Аэратор

Изобретение относится к области смесительной техники и служит для создания микропузырьков воздуха или иного газа в воде или иной жидкости и равномерного распределения микропузырьков в объеме жидкости или по сечению потока, а также генерации струй газожидкостной смеси. Устройство может быть использовано для очистки загрязненных стоков, защиты мальков рыб от попадания в водозаборы, а также получения газожидкостных смесей в иных областях техники, например при производстве битумов. Аэратор содержит узел расширения с проточной камерой, выполненной с напорным и выпускным патрубками, и узел распределения газожидкостной смеси. Причем узел расширения снабжен водонапорным трубопроводом и выполнен в виде N (N=2,3...) проточных камер, снабженных воздушным патрубком и размещенных на водонапорном трубопроводе. Узел распределения газожидкостной смеси выполнен в виде перфорированных насадок на выпускные патрубки проточных камер, расположенных под острым углом к оси водонапорного трубопровода. Технический результат: создание протяженного равномерного по кинетике, а главное, по составу (содержанию газа в жидкости), потока газожидкостной смеси, упрощение устройства, повышение его надежности, а также расширение области применения. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к области смесительной техники и служит для создания микропузырьков воздуха или иного газа в воде или иной жидкости и равномерного распределения микропузырьков в объеме жидкости или по сечению потока, а также генерации струй газожидкостной смеси. Устройство может быть использовано для очистки загрязненных стоков, защиты мальков рыб от попадания в водозаборы, а также получения газожидкостных смесей в иных областях техники, например при производстве битумов.

Для защиты водозаборов, как правило, используются кассетные конструкции, в том числе из фильтрующих пластиковых трубок (см. патент РФ 2183702, Е 02 В 8/08, 2000 г.) или шариков (см. патент РФ 2049194, Е 02 В 8/08, 1992 г.).

Недостатком подобных устройств является сложность конструкции, необходимость периодической очистки элементов и сезонность работы - на время ледохода кассеты демонтируются. Установленные в потоке кассеты могут быть классифицированы как аэрационные, но степень насыщения жидкости воздухом невысока.

При очистке жидкостей от примесей и загрязнений, в частности нефтепродуктов, широко используются роторные аэраторы, содержащие корпус, в полости которого на оси размещен с возможностью вращения ротор (см. РСТ WO 01/60504, B 01 F 3/04, 2001 г.). Аналогичные устройства описаны в патенте Великобритании 489497, 1937 г., ЕР 1243313, B 01 F 3/04, 2002 г., JP 2003 - 190753, B 01 F 7/16 и РСТ WO 02/081093, B 03 D 1/16, 2002 г.).

Однако такие устройства недостаточно надежны и неэкономичны из-за наличия вращающихся частей, а кроме того, непригодны для создания протяженных потоков аэрированной жидкости. В то же время эффективность рыбозащитных устройств и флотационных установок во многом определяется именно возможностью создания пространственно распределенных завес или потоков.

Известен компактный аэратор, содержащий камеру с перегородкой и впускным и выпускным патрубками (см. JP 2003 - 265938, B 01 F 1/00).

Помимо непригодности для создания протяженных потоков аэрированной жидкости к недостаткам данного устройства следует отнести ограниченную область применения из-за необходимости поддержания высокого давления в жидкости, заполняющей камеру, и в подводимом газе. Необходимость создания и поддержания давления не только ограничивает область применения, но и снижает производительность и эффективность как самого аэратора, так и устройств и установок с его использованием.

Первый из указанных недостатков устранен в аэраторе, выполненном в виде протяженного коллектора с рядами сопел (см. JP 2003 - 236305, B 01 D 17/00). Однако в нем для создания микропузырьков также используется поток жидкости, в которой растворен воздух, в связи с чем второй из вышеназванных недостатков свойственен и этому аэратору.

Наиболее близким к предложенному является аэратор по патенту США 2003.0070992, C 02 F 1/24, 17.04.2003 г.

Известный аэратор содержит узел насыщения жидкости газом, выход которого подключен к входу узла расширения, выполненному в виде проточной инжекционной камеры с напорным и выпускным патрубками и подвижной конической вставкой, причем выходной патрубок проточной инжекционной камеры соединен с узлом распределения газожидкостной смеси.

Недостатками известного аэратора являются ограниченная область применения из-за необходимости поддержания давления в жидкости, сложность конструкции и снижение надежности аэратора, обусловленные наличием в инжекторе подвижной конической вставки сложного профиля, а также невозможность создания равномерных пространственно распределенных и однородных по составу потоков газожидкостной смеси.

Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является создание протяженного равномерного по кинетике, а главное, по составу (содержанию газа в жидкости), потока газожидкостной смеси, упрощение устройства, повышение его надежности, а также расширение области применения за счет возможности использования в промышленных установках очистки стоков, на удаленных водозаборах, где неудобно или невозможно использовать стационарные источники сжатого газа или компрессоры.

Указанный результат достигается тем, что в известном аэраторе, содержащем узел расширения с проточной камерой, выполненной с напорным и выпускным патрубками, и узел распределения газожидкостной смеси, узел расширения снабжен водонапорным трубопроводом и выполнен в виде N (N=2,3...) проточных камер, снабженных воздушным патрубком и размещенных на напорном трубопроводе, а узел распределения газожидкостной смеси выполнен в виде перфорированных насадок на выпускные патрубки проточных камер, расположенных под острым углом к оси водонапорного трубопровода.

Кроме того, суммарные длины выпускных патрубков и перфорированных насадок могут превышать расстояние между проточными камерами.

При этом воздушные патрубки проточных камер могут быть выполнены гибкими.

Целесообразно также воздушные патрубки проточных камер выполнить с поплавками.

Кроме того, воздушные патрубки проточных камер могут быть выполнены с регуляторами расхода воздуха.

Кроме того, наконечники выпускных патрубков проточных камер могут быть выполнены с тройниками, на свободных концах которых размещены перфорированные насадки.

Целесообразно также, чтобы диаметры отверстий перфорированных насадок по мере удаления от проточных камер сначала уменьшались, а затем возрастали.

В частности, диаметры групп отверстий перфорированных насадок по мере удаления от проточных камер могут составлять (0,07÷0,09)L, (0,06÷0,08)L, (0,07÷0,09)L и (0,09÷0,1)L соответственно, где L - шаг между соседними отверстиями.

Кроме того, аэратор может быть выполнен с источником газожидкостной смеси, выход которого соединен с напорными патрубками проточных камер.

И, наконец, аэратор может быть выполнен с источником газожидкостной смеси, выход которого соединен с воздушными патрубками проточных камер.

При этом источник газожидкостной смеси может быть выполнен в виде М (M=1...N) проточных камер, выполненных с напорным, воздушным и выпускным патрубками, последние из которых соединены с соответствующими воздушными патрубками из N проточных камер.

Таким образом, особенностью предлагаемого аэратора является то, что, во-первых, водовоздушная смесь не транспортируется по трубопроводу и, следовательно, не расслаивается, а создается непосредственно перед узлом распределения, который в данном случае минимизирован, а во-вторых, эта смесь создается в нескольких точках, расположенных вдоль оси водонапорного трубопровода. Это позволяет обеспечить однородность состава и кинетической энергии струй водовоздушной смеси, вытекающих из сопел. Кроме того, как показали проведенные исследования, подключение смежных проточных камер к одному напорному трубопроводу позволяет дополнительно выровнять завесу, создаваемую предлагаемым аэратором за счет взаимного влияния соседних камер и узлов распределения.

На фиг.1, 2 и 3 показаны два варианта реализации предлагаемого аэратора. На фиг.4 показано сечение проточной камеры, а фиг.5 иллюстрирует выполнение рыбозащитного устройства с предлагаемым аэратором. На фиг.6 показана флотационная установка с предлагаемым аэратором. И, наконец, фиг.7 иллюстрирует вариант выполнения перфорированной насадки.

Аэратор содержит (фиг.1-4) проточные камеры 1 с напорным 2, выпускным 3 и воздушным 4 патрубками, на выпускных патрубках 3 размещены перфорированные насадки 5. Перфорированные насадки 5 образуют узел распределения газожидкостной смеси, а N проточных камер 1 - узел расширения.

Перфорированные насадки 5 могут, как показано на фиг.2, располагаться под острым углом α к оси 6 водонапорного трубопровода 7, к которому подключены напорные патрубки 2 проточных камер 1. Перфорированные насадки 5 (фиг.3) могут также подключаться к выпускным патрубкам 4 через соответствующие тройники 8.

Между проточной камерой 1 и напорным патрубком 2 размещен участок 9 меньшего диаметра, обеспечивающий «пережатие» потока жидкости (фиг.4). Вместо уменьшения диаметра или вместе с ним «пережатие» потока жидкости может достигаться на участке 9 и размещением в потоке тела, препятствующего прохождению потока, например конуса или усеченного конуса, меньшее основание которого обращено к выходному патрубку 3.

Через окна 10 водозабора (фиг.5) вода насосами 11 подается для нужд предприятия в магистраль 12. Трубопровод 13 врезан в линию 12. На трубопроводе 13 последовательно установлены фильтр 14 с арматурой обвязки 15 и источник газожидкостной смеси 16 (стрелкой обозначена подача воздуха), подключенный к водонапорному трубопроводу 7 аэратора, на выходе которого установлена задвижка 17.

Установка, изображенная на фиг.6, содержит бак-флотатор 18 с узлом 19 удаления нефтепродуктов, последовательно соединенные насос 20 и источник газожидкостной смеси 16, поплавки 21 и регуляторы расхода воздуха 22.

Позицией 23 на фиг.1, 2, 3 и 7 обозначены отверстия перфорированных насадок 5. Отверстия 23 на фиг.7 разбиты на группы 24-27, так что внутри группы диаметры отверстий 23 одинаковы, а диаметры групп 24, 25, 26, 27 составляют соответственно 12 мм (3 отверстия 23), 10 мм (4 отверстия 23), 12 мм (2 отверстия 23) и 15 мм (одно отверстие 23). При этом шаг L между отверстиями 23 в рассматриваемом примере составляет 150 мм. Расстояние между проточной камерой 1 и тройником 8 составляет в данном случае 200-300 мм.

Аэратор работает следующим образом. Вода под давлением поступает в водонапорный трубопровод 7 (фиг.1-3), который со второго конца может быть полностью или частично перекрыт. Через патрубки 2 и участки 9 вода поступает в полость камеры 1, где за счет расширения резко падает давление и возникает каверна, куда подсасывается через воздушные патрубки 4 и где дробится атмосферный воздух.

Полученная газожидкостная смесь выходит через отверстия 23 (в частном случае - сопла 23) в перфорированных насадках 5 струями, образующими равномерную завесу. Расположение перфорированных насадок 5 под острым углом обеспечивает отсутствие «пропусков», равномерность завесы. Той же цели служит и «волнообразный» закон изменения диаметров отверстий 23.

В рыбозащитном устройстве, показанном на фиг.5, трубопровод 13 имеет диаметр меньший, чем трубопровод магистрали 12, так что часть потока ответвляется в трубопровод 13, проходит через фильтр 14 и аэрируется в источнике газожидкостной смеси 16, в качестве которого может быть использован как предлагаемый аэратор (т.е. проточная камера 1 с напорным патрубком 3, выпускным патрубком 3 и воздушным патрубком 4), так и известное устройство, например, по патенту РФ №2194024, C 02 F 3/20, 29.11.2000. Струи газожидкостной смеси, под напором выходящие из отверстий 23 перфорированных насадок 5, защищают окна 10 водозабора от попадания мальков рыб и мусора.

Установка для извлечения нефтепродуктов, показанная на фиг.6, работает следующим образом. Насос 20 забирает очищаемую жидкость в верхней части бака-флотатора 18 и через источник газожидкостной смеси 16 подает ее в напорный трубопровод 7. Гибкие воздушные патрубки 4 удерживаются поплавками 21, а размер микропузырьков, поднимающихся из отверстий 23 перфорированных насадок 5, регулируется регуляторами расхода воздуха 22. Нефтепродукты, увлекаемые микропузырьками воздуха, собираются с помощью узла 19 удаления нефтепродуктов, выполненного, например, в виде воронки.

Проведенные испытания показали, что каждая проточная камера обеспечивает расход воздуха 6-16 м³/ч при глубине до 3 м. При использовании двухступенчатой схемы (дополнительная проточная камера подключена к воздушному патрубку основной или нескольких основных; каждая из М, M<N дополнительных проточных камер подключена к нескольким из N; каждая из М камер, M=N подключена к каждой их N) глубина может быть увеличена до 8 м. Испытания показали также, что устройство обеспечивает создание интенсивного и равномерного потока газожидкостной смеси, допускает регулировку параметров завесы и не требует обслуживания, поскольку отверстия в насадках не зарастают.

1. Аэратор, содержащий узел расширения с проточной камерой, выполненной с напорным и выпускным патрубками, и узел распределения газожидкостной смеси, отличающийся тем, что узел расширения снабжен водонапорным трубопроводом и выполнен в виде N (N=2,3...) проточных камер, снабженных воздушным патрубком и размещенных на водонапорном трубопроводе, а узел распределения газожидкостной смеси выполнен в виде перфорированных насадок на выпускные патрубки проточных камер, расположенных под острым углом к оси водонапорного трубопровода.

2. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что суммарные длины выпускных патрубков и перфорированных насадок превышают расстояние между проточными камерами.

3. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что воздушные патрубки проточных камер выполнены гибкими.

4. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что воздушные патрубки проточных камер выполнены с поплавками.

5. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что воздушные патрубки проточных камер выполнены с регуляторами расхода воздуха.

6. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что наконечники выпускных патрубков проточных камер выполнены с тройниками, на свободных концах которых размещены перфорированные насадки.

7. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что диаметры отверстий перфорированных насадок по мере удаления от проточных камер сначала уменьшаются, а затем возрастают.

8. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что диаметры групп отверстий перфорированных насадок по мере удаления от проточных камер составляют (0,07÷0,09)L, (0,06÷0,08)L, (0,07÷0,09)L и (0,09÷0,1)L соответственно, где L - шаг между соседними отверстиями.

9. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что аэратор выполнен с источником газожидкостной смеси, выход которого соединен с напорными патрубками проточных камер.

10. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с источником газожидкостной смеси, выход которого соединен с воздушными патрубками проточных камер.

11. Аэратор по п.1, отличающийся тем, что источник газожидкостной смеси выполнен в виде М (М=1...N) проточных камер, выполненных с напорным, воздушным и выпускным патрубками, последние из которых соединены с соответствующими воздушными патрубками из N проточных камер.