ФЛОТАЦИОННЫЙ АЭРАТОР Российский патент 2013 года по МПК B03D1/14 C02F1/24 C02F1/74 C02F7/00 B01F3/04 

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.

Изобретение может быть использовано в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и нефтедобывающей, пищевой и легкой промышленности, на предприятиях черной и цветной металлургии, машиностроительных заводах. Флотационный аэратор содержит корпус, содержащий перегородку 10 с центральным отверстием, делящую его пространство на верхнюю 2 и нижнюю 3 зоны; ввод воды, расположенный в нижней части нижней зоны 3; воздуховод 7; вывод водовоздушной смеси; электродвигатель 1 с закрепленными на его валу 4 рабочими колесами 5 и 6, размещенными в различных зонах корпуса. Перегородка 10 выполнена в виде диафрагмы. Воздуховод 7 соединен с верхней зоной 2. Вывод водовоздушной смеси выполнен в виде перфорации в боковых стенках нижней зоны 3 корпуса. Рабочее колесо 6, расположенное в нижней зоне 3, выполнено в виде ротора с вертикальными сменными лопатками. Лопатки выполнены перфорированными и/или с зубчатыми краями. Вывод воды в нижнюю зону выполнен с возможностью ее поступления через съемную регулирующую диафрагму 12 с центральным отверстием и насадок 11. Электродвигатель 1 расположен в объеме аэрируемой воды. Изобретение позволяет повысить эффективность приготовления мелкодисперсной водовоздушной смеси, а также повысить надежность работы аэратора. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Флотационный аэратор, содержащий 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, размещенными в различных зонах корпуса, отличающийся тем, что перегородка выполнена в виде диафрагмы с центральным отверстием, воздуховод соединен с верхней зоной, и вывод водовоздушной смеси выполнен в виде перфорации в боковых стенках нижней зоны корпуса; рабочее колесо, расположенное в нижней зоне, выполнено в виде ротора с вертикальными сменными лопатками, выполненными перфорированными и/или с зубчатыми краями; ввод воды в нижнюю зону выполнен с возможностью ее поступления через съемную регулирующую диафрагму с центральным отверстием и насадок; электродвигатель полностью находится в объеме аэрируемой воды.

2. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что 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.

3. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что электродвигатель установлен на верхней поверхности корпуса.

4. Флотационный аэратор по п.3, отличающийся тем, что верхняя поверхность расположена ниже уровня воды.

5. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что диафрагма выполнена съемной и может иметь разный диаметр центрального отверстия, размер которого устанавливается в зависимости от глубины погружения.

6. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что лопатки рабочего колеса выполнены прямоугольной формы.

7. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что перфорация в нижней зоне корпуса выполнена с заданной частотой и диаметром отверстий.

8. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что рабочее колесо, расположенное в верхней зоне корпуса, выполнено в виде колеса с винтовыми лопатками.

9. Флотационный аэратор по п.1, отличающийся тем, что зазор между внешней кромкой лопатки рабочего колеса и перфорированной стенкой составляет 5-10 мм.