CN214360482U - 一种倒伞型叶轮及表面曝气设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种倒伞型叶轮及表面曝气设备，其包括：驱动轴、轴向密封圈、轴向进气通道，以及中空结构的倒伞型叶轮主体。其中倒伞型叶轮主体的外层还设置有若干通孔，能够将进气管接入通过轴向进气通道获得的气体排出至叶轮的外周，使得叶轮运转时在其外表面形成一层气液混合区域，从而提高该区域内气液两相流的混合速度，并减少其中气相与液相之间的滑差。由此，本申请所提供的倒伞型叶轮能够通过中空结构减少自重从而减少其运转所需能耗，还能够通过其外表面所形成的气液混合区域，提高氧气转移系数，保证整个水体的溶解氧浓度达标。

Description

一种倒伞型叶轮及表面曝气设备

技术领域

本申请涉及污水处理设备领域，尤其涉及一种倒伞型叶轮及表面曝气设备。

背景技术

污水处理过程中，水体内溶解氧浓度将直接影响水体中微生物状态。因此，为增加水体中的含氧量，通常需要在处理过程中通过曝气设备，通过机械或鼓风等方式将空气中的氧气转移至水体中。

表面曝气设备可采用倒伞型结构的叶轮，通过叶轮转动将空气中的氧气在旋转叶片的推动下，从叶片边缘甩出，形成水跃，裹进大量空气，使空气中的氧气迅速溶于水，以提高水体内溶解氧的浓度。但是目前的倒伞型曝气机普遍存在以下问题：

1）叶片结构过重，需要大扭矩电机输出以保证转速，能耗较大；

2）实际作业时，污水与空气的接触面积与水位高度直接相关，导致氧转移系数容易因水位起伏而达不到设定标准；

3）叶片对底层水体的扰动影响较小，很难完全通过水体自身搅动过程中所产生的上下循环，保证底层水体的溶解氧浓度达标。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的不足，本申请的目的在于提供一种倒伞型叶轮及表面曝气设备。本申请通过中空结构的倒伞叶片，可利用叶片脊部的通孔泵入高压气体，以显著提升曝气效果，并提高对底层水体的搅动幅度，保证整个水体溶解氧指标达标。

为实现上述目的，本申请提供的倒伞型叶轮，其包括：驱动轴，其上端连接电机的输出轴，由电机的输出轴驱动而转动；轴向密封圈，其密封连接并固定设置在驱动轴的外周，所述轴向密封圈的一侧连接有进气管；轴向进气通道，其上端与轴向密封圈转动连接，所述轴向进气通道的内部与所述轴向密封圈连通，并且，所述轴向进气通道的上端由所述轴向密封圈密封；倒伞型叶轮主体，其设置为内部中空的双层结构，并且所述倒伞型叶轮主体的内部与所述轴向进气通道连通，所述倒伞型叶轮主体的外部开设有若干通孔；气体由进气管进入轴向密封圈后向下通过轴向进气通道进入倒伞型叶轮主体的中空结构内，然后由所述通孔排出，与水体接触。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，所述倒伞型叶轮主体包括：伞型内壁，其底部与所述驱动轴的下端固定连接，与所述驱动轴同步转动；伞型外壁，其设置在伞型内壁的外侧，所述伞型外壁的底部与所述驱动轴的下端固定连接并保持与所述驱动轴同步转动，所述伞型外壁的上部与伞型内壁的远端水平连接形成中空结构，并且，所述伞型外壁的表面还形成有沿径向向外发散的脊状导流凸起，所述脊状导流凸起上开设所述通孔。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，所述伞型内壁与所述轴向进气通道之间通过周向进气通道连通。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，所述伞型内壁中至少在对应于每一个脊状导流凸起的位置上连接有所述周向进气通道。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，所述周向进气通道设置为连接在伞型内壁与轴向进气通道之间的中空圆盘。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，至少部分通孔开设在所述周向进气通道的高度以上。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，所述脊状导流凸起还设置为具有与驱动轴转动方向一致的旋转弧度。

可选的，如上任一所述的倒伞型叶轮，其中，所述脊状导流凸起的宽度由下至上逐渐增加；位于周向进气通道高度以下的所述通孔的直径小于位于周向进气通道高度以上的所述通孔的直径。

同时，本申请还提供有一种表面曝气设备，其包括如上任一所述的倒伞型叶轮。

可选的，如上任一所述的表面曝气设备，其中，所述进气管连接有气泵，用于向所述倒伞型叶轮的中空结构内泵入高压气体。

本申请和现有方案相比具有如下技术效果:

1. 本申请所提供的倒伞型叶轮及表面曝气设备，能够通过将倒伞型叶轮主体设置为中空结构的双层结构，而减少其自重，降低驱动叶轮时对电机输出扭矩和功率的要求，从而降低表面曝气设备的运行能耗。并且，本申请还通过在其中倒伞型叶轮主体的外层上设置有若干通孔，使得由进气管接入、通过轴向进气通道进入倒伞型叶轮主体的气体，能够通过上述的通孔均匀的排出至叶轮的外周表面，使得叶轮运转时在其外表面形成一层均匀分布的气液混合区域，从而提高该区域内气液两相流的混合速度，并减少其中气相与液相之间的滑差。由此，本申请所提供的倒伞型叶轮能够通过其外表面所形成的气液混合区域，提高氧气转移系数，保证整个水体的溶解氧浓度达标。

2. 进一步，本申请中通过将通孔设置在叶片外周的脊状导流凸起上，使得通孔排气所形成的气液混合区域在脊状导流凸起的位置进一步形成高压区域，从而进一步加强脊状导流凸起对水体的搅动作用，致使水体上下循环加剧，能够保证底层水体能够不断被更新至液面顶部，使整个水体均能够以较大的气液混合区域面积接触空气，进而更有效地吸氧。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1为本申请中倒伞型叶轮轴向的剖视图；

图2为本申请中倒伞型叶轮伞状底面的透视图。

图中，1表示进气管；21表示轴向密封圈；22表示轴向进气通道；33表示周向进气通道；32表示伞型内壁；31表示脊状导流凸起；30表示通孔。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于倒伞型叶轮本身而言，由开设在其外壁的通孔指向内部转轴的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

本申请中所述的“上、下”的含义指的是使用者正对倒伞型叶轮时，由电机输出轴指向倒伞型叶轮外侧的通孔的方向即为下，反之即为上，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请所提供的表面曝气设备，其具有电机，电机的输出轴通过减速齿轮等传动机构转动连接图1所示的倒伞型叶轮，通过驱动倒伞型叶轮旋转而带动水体翻转，溶解氧气，提高水体的含氧量。

本申请中，所述的倒伞型叶轮具体可设置为包括：

驱动轴，其上端连接电机M的输出轴，由电机的输出轴驱动而转动；

轴向密封圈21，其密封连接并固定设置在驱动轴的外周，所述轴向密封圈21的内侧与驱动轴的外周之间可设置柔性的气密密封垫圈或通过油封实现的具有气密效果的滚珠轴承提供连接，所述轴向密封圈21的一侧连接有进气管1，进气管1一般可设置为连接有气泵，用于向所述倒伞型叶轮内泵入高压气体，或直接向倒伞型叶轮内泵如高压氧气以额外提高氧气的溶解量；

轴向进气通道22，其上端可同样通过油封的具有气密效果的滚珠轴承而与轴向密封圈21转动连接，所述轴向进气通道22的内部与所述轴向密封圈21连通，并且，所述轴向进气通道22的上端由所述轴向密封圈21密封；上述连接位置的气密部件并不需要保证完全密封，只要能够保证气泵泵如的气体到达倒伞型叶轮主体内时具有设定的压强能够排出即可，而泄露的气体由于与水***置接近因此同样能够溶解于水体内，提高水体的溶解氧浓度；

倒伞型叶轮主体，其设置为内部中空的双层结构，并且所述倒伞型叶轮主体的内部与所述轴向进气通道22连通，所述倒伞型叶轮主体的外部开设有若干通孔30；

气体由进气管1进入轴向密封圈21后向下通过轴向进气通道22进入倒伞型叶轮主体的中空结构内，然后由所述通孔30排出，与水体接触。此过程中，气流所形成的气柱在倒伞型叶轮主体旋转的过程中，由水体压力而均匀的在倒伞型叶轮主体的外表面形成一层气液混合区域。气液混合区域内水相由水体压力和水体自身的张力维持而与通孔排出的气相在伞型叶轮主体旋转的过程中充分混合。由此通孔30排气一方面能够增加水体与气体的接触面积，另一方面还能够通过形成气液混合区域而等效的增加伞型叶轮主体外表面作用于水体提供搅动的作用面。由于作用面的增加，本申请可以进一步加强倒伞型叶轮主体对水体的搅动作用，致使水体上下循环加剧，能够保证底层水体能够不断被更新至液面顶部，使整个水体均能够以较大的气液混合区域面积接触空气，进而更有效地吸氧。

其中，为使得通孔所喷出的气流能够均匀分布在倒伞型叶轮主体的外周表面，本申请中倒伞型叶轮主体具体可设置为包括图2所示的：

伞型内壁32，其底部与所述驱动轴的下端固定连接，与所述驱动轴同步转动；

伞型外壁，其设置在伞型内壁32的外侧，所述伞型外壁的底部与所述驱动轴的下端固定连接并保持与所述驱动轴同步转动，所述伞型外壁的上部与伞型内壁32的远端向水平方向延伸并连接形成中空结构。所述中空结构的上部具有较大间隙厚度，下部可设置内部空腔的厚度较小，以使得下部气流排出时具有较大压强进一步提升对水体的扰动效果。并且，所述伞型外壁的表面为进一步推动水体翻转，还形成有沿其径向向外发散的脊状导流凸起31，所述脊状导流凸起31的凸出位置上分别开设若干通孔30。

该中空的双层结构，可有效减少倒伞型叶轮主体的自重，降低驱动叶轮时对电机输出扭矩和功率的要求，从而降低表面曝气设备的运行能耗。并且，本申请还通过在其中倒伞型叶轮主体的脊状导流凸起31上设置有若干通孔，使得由进气管接入、通过轴向进气通道进入倒伞型叶轮主体的气体，能够通过上述的通孔均匀的排出至叶轮的外周表面，配合脊状导流凸起31一起在叶轮运转时驱动水体旋转，并额外提供驱使水体翻转的扭矩，从而提高该区域内气液两相流的混合速度，并减少其中气相与液相之间的滑差。由此，本申请所提供的倒伞型叶轮能够通过其外表面所形成的气液混合区域，提高氧气转移系数，保证整个水体的溶解氧浓度达标。

为进一步的保证倒伞型叶轮主体本身具有足够的机械强度，本申请还可通过周向进气通道33在其内部提供对外部倒伞型叶轮主体的支撑。所述的周向进气通道33设置在伞型内壁32与所述轴向进气通道22之间，连通所述伞型内壁32与所述轴向进气通道22。

具体的，为进一步的保证支撑效果，本申请还可进一步的将所述周向进气通道33设置为连接在伞型内壁32与轴向进气通道22之间的中空圆盘。

或者，在其他实现方式下，为进一步的减轻倒伞型叶轮主体的自重，还可将上述的周向进气通道33仅连接在伞型内壁32中对应于每一个脊状导流凸起31的位置上。这种方式下，可通过增加每一个脊状导流凸起所对应的周向进气通道33的数量而提高倒伞型叶轮主体的整体机械强度。

一般，本申请中的通孔可直接开设在所述周向进气通道33的高度以上。但是为了保证气液混合区域均匀分布，在较为优选的实现方式下，一般还会再在所述周向进气通道33的高度以下的位置上开设至少一圈所述的通孔。所述周向进气通道33的高度以上的通孔可根据喷出的气压大小而相应排布为具有若干层。

为进一步提供对水体的驱动翻转效果，本申请中，所述脊状导流凸起31还可进一步的设置为具有与驱动轴转动方向一致的旋转弧度。所述脊状导流凸起31的宽度可设置为由下至上逐渐增加，从而增加与单位体积的水体的接触面积，从而增强对水体的搅动效果。配合于该结构，本申请中位于周向进气通道33高度以下的所述通孔30的直径可设置为小于位于周向进气通道33高度以上的所述通孔30的直径，以在水体较深位置提供更大气压保证气液混合区域能够均匀分布在整个倒伞型叶轮主体的外周表面。

本申请的优势在于：

能够通过将倒伞型叶轮主体设置为中空结构的双层结构，而减少其自重，降低驱动叶轮时对电机输出扭矩和功率的要求，从而降低表面曝气设备的运行能耗。并且，本申请还通过在其中倒伞型叶轮主体的外层上设置有若干通孔，使得由进气管接入、通过轴向进气通道进入倒伞型叶轮主体的气体，能够通过上述的通孔均匀的排出至叶轮的外周表面，使得叶轮运转时在其外表面形成一层均匀分布的气液混合区域，从而提高该区域内气液两相流的混合速度，并减少其中气相与液相之间的滑差。由此，本申请所提供的倒伞型叶轮能够通过其外表面所形成的气液混合区域，提高氧气转移系数，保证整个水体的溶解氧浓度达标。

本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种倒伞型叶轮，其特征在于，包括：

驱动轴，其上端连接电机的输出轴，由电机的输出轴驱动而转动；

轴向密封圈(21)，其密封连接并固定设置在驱动轴的外周，所述轴向密封圈(21)的一侧连接有进气管(1)；

轴向进气通道(22)，其上端与轴向密封圈(21)转动连接，所述轴向进气通道(22)的内部与所述轴向密封圈(21)连通，并且，所述轴向进气通道(22)的上端由所述轴向密封圈(21)密封；

倒伞型叶轮主体，其设置为内部中空的双层结构，并且所述倒伞型叶轮主体的内部与所述轴向进气通道(22)连通，所述倒伞型叶轮主体的外部开设有通孔(30)。

2.如权利要求1所述的倒伞型叶轮，其特征在于，所述倒伞型叶轮主体包括：伞型内壁(32)，其底部与所述驱动轴的下端固定连接，与所述驱动轴同步转动；

伞型外壁，其设置在伞型内壁(32)的外侧，所述伞型外壁的底部与所述驱动轴的下端固定连接并保持与所述驱动轴同步转动，所述伞型外壁的上部与伞型内壁(32)的远端水平连接形成中空结构，并且，所述伞型外壁的表面还形成有沿径向向外发散的脊状导流凸起(31)，所述脊状导流凸起(31)上开设所述通孔(30)。

3.如权利要求2所述的倒伞型叶轮，其特征在于，所述伞型内壁(32)与所述轴向进气通道(22)之间通过周向进气通道(33)连通。

4.如权利要求3所述的倒伞型叶轮，其特征在于，所述伞型内壁(32)中至少在对应于每一个脊状导流凸起(31)的位置上连接有所述周向进气通道(33)。

5.如权利要求3所述的倒伞型叶轮，其特征在于，所述周向进气通道(33)设置为连接在伞型内壁(32)与轴向进气通道(22)之间的中空圆盘。

6.如权利要求4所述的倒伞型叶轮，其特征在于，至少部分通孔(30)开设在所述周向进气通道(33)的高度以上。

7.如权利要求2所述的倒伞型叶轮，其特征在于，所述脊状导流凸起(31)还设置为具有与驱动轴转动方向一致的旋转弧度。

8.如权利要求7所述的倒伞型叶轮，其特征在于，所述脊状导流凸起(31)的宽度由下至上逐渐增加；

位于周向进气通道(33)高度以下的所述通孔(30)的直径小于位于周向进气通道(33)高度以上的所述通孔(30)的直径。

9.一种表面曝气设备，其特征在于，包括如权利要求1-8任一所述的倒伞型叶轮。

10.如权利要求9所述的表面曝气设备，其特征在于，所述进气管(1)连接有气泵，用于向所述倒伞型叶轮的中空结构内泵入高压气体。

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