Устройство для аэрации воды Советский патент 1991 года по МПК C02F3/20 

Изобретение относится к смешению жидкостей с газами и может быть использовано, в частности, при биологи ческой очистке сточных вод,

Целью изобретения является интенсификация процесса аэрации и снижение энергетических затрат.

На фиг.1 представлено устройство, продольный разрез; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2.

Устройство для аэрации жидкости содержит водоподводящий трубопровод 1, переходящий во внешний конфузор 2 с цилиндрической смесительной камеро 3, заканчивающейся диффузором 4. Ко- аксиально внешнему конфузору 2 расположен внутренний конфузор 5, заканчивающийся цилиндрической смесительной камерой 6,

Внутри конфузора 5 соосно ему размещен воздухезаборный трубопровод 7 Г-образной формы, на выходе которого закреплен кавитационный элемент, выполненный в виде диффузора 8. Между внутренним конфузором 5 и воздухо- эаборным трубопроводом 7, а также между внешним 2 и внутренним 5 конфу зорами расположены закручивающиеся в противоположные стороны лопасти 9 и 10, имеющие высечении клиновидный профиль с острой передней кромкой (суперкавитирующий профиль). В теле лопастей 9 и 10 выполнены каналы И и 12, сообщающиеся между собой и с воэдухоэаборным трубопроводом 7 и выходящие на тыльную сторону лопастей

9 н 16.

i

Устройство для аэрации воды работает следующим образом.

5

п

5

Q

Q

0

5

Вода подается через водоподводящий трубопровод t в конфузоры 2 и 5, разделяясь на два потока: внешний и внутреннийо В конфузорах скорость потоков увеличивается, достигая необходимой величины (Ю-15 м/с), а статическое давление падает„ При обтекании лопастей 9 и 10 соответственно внутренним и внешним потоками воды, они закручиваются в противоположные стороны Суперкавитирующий профиль лопастей обуславливает образование за ними присоединенных развитых кавита- ционных полостей (суперкаверн), давление в которых меньше парциальных давлений растворенных в воде газов0 Разность давлений в полостях суперкаверн и в воздухозаборном трубопроводе 7,вызывает инжекцию воздуха через каналы II и 12„ В сильно турбули- зированных хвостовых частях каверн происходит образование и отрыв микропузырьков воздуха0 Таким образом за лопастями, создается двухфазная плот- ноупакованная водовоздушная смесь0 .При обтекании внутренним потоком, состоящим из воды и наполненных воздухом пузырьков диффузора 8, также образуется присоединенная кавернао На личие микропузырьков воздуха в потоке способствует образованию устойчивой каверны с минимальными энергетически ми затратами Разность статических давлений в потоке воды и в кавитацион- ной полости за диффузором 8 обуславливает инжекцию воздуха. Унос газа через хвостовую часть каверны с образованием полей кавитационных пузырьков, а также диффузия воздуха через поверхность раздела фаз (поверхность каверны) способствует постоянной ин- жекции воздуха в полость каверны, а

следовательно, и насыщению воды кислородом За кавитационным элементом в смесительной камере 6 в результате повышения статического давления часть кавитационных пузырьков схлопы- вается и воздух, находящийся в них,, растворяется в воде Илотноулакован- ные кавитационными пузырьками закрученные в противоположные стороны внеш ний поток воды и соосный ему внутренний поток, выходящий из смесительной камеры 6, встречаются в смесительной камере 3„ В результате взаимодействия двух противоположно закрученных потоков в камере 3 происходит резкая тур- булкззция потока воды, что приводит к активному схлопызанию-кавитзционных пузьфькоз по всему сечению потока с образованием кумулятивных мккростру- ек, скорость которых достигает 1000 - .1500 м/с, а давление в точках схлопы- Е1НИЯ (10 - 15). О2 Mllao

За счет кавитационко-кумулятивно- гс воздействия происходит интенсивное перемешивание и растворение воздуха в водл, В диффузоре 4 кинетическая потока преобразуется в потенциальную с уменьшением скорости и повышением статического давления, что способствует дальнейшему преобразованию двухфазной смеси в однофазную,,

Выполнение лопастей 9 и О клиновидной формы в сечении с острой передней кромкой, а кавитационного элемента - в виде диффузора 8, позволяет получить развитую поверхность контакта двух фаз (воздух - вода), величина которой может регулироваться как изменением геометрии кавитаторов (угол атаки, шаг лопастей и степень загромож дерия потока)9 так и гидродинамичес

5

0

Q

5

д

0

5

кими характеристиками потока (скорость и давление) с, Суперкавитирующий профиль лопастей и форма кавитационного элемента в виде диффузора 8 обеспечивают также минимальные гидравлические потери, а следовательно, и снижение энергетических затрат при реализации режимов гидродинамической кавитации,

Изобретение позволяет повысить степень очистки стачных вод„ Формула изобретения

1 о Устройство для аэрация воды, содержащее водоподводящий и воздухоза- борный трубопроводы, коаксиально расположенные внешний и внутренний кон- фузоры с цилиндрическими смесительными камерами, диффузор установленный на выходе цилиндрической смесительной камеры внешнего конфузора$ и расположенные между воздухозаборным трубопроводом и внутренним конфузо- ром, а также между внутренним и внешним конфузорами закручивающиеся в противоположные стороны лопасти с каналами подвода воздухаэ сообщающимися с воздухозаборным трубопроводомр о т™ личающееся тем$что8с целью - интенсификации процесса аэрации и снижения энергетических затрат, оно снабжено кавитационным элементом, установленным на выходе воз духозаборного трубопровода, закручивающиеся лопасти выполнены с клиновидным профи- . лем в сечении и с острой передней кромкой, а каналы в лопастях выполнены с выходом на тыльную сторону последних

20 Устройство по п„1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что кавитационный элемент выполнен в форме диффузора0

Изобретение касается смешения жидкостей с газами. Целью изобретения является интенсификация.процесса аэрации и снижение энергозатрат. Устройство содержит водоподводящий трубопровод 1, переходящий во внешний конфузор 2 с цилиндрической смесительной камерой 3, заканчивающейся диффузором 4, внутренний конфузор 5 с цилиндрической смесительной камерой 6. Внутри конфузора 5 со- осно с ним размещен воздухоэаборный трубопровод 7, на выходе которого закреплен кавитационный элемент в виде диффузора 8. Между внутренним кон- фузором 5 и воздухозаборным трубопроводом 7, а также между внешним 2 и внутренним 5 конфузорами, расположены закручивающиеся в противо

гИ -Ч

А. S1 Фиг.2

Фие.Э

Фиг.