Устройство для аэрации жидкости Советский патент 1989 года по МПК C02F3/20 B01F3/04 

вода

Фиг.1

Изобретение относится к устройствам для аэрации жидкости и может быть использовано при биологической очистке бытовых и производственных сточных вод, а также для насыщения жидкости газом в различных процессах химической технологии.

Целью изобретения является повышение эффективности аэрации и интен- сификация перемешивания аэрируемой жидкости.

На фиг.1 показано устройство, общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез.

Устройство для аэрации жидкости содержит эжектор 1, имеющий HanopHui трубопровод 2 аэрируемой жидкости с соплом 3, расположенный в приемной камере 4. В верхней части приемной камеры установлен воздухозаборный трубопровод 5. За приемной камерой 4 расположена камера смешения в виде 1тоскоцилиндрического витого насадка 6 с выходным щелевым соплом 7. Соос- но щелевому соплу 7 на кронштейнах 8 установлена упругая пластина-резонатор 9, для создания ультразвукового поля максимальной интенсивности пластина-резонатор должна иметь ширину, не превышающую половины длины волны продольных колебаний, что и составляет для колебаний с тремя полуволнами Д/2 СА - длина изгибной волны) 1/3 дпины пластины резонатора, равной трем половинам длины волны продольных колебаний Л/2. Таким образом, ширина пластины-резонатора должна быть равна 1/3 1, где 1 - длнна пластины-резонатора, т.е. длина пластины- резонатора должна быть в 3 раза больше ее ширины. По полученному значению ширины пластины-резонатора следует подбирать и соответствующую ширину выходного щелевого сопла с тем, что- бы для. создания интенсивной ультразвуковой волны вся поверхность пластины-резонатора обтекалась плоской струей жидкости. При значении ширины выходного щелевого сопла меньше, чем ширина пластины-резонатора, поверхность пластины обтекается плоской струей не полностью, что снижает эффективность преобразования кинетическо энергии струи в энергию ультразвуко- вого поля, создающего гидродинамическую кавитацию.. При значении ширины выходного сопла больше, чем ширина пластины-резонатора, происходит непроизводительное увеличение расхода аэрируемой жидкости через щелевое сопло увеличиваются тем самым энергозатраты без всякого выигрьш1а в эффективности аэрации жидкости.

Толщина выходного щелевого сопла принимается равной толщине пластины- резонатора, т.е. площадь поперечного сечения пластины-резонатора равна площади поперечного сечения плоской струи, что гарантирует возникновение турбулентных завихрений и образованию пульсирующих турбулентных вихрей, вызывающих автоколебания в любой точк плоской струи жидкости при.набегании плоской струи из щелевого сопла на край пластины-резонатора.

Кроме этого, при равенстве толщины и ширины выходного сопла толщине и ширине пластины-резонатора упрощается технология и повыпается точность и качество изготовления выходного щелевого сопла, которое получается в результате его обжимки и формовки н готовой пластине-резонаторе.

Поперечное сечение камеры 6 смешения уменьшается, изменяя свою форму от круглой на входе до прямоугольной (щелевидной) на выходе, а внутренняя ее поверхность образована отрезком витой трубы.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом.

При подаче насосом аэрируемой жидкости в эжектор через напорный трубопровод 2 и сопло 3 в приемной камере 4 благодаря высокой скорости дви- ження жидкости на выходе из сопла 3 образуется зона пониженного давления, под действием которой воздух интенсивно эжектируется по трубе 5 и, увлекаемый струей воды, смешивается с ней.

Образовавшаяся воздушная смесь поступает в камеру 6 смешения, выполненную в виде плоскоцилиндрического витого насадка, водовоздушный поток в ней разгоняется, увеличивая скорость своего движения и, обтекая внутренние стенки камеры, закручивается вокруг ее оси. Это приводит к интенсивному перемешиванию наружных и внутренних слоев водовоздушного потока, взаимному насыщению их пузырьками воздуха, турбулизации и дополнительному диспергированию мелких пузырьков воздуха. При этом пузырьки воздуха дополнительно диспергируются и перемешиваются с жидкостью, насыщая ее кислоро515

дом. в камере 6 смешения благодаря изменению формы поперечного сечения от круглой до щелевидной на выходе водовоздушный поток приобретает большую кинетическую энергию и при выходе из щелевого сопла 7 формируется в высокоскоростную затопленную . плоскую водовоздушную струю, которая попадает на острый край упругой плас- тины-резонаторэ 9. Образовавшаяся на выходе из камеры смешения плоская водозоздушная струя разбивается этим краем так, что с обеих сторон пластины-резонатора поочередно возника- ют турбулентные вихри. Вихри в области их образования вызывают периодиче ские изменения давления, которые распространяются по жидкости в виде упругой волны и, достигнув основания водовоздушной струи сопла 7, воздействуют на саму струю. Это приводит котому, что в системе струя - край пластины - резонатора возникает положительная обратная связь и автоколе- бания, вызывающие пульсацию водовоз- душной струи, которая, в свою очередь, вызывает интенсивную пульсацию давления и скорости водовоздушной смеси в витом насадке камеры 6 смеше ния, что увеличивает эффективность диспергирования воздушных пузырьков и количество воздуха, поступающего в жидкость, улучшая условия насыщения жидкости кислородом.

Кроме этого, пульсация водовоздушной струи возбуждает вынужденные ин- тенсивные изгибные колебания упругой пластины-резонатора 9, которая выполняет роль резонатора, усилива- ккцего автоколебания водовоздушной струи. При этом амплитуда колебаний пластины-резонатора 9 резко воз-., растает, что приводит к образованию в жидкости интенсивной ультразвуковой волны, которая вызывает гидродинамическую кавитацию. В результате гидродинамической кавитации в жидкости образуются мельчайшие кавитационные пузырьки, заполненные газом и паром, что приводит к дополнительному и существенному газонасыщению аэрируемой жидкости.

При захлопывании кавитационных пузырьков возникают большие давления порождающие в жидкости ударные волны, вызывающие интенсивное диспергирую886

щее и перемешивающее воздействие на водовоздушную смесь. Водовоздушный поток, выходящий из щелевого сопла 7, попадает в образовавшуюся возле пластины-резонатора зону гидродинамической кавитации, где происходит дополнительное диспергирование водовоздушной смеси, с образованием мельчайших пузырьков воздуха, размеры которых значительно меньше пузырьков, образующихся в камере смешения, благодаря чему . повышается межфазная поверхность, увеличивается степень насвицения воздухом аэрируемой жидкости, т.е. повьш1ается эффективность аэрации. Кроме того, увеличивается зона насыщения воздухом и осуществляется интенсивное перемешивание аэрируемой жидкости в удаленных от аэратора зонах.

Применение предлагаемого устройства дпя аЬрации жидкости позволяет повысить эффективность аэрации и перемешивания аэрируемой жидкости за счет интенсивного процесса диспергирования воздуха в витой камере смешения и в создании зоне гидротермической кавитации, а также за счет дополнительного газонасьш1ения жидкости кавитационными пузырьками.

Формула изобретен-и я

1.Устройство дпя аэрации жидкости содержащее эжектор с камерой смешения рассекатель водовоздушного потока, напорный и воздухозаборный трубопроводы, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения эффективности аэрации и интенсификации перемешивани аэрируемой жидкости, камера смешения выполнена в виде плоскоцилиндрического насадка из отрезка витой трубы, входная часть которого имеет круглое сечение и подсоединена к эжектору, а выходная часть имеет вид щелевого сопла, а рассекатель водовоздушного потока выполнен в виде упругой пластины-резонатора с заостренными узкими краями.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что толщина и ширин пластины-резонатора равны толщине и ширине выходного щелевого сопла камеры смешения, а длина в 3 раза больше ширины.

Воздцх 5

Изобретение относится к области очистки сточных вод, в частности к устройствам для аэрации жидкости. Цель изобретения - повышение эффективности аэрации и интенсификация перемешивания аэрируемой жидкости. Устройство для аэрации жидкости содержит эжектор 1 с камерой смешения, рассекатель водовоздушного потока, напорный и воздухозаборный трубопроводы 2 и 5. Новым в устройстве является выполнение камеры смешения в виде плоскоцилиндрического насадка 6, изготовленного из отрезка витой трубы, входное сечение которого имеет форму круга, а выходное - является щелевым соплом 7, соосно которому закреплена упругая пластина-резонатор 9 с заостренными узкими краями. При этом толщина и ширина пластины-резонатора равны толщине и ширине выходного щелевого сопла камеры смешения, а длина пластины-резонатора в 3 раза больше ее ширины. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

шиг.г