专利名称：复合通气设备轴和自动定心接头的制作方法
技术领域：
各个实施例总体上涉及对减少振动能量传递的复合轴和接头形式 的机械通气设备的改进。更具体地，实施例涉及一种用于向废水中混 合和添加空气的复合吸气轴和/或接头。
背景技术：
现有技术中的废水吸气轴通常使用不锈钢吸气轴，如共同转让的
美国专利No. 5,484,524的附图3中的附图标记9所示。
在Smimov等人的俄罗斯专利No. 2176991中公开了一种管式通气 设备，该管式通气设备具有由玻璃纤维制成的两层网状框架并且具有 夹在两个同轴的玻璃纤维网状框架层之间的分散材料。该玻璃纤维框 架被描述为"可透空气的"。该装置旨在用于废水系统。
在Spitzenberg等人的德国专利No. 19835100中公开了一种旨在用 于废水系统的轴，该轴使用玻璃纤维作为一个中间层，通过嵌在玻璃 纤维层树脂中的砂石与水泥面层结合。
在Nogaj的美国专利No. 3,669,422中公开了一种用于废水处理的 通气设备。其中教导了玻璃纤维部件的总体优势。
在Yoshikawa等人的美国专利No. 4，157，303中公开了一种由玻璃 纤维强化塑料制成的废水叶轮。
在Wood等人的国际专利申请公开No. WO97/40273中公开了一种 具有由玻璃纤维形成的柔性轴的螺杆泵。在Oberg的美国专利No. 4,035,856中公开了一种具有由玻璃纤维 形成的轴的标记旗，它教导了玻璃纤维具有3到4百万的弹性模量。
在Petersen的美国专利No. 4,363,603、 Carr等人的美国专利No. 5,011,520和Cooper等人的美国专利No. 5,174,877中公开了一种由玻 璃纤维制成的叶轮。
在Santos的美国专利No. 5,573,656中公开了一种玻璃纤维涂覆的 钢辊或螺桨，用于在制备沥青时混合中间浆料。
在Pierce的美国专利No. 4,070,423中公开了一种具有垂直管的废 水曝气装置，该垂直管被公开为由玻璃纤维形成。
在Pollock的美国专利申请公开No. 2005/0218074中公开了一种废 水净化装置，其具有由玻璃纤维形成的降液管结构。
发明内容
用于机械通气设备的中空复合(composite)轴由玻璃纤维强化酚醛 树脂形成，该玻璃纤维强化酚醛树脂减少了传递到马达/轴承上的振动 量以延长马达/轴承的寿命。当吸气头在液体中旋转时，液体的作用力 被传递到所述轴。本发明减弱了该作用力。该复合轴材料具有在任何 所施加应力的弹性极限内的弹性模量或弯曲率，并且其足够低以允许 将弯曲或振动能量转化为所述轴内的热量而非沿所述轴的轴向长度以 震动/振动的形式传递该能量。
在一实施例中，中空轴中掺入了占总体积13-30%的玻璃纤维，并 且仅向马达/轴承传递振动能量的一小部分。而且，玻璃纤维在废水中 比不锈钢更耐磨损。本发明申请应用于在液体中旋转的任何轴并且也 能应用于实心轴。该复合轴通过使用自动定心接头附接到马达的驱动轴上，该自动
定心接头由任何合适的耐腐蚀材料形成，例如6-6尼龙、玻璃纤维强化 酚醛树脂或不锈钢。该接头的定心和平衡设计减少了由现有技术中接 头引起的振动，例如共同转让的美国专利No. 5,484,524的附图3所公 开的那样，其中的接头使用调节螺母并且由于接头的偏心特性产生了 不平衡部分。而且，如果使用尼龙或玻璃纤维强化酚醛树脂，则该接 头能够减弱来自所述轴的振动能量。
图1示出能够应用本发明的通气设备的一个实施例的正视图。 图2A示出根据本发明的一实施例的接头本体。 图2B示出根据本发明的一实施例的接头本体的端视图。 图2C示出在接头的一实施例中使用的螺母的剖视图。
具体实施例方式
图1是能够应用本发明的整个通气设备系统的图(未按比例)。 该通气设备包括带动马达轴12旋转的马达10。在吸气轴16的一端处， 接头14将马达轴12附接到吸气轴16。吸气头18附接在吸气轴16的 另一端。在使用时，吸气轴16的大部分和吸气头18都将浸没在液体 中，例如废水中。如图所示，马达轴12、接头14、吸气轴16和吸气 头18中的每一个都是中空的，以允许将空气或其它气体吸入到待曝气 的液体中。
如上所述，用于机械通气设备的复合吸气轴16由玻璃纤维强化酚 醛树脂形成，该玻璃纤维强化酚醛树脂减少了传递到马达IO或其轴承 上的振动量以延长马达/轴承的寿命。当吸气头18在液体中旋转时，流 体作用力被传递到吸气轴16。由于该复合吸气轴和/或接头材料具有在 任何所施加应力的弹性极限内的弯曲模量或弯曲率，并且其足够低以 允许将弯曲或振动能量转化为轴和/或接头内的热量而非沿着所述轴和接头的轴向长度以震动/振动的形式传递该能量，所以吸气轴16和/或 接头14减弱了所述作用力。
在一优选实施例中，具有0.63"外径和0.5"内径的27.5"轴中掺入 了占总体积13-30%的玻璃纤维，重量为 109克，并带动重量为 322 克的吸气头旋转。在该实施例中，仅向马达/轴承传递了 1/4的振动能 量。在一个实施例中，玻璃纤维的编织包括定向在 0.5mm中心且定 向成方形编织图案的基股。经测试发现，这种材料在废水中比不锈钢 更耐磨损。
如图2A至2C中的图形(未按比例)所示，自动定心接头由具有 柱形空腔的中空本体20形成，该柱形空腔的直径足以使得在一端插入 吸气轴并在另一端插入马达轴。两个端部22均带螺纹并且具有纵向槽 以形成多个分瓣24。用于每一端的相应螺母26包括位于一端的内螺纹 部28和位于另一端的锥形部29。螺母26被旋拧到中空本体20的螺纹 端部22上，并且螺母26的锥形部29与最外层螺纹啮合以向内压紧分 瓣24，从而以自动定心的方式与相应的轴摩擦啮合。每一端处的相应 螺纹和螺母以这样一种方式形成螺纹(threaded)(即螺母被相反地形成 螺纹)，使得马达轴的旋转作用力使接头更紧。为便于组装和拆卸， 在中空本体20上可以设置平面25,使得能够使用扳手或其它工具来控 制中空本体20的转动。
该复合轴和/或接头的独特的机械性能直接涉及以下方面减少传 递到马达组件的动态振动能量的影响，减少与这种振动对马达运行寿 命造成的影响有关的磨损影响，以及通过明确选择构成复合轴的构成 材料而实现的减少磨损的效果。
该复合轴优选具有在任何所施加应力的弹性极限内的弯曲模量或 弯曲率，并且其足够低以允许将所传递的弯曲或振动能量转化为材料 结构内的热量，而非沿所述轴的轴向长度以震动/振动的形式传递该能量并因而传递到将轴定位在与曝气机马达组件相配合的位置上的轴 承。
本申请是一种流体-质量-弹簧(fluidic-mass-spring)阻尼器的典型例 子，其中当结合流体操作环境及其阻尼因数时，取决于流体的粘度， 包括马达组件和复合轴组件的系统的振幅包括减小部件的振幅直至成 为临界阻尼系统的系统。
对每个所述系统进行比较的实验观测已经得到数据，该数据表明， 当测量作为与运行中的整个组件的质量/速度关系有关的直接数据点 时，与现有技术中的不锈钢轴相比，该复合轴的阻尼因数得到了有利 于复合轴的 0.25%的比率。
对现有技术的曝气轴等的第二个改进之处涉及轴构成材料的耐磨 损能力，该耐磨损能力是由在系统的运行期间可能引入到系统中的流 体中出现的材料来体现的。在废水环境中的这种材料的例子包括头 发、纤维素纤维、聚合物纤维，以及除系统最初设计用来处理的人类 排泄物以外的其它材料。由于这些或其它异物绕轴的直径缠绕，人们 已经大量观察到垂直于轴材料的轴心的严重磨损。 一段时间以后，观 察到磨损足以达到实际割穿不锈钢轴的壁厚的程度。使用本发明中的 复合轴的具体实施例，通过在构成复合轴的材料基质中掺用玻璃纤维 材料或类似纤维材料，能够显著减少由于轴在处理流体过程中转动而 巻绕在轴上的异物对轴的垂直于其轴线的磨损/切割影响。在该复合轴 中掺入一种具有比不锈钢更耐磨特性的材料，有助于防止轴上的磨损。 掺入到构成复合轴的基质中的材料的选择可以设置成包括这样一种材 料，其物理特性必须能够去除并释放任何可能缠绕在轴上的异物，而
且不会对轴的预期形状或功能造成任何明显的不利影响。
在用于向废水中混合和加入空气并用于接受来自马达的旋转作用 力的通气设备的一个实施例中，该通气设备包括中空吸气轴，该中空吸气轴在一端处连接到马达；和吸气头，该吸气头连接到吸气轴的 与连接到马达的所述端部相反的另一端；其中该中空管大大减弱了从 吸气头向马达的振动能量传递。可选地，该中空吸气轴通过自动定心
接头附接到马达轴。该自动定心接头由具有柱形空腔的中空本体形成， 所述柱形空腔的直径足以使得在一端插入吸气轴并在另一端插入马达 轴。两个端部均带螺纹并且具有纵向槽以形成多个分瓣。用于每一端 的相应螺母包括位于一端的内螺纹部和位于另一端的锥形部。螺母被 旋拧到中空本体的螺纹部上，而且该螺母的锥形部压紧分瓣，从而以 自动定心的方式与相应的轴啮合。
在用于向废水中混合和加入空气并用于接受来自马达的旋转作用 力的通气设备的另一实施例中，该通气设备包括中空吸气轴，该中 空吸气轴在一端处连接到马达，该中空吸气轴包括占总体积约13%到 约30%的玻璃纤维；和吸气头，该吸气头连接到中空管的与连接到马 达的所述端部相反的另一端。同样地，可选择使用自动定心接头。
在用于向废水中混合和加入空气并用于接受来自马达的旋转作用 力的通气设备的又一实施例中，该通气设备包括中空吸气轴，该中 空吸气轴在一端处连接到马达，该中空吸气轴不透空气并包括玻璃纤 维外表面；和吸气头，该吸气头连接到吸气轴的与连接到马达的所述 端部相反的另一端。该吸气头可以是一个螺桨或文丘里泵，而且可选 择使用自动定心接头。
在用于在废水处理系统中减弱向马达的振动能量传递的方法的另 一实施例中，该方法包括使布置在废水上方的马达旋转，以向轴提 供旋转能量；将旋转能量从该轴耦递到浸没在废水中的吸气头以使吸 气头旋转；以及缓冲在旋转的吸气头处产生的振动能量，以大大减少 到达马达的振动能量的量。
再一个实施例涉及一种减少废水处理系统中的磨损的方法，该方法包括使布置在废水上方的马达旋转，以向由玻璃纤维强化酚醛树 脂形成的玻璃纤维轴提供旋转能量，该轴至少部分浸没在废水中；以 及将旋转能量从玻璃纤维轴耦递到浸没在废水中的吸气头以使吸气头 转动玻璃纤维轴，其中该玻璃纤维轴耐废水磨损。
现在已经详细描述了优选实施例和替代实施例。然而，请注意， 这些实施例仅是对本发明创造性构思的基本原则的说明。因此，在不 偏离本发明的范围的情况下，对于本领域的技术人员来说，对所公开 实施例的各种改型都是显而易见的。例如，除空气之外的流体以及除 废水之外的液体都可以应用于本发明的装置和方法。类似地，可以使 用适于某种特定用途的任何材料，包括但不限于各种塑料、金属、 陶瓷及其组合。
已经描述了用于提供一种通气设备的系统和方法。本领域的技术 人员将会理解，在不偏离本发明所公开的范围的情况下，本发明可以 以其它特定形式体现，而且，在此阐述的示例和实施例在各方面都是 说明性而非限制性的。本发明所属领域的技术人员将认识到，使用在 此描述的构思的其它实施例也是可能的。此外，以单数形式表述元件 的任何引语，例如，使用冠词"一"、"一个"或"所述"，不应解释为该元 件限于单数。
权利要求
1.一种用于向废水中混合和加入空气并用于接受来自马达的旋转作用力的通气设备，该通气设备包括中空吸气轴，所述中空吸气轴在一端处连接到所述马达；和吸气头，所述吸气头连接到所述中空吸气轴的与连接到马达的所述端部相反的另一端；其中所述吸气轴由显著减弱从所述吸气头向所述马达的振动能量传递的材料构成。
2. 如权利要求l所述的通气设备，其中所述中空吸气轴由玻璃纤 维强化酚醛树脂形成并且掺入占总体积13-30%的玻璃纤维。
3. 如权利要求l所述的通气设备，其中所述中空吸气轴仅从所述 吸气头向所述马达及马达的轴承传递1/4的振动能量。
4. 如权利要求l所述的通气设备，还包括介于所述中空吸气轴和所述马达的马达轴之间的自动定心接头，其中所述自动定心接头包括具有柱形空腔的中空本体，所述柱形空腔的直径足以使得在一端 插入所述吸气轴并在另一端插入所述马达轴，其中，两个端部均带螺纹并且具有纵向槽以形成多个分瓣；用于每一端的相应螺母，所述螺母包括位于一端的内螺纹部和位于另一端的锥形部；其中，当所述螺母被旋拧到所述中空本体的螺纹端部上时，螺母 的所述锥形部与最外面的螺纹啮合以向内挤压所述分瓣，从而以自动 定心的方式与相应的轴摩擦啮合。
5. 如权利要求4所述的通气设备，其中所述中空本体的每一端处 的相应螺纹和螺母具有相同方向的螺纹。
6. 如权利要求4所述的通气设备，还包括位于所述中空本体的中 央部分上的平面，使得能够使用扳手或其它工具来控制所述中空本体 的转动。
7. 如权利要求4所述的通气设备，其中形成所述自动定心接头的 材料选自由以下材料组成的组耐腐蚀金属、尼龙和玻璃纤维强化酚 醛树脂。
8. —种用于向废水中混合和加入空气并用于接受来自马达的旋转作用力的通气设备，该通气设备包括中空吸气轴，所述中空吸气轴在一端处连接到马达，所述中空吸气轴由包括占总体积约13%到约30%的玻璃纤维的玻璃纤维强化酚醛 树脂形成；和吸气头，所述吸气头连接到所述中空吸气轴的与连接到马达的所 述端部相反的另一端。
9. 如权利要求8所述的通气设备，其中所述中空吸气轴仅从所述 吸气头向所述马达及马达的轴承传递1/4的振动能量。
10. 如权利要求8所述的通气设备，还包括介于所述中空吸气轴 和所述马达的马达轴之间的自动定心接头，其中所述自动定心接头包 括具有柱形空腔的中空本体，所述柱形空腔的直径足以使得在一端 插入所述吸气轴并在另一端插入所述马达轴，其中，两个端部均带螺 纹并且具有纵向槽以形成多个分瓣；用于每一端的相应螺母，所述螺母包括位于一端的内螺纹部和位于另一端的锥形部；其中，当所述螺母被旋拧到所述中空本体的螺纹端部上时，螺母 的所述锥形部与最外面的螺纹啮合以向内挤压所述分瓣，从而以自动 定心的方式与相应的轴摩擦啮合。
11. 如权利要求io所述的通气设备，其中所述中空本体的每一端处的相应螺纹和螺母具有相同方向的螺纹。
12. 如权利要求IO所述的通气设备，还包括位于所述中空本体的 中央部分上的平面，使得能够使用扳手或其它工具来控制所述中空本 体的转动。
13. 如权利要求IO所述的通气设备，其中形成所述自动定心接头 的材料选自由以下材料组成的组耐腐蚀金属、尼龙和玻璃纤维强化 酚醛树脂。
14. 一种用于向废水中混合和加入空气并用于接受来自马达的旋 转作用力的通气设备，该通气设备包括中空吸气轴，所述中空吸气轴在一端处连接到马达，所述中空吸气轴不透空气并包括玻璃纤维外表面；和吸气头，所述吸气头连接到所述中空吸气轴的与连接到马达的所 述端部相反的另一端，其中所述吸气头选自由以下项组成的组螺桨和文丘里泵。
15. 如权利要求14所述的通气设备，其中所述中空吸气轴由玻璃 纤维强化酚醛树脂形成并且掺入了占总体积13-30%的玻璃纤维。
16. 如权利要求14所述的通气设备，其中所述中空吸气轴仅从所 述吸气头向所述马达及马达的轴承传递1/4的振动能量。
17. 如权利要求14所述的通气设备，还包括介于所述中空吸气轴 和所述马达的马达轴之间的自动定心接头，其中所述自动定心接头包括具有柱形空腔的中空本体，所述柱形空腔的直径足以使得在一端插入所述吸气轴并在另一端插入所述马达轴，其中，两个端部均带螺 纹并且具有纵向槽以形成多个分瓣；用于每一端的相应螺母，所述螺母包括位于一端的内螺纹部和位于另一端的锥形部；其中，当所述螺母被旋拧到所述中空本体的螺纹端部上时，螺母 的所述锥形部与最外面的螺纹啮合以向内挤压所述分瓣，从而以自动 定心的方式与相应的轴摩擦啮合。
18. 如权利要求17所述的通气设备，其中所述中空本体的每一端 处的相应螺纹和螺母具有相同方向的螺纹。
19. 如权利要求17所述的通气设备，还包括位于所述中空本体的 中央部分上的平面，使得能够使用扳手或其它工具来控制所述中空本 体的转动。
20. 如权利要求17所述的通气设备，其中形成所述自动定心接头 的材料选自由以下材料组成的组耐腐蚀金属、尼龙和玻璃纤维强化 酚醛树脂。
全文摘要
一种由玻璃纤维强化酚醛树脂制成的复合中空吸气轴，所述玻璃纤维强化酚醛树脂减少了传递到驱动马达及其轴承的振动。这延长了马达和轴承的寿命。当吸气头在液体中旋转时，流体作用力被传递到所述轴。该复合吸气轴不是将这些作用力传递到马达及其轴承，而是减弱所述作用力，以阻止其大部分到达马达及其轴承。复合轴材料具有在任何所施加应力的弹性极限内的弯曲模量或弯曲率，并且其足够低以允许将弯曲或振动能量转化为所述轴内的热量而非沿着所述轴的轴向长度以震动/振动的形式传递该能量。作为另一优点，玻璃纤维在废水中比现有技术中使用的不锈钢更耐磨损。
文档编号C02F1/74GK101641298SQ200780051545
公开日2010年2月3日 申请日期2007年12月5日 优先权日2007年1月3日
发明者B·詹姆斯·埃利奥特, 特伦特·利迪克, 特里·菲舍尔 申请人:杰特公司