供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器的製作方法

2023-06-05 16:28:41 1

專利名稱：供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器的製作方法
技術領域：
本發明屬於環保設備技術領域，是涉及一種處理汙水的自激振蕩脈衝射流曝氣器結構的改進，特別是涉及一種供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器。
背景技術：
目前，在汙水處理的主流生化法處理工藝中，曝氣設備是主要能耗設備，曝氣系統的電耗約佔處理廠全部電耗的50 70%。實現曝氣設備的曝氣效果並同時達到節能降耗的目的，就成為擺在工業界的一大共性問題。常用的曝氣方式主要有鼓風曝氣、機械曝氣和射流曝氣三種。採用射流曝氣方式的射流曝氣器是一種集吸氣和混合反應於一體的曝氣設備，它通過液體射流對氣體進行抽吸和壓縮，並利用氣泡擴散和水力剪切這兩個作用達到曝氣和混合的目的，和傳統曝氣器比較，具有結構簡單、充氧能力高、能耗低、佔地省及基建投資少等優點。傳統射流曝氣器結構如圖1所示，主要由錐形噴嘴1、吸氣室2、喉管3、擴散段4和尾管5五部分組成。其工作原理如下:基於射流原理，汙水作為動力水經錐形噴嘴I噴出，形成一束無規則流動的流體，撞擊射流兩側吸氣室2內靜止的空氣並帶動它們一起向前運動，氣體和動力水在喉管3內混合，經擴散段4逐漸恢復壓能，由尾管5排出。傳統射流曝氣器雖然較鼓風曝氣和機械曝氣有許多優點，但也存在以下缺點:(I)小氣泡容易在擴散段出口的周邊區域聚集並形成大氣泡從水面溢出，降低了其傳質係數和充氧性能；(2 )採用長混合管結構增加了曝氣流體的流動摩擦，降低了曝氣器的動力效率、增加了能耗；(3)攪拌效果有限，有時不得不外加攪拌器促進曝氣池中的水體流動以防止死區的產生。重慶大學康永烽等人將自激振蕩脈衝射流的理論應用於傳統射流曝氣器，增加了自激振蕩室9取代了傳統射流曝氣器的擴散段4，結構如圖2所示，主要包括流體驅動噴嘴
6、吸氣管7、混氣室8、自激振蕩室9、碰撞壁10和擴散管11六部分。其工作原理如下:動力流體由流體驅動噴嘴6噴出形成射流，混氣室8中的空氣被射流攜帶進入自激振蕩室9，混氣室8形成低壓區，空氣經吸氣管7補充進混氣室8 ;在自激振蕩室9中，氣液兩相接觸面不斷與碰撞壁10撞擊，並在劇烈的自激振蕩作用下快速的進行交換，需氧水體在自激振蕩剪切場中發生劇烈的紊動和剪切，提高了水體的對流擴散能力，氣液進行了充分的混合，同時將氣泡剪切更小，形成微小氣泡；充分混合的氣液兩相經擴散管11以脈衝的形式噴出，減小了氣泡聚並的可能性，同時微小氣泡延長了在水中停留的時間，即延長了傳質時間，提高了氧的轉移效率。所述自激振蕩脈衝射流是利用流體動力學、流體共振、流體彈性和水聲學原理來產生自激振蕩脈衝射流。自激振蕩脈衝射流的優點在於不需要外加激勵源，利用自激振蕩室9本身的結構變化就能達到脈衝射流、空化射流的效果。自激振蕩室9具有結構簡單、體積小、無運動密封、無外加驅動裝置和活動部件以及節省能量等獨特優點，使需氧水體和空氣在無需任何輔助設備的條件下產生自激振蕩作用，使兩者發生劇烈的相互作用，產生如下的效果:(1)自激振蕩形成的剪切場將氣泡剪切更小，增大了氣泡的表面積，即增大了氣液兩相接觸面的接觸面積；(2)氣液兩相接觸面在劇烈的自激振蕩作用下快速的進行變換，加速了氣-液界面上液膜的更新，剪切場帶來的劇烈的紊動和剪切，提高了水體的對流擴散能力，氣-液獲得充分的混合；(3)脈衝噴射提高了出流的壓力和速度，提高了曝氣池內的水體對流能力，增大了服務面積，也減小了氣泡聚並的可能性。康永烽等人的設計僅僅建立在實驗研究的基礎上，缺少系統的理論支撐，同時存在以下不足:(I)採用自吸式的供氧方式，不能滿足高充氧量時的曝氣需求；(2)流體驅動噴嘴6多採用圓錐形收縮結構，收縮角為12.5° 13.5°，形狀細長，造成流體驅動噴嘴6內流體阻力較大，能耗增加；(3)設計主要基於實驗結果，對流場內部的流動狀態缺乏速度分布、壓力場等詳細信息，對設備的設計缺乏系統的理論分析。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明提供一種供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器，該曝氣器解決了現有射流曝氣器耗能高、攪拌性差、氣液混合效率低的問題，提高了充氧效率，用於在液體中提供μ m級氣泡。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案，一種供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器，包括殼體，在殼體內、從殼體的一側端面至另一側端面依次設置有進水腔、噴嘴、吸氣腔、自激振蕩腔入口喉管、自激振蕩腔、自激振蕩腔出口喉管和擴散腔，所述進水腔的入口設置在殼體的一側端面上，進水腔的出口與噴嘴的入口相連通；噴嘴的出口與吸氣腔的入口相連通，吸氣腔的出口經自激振蕩腔入口喉管與自激振蕩腔的入口相連通；自激振蕩腔的出口經自激振蕩腔出口喉管與擴散腔的入口相連通，擴散腔的出口設置在殼體的另一側端面上；在殼體側壁上設置有空氣入口，空氣入口與吸氣腔相連通；所述自激振蕩腔入口直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為1.2 1.4，所述自激振蕩腔出口直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為1.3 1.6，所述自激振蕩腔入口至出口距離與噴嘴出口直徑比例範圍為2.8
3.0，所述自激振蕩腔直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為6 8，所述自激振蕩腔入口喉管長度與噴嘴出口直徑比例範圍為1.4 1.7，所述自激振蕩腔出口喉管長度與噴嘴出口直徑比例範圍為1.5 1.8，所述自激振蕩腔出口處錐角範圍為110° 120°，所述進水腔直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為1.2 1.4，所述空氣入口直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為2 3，所述噴嘴出口至自激振蕩腔入口喉管入口的距離與噴嘴出口直徑比例範圍為1.5
2.0，所述擴散腔長度與噴嘴出口直徑比例範圍為2.0 4.0，所述空氣入口中軸處至自激振蕩腔入口喉管入口的距離與噴嘴出口直徑比例範圍為2.0 3.0，所述吸氣腔出口處錐角範圍為50° 70°，所述擴散腔錐角範圍為4° 7° ;所述噴嘴為內腔呈圓弧形收縮的噴嘴，噴嘴出口直徑的尺寸範圍為20 40mm。所述殼體為圓柱形。本發明的有益效果:本發明解決了現有射流曝氣器耗能高、攪拌性差、氣液混合效率低的問題，提高了充氧效率，用於在液體中提供μπι級氣泡。本發明適用於水深為5 9m的廢水處理，氧轉移效率達到35% 42%，氣水比達到4:1。具體特徵如下:(I)本發明採用自激振蕩腔取代傳統射流曝氣器的擴散段和尾管，依靠自激振蕩作用，氣-液混合液進行反覆劇烈的剪切，使吸入的空氣和需氧水體在自激振蕩腔內獲得充分攪拌和混合，加快了曝氣時氣液兩相接觸面上液膜的更新速度，形成μ m級微小氣泡，進而增加供養水體與空氣的接觸面積；(2)本發明中的氣-液混合液以脈衝方式通過擴散腔釋放，從擴散腔噴出的需氧水體具有更強的脈衝效應，提高了流體的出口衝擊力，進而提高了射流曝氣器的攪拌效果，增大了服務面積。


圖1為傳統的射流曝氣器的結構示意圖；圖2為現有的自吸式自激振蕩脈衝射流曝氣器的結構示意圖；圖3為本發明的供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器的結構示意·
圖4為圖3的剖視圖；圖中，1-錐形噴嘴，2-吸氣室，3-喉管，4-擴散段，5-尾管，6-流體驅動噴嘴，7—吸氣管，8-混氣室，9-自激振蕩室，10-碰撞壁，11-擴散管，12-進水腔，13—噴嘴，14—空氣入口，15—吸氣腔，16—自激振蕩腔，17—擴散腔，18—殼體，19—自激振蕩腔入口喉管，20-自激振蕩腔出口喉管；d—噴嘴出口直徑，dL—進水腔直徑，dg—空氣入口直徑，dl—自激振蕩腔入口直徑，d2—自激振蕩腔出口直徑，DT-自激振蕩腔直徑，L-自激振蕩腔入口至出口距離，L1-噴嘴出口至自激振蕩腔入口喉管入口的距離，L2-自激振蕩腔入口喉管長度，L3-自激振蕩腔出口喉管長度，L4—擴散腔長度，L5—空氣入口中軸處至自激振蕩腔入口喉管入口的距離，α —吸氣腔出口處錐角，β—自激振蕩腔出口處錐角，Θ--擴散腔錐角。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步的詳細說明。如圖3、圖4所不,一種供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器,包括殼體18,在殼體18內、從殼體18的一側端面至另一側端面依次設置有進水腔12、噴嘴13、吸氣腔15、自激振蕩腔入口喉管19、自激振蕩腔16、自激振蕩腔出口喉管20和擴散腔17，所述進水腔12的入口設置在殼體18的一側端面上，進水腔12的出口與噴嘴13的入口相連通；噴嘴13的出口與吸氣腔15的入口相連通，吸氣腔15的出口經自激振蕩腔入口喉管19與自激振蕩腔16的入口相連通；自激振蕩腔16的出口經自激振蕩腔出口喉管20與擴散腔17的入口相連通，擴散腔17的出口設置在殼體18的另一側端面上；在殼體18側壁上設置有空氣入口 14，空氣入口 14與吸氣腔15相連通；所述自激振蕩腔入口直徑dl與噴嘴出口直徑d比例為1.2，所述自激振蕩腔出口直徑d2與噴嘴出口直徑d比例為1.3，所述自激振蕩腔入口至出口距離L與噴嘴出口直徑d比例為2.8，所述自激振蕩腔直徑DT與噴嘴出口直徑d比例為6，所述自激振蕩腔入口喉管長度L2與噴嘴出口直徑d比例為1.5，所述自激振蕩腔出口喉管長度L3與噴嘴出口直徑d比例為1.6，所述自激振蕩腔出口處錐角β為110°，所述進水腔直徑dL與噴嘴出口直徑d比例為1.2，所述空氣入口直徑dg與噴嘴出口直徑d比例為2，所述噴嘴出口至自激振蕩腔入口喉管入口的距離LI與噴嘴出口直徑d比例為1.5，所述擴散腔長度L4與噴嘴出口直徑d比例為3.0，所述空氣入口中軸處至自激振蕩腔入口喉管入口的距離L5與噴嘴出口直徑d比例為2.0，所述吸氣腔出口處錐角α為60°，所述擴散腔錐角Θ為6° ;所述噴嘴13為內腔呈圓弧形收縮的噴嘴13，噴嘴出口直徑d的尺寸為20，以便降低流體經噴嘴13的阻力損失和避免噴嘴13堵塞。所述殼體18為圓柱形，以便於現場安裝。下面結合

本發明的一次使用過程:如圖3、圖4所示，使用前將本發明的空氣入口 14與風機管道相連通，由鼓風機供氣，可以根據需要調整供氧量，提高了設備氧利用率和動力效率；進水腔12與汙水管相連通，由離心泵驅動。本發明進水腔12的入口壓力為0.1 0.2MPa (表壓)，空氣入口 14壓力為0.05 0.15MPa (表壓)。汙水經進水腔12的入口進入到噴嘴13形成射流，由鼓風機提供的空氣從空氣入口 14進入到吸氣腔15中，射流把吸氣腔15內靠近射流的空氣攜帶進入自激振蕩腔16，而吸氣腔15形成低壓區，空氣入口 14處的正壓氣體補充進吸氣腔15 ;在自激振蕩腔16中，氣液兩相在劇烈的自激振蕩作用下快速的進行交換，需氧水體在自激振蕩剪切場中發生劇烈的紊動和剪切，氣液進行了充分的混合，同時將氣泡剪切更小，形成Pm級氣泡；充分混合的氣液兩相以微小氣泡的形式經擴散腔17以脈衝的形式噴出，減小了氣泡聚並的可能性，同時微小氣泡延長了在水中停留的時間，即延長了傳質時間，提高了氧的轉移效率，經實際測試，氧轉移效率可達37%以上。在自激振蕩腔16入口射流的卷吸作用下，本發明的自激振蕩腔16內靠射流邊界的脈動貯存能量，使流體產生周期性脈動，脈動頻率f關係式為:
權利要求
1.一種供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器,其特徵在於包括殼體,在殼體內、從殼體的一側端面至另一側端面依次設置有進水腔、噴嘴、吸氣腔、自激振蕩腔入口喉管、自激振蕩腔、自激振蕩腔出口喉管和擴散腔，所述進水腔的入口設置在殼體的一側端面上，進水腔的出口與噴嘴的入口相連通；噴嘴的出口與吸氣腔的入口相連通，吸氣腔的出口經自激振蕩腔入口喉管與自激振蕩腔的入口相連通；自激振蕩腔的出口經自激振蕩腔出口喉管與擴散腔的入口相連通，擴散腔的出口設置在殼體的另一側端面上；在殼體側壁上設置有空氣入口，空氣入口與吸氣腔相連通；所述自激振蕩腔入口直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為1.2 1.4，所述自激振蕩腔出口直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為1.3 1.6，所述自激振蕩腔入口至出口距離與噴嘴出口直徑比例範圍為2.8 3.0，所述自激振蕩腔直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為6 8，所述自激振蕩腔入口喉管長度與噴嘴出口直徑比例範圍為1.4 1.7，所述自激振蕩腔出口喉管長度與噴嘴出口直徑比例範圍為1.5 1.8，所述自激振蕩腔出口處錐角範圍為110° 120°，所述進水腔直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為1.2 1.4，所述空氣入口直徑與噴嘴出口直徑比例範圍為2 3，所述噴嘴出口至自激振蕩腔入口喉管入口的距離與噴嘴出口直徑比例範圍為1.5 2.0，所述擴散腔長度與噴嘴出口直徑比例範圍為2.0 4.0，所述空氣入口中軸處至自激振蕩腔入口喉管入口的距離與噴嘴出口直徑比例範圍為2.0 3.0，所述吸氣腔出口處錐角範圍為50° 70°，所述擴散腔錐角範圍為4° 7° ;所述噴嘴為內腔呈圓弧形收縮的噴嘴，噴嘴出口直徑的尺寸範圍為20 40mm η
2.根據權利要求1所述的供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器，其特徵在於所述殼體為圓柱形。
全文摘要
一種供氣式自激振蕩脈衝射流曝氣器，屬於環保設備技術領域，是涉及一種處理汙水的自激振蕩脈衝射流曝氣器結構的改進。本發明解決了現有射流曝氣器耗能高、氣液混合效率低的問題，提高了充氧效率。本發明包括殼體，在殼體內、從殼體的一側端面至另一側端面依次設置有進水腔、噴嘴、吸氣腔、自激振蕩腔入口喉管、自激振蕩腔、自激振蕩腔出口喉管和擴散腔，進水腔的入口設置在殼體的一側端面上，進水腔與噴嘴相連通；噴嘴與吸氣腔相連通，吸氣腔經自激振蕩腔入口喉管與自激振蕩腔相連通；自激振蕩腔經自激振蕩腔出口喉管與擴散腔相連通，擴散腔的出口設置在殼體的另一側端面上；在殼體側壁上設置有空氣入口，空氣入口與吸氣腔相連通。
文檔編號C02F7/00GK103224296SQ201310148240
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月25日 優先權日2013年4月25日
發明者劉波, 王德喜, 趙曦波 申請人:遼陽博仕流體設備有限公司