专利名称：水力压气式联合曝气机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水力空气曝气装置，特别涉及一种水力压气式联合曝气机，适 用于深水、高浓度、负荷变幅大的污水处理行业，尤其适用于矿山污水处理、化工污水 处理和丘陵地区的污水处理企业的节能技改。
背景技术：
曝气设备主要可分为气泡曝气、气泡机械曝气、机械曝气等。气泡曝气是将空压机 和鼓风机产生的空气输入至污水中，空气在水中各种因素和辅助设备的作用下形成尺寸 大小不同的气泡，气泡在孔口处形成，在液面破裂，促使液体形成环流。气泡越小越利 于提高氧传递速率，因此，通常配套有扩散管、板等多孔性设备，或水力剪切和水力冲 击等非多孔性设备。气泡机械曝气是采用叶轮将通入水中的气泡分割，并使得小气泡在 曝气池内循环混合，从而得到较高的氧吸收率。 一般设置环喷气器，用空气压縮机送入 空气，并用叶轮将空气切割粉碎，但氧吸收率和动力消耗等指标最终还要取决于曝气池 的形状、叶轮型式、空气量和不同的叶轮转速。机械曝气是利用曝气器的旋转产生水跃， 把大量的水滴抛撒空中，和空气混合，再跌回水体，另一方面，机械曝气器旋转搅拌水 体以保持活性污泥悬浮状态，使得富含溶解氧的水与活性污泥充分混合，维持微生物需 要的足够氧气。
气泡曝气供氧能力大、使用灵活，可根据污水需氧量的变化大范围调节，但动力消 耗过多，釆用辅助多孔扩散器，产生气泡小、氧的吸收率及动力效果较高，但易于堵塞， 经常维修成本较大，而采用辅助非多性扩散器，虽堵塞状况减轻，但氧吸收率和动力效 率低；气泡机械曝气适合处理高浓度废水，完全混合条件好，但动力效果不高，经常费 用大，机械曝气设备比较简单，维修不困难，但对需氧率变化的调节较小，不利于负荷 变幅较大的污水处理。
水轮泵已成功应用于我国水利建设40余年，实用新型专利"水力曝气装置"(专利 号ZL200720088012.X,申请人宋永宏、王志勤)将水轮泵作为曝气装置的驱动机构，利用污水的富余能量推动转轮作功，使得泵水装置泵水时产生负压，吸进空气，最后形 成气水混合物排出，实现曝气。"水力曝气装置"有三种形式水力离心式、水力射流 式、涡流泵式，分别适用于潜水曝气和气浮等污水处理工艺，具有投资小，安装方便等 优点，但由于这三种曝气方式，均是利用泵旋转水运动产生负压吸气，效率较低，又因 泵水装置受深度影响较大，曝气实际深度有限，难以在高浓度废水、负荷变幅大的污水 和深水曝气中广泛应用。
空气压縮机和鼓风机在我国的技术应用非常成熟和广泛。空气压縮机通常分为速度 式和容积式，容积式可分为回转式和往复式，回转式又可分为滑片式、转子式、螺杆式 等，而往复式则可分为活塞式、隔膜式等；按照表压力区分又可分为低压(《1MPa)、中 压(lMPa 10MPa)、高压OlOMPa)。常规污水处理一般使用无油润滑低压空气压縮机 或鼓风机，而常用的鼓风机一般采用离心鼓风机和罗茨鼓风机，常见工作表压力在 0.03MPa和0.5Mpa之间。
利用水轮泵旋转推动表曝机做功，同时将空气抽吸、加压输进至污水中，完成曝气， 是充分利用水力并转变为机械力和空气的压力，促使了能量高效的转变，同时紧密地结 合了污水处理中的高效气泡曝气方式，实现双重联合曝气。经査询，除了专利号 ZL200720088012.X，名称水力曝气装置，申请人宋永宏、王志勤，目前尚无此类专
利，"水力曝气装置"存在需要改进的地方1)是通过泵水方式旋转液体，产生负压， 吸进空气混合，实现气液传输，完成曝气；因水体密度较空气大，用泵旋转水体吸进气 体消耗的能量较单纯抽吸空气大，存在效率不高的问题；2)以泵水产生负压吸气的原理 工作，而负压吸气受制于泵的排水能力，泵排除气水混合物的能力随水深降低，加之效 率不高，作为深水曝气设备有一定困难，在曝气深度上实际存在限制，若采用串联和其 它措施，却增加了管道和设备的复杂程度，增加了投资成本；3)采用气液混合体最终完 成曝气的方式，产品曝气方式和性能单一，难以胜任高浓度废水处理和污水负荷变幅大 的污水处理。
发明内容
本实用新型的目的是在于提供了一种水力压气式联合曝气机，它以污水水力作为能 量来源，以水轮泵中的水力转轮作为驱动装置，通过传动机构带动压缩机产生压縮空气， 通过轴承中间传动中空轴的中空气道，将气体传送至曝气环，实现气泡曝气，同时通过 传动中空轴带动表面曝气叶轮曝气，实现双重曝气，它解决了水力潜水射流式等曝气装 置曝气效率不高的问题；因采用了两种曝气方式，可较强的适应污水负荷的变化；由于采用了压縮机输出压縮空气，将泵类吸气的负压工作流程改变为压縮机产生压縮空气的 工作流程，为深水曝气创造了条件。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术措施
水力压气式联合曝气机，它包括水轮泵部分、传动与支撑部分、气泡曝气部分、表 曝气部分，由转轮叶轮、进水蜗腔等构成水轮泵部分，传动轴、轴承、带传动、伞型齿 轮箱、油封和水封等构成传动与支撑部分，由曝气环、中空轴、进气阀、联结管、气封 (A型)或由中空刷片、右中空轴头、气管、换气道或者由穿孔曝气管(B型)与空压机 连接构成气泡曝气部分，由曝气叶轮(A型)或转刷(B型)与传动轴连接构成表面曝气 部分，水轮泵部分、气泡曝气部分、表曝气部分三者之间通过传动与支撑部分中的传动 中空轴完成动连接和气连接。
转轮叶轮通过第四平键与传动中空轴相连，用长杆螺栓及紧固螺母压紧，传动中空 轴通过第一平键、第二平键分别与泵型曝气叶轮、大带轮连接，分别用第二压紧螺母、 第一压紧螺母压紧，大带轮通过传动带与小带轮形成带传动连接，小带轮与伞型齿轮变 速箱的伞齿轮轴通过第三平键连接，伞型齿轮变速箱的输出轴与空压机的输入轴通过连 轴器连接，传动中空轴支承点一端由第二圆锥轴承支撑在水轮泵的导水座上，传动中空 轴另一端支承点由第一圆锥轴承通过轴承座支撑在支撑梁上，水轮泵中第二圆锥轴承下
端采用J型油封和水封密封组合，第二圆锥轴承上端釆用螺旋密封体与水封和o型密封圈
进行密封，曝气环和传动中空轴上焊接成一体的凸颈法兰用螺栓连接，传动中空轴内空 气道与软管通过进气阀连接，并由迷宫密封、气封封气。
在水力压差作用下，污水经过水轮泵转轮推动了轴的旋转，由轴带动表面曝气叶轮 转动，同时，轴旋转经过带传动、伞齿轮变速传动，最终使得空压机转动。传动轴做成 筒状结构，刚性较普通实心轴高，中空结构的气道与另引管线相比，结构更紧凑。曝气 环上焊接有后向喷口，气体喷入水中时，产生和旋转方向相同的力矩，完成助推。
水轮泵作为驱动机构，通过传动轴、平键、传动带轮同时和表面曝气叶轮和空压机 进行动连接组成传动结构，传动中空轴和曝气环、进气阀、管口盖、软管、净化器、联 结管、空压机组成的传输气体的结构，作为传气气道，穿过轴承和轴承座。
本实用新型采用了双重曝气结构水轮泵、传动中空轴、泵型曝气叶轮构成表曝气 部分；水轮泵、曝气环、连接管、后向喷嘴、传动中空轴、带传动、伞齿轮箱、空压机 构成气泡曝气部分。
卧式水力压气式联合曝气机采用卧式安装结构，包括水轮泵部分、气泡曝气部分、 表曝气部分、传动与支撑部分。水轮泵部分、传动与支撑部分与A型相同。不同之处在于有两个气道，两个气道进 气口通过三通和空压机出气管相连，第一个气道主体部分在传动轴中，位于液面以上， 该气道通过进气三通的法兰和换向气机进气管法兰连接，进气管分成3根支管和换向气机 壳体的3个进气孔(位置离地最近)焊接，换向气机芯上开有3个轴向错开布置，周向均 匀布置的120°的传气槽，当换向气机芯随轴旋转到某个120。的传气槽和对应的换向气机 壳体进气孔相对接通时，气体进入和120。的传气槽相通的换向气机芯内气道，通过跨越 联轴器的软管和传动轴右轴头内气道，再通过右轴头内被加工成多个圆空腔的支气管道 将气体经轴筒外3-6根传气钢管传至叶片，最终通过转刷叶片背面半圆筋的空腔和出气斜 孔，传至污水中，换向气机芯内气道出气孔、右轴头内气道进气孔和软管用螺纹快速插 头连接，外用管卡卡紧，轴筒外有3-6个传气管，传气管上有气口和转刷叶片空腔相通； 另一个气道是穿孔曝气管气道，由进气三通和控制阀门用法兰连接，控制阀门再与穿孔 曝气管用法兰连接，位于液面0.8米或转刷叶片以下约0.5米的附近，本曝气机采用双气道 结构，利于输气量调整。表曝气部分采用转刷曝气器或转碟曝气器。因轴的旋转带动换 向气机阀芯旋转，使得离水面近的支气管畅通，其它支气管关闭。转刷叶片材质为工程 塑料，转刷叶片迎水面做成平板形状，保持击水、产生水跃的性能不变，转刷叶片背面 为中空的半圆筋，利于传气和加强叶片的强度。气道经过中间连轴器时，采用了外接软 管传气结构，利于主轴和阀芯的对中调整。
本卖用新型的优点是1)将水力输出气水混合液曝气改为水力气泡曝气、表面曝气 的双重曝气，增加了曝气效率，提高了污水作为驱动能源的效率。2)将泵水装置中的负 压吸气工作流程，改成空压机产生压縮空气的工作流程，更适合深水曝气。3)由于采用 液上和液下双重曝气，提高了污泥悬浮能力，丰富了污水处理工艺曝气设备的选择，适 合高浓度和负荷大变幅的污水处理。4)采用中空轴传输气体的结构，使得装置本身更加 紧凑。5)本装置有绕垂直轴和平行轴旋转的两种结构，符合幅流式和推流式曝气池对曝 气设备的要求。
本实用新型以污水水力带动空压机压縮空气进行曝气的方法，适合于规模化、高浓 度的废水处理，在矿山、化工废水处理以及丘陵地区污水处理中，存在广泛的应用空间。
图l为一种立式水力压气式联合曝气机(A型)结构示意图； 图2为一种卧式水力压气式联合曝气机(B型)结构示意其中，图l中l一水轮泵部分，包括2—导水锥，3—长杆螺栓及紧固螺母，4一转轮叶轮，5—导水 壳，6—导水座，7—进水蜗腔，8—进水口， 9—泵盖；
IO—传动及支撑部分，包括14—支撑梁，15—轴承座，16—第一圆锥轴承，17—防 尘圈，18—大带轮，19—第一压紧螺母，26—第四平键，27—J型油封和水封，28—第二 圆锥轴承，29—螺旋密封体，30—水封和O型密封圈，32—传动中空轴，37—第一平键， 38—第二平键，39—传动带，40—伞型齿轮变速箱，41—第三平键，42—小带轮，43— 压紧螺母，44一伞齿轮轴，48—联轴器；
12— 气泡曝气部分，包括ll一曝气环，20—进气阀，21—迷宫密封，22—气封，23 一管口盖，24—管接头，25—软管，31—后向式喷嘴，32—传动中空轴，45—净化器， 46—联结管，47—空压机；
13— 表曝气部分，包括33—压紧螺母，34—进水圈，35—锥型导水圈，36—调气小 孔，79—泵型曝气叶轮；
图2中，驱动部分和带型传动部分与图l相同
49一传动及支撑部分，包括51—换向气机机壳，52—换向气机机芯，53—后轴承盖， 54—轴承座，63—左轴承，64—前轴承盖，66—联轴器，67—右轴头，69—支承轴承体， 71_轴筒，75—左轴头，78—平键，82—第一连接法兰，83—第二连接法兰；
50—气泡曝气部分，包括55—气封，56—迷宫密封，57—换向气机芯内气道，58— 进气管，59—进气三通，60—进气阀，61—穿孔曝气管，62—气封，65—软管，68— 右轴头内气道，70—传气管，73—叶片传气小孔，80—换向气机芯环型槽，81—换向气 机壳进气孔；
72—表曝气部分，包括73—叶片传气小孔，74—转刷叶片，76—叶片连接座，77— 挡水盘；
——^表示气流方向，^=>表示水流方向
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述
根据图1可知，立式水力压气式联合曝气机包括水轮泵部分l、传动及支撑部分IO、
气泡曝气部分12、表面曝气部分13，主体材质由不锈钢和碳钢制成。
水轮泵部分1包括导水锥2、转轮叶轮4、导水壳5、导水座6、进水蜗腔7、进水口8、 泵盖9;传动与支撑部分2包括支撑梁14、轴承座15、圆锥轴承16、防尘圈17、大带轮18、 J型油封和水封27、圆锥轴承28、螺旋密封体29、水封和0型密封圈3Q、传动中空轴32、传动带39、伞型齿轮变速箱40、小带轮42、伞齿轮轴44、联轴器48;气泡曝气装置12包 括曝气11环、传动中空轴32、进气阀20、迷宫密封21、气封22，管口盖23、管接头24、 软管25、净化器45、联结管46、空压机47;表曝气装置13包括压紧螺母33、进水圈34、 锥型导水圈35、调气小孔36、泵型曝气叶轮79;
转轮叶轮4通过第四平键26与传动中空轴32相连，用长杆螺栓及紧固螺母3压紧，传 动中空轴32又通过第一平键37、第二平键38分别与泵型曝气叶轮79、大带轮18连接，分 别用第二压紧螺母33、第一压紧螺母19压紧。大带轮18通过传动带39与小带轮42形成带 传动连接，小带轮42与伞型齿轮变速箱40的伞齿轮轴44 (输入轴)通过第三平键41连接， 伞型齿轮变速箱40的输出轴与空压机47的输入轴通过连轴器48连接。传动中空轴32支承 点一端由第二圆锥轴承28支撑在水轮泵1的导水座6上，传动中空轴32另一端支承点由第 一圆锥轴承16通过轴承座15支撑在支撑梁14上。水轮泵1中第二圆锥轴承28下端采用J型 油封和水封27密封组合，水轮泵1中第二圆锥轴承28上端采用螺旋密封体29与水封和0型 密封圈30进行密封。
曝气环11和传动中空轴32上焊接成一体的凸颈法兰用螺栓连接，并用硅胶垫密封。 传动中空轴32内空气道与软管25通过进气阀20连接，并由迷宫密封21、气封22封气。气 道中其它连接均用固定常规管头连接。
表曝气部分13由上下压板、后向前弯式叶片构成泵型曝气叶轮79的主体，锥型导水 圈35与泵型曝气叶轮79上压板相连，下压板和进水圈34相连，采用焊接结构，锥型导水 圈上35上加工有调气小孔36，泵型曝气叶轮79通过平键37和传动中空轴32连接，随传动 中空轴32旋转。
污水经过除渣后由进口8进入进水涡腔7后，在进水涡腔7、导水座6、导水壳5的作用 下，推动转轮叶轮4旋转并带动传动中空轴32旋转，产生驱动力，污水经尾水管直接排入 池中。
因传动中空轴32旋转带动大带轮18旋转，经传动带39、小带轮42、伞型齿轮变速箱 40、最终带动空压机47旋转，产生压缩空气；气体经过联结道46、净化器45、'软管25、 进气阀20、传动中空轴32，最终传递至曝气环ll，再经曝气环11上的后向式喷嘴31排入 水中，完成气泡曝气，因后向式喷嘴31喷出的气体存在周向推力，产生和传动中空轴32 的旋转方向相同的辅助力矩。
与此同时，因传动中空轴32旋转，带动与之连接的泵型曝气叶轮79的旋转，因离心 力作用，由进水圈34吸入水，在锥形导水圈35和泵型曝气叶轮79叶片的共同作用下，将 水抛出，形成水跃，完成表面曝气。
8据图2所知，卧式水力压气式联合曝气机采用卧式结构，包括与A型相同的水轮泵1 和带传动(18、 39、 42)、减速机40和空压机47。主体材质由不锈钢和碳钢制成。
三通59的法兰和换向气机进气管58法兰连接，进气管58分成三根支管57和换向气机 壳体的三个进气孔81焊接，换向气机芯52上开有三个轴向错开布置、周向均匀布置的120 。的传气槽80，换向气机芯52内气道57出气孔、右轴头67内气道68进气孔和软管65用螺纹 插头连接，轴筒71外有3-6个传气管70，传气管70上有气口和转刷叶片74空腔相通；穿孔 曝气管61气道由进气三通59和控制阀门60用法兰连接，控制阀门60与穿孔曝气管61用法 兰连接。
水轮泵1驱动机构的输出轴伸由联轴器和左轴头75用平键78联结，左轴头75和轴筒 71、右轴头67焊接，右轴头67通过联轴器66、第一连接法兰82、第二连接法兰83和换向 气机机芯52联结。左轴头75、轴筒71、右轴头67由两个支承轴承体69支撑在砼墩上，换 向气机阔机52由轴承座54、左轴承63分别支承在前轴承盖64、后轴承盖53上，转刷叶片 74和叶片连接座76用螺栓连接，叶片连接座76与轴筒71焊接。支承轴承体69体采用普通 的防尘、防水密封，轴承换向气机机芯52和换向机机壳51之间采用迷宫密封56，换向气 机机芯52两端采用气封55和62封气。转刷叶片74迎水表面做成平板形状，背水面为半圆 弧形带空腔的筋结构，出气小孔73为后向式。
水轮泵1旋转带动空压机47旋转产生压縮空气，同时带动左轴头75、轴筒71、右轴头 67、联轴器66、换向气机芯52、叶片座76，最终带动叶片74绕轴转动，产生水跃，完成 表面曝气，而由空压机47产生的气体经过三通58分成两支气体流路， 一路经过换向气机 壳体的三个进气孔81、传气槽80、换向气机芯内气道57，经软管65、右轴头内气道68, 传气管70、转刷叶片74后背半圆形空腔，传至出气小孔73，进入污水中，完成气泡曝气。
左轴头75、轴筒71、右轴头67构成合件轴(主轴)，合件轴轴筒71上焊接有和转刷 叶片74用螺栓连接的叶片连接座76，因合件轴的旋转带动了转刷叶片74的转动，完成了 表面曝气；因合件轴的旋转带动了换气机芯52的旋转，因换气机芯52上开有3个沿轴向错 开布置，沿周向成均布的120。的传气槽80，而换气机芯壳体底部有3个对应的进气小孔81， 当传气槽80和对应的进气小孔81相对接通时，气道开始传气，当传气槽偏离气道时，气 道关闭。因进气小孔81位于换气机芯壳体51的底部，所以整个气道传气过程发生在靠近 水面的气道支路上，即转刷叶片74传气小孔73传输气体始终由对着水面方向或己进入水 面的转刷叶片进行，背对着水面方向的转刷叶片74传气小孔73则不传气。
权利要求1、一种水力压气式联合曝气机，立式结构为水轮泵部分(1)、传动及支撑部分(10)、气泡曝气部分(12)、表面曝气部分(13)，其特征在于转轮叶轮(4)通过第四平键(26)与传动中空轴(32)相连，传动中空轴(32)通过第一平键(37)、第二平键(38)分别与泵型曝气叶轮(79)、大带轮(18)连接，大带轮(18)通过传动带(39)与小带轮(42)形成带传动连接，小带轮(42)与伞型齿轮变速箱(40)的伞齿轮轴(44)通过第三平键(41)连接，伞型齿轮变速箱(40)的输出轴与空压机(47)的输入轴通过连轴器(48)连接；传动中空轴(32)支承点一端由第二圆锥轴承(28)支撑在水轮泵(1)的导水座(6)上，传动中空轴(32)另一端支承点由第一圆锥轴承(16)通过轴承座(15)支撑在支撑梁(14)上，水轮泵(1)中第二圆锥轴承(28)下端采用J型油封和水封(27)密封组合，第二圆锥轴承(28)上端采用螺旋密封体(29)与水封和O型密封圈(30)进行密封，曝气环(11)和传动中空轴(32)上焊接成一体的凸颈法兰用螺栓连接，传动中空轴(32)内空气道与软管(25)通过进气阀(20)连接。
2、根据权利l要求所述的一种卧式水力压气式联合曝气机，其特征在于三通(59) 的法兰和换向气机进气管(58)法兰连接，进气管(58)分成三根支管(57)和换向气 机壳体的三个进气孔(81)焊接，换向气机芯(52)上开有三个轴向错开布置、周向均 匀布置的120。的传气槽(80)，换向气机芯(52)内气道(57)出气孔、右轴头(67) 内气道(68)进气孔和软管(65)用螺纹插头连接，轴筒(71)外有3-6个传气管(70)， 传气管(70)上有气口和转刷叶片(74)空腔相通；穿孔曝气管(61)气道由进气三通(59)和控制阀门(60)用法兰连接，控制阀门(60)与穿孔曝气管(61)用法兰连接。
专利摘要本实用新型公开了一种水力压气式联合曝气机，包括水轮泵驱动部分、传动支撑部分、气泡曝气部分、表面曝气部分，转轮叶轮通过平键与传动中空轴相连，传动中空轴通过平键分别与泵型曝气叶轮、大带轮连接，小带轮与伞型齿轮变速箱的伞齿轮轴通过平键连接，伞型齿轮变速箱的输出轴与空压机的输入轴通过连轴器连接，传动中空轴支承点一端由圆锥轴承支撑在水轮泵的导水座上，另一端支承点由圆锥轴承通过轴承座支撑在支撑梁上，水轮泵中圆锥轴承下端采用J型油封和水封密封组合，上端采用螺旋密封体与水封和O型密封圈进行密封。本装置节能，可处理高浓度废水，适合矿山、化工和深水曝气，可用于山区不同规模污水处理企业的节能技改。
文档编号C02F3/12GK201264944SQ200820190709
公开日2009年7月1日 申请日期2008年9月10日 优先权日2008年9月10日
发明者宋永宏, 王志勤 申请人:王志勤;宋永宏