасти установлены в положениях, отличных друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения, при этом первые лопасти и вторые лопасти расположены на расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности. В этом случае первые лопасти и вторые лопасти расположены таким образом, что они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности.

В соответствии с четвертым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, на внешних поверхностях первых и/или вторых лопастей закреплен, по меньшей мере, один выступ. Выступ выполнен таким образом, чтобы его ширина изменялась в направлении вдоль окружности, и, более того, выступ выполнен таким образом, чтобы он имел обтекаемую форму по ширине в направлении вдоль окружности, и, более того, выступ выполнен таким образом, чтобы его обратная сторона была изогнута назад относительно направления вдоль окружности или чтобы его горизонтальное поперечное сечение имело, по существу, форму круга. Предпочтительно, чтобы множество выступов было закреплено, соответственно, между первыми и вторыми лопастями и чтобы размеры выступов постепенно возрастали в радиальном направлении.

При этом первые и вторые лопасти имеют одинаковую ширину в направлении вдоль окружности, и, кроме того, первые лопасти и вторые лопасти расположены поочередно в направлении вдоль окружности.

В соответствии с пятым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения, первые и вторые лопасти расположены таким образом, чтобы, по крайней мере, часть из них перекрывала друг друга в направлении оси вращения и таким образом, чтобы они находились на расстоянии друг от друга в направлении оси вращения, и, по меньшей мере, один из выступов был расположен между первыми лопастями и вторыми лопастями.

При этом ротор, в соответствии с настоящим изобретением, содержит: первое кольцо, выполненное как единое целое с первыми лопастями и расположенное коаксиально с осью вращения; и второе кольцо, выполненное как единое целое со вторыми лопастями и расположенное коаксиально с осью вращения. При этом первое кольцо и второе кольцо имеют отличающиеся друг от друга радиусы. Поэтому направляющая лопастей ротора поддерживает ступенчатый профиль его края, образованный первым кольцом и вторым кольцом, с тем, чтобы ротор не контактировал с разделительной мембраной в фильтровальном аппарате.

Первый ротор, снабженный первыми лопастями, и второй ротор, снабженный вторыми лопастями, могут образовывать единое целое или могут быть изготовлены как отдельные детали, прикрепленные затем друг к другу.

При этом фильтровальный аппарат, в соответствии с настоящим изобретением, содержит: цилиндрический корпус, имеющий отверстие для впуска воды, отверстие для слива очищенной воды и отверстие для слива конденсированной воды; по меньшей мере, один ротор, расположенный в цилиндрическом корпусе и имеющий конструкцию по одному из пунктов 1-25; и, по меньшей мере, одну фильтровальную тарелку, расположенную поочередно с роторами в цилиндрическом корпусе.

Фильтровальная тарелка закреплена внутри цилиндрического корпуса и имеет, по меньшей мере, одно отверстие для прохода воды, образованное таким образом, что оно проходит насквозь через ее плоскость. Вода внутри цилиндрического корпуса может проходить плавно через отверстие для прохода воды.

Фильтровальная тарелка включает опорную пластину, имеющую форму диска, дренажную ткань, закрепленную как на поверхности опорной пластины, так и на разделительной мембране, прикрепленной к другой поверхности дренажной ткани, при этом дренажная ткань и разделительная мембрана приклеены к опорной пластине термореактивным клеем. Таким образом, производственный процесс становится простым.

В соответствии с настоящим изобретением, загрязняющее вещество, прилипшее к мембране, может эффективно удаляться, так как генерируются различные типы вихревых потоков воды в широких пределах. Поэтому эффективность фильтровального аппарата в обработке загрязненной воды повышается, а энергетические потери фильтровального аппарата снижаются. Более того, может быть выработан достаточно сильный низкоэнергетический вихревой поток, даже для жидкостей с различными характеристиками, такими как плотность или вязкость.

Описание чертежей

Фиг.1 - поперечный разрез фильтровального аппарата с разделительной мембраной вращающегося типа, в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - вид, на котором показана фильтровальная установка на фиг.1;

фиг.3 - частичный разрез фильтровальной тарелки на фиг.2;

фиг.4 - перспективный вид ротора для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.5 - разрез по линии I-I фиг.4;

фиг.6 - увеличенное изображение части A на фиг.1, включая поперечный разрез вдоль линии I'-I' фиг.4;

фиг.7 - вид, на котором показан вихревой поток воды, генерированный за счет работы ротора, показанного на фиг.4;

фиг.8 - перспективный вид ротора для генерирования вихревого потока воды, в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.9 - поперечный разрез по линии II-II на фиг.8;

фиг.10 - вид, на котором показан вихревой поток воды, генерированный за счет работы ротора, показанного на фиг.8;

фиг.11-перспективный вид ротора для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.12 - поперечный разрез по линии III -III на фиг.11;

фиг.13 - вид, на котором показан вихревой поток воды, генерированный за счет работы ротора, показанного на фиг.11;

фиг.14 - перспективный вид ротора для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.15 - поперечный разрез по линии IV-IV на фиг.14;

фиг.16 и 17 - виды, на которых показан вихревой поток воды, генерированный за счет работы ротора, показанного на фиг.14;

фиг.18 - перспективный вид ротора для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;

фиг.19-21 - виды, на которых показаны различные модификации выступа, показанного на фиг.18; и

фиг.22 и 23 - таблицы экспериментальных результатов, в которых показана производительность фильтровального аппарата, в котором используется ротор для генерирования вихревого потока воды в соответствии с настоящим изобретением.

Наилучший вариант осуществления изобретения

Далее будут подробнее описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 - поперечный разрез фильтровального аппарата, в котором используется ротор для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем изобретении предусматривается фильтровальный аппарат с разделительной мембраной вращающегося типа, а более конкретно - фильтровальный аппарат, содержащий неподвижные разделительные мембраны и вращающиеся роторы.

Фильтровальный аппарат 50 состоит из цилиндрического корпуса 60 и множества фильтровальных тарелок 70 и роторов 80, установленных один над другим в цилиндрическом корпусе 60. Цилиндрический корпус 60 имеет отверстие 61 для впуска воды, отверстие 65 для слива очищенной воды и отверстие 63 для слива конденсированной воды. Фильтровальная тарелка 70 закреплена на внутренней стороне цилиндрического корпуса 60 болтами 91, а ротор 80 закреплен с помощью ротационного вала 95 в цилиндрическом корпусе 60 с возможностью свободного вращения. Фильтровальная тарелка 70 и ротор 80 имеют форму диска и установлены один за другим в цилиндрическом корпусе 60.

Когда вода, содержащая загрязняющее вещество, проходит в цилиндрический корпус 60 через отверстие 61 для впуска воды, загрязняющее вещество в воде отфильтровывается фильтровальной тарелкой 70 для очистки обрабатываемой воды, а затем выводится наружу через отверстие 65 для слива отработанной воды, а конденсированная вода, в которую конденсировалось загрязняющее вещество, выводится из цилиндрического корпуса 60 через отверстие 63 для слива конденсированной воды. При этом роторы 80 непрерывно вращаются при помощи двигателя (не показан), который вращает ротационный вал 95 во время работы фильтровального аппарата 50, а твердый загрязняющий материал, прилипший к мембране фильтровальной тарелки 70, удаляется с мембраны поперечной силой, которая генерируется при этих условиях. Удаленный загрязняющий материал, содержащийся в конденсированной воде, выводится наружу через отверстие 63 для слива конденсированной воды.

На фиг.2 показан вариант, в котором фильтровальные тарелки 70 и роторы 80, показанные на фиг.1, сложены в пакет. Поскольку фильтровальные тарелки 70 и роторы 80 установлены поочередно, фильтровальная тарелка 70a в верхней части и фильтровальная тарелка 70b в нижней части составляют единую фильтровальную установку вместе с ротором 80, расположенным между ними. В единой фильтровальной установке ротор 80 удаляет твердое загрязняющее вещество с мембраны, прикрепленной к нижней стороне верхней фильтровальной тарелки 70a и верхней стороне нижней фильтровальной тарелки 70b.

На фиг.3 показана подробная схема конструкции фильтровальной тарелки. Фильтровальная тарелка 70 включает опорную пластину 71, имеющую форму диска, дренажные ткани 73, прикрепленные, соответственно, к верхней и нижней стороне опорной пластины 71, и мембраны 75, прикрепленные к внешней стороне соответствующей дренажной ткани 73. Опорная пластина 71, изготовленная из нержавеющей стали, сохраняет дисковую форму внешнего вида фильтровальной тарелки 70. Множество крепежных частей 72, закрепленных на внутренней стороне цилиндрического корпуса 60 болтами 91, установлено по внешнему краю опорной пластины 71. Мембраны 75 отфильтровывают впускную воду, а дренажная ткань 73 крепится к мембране 75 для сохранения внешней формы мембран 75 и в то же время для того, чтобы направлять отфильтрованную воду к отверстию 65 для слива отработанной воды.

На плоскости соответствующих фильтровальных тарелок 70 выполнены два отверстия 79 для прохода воды. Вода плавно проходит в цилиндрический корпус 60 через отверстия 79 для впуска воды.

Основная конструкция и принципы функционирования фильтровального аппарата ротационного типа с разделительной мембраной - те же самые, что и в аппаратах, относящихся к известному уровню техники, поэтому подробное описание конструкции фильтровального аппарата опущено, а конструкция ротора для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с настоящим изобретением, будет подробно описана ниже.

Ротор для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется тем, что он включает множество первых лопастей и множество вторых лопастей, установленных в положениях, отличных друг от друга в направлении его вращения. Ниже будут описаны соответствующие варианты осуществления настоящего изобретения, которые обеспечивают осуществление таких его характеристик.

На фиг.4 показан вид первого варианта осуществления для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с настоящим изобретением, а на фиг.5 - секционный вид по линии I-I фиг.4.

Ротор 100 для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, состоит из первого ротора 110 и второго ротора 120. Монтажное кольцо 150 скомпоновано с ротационным валом 95 фильтровального аппарата 50 и установлено в центральной части ротора 100, при этом монтажное кольцо 150 скомпоновано с первым ротором 110 и со вторым ротором 120. Соответственно, ротор 100, скомпонованный с ротационным валом 95 через монтажное кольцо 150, вращается под действием ротационного вала 95, когда ротационный вал вращается.

Первый ротор 110 имеет несколько первых лопастей 111, направленных от оси вращения в его радиальном направлении. Первая монтажная часть 115, имеющая форму кольца, скомпонованная с монтажным кольцом 150, установлена в центральной области первого ротора 110, первое кольцо 117 для соединения первых лопастей 111 друг с другом установлено с внешней стороны первого ротора 110. Первые лопасти 111, первая монтажная часть 115 и первое кольцо 117 выполнены в виде единого объекта. Соответственно, первый ротор 110 имеет общую форму колеса со спицами.

Второй ротор 110, аналогично включающий вторые лопасти 121, вторую монтажную часть 125 и второе кольцо 127, имеет ту же конструкцию, что и конструкция первого ротора 110.

Как описано выше, первые лопасти 111 и вторые лопасти 121 установлены в положениях, отличных друг от друга вдоль оси вращения ротора 100. Другими словами, первые лопасти 111 и вторые лопасти 121 установлены последовательно в направлении оси вращения. Кроме того, в настоящем изобретении первые лопасти 111 и вторые лопасти 121 выполнены таким образом, чтобы иметь ширину, отличную друг от друга в окружном в направлении вокруг оси вращения, а более конкретно, как показано на фиг.5, ширина вторых лопастей 121 будет меньше, чем ширина первых лопастей 111, и в то же время первые лопасти 111 и вторые лопасти 121 будут перекрывать друг друга. Первый ротор 110 и второй ротор 120, имеющие вышеуказанную конструкцию, скреплены друг с другом электрической сваркой, ультразвуковой сваркой или подобным образом. Более того, первый ротор 110 и второй ротор 120 могут быть выполнены в виде одного элемента.

При этом радиус первого кольца 117 первого ротора 110 больше радиуса второго кольца 127 второго ротора 120. Соответственно, как показано на фиг.6, которая представляет собой увеличенное изображение части A фиг.1, включая поперечный разрез фиг.4 по линии I'-I', наружная сторона ротора 100 имеет ступенчатую форму. (Ротор 100 на фиг.4 и 5 повернут вверх дном для удобства изображения, однако ротор 100, показанный на фиг.4 и 5, расположен внутри цилиндрического корпуса 60, тогда как на фиг.1 он повернут вверх дном.) Как показано на фиг.6, на внутренней стороне цилиндрического корпуса 60 выполнена направляющая 60a, при этом направляющая 60a контактирует с наружной стороной ротора 100 таким образом, чтобы наружная сторона первого ротора 110 поддерживалась направляющей 60a. Поэтому ротор 100 не наклонен.

Фиг.7 - это вид, на котором показан вихревой поток воды, генерированный между верхней фильтровальной тарелкой 70a и нижней фильтровальной тарелкой 70b, когда ротор 100 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения вращается. В настоящем варианте осуществления изобретения, поскольку ширина верхних лопастей и нижних лопастей отличается друг от друга, положение вихревого потока воды, генерированного верхними лопастями 111 в задней области в направлении вращения, отличается от положения вихревого потока воды, генерированного нижними лопастями 121 в задней области в направлении вращения. Таким образом, в данном случае может быть эффективно генерирован более сложный вихревой поток воды по сравнению со случаем, когда вращается обычный ротор, имеющий один слой спиц.

Фиг.8 представляет собой перспективный вид, на котором показан ротор в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, а фиг.9 - это поперечный разрез фиг.8 по линии II-II. В вариантах осуществления изобретения, представленных ниже, конструкция ротора, включающего первый ротор и второй ротор, и конструкция, включающая монтажный элемент и кольцо у соответствующих суб-роторов, та же самая, что и аналогичные конструкции в первом варианте осуществления изобретения. Поэтому только конструкция лопастей будет описана ниже.

Во втором варианте осуществления изобретения первые лопасти 211 и вторые лопасти 221 установлены в положениях, отличных друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения ротора 200. Конкретнее, первые лопасти 211 и вторые лопасти 221 имеют одинаковую форму и ширину и только их установочные положения отличаются друг от друга.

Как показано на фиг.8 и 9, первые лопасти 211 и вторые лопасти 222 также частично перекрывают друг друга, иными словами, перекрывают примерно половину ширины друг друга. В соответствии с такой конструкцией, как показано на фиг.10, положение, которое занимает вихревой поток воды, генерируемый верхними лопастями 211 в передней области и в задней области в направлении вращения, отличается от положения, которое занимает вихревой поток воды, генерируемый нижними лопастями 221 в передней области и в задней области в направлении вращения. Таким образом, в данном случае может быть эффективно генерирован более сложный вихревой поток воды по сравнению с вариантом, когда вращается обычный ротор, имеющий один слой спиц.

На фиг.11 показан ротор для генерирования вихревого потока воды в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, а на фиг.12 - поперечный разрез фиг.11 по линии III-III.

В третьем варианте осуществления изобретения первые лопасти 311 и вторые лопасти 321 установлены в положениях, отличных друг от друга также в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения ротора 300, и, более того, удалены друг от друга в направлении вдоль окружности. Кроме того, первые лопасти 311 и вторые лопасти 321 расположены таким образом, что они удалены друг от друга на равное расстояние по направлению вдоль окружности. Ширина и форма первых лопастей 311 и вторых лопастей 321 одинакова. Поэтому, как показано на фиг.12, первые лопасти 311 и вторые лопасти 321 установлены в зигзагообразном порядке.

В соответствии с такой конструкцией сформирован вихревой поток воды, как показано на фиг.13. Как показано на фиг.13, соответствующие первые 311 и вторые 321 лопасти создают соответствующие вихревые потоки воды, обусловленные формой спиц, и, более того, создают широкий синусоидальный поток воды, вызванный их зигзагообразным расположением. Соответственно, создается более сложный поток воды.

На фиг.14 показан ротор для генерирования вихревого потока воды, в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, а на фиг.15 - поперечный разрез фиг.14 вдоль линии IV-IV.

Ротор 400, согласно четвертому варианту осуществления изобретения, содержит первые лопасти 411 и вторые лопасти 421, имеющие ту же конструкцию, что и конструкция в третьем варианте осуществления изобретения, и, кроме того, множество выступов 413 и 423, прикрепленных на внешней поверхности соответственно лопастей 411 и 421. Множество выступов 413 и 423 может быть прикреплено ко всем лопастям 411 и 421, один из выступов 413, 423 может быть прикреплен ко всем лопастям 411 и 421 и выступы 413 и 423 могут быть прикреплены к части лопастей 411 и 421 выборочно. Когда множество выступов 413 и 423 прикреплено к соответствующим лопастям 411 и 421 предпочтительно, чтобы размер выступов 413 и 423 плавно возрастал вдоль радиального направления ротора 400.

Выступы 413 и 423 могут быть прикреплены к соответствующим лопастям 411 и 421 после их изготовления в виде отдельных деталей и могут образовывать единое целое с соответствующими лопастями 411 и 421. Кроме того, выступы 413 и 423 могут иметь ширину, изменяющуюся в направлении вдоль окружности ротора, и, предпочтительно, они могут иметь форму, горизонтальное поперечное сечение которого имеет форму диска, как показано на фиг.14. Более того, предпочтительно, чтобы выступы, выполненные на одной лопасти, имели размеры, возрастающие в радиальном направлении ротора, для создания эффективного вихревого потока воды.

Кроме того, как показано на фиг.14, выступы 413 первых лопастей 411 прикреплены к верхней стороне первых лопастей 411, а выступы 423 вторых лопастей 421 прикреплены к нижней стороне вторых лопастей 421. Поэтому соответствующие выступы 413 и 423 установлены таким образом, что они выступают внутрь относительно поверхности ротора 400, имеющего форму диска.

На фиг.16 и 17 показан вихревой поток воды, генерированный ротором 400, в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, где на фиг.16 показан вид сбоку, а на фиг.17 показан вид сверху.

Как показано на фиг.16, генерируемый вихревой поток воды в виде сбоку аналогичен вихревому потоку по первому варианту осуществления изобретения, как показано на фиг.17, в области, где выполнены выступы 413 и 423, и аналогичен вихревому потоку по третьему варианту осуществления изобретения, как показано на фиг.13, в области, где выступы 413 и 423 отсутствуют. Следовательно, будет образован составной вихревой поток воды, в котором сочетаются два вида водных потоков, как показано на фиг.16. Кроме того, как показано на фиг.17, вихревой поток воды на виде сверху является составным потоком воды, в котором малые завихрения образуются с обратной стороны выступов 413 и 423. Поэтому в соответствии с такой конструкцией образуется более сложный вихревой поток воды.

На фиг.18 показан ротор, в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения, а на фиг.19-21 показаны различные модификации выступов, показанных на фиг.18.

В настоящем варианте осуществления изобретения первый ротор 510 и второй ротор 520 удалены друг от друга вдоль направления оси вращения. Поэтому первые лопасти 511 и вторые лопасти 521 удалены друг от друга вдоль направления оси вращения, образуя, таким образом, множество промежутков между каждыми из них. Кроме того, первые лопасти 511 и вторые лопасти 521 выполнены таким образом, что, по меньшей мере, часть из них (все они, как показано в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.18) перекрывают друг друга.

Между первыми лопастями 511 и вторыми лопастями 521 выполнено, по меньшей мере, по одному выступу 530. Как и в четвертом варианте осуществления изобретения, количество и компоновка выступов 530 могут быть модифицированы различным образом. Отличие от четвертого варианта осуществления изобретения состоит в том, что выступы 530 установлены между двумя суб-роторами, имеющими форму, идентичную друг другу.

Выступы 530 выполнены таким образом, что они имеют ширину, изменяющуюся по направлению вдоль окружности ротора 500, и выполнены таким образом, что они имеют обтекаемую форму в направлении вращения ротора 500. Например, выступы 530a могут быть выполнены таким образом, что их горизонтальное поперечное сечение будет иметь треугольную форму, как показано на фиг.19, а выступы 530b могут быть выполнены таким образом, что их форма будет треугольной, а обратная сторона относительно направления движения будет изогнутой таким образом, что она будет выступать назад, как показано на фиг.20. В соответствии с такой формой передняя сторона в направлении вращательного движения претерпевает небольшое сопротивление воды, приводя в результате к небольшим потерям вращательной энергии, а обратная сторона в направлении вращательного движения эффективно создает вихревой поток воды. Кроме того, как показано на фиг.21, выступы 530c могут быть выполнены таким образом, что их горизонтальное поперечное сечение будет иметь по существу круглую форму. (На фиг.19-21 показаны состояния, где второй ротор 520 разобран, чтобы четко проиллюстрировать форму выступов.)

В соответствии с таким вариантом осуществления изобретения генерируется вихревой поток воды, как видно из фиг.17, образованный в соответствии с вышеупомянутым четвертым вариантом осуществления изобретения.

В соответствии с рядом вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных выше, жидкость между поверхностями лопастей во вращающемся роторе и поверхностями неподвижных мембран может проходить быстрее, таким образом, что адгезия твердого вещества может быть предотвращена воздействием высокоинтенсивного поперечного усилия на поверхности мембран. Кроме того, вихревой поток воды у тыльной области соответствующих лопастей вращающегося ротора вызывает синусоидальное распределение скорости в вертикальном и горизонтальном направлениях относительно поверхности мембраны около поверхности разделительной мембраны фильтровальной тарелки, которое может предотвращать адгезию твердого вещества за счет активизации движения твердого вещества вблизи поверхности мембран.

Сравнивая вихревой поток воды, генерируемый вращением ротора, с уровнем техники, Патент США 6,027,656, при угловой скорости, достаточной для генерирования турбулентного потока, с вихревым течением воды, генерированным вращением ротора с множеством лопастей, в соответствии с настоящим изобретением, при той же скорости, можно прийти к заключению, что турбулентность, вызванная ротором, в соответствии с настоящим изобретением, сравнительно больше. В частности, ротор зигзагообразного вида, соответствующий третьему варианту осуществления изобретения (фиг.11), имеет преимущества в генерировании вихревого потока воды с плавным течением, а форма ротора, соответствующая четвертому варианту осуществления изобретения (фиг.14), может вызывать вихревой поток воды в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения ротора так же, как и в радиальном направлении, и, таким образом, во всей зоне канала может достигаться очищающий эффект.

Фиг.22 и 23 представляют собой таблицы экспериментальных результатов, на которых показаны результаты сравнительного анализа производительности ротора, соответствующего настоящему изобретению, с производительностью ротора в форме барабана, раскрытого в вышеупомянутом Патенте США 6,027,656. Как показано на чертежах, ротор многолопастного типа, соответствующий настоящему изобретению, приводит к удвоенной производительности обычного ротора барабанного типа при тех же рабочих условиях, например при повышенном давлении или повышенной рабочей скорости, а с точки зрения количества обрабатываемой воды потребляемая энергия составляет 50-60% от той, которую вырабатывает ротор барабанного типа при обработке того же самого количества воды. Это означает, что ротор многолопастного типа, соответствующий настоящему изобретению, показывает повышенную мощность, около 300%, по сравнению с ротором барабанного типа.

При этом обычная фильтровальная тарелка имеет сложную структуру уплотнения для фиксирования разделительных мембран и дренажных тканей, однако фильтровальная тарелка 70, согласно настоящему изобретению, как показано на фиг.3, имеет конструкцию, согласно которой разделительные мембраны 75 и дренажные ткани 73 прикреплены к опорной пластине 71 термореактивным клеем. В соответствии с таким методом технологический процесс упрощается и продуктивность повышается.

В настоящем изобретении канал, по которому взвесь подается, а затем сливается, включает два отверстия 79 для прохода воды, выполненных на поверхности фильтровальной тарелки 70 таким образом, что отпадает необходимость в формировании отдельного канала снаружи фильтровальной тарелки 70. Следовательно, размер системы может быть уменьшен, как минимум, на 120%, а то и больше, с точки зрения занимаемой площади, таким образом эффективность технологического процесса на единицу площади повышается.

Промышленное применение

В соответствии с настоящим изобретением, загрязняющее вещество, прилипшее к разделительной мембране, может быть эффективно удалено, поскольку различные типы вихревого потока воды генерируются в широком диапазоне. Поэтому эффективность фильтровального аппарата при очистке загрязненной воды повышается, а энергетические потери фильтровального аппарата снижаются. Более того, может быть генерирован достаточно мощный вихревой поток воды с низкими энергозатратами, даже для жидкостей с самыми разными характеристиками, такими как плотность или вязкость.

Были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что в рамках сущности и объема настоящего изобретения могут быть сделаны различные изменения и модификации, и, следовательно, объем настоящего изобретения не ограничивается описанным диапазоном, а следующей формулой изобретения и ее эквивалентами.

Изобретение относится к ротору для генерирования потока воды, который создает высокоинтенсивную поперечную силу для удаления твердого вещества, прилипшего к разделительным мембранам в процессе очистки воды, содержащей загрязняющее вещество, и к фильтровальному аппарату, в котором используется ротор. Ротор состоит из первого ротора, содержащего первые лопасти, и второго ротора, содержащего вторые лопасти. Первые и вторые лопасти ротора проходят в радиальном направлении от его оси вращения и расположены в положениях, отличных друг от друга в направлении оси вращения. Первые лопасти и вторые лопасти имеют ширину, отличную друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения, или расположены в положениях, отличных друг от друга в направлении вдоль окружности. К внешним поверхностям первых лопастей и/или вторых лопастей могут быть прикреплены выступы. Загрязняющее вещество, прилипшее к разделительной мембране, может эффективно удаляться, поскольку создается широкий диапазон различных типов вихревых потоков воды, при этом энергетические потери фильтровального аппарата снижаются. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 23 ил.

1. Ротор для генерирования вихревого потока воды, содержащий множество первых лопастей, проходящих в радиальном направлении от его оси вращения, и множество вторых лопастей, проходящих в радиальном направлении от его оси вращения и расположенных в положениях, отличных от положений первых лопастей по направлению оси вращения.2. Ротор по п.1, в котором первые лопасти и вторые лопасти имеют ширину, отличную друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения.3. Ротор по п.2, в котором первые лопасти и вторые лопасти расположены таким образом, что они перекрывают друг друга.4. Ротор по п.1, в котором первые лопасти и вторые лопасти расположены в положениях, отличных друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения.5. Ротор по п.4, в котором первые лопасти и вторые лопасти частично перекрывают друг друга.6. Ротор по п.4, в котором первые лопасти и вторые лопасти расположены на расстоянии друг от друга в направлении вдоль окружности вокруг оси вращения.7. Ротор по п.6, в котором первые лопасти и вторые лопасти расположены таким образом, что они расположены на равном расстоянии друг от друга вдоль окружности вокруг оси вращения.8. Ротор по п.4, дополнительно содержащий, по меньшей мере, один выступ, закрепленный на внешних поверхностях первых лопастей и/или вторых лопастей.9. Ротор по п.8, в котором выступ выполнен таким образом, что он имеет ширину, изменяющуюся в направлении вдоль окружности.10. Ротор по п.9, в котором выступ выполнен таким образом, что он имеет обтекаемую ширину в направлении вдоль окружности.11. Ротор по п.10, в котором выступ выполнен таким образом, что его обратная сторона изогнута назад относительно направления вдоль окружности.12. Ротор по п.9, в котором выступ выполнен таким образом, что его горизонтальное поперечное сечение имеет, по существу, круглую форму.13. Ротор по п.7, в котором множество выступов закреплено, соответственно, между первыми лопастями и вторыми лопастями, а размеры выступов плавно возрастают в радиальном направлении.14. Ротор по п.4, в котором первые лопасти и вторые лопасти имеют ширину, одинаковую друг с другом в направлении вдоль окружности.15. Ротор по п.4, в котором первые лопасти и вторые лопасти расположены поочередно в направлении вдоль окружности.16. Ротор по п.1, в котором первые лопасти и вторые лопасти расположены таким образом, что, по меньшей мере, часть из них перекрывает друг друга в направлении оси вращения, и расположены на расстоянии друг от друга в направлении оси вращения, и, по меньшей мере, один выступ расположен между первыми лопастями и вторыми лопастями.17. Ротор по п.16, в котором выступ выполнен таким образом, что он имеет ширину, изменяющуюся в направлении вдоль окружности.18. Ротор по п.17, в котором выступ выполнен таким образом, что он имеет обтекаемую ширину в направлении вдоль окружности.19. Ротор по п.18, в котором выступ выполнен таким образом, что его обратная сторона изогнута назад относительно направления вдоль окружности.20. Ротор по п.17, в котором выступ выполнен таким образом, что его горизонтальное поперечное сечение имеет, по существу, круглую форму.21. Ротор по п.16, в котором множество выступов закреплено, соответственно, между первыми лопастями и вторыми лопастями, а размеры выступов плавно возрастают в радиальном направлении.22. Ротор по п.1, дополнительно содержащий первое кольцо, образующее единое целое с первыми лопастями и расположенное коаксиально с осью вращения, и второе кольцо, образующее единое целое со вторыми лопастями и расположенное коаксиально с осью вращения.23. Ротор по п.22, в котором первое кольцо и второе кольцо имеют отличные друг от друга радиусы.24. Ротор по п.1, дополнительно содержащий первый ротор, снабженный первыми лопастями, и второй ротор, снабженный вторыми лопастями, при этом первый ротор и второй ротор прикреплены друг к другу.25. Ротор по п.1, дополнительно содержащий первый ротор, снабженный первыми лопастями, и второй ротор, снабженный вторыми лопастями, при этом первый ротор и второй ротор образуют единое целое.26. Фильтровальный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, имеющий отверстие для впуска воды, отверстие для слива очищенной воды и отверстие для слива конденсированной воды, по меньшей мере, один ротор, расположенный в цилиндрическом корпусе и выполненный по одному из пп.1-25, и, по меньшей мере, одну фильтровальную тарелку, расположенную поочередно с роторами в цилиндрическом корпусе.27. Фильтровальный аппарат по п.26, в котором фильтровальная тарелка закреплена в цилиндрическом корпусе.28. Фильтровальный аппарат по п.26, в котором фильтровальная тарелка имеет, по меньшей мере, одно отверстие для прохода воды, выполненное таким образом, что оно проходит насквозь через ее плоскость.29. Фильтровальный аппарат по п.28, в котором фильтровальная тарелка включает опорную пластину, имеющую форму диска, дренажную ткань, закрепленную как на поверхности опорной пластины, так и на поверхности разделительной мембраны, прикрепленной к другой поверхности дренажной ткани.30. Фильтровальный аппарат по п.29, в котором дренажная ткань и разделительная мембрана приклеены к опорной пластине термореактивным клеем.