рабочий орган кавитационного аэратора

Формула изобретения

РАБОЧИЙ ОРГАН КАВИТАЦИОННОГО АЭРАТОРА, содержащий основной внутренний ротор, выполненный из верхнего и нижнего дисков с центробежными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск выполнен с центральным отверстием и механически связан с внутренним полым валом аэратора, основной наружный ротор противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно основному внутреннему ротору, механически связанный с наружным полым валом аэратора и выполненный в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом по периферии основных роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, узел подачи воды, включающий в себя центральное отверстие в нижнем диске основного внутреннего ротора, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным внутренним ротором, расположенным выше и вблизи основного внутреннего ротора соосно с ним и выполненным из имеющих центральные отверстия верхнего и нижнего дисков с центробежными лопатками и перифериной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск соединен с раструбом наружного полого вала аэратора, а нижний диск, центральное отверстие которого снабжено сальником, надет на цилиндрическую полую вставку, нижний конец которой соединен с верхним диском основного внутреннего ротора, а верхний - с раструбом внутреннего полого вала аэратора, дополнительным наружным ротором противоположного вращения, расположенным соосно и эквидистантно дополнительному внутреннему ротору и выполненным в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом на периферии дополнительных роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, причем дополнительный наружный ротор соединен посредством стоек с основным внутренним ротором, а основной наружный ротор соединен посредством стоек с дополнительным внутренним ротором, узел подачи воды выполнен в виде открытого снизу полого цилиндра, расположенного внутри внутренних роторов и цилиндрической вставки соосно с полостью между упомянутыми вставкой и цилиндром, открытый конец которого соединен с нижним диском основного внутреннего ротора, а в зоне лопаток внутренних роторов цилиндр имеет на внешней стороне полые лопасти осевых вентиляторов, сообщенные полостями с полостью цилиндра посредством отверстий в последнем и имеющие на периферии сквозные радиальные отверстия, а напротив этих отверстий верхних лопастей выполнены сквозные отверстия в стенке цилиндрической вставки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к элементам устройств для растворения кислорода воздуха в воде, в частности аэраторов, имеющих внутренний и наружный коаксиальные полые валы с полостью между ними, привод противоположного вращения полых валов, узел подачи воздуха.

Известен рабочий орган аэратора, содержащий внутренний ротор, выполненный из нижнего и верхнего дисков с лопатками между ними и соединенный с полым валом, наружный ротор, выполненный из нижнего и верхнего колец с лопастям между ними [1] Его недостаток сравнительно низкая производительность, так как вращение наружного ротора пассивное (только от воздействия потока жидкости, а не привода) и направлено в ту же сторону, что и вращение внутреннего ротора, что создает слабые гидродинамические колебания, незначительное дробление пузырьков воздуха и незначительную кавитацию, влияющие на производительность.

Наиболее близким к изобретению является рабочий орган кавитационного аэратора, содержащий внутренний ротор, выполненный из верхнего и нижнего дисков с центробежными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск выполнен с центральными отверстием и механически связан с внутренним полым валом аэратора, наружный ротор противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно внутреннему ротору, механически связанный с наружным полым валом аэратора и выполненный в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом по периферии роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, узел подачи воды, включающий в себя центральное отверстие в нижнем диске внутреннего ротора [2] Его недостаток низкая производительность, вызванная неиспользованными возможностями совершенствования конструкции.

Техническая задача изобретения повышение производительности, достигается тем, что рабочий орган кавитационного аэратора, содержащий основной внутренний ротор, выполненный из верхнего и нижнего дисков с центральными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск выполнен с центральным отверстием и механически связан с внутренним полым валом аэратора, основной наружный ротор противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно основному внутреннему ротору, механически связанный с наружным полым валом аэратора и выполненный в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом по периферии основных роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, узел подачи воды, включающий в себя центральное отверстие в нижнем диске основного внутреннего ротора, снабжен дополнительным внутренним ротором, расположенным выше и вблизи основного внутреннего ротора соосно с ним и выполненным из имеющих центральные отверстия верхнего и нижнего дисков с центробежными лопатками и периферийной цилиндрической стенкой между ними, причем верхний диск соединен с раструбом наружного полого вала аэратора, а нижний диск, центральное отверстие которого снабжено сальником, надет на цилиндрическую полую вставку, нижний конец которой соединен с верхним диском основного внутреннего ротора, а верхний с раструбом внутреннего полого вала аэратора, дополнительным наружным ротором противоположного вращения, расположенным соосно и эквидистантно дополнительному внутреннему ротору и выполненным в виде цилиндрической стенки с кавитационными зубьями на внешней стороне, при этом на периферии дополнительных роторов выполнены отверстия, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев, причем дополнительный наружный ротор соединен посредством стоек с основным внутренним ротором, а основной наружный ротор соединен посредством стоек с дополнительным внутренним ротором, узел подачи воды выполнен в виде открытого снизу полого цилиндра, расположенного внутри внутренних роторов и цилиндрической вставки соосно и с полостью между упомянутыми вставкой и цилиндром, открытый конец которого соединен с нижним диском основного внутреннего ротора, а в зоне лопаток внутренних роторов цилиндр имеет на внешней стороне полые лопасти осевых вентиляторов, сообщенные полостями с полостью цилиндра посредством отверстий в цилиндре и имеющие на периферии сквозные радиальные отверстия, причем напротив этих отверстий верхних лопастей выполнены сквозные отверстия в стенке цилиндрической вставки.

Такое выполнение рабочего органа кавитационного аэратора повысит производительность примерно в два раза за счет отличительных признаков и их взаимосвязи с ограничительными признаками, т.е. за счет совокупности всех существенных признаков. Полые лопасти осевых вентиляторов за счет своих полостей подают воду к лопаткам внутренних роторов, как центробежные насосы, под давлением струями, причем в воздушную среду, что способствует лучшему перемешиванию частиц воды и воздуха уже внутри роторов, что влияет на повышение эффективности аэрации. Одновременно полые лопасти осевых вентиляторов эффективно пропускают воздух из внутреннего полого вала в основной внутренний (нижний) ротор без снижения производительности воздухоподачи, несмотря на то, что воздушный поток пересекается водными каналами. Выполнение как воздушных, так и водных взаимно пересекающихся каналов в виде полых лопастей осевых вентиляторов здесь наиболее эффективно по сравнению с другими формами каналов и не позволяет снизить производительность нижнего ротора, в связи с чем оба ротора работают с такой же производительностью (а то и выше), как и два отдельных прототипа.

На фиг.1 схематически показан предложенный рабочий орган кавитационного аэратора; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Рабочий орган кавитационного аэратора содержит внутренний 1 и наружный 2 коаксиальные полые валы аэратора с полостью 3 между ними, основной внутренний ротор 4, выполненный из верхнего 5 и нижнего 6 дисков с центробежными лопатками 7 и периферийный цилиндрической стенкой 8 между ними, причем верхний диск 5 соединен посредством цилиндрической полой вставки 9 с патрубом 10 внутреннего полого вала 1, основной наружный ротор 11 противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно основному внутреннему ротору 4 и выполненный в виде цилиндрической стенки 12 с кавитационным зубьями 13 на внешней стороне, при этом по периферии роторов 4 и 11 выполнены отверстия 14 и 15 соответственно, расположенные под одинаковым углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев 13, дополнительный внутренний ротор 16, расположенный выше и вблизи основного внутреннего ротора 4 соосно с ним и выполненный из имеющих центральные отверстия верхнего 17 и нижнего 18 дисков с центробежными лопатками 19 и периферийной цилиндрической стенкой 20 меду ними, причем верхний диск 17 соединен с раструбом 21 наружного полого вала 2, а нижний диск 18, центральное отверстие которого снабжено сальником 22, надет на цилиндрическую полую вставку 9, дополнительный наружный ротор 23 противоположного вращения, расположенный соосно и эквидистантно дополнительному внутреннему ротору 16 и выполненный в виде цилиндрической стенки 24 с кавитационными зубьями 25 на внешней стороне, при этом на периферии дополнительных роторов 16 и 23 выполнены отверстия 26 и 27 соответственно, расположенные под одинаковым центральным углом и имеющие шаг, соответствующий шагу кавитационных зубьев 25, причем дополнительный наружный ротор 23 соединен посредством стоек 28 с основным внутренним ротором 4, а основной наружный ротор 11 соединен посредством стоек 29 с дополнительным внутренним ротором 16, узел подачи воды, выполненный в виде открытого снизу полого цилиндра 30, расположенного внутри внутренних роторов 4 и 16 и цилиндрической вставки 9 соосно и с полостью 31 между вставкой 9 и цилиндром 30, причем открытый конец цилиндра 30 соединен с нижним диском 6 основного внутреннего ротора 4, а в зоне лопаток 7 и 19 роторов 4 и 16 цилиндр 30 на внешней стороне имеет соответственно полые лопасти 32 и 33 соответственно нижнего и верхнего осевых вентиляторов, при этом полости лопастей 32, 33 сообщены с полостью цилиндра 30 посредством соответственно отверстий 34 и 35 в стенке цилиндра 30, а на периферии лопасти 32 и 33 имеют сквозные радиальные отверстий 36 и 37 соответственно, причем напротив отверстий 37 лопастей 33 выполнены сквозные отверстия 37 и в стенке цилиндрической вставки 9. Периферийная часть лопастей 33 может быть выполнена заодно со стенкой цилиндрической вставки 9. Между кавитационными зубьями 13 основного наружного ротора 11 и между кавитационными зубьями 25 дополнительного наружного ротора 23 расположены междузубные полости 38.

Рабочий орган кавитационного аэратора работает следующим образом.

При вращении внутреннего полого вала 1 аэратора по часовой стрелке в этом же направлении вращаются: цилиндрическая полая вставка 9, основной внутренний ротор 4, цилиндр 30 с лопастями 32, 33 и дополнительный наружный ротор 23. Наружный полый вал 2 аэратора, дополнительный внутренний ротор 16 и основной наружный ротор 11 вращаются при этом против часовой стрелки. От узла подачи воздуха аэратора атмосферный воздух поступает в полость вала 1 и в полость 3 между валами 1 и 2. Из полости 3 между валами 1 и 2 воздух поступает через полость между раструбами 10 и 21 в дополнительный внутренний ротор 16, где захватывается центробежными лопатками 19 и нагнетается ими в сторону отверстий 26 в периферийной цилиндрической стенке 20. Из полости вала 1 через раструб 10 воздух поступает к лопастям 33 верхнего осевого вентилятора, проходит между этими лопастями в полость 31, причем не с потерей энергии и производительности, а даже с приращением от динамического воздействия на воздушный поток осевых лопастей 33. Из полости 31 воздух поступает в верхнюю часть основного внутреннего ротора 4 непосредственно, а в нижнюю часть поступает, пройдя между лопастями 32 нижнего осевого вентилятора, причем также без потери энергии и производительности по описанной выше причине. Поступивший в основной внутренний ротор 4 воздух захватывается центробежными лопатками 7 и нагнетается ими к отверстиям 14 в периферийной цилиндрической стенке 8.

Одновременно с воздухом в основной внутренний ротор 4 и в дополнительный внутренний ротор 16 подается вода, которая поступает, например, из водоема через открытый нижний конец цилиндра 30 в его полость, а оттуда через отверстия 34 и 35, полости лопастей 32 и 33 и их периферийные отверстия 36 и 37 соответственно в роторы 4 и 16. Вода в полостях лопастей 32 и 33 приобретает энергию, как в центробежных насосах, поэтому выходит в роторы 4 и 16 через отверстия 36 и 37 соответственно под давлением струями, причем в воздушную среду, что способствует лучшему перемешиванию частиц воды и воздуха уже внутри роторов, а это влияет на повышение эффективности аэрации. Центробежные лопатки 7 и 19 роторов 4 и 16 активно продвигают смесь воды и воздуха к отверстиям 14 и 26. При совпадении отверстий 14 основного внутреннего ротора 4 с отверстиями 15 основного наружного ротора 11, а также при совпадении отверстий 26 дополнительного внутреннего ротора 16 с отверстиями 27 дополнительного наружного ротора 23 происходит импульс выброса водовоздушной смеси в междузубные полости 38. Частота совпадений отверстий 14 и 15, 26 и 27 или частота гидродинамических излучений в режиме акустических колебаний возбуждает интенсивное пульсирование смеси в междузубных полостях 38. Пульсация пузырьков воздуха создает дробление их на более мелкие. Подготовленная таким образом водовоздушная смесь в дальнейшем подвергается воздействию кавитационных зубьев 13 и 25, чем и достигается высокая степень кавитации, а вместе с тем интенсивное обогащение кислородом воздуха аэрируемой воды, причем с произво- дительностью в два раза большей, чем у прототипа.