一种气泡切割装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种气泡切割装置。


背景技术：

2.根据传统气液传质双膜理论，在气液界面处存在着气膜和液膜，该双膜层结构是气体溶解到液体过程中阻力最大的部分，在气泡中，气体与气泡壁的液体之间也存在类似的双膜结构，因此，只要是形态稳定的气泡，无论是在液面上还是液面下，其内部的气体向周围液体溶解的过程必定是缓慢而微弱的。
3.为了对在液体中上浮的稳定气泡的壁膜的双膜结构进行物理破坏，可以对气泡进行切割，如中国专利cn206901853u《一种分层曝气装置》所公开的，通过设置多层“细纱格网，能将气泡切割的更多更细小”：气泡被切割后，破裂成更多小气泡，即单位体积的气体与液体之间的总接触面积增加了，可以适当提高溶解量；更重要的是：双膜结构一旦被破坏，气液之间的交融会更剧烈，溶解速度大大加快，直到再次形成稳定的、双膜结构完整的气泡为止；因此，为了提高溶解效率，需要对气泡进行不断的切割。
4.上述专利的技术方案中，虽然提到了对气泡“多层”切割的概念，但实际上它们是一层曝气装置上面加一层细纱格网(参见附图7)，所以不能算是真正意义上的多层切割，尤其是对上层来说，切割的效果可能并不完全和理想。
5.此外，“细纱格网”适用于实验室或纯度较高的液体中的气体溶解；在工程应用的实际复杂环境中，可能存在一个致命缺陷，就是极易被杂物堵塞，而且堵塞之后还难以清理去除。


技术实现要素：

6.针对现有技术里，细纱格网层数不足，对气泡的切割不充分，以及实际工程应用中易堵难清的缺陷，我们提供了一种密集多层气泡切割装置，它同时还可以具备防堵及易清理的功能，本实用新型是这样实现的：
7.所述的气泡切割装置：包含设置于基板2上的多层气泡切割器1，它们整体设置于任何一种气泡发生装置的气泡出口3的上方；所述的气泡切割器，是金属或高分子材质网格的经纬线，或是平行设置的单丝、刃口向下的刀片或其他薄片；每层所述切割器之间的层间距为切割器网格间距或丝间距的1-3倍；它们错层设置，以提高切割效率。
8.本实用新型还可以这样实现，所述的气泡切割装置，包含至少一块所述的基板2，所述的气泡切割器是平行设置的弹性单丝，它们一端固定于所述的基板上，另一端悬空；在它们的外围设置有导流套管22，在它们的下方还设有冲刷气口33；当包含有多块所述基板时，它们成对设置，或共用一个导流套管。
9.本实用新型还可以这样实现，所述的冲刷气口33设置于气泡发生装置的气泡出口3的下方，它们共用同一根进气管。
10.本实用新型还可以这样实现，所述的冲刷气口33上设置一层弹性材料膜，膜上切
割有气孔。
11.本实用新型还可以这样实现，所述的弹性单丝向上倾斜设置，其与水平线的夹角α不超过60度。
12.本实用新型还可以这样实现，所述的气泡切割器的单丝线径或片厚不超过 1.5mm，丝间距或网格间距为4-10mm，层数为3层以上，层间距4-30mm。
13.本实用新型还可以这样实现，所述的气泡切割器弹性单丝的直径为 0.1-0.3mm。
14.本实用新型还可以这样实现，由多个所述的气泡切割装置沿竖直方向叠加设置，每段导流套管之间要留有间隙，以利于液体的补充。
15.本实用新型还可以这样实现，所述的导流套管的下端外缘还设置有导流罩或导流挡板21防止气泡外逸。
16.本实用新型还可以这样实现，在所述的导流套管22的上缘出口处，向内设置导流挡板21；同时，上面一层的管段下缘也有向外设置导流挡板21；各管段上下竖直对正排列，或按导流挡板的流向错层排列。
17.本技术方案，不仅实现了对气泡的多层切割，大幅提高了气体的溶解效率，其典型实施例的实测增氧动力效率可达32.379kg/kwh，远高于当前行业先进水平的近5kg/kwh。而且，其独有的防堵塞设计及其清理技术，大大拓展了本装置的适用范围，提升了实用性。
附图说明：
18.图1气泡切割装置侧视示意图
19.图2一端固定的弹性单丝实施例俯视示意图
20.图3气泡切割器错位设置的示意图
21.图4弹性单丝向上倾斜设置的示意图
22.图5背对背组合及多层叠加示意图
23.图6错层叠加及导流挡板设置示意图
24.图7对比文件《一种分层曝气装置》的附图
25.图中：
26.1-气泡切割器(含单丝)；2-固定基板；21-导流罩或导流挡板； 22-导流套管；3-气泡发生装置的气泡出口；33冲刷气口。
具体实施方式：
27.下面结合说明书附图，对本实用新型的具体实施方式做详细说明：
28.如附图1所示，包含设置于基板2上的多层气泡切割器1，它们整体设置于任何一种气泡发生装置的气泡出口3的上方；所述的气泡切割器，是金属或高分子材质网格的经纬线，或是平行设置的单丝、刃口向下的刀片或其他薄片；每层所述切割器之间的层间距为切割器网格间距或丝间距的1-3倍；它们错层设置，以提高切割效率；气泡发生装置发出的气泡，在上浮过程中，不断被所述的气泡切割器多次劈切，破裂成更多更小的不稳定气泡，提高溶解效率。
29.所述的气泡切割器1，最常见的是各种材质的网格，如附图6所示，对比文件《一种分层曝气装置》就是采用了“细纱格网”，但他们每层的网格相距甚远，中间还设置了曝气头
等部件，而本技术方案的网格等是密集设置的，层间距与丝间距(或格间距)大致相当，最多不超过3倍，就切割效果而言更理想。
30.每层所述的气泡切割器错位设置(参见附图3)，即相邻两层的切割器1，可以不是完全对齐的，它们可以偏离一定的距离，典型值可以偏离间距的一半左右，这样如果有小气泡从下层的网格或丝线的中间穿过，则会正好被本层的网格或丝线从中间切割。
31.本技术方案所述之气泡切割装置，可以设置在任何形式的气泡发生装置的气泡出口上方，包括但不限于曝气管、曝气头、气提泵、射流增氧机、液气能增氧机等。
32.切割器是网格的话，可以先绷紧在圆形或方形或矩形或其他任意形状的框上，再架设于支架2上；如果是单丝，其端头可以固定在基板2上。本技术方案中未述及的各个部件之间以及与整套设备之间，都可以通过支架等连接件将各部分固定于液体环境中的相应位置；也可以通过浮箱等浮体使整套设备悬浮于液体表层指定深度的位置，还可以加上能驱动整套装置在液体环境中移动的动力机构等，诸如此类的各种常规固定、连接、浮动、牵引、移动、锚定等等方式，只要是本行业技术人员的惯常设置，未改变本装置主体技术方案的基本原理和设计思路，都应属于本技术方案的保护范围，故不作更多限制，也不再赘述。
33.虽然从实验效果来看，用网格切割气泡的效率是最高的，然而在实际工程应用中，网格却有着致命的缺陷——极易被杂物堵塞，特别是被头发丝等纤维状的杂物挂附、缠绕而难以去除。
34.如果它们采用平行设置的单丝，其切割气泡的能力虽然比网格略差，但被杂物挂附的几率会减少一半以上(在丝间距相同的情况下)，使用刀片(刃口向下)或其他薄片的情况与单丝类似；
35.为了彻底解决堵塞问题，我们将单丝设计成半固定的：所述的气泡切割装置，包含至少一块所述的基板2，所述的气泡切割器是平行设置的弹性单丝，它们一端固定于所述的基板上，另一端悬空，因此，它们需要具备一定的刚度；在它们的外围设置有导流套管22，在它们的下方还设有冲刷气口33；当包含有多块所述基板时，成对设置，或共用一个导流套管；挂附了杂物的单丝，在气液流的冲刷下，会向上弯曲，冲刷气口和导流套管的设置可以增加气液流的流速和流量，进而增加对单丝的冲刷力度，最终将杂物冲刷掉。
36.其工作原理是：多层平行单丝层层密集分布，气泡在从下至上穿行上浮的过程中必然被这些单丝层层切割。在工程环境中，液体中夹带的头发丝等纤维状杂物，会挂附在这些单丝上。单丝是一端悬空的，又有弹性，挂附了杂物的单丝在气液流的冲刷下，会向上弯曲并且越到末端弯曲的幅度越大。处于单丝末端的杂物会因难以挂附而被直接冲走；不在末端的，最终也会逐渐被冲向末端；摆脱杂物后的单丝回弹复位。有时候杂物挂附较牢或者逐渐积累较多时，可以开启所述的冲刷气口，释放出大量气体，加上导流套管的约束作用，气液流上冲的流速更快，冲刷力度更强，单丝上翘的幅度也更大，冲刷效果更好。
37.所述的冲刷气口33设置于气泡发生装置的气泡出口3的下方，它们可以共用同一根进气管(参见附图1)，正常工作时，压力较低，只有气泡发生装置产生气泡，冲刷气孔被液体封闭；当需要冲刷时，增加进气压力，气体可以克服液位压力差，同时从下方出气孔更大的冲刷气口大量排出。
38.所述的冲刷气口33上还可以设置一层弹性材料膜，膜上切割有气孔，该气孔在平时状态下因材料的弹性而自然封闭，只有在一定压力下，才会被气体冲开。
58.查得实验温度饱和溶氧值：cs＝7.716mg/l
59.查得20℃时饱和溶氧值：c
s20
＝9.09mg/l
60.实测溶氧初始值c1＝0.56mg/l，结束值c2＝0.805mg/l
61.实验用时t
2-t1＝15min
62.氧转移系数：k
la
t＝ln[(c
s-c1)/(c
s-c2)]
÷
(t
2-t1)
[0063]
＝ln[(7.716-0.56)/(7.716-0.805)]
÷
15
×
60/h
[0064]
＝0.139344459/h
[0065]
20℃时氧转移系数：k
la
20＝k
la
t
÷
1.024
(t-20)
[0066]
＝0.139344459
÷
1.23208201＝0.11309674/h
[0067]
增氧能力：qs＝k
la
20
×v×cs20
[0068]
＝0.11309674/h
×
12.401m3×
9.09mg/l
×
1000l/m3[0069]
＝12.74884g/h
[0070]
动力效率理想状态：es＝qs/n＝12.74884g/h
÷
0.3543617w＝35.9769kg/kwh
[0071]
风机效率：η＝90％磁悬浮风机，水头及管路损失忽略：k≈0
[0072]
实际动力效率：e
p
＝esη1-k＝35.9769
×
90％＝32.379kg/kwh
[0073]
所述的气泡切割装置还可以多层叠加：由多个所述的气泡切割装置沿竖直方向叠加设置，每段导流套管之间要留有间隙，以利于液体的补充。
[0074]
所述的导流套管的下端外缘还设置有导流罩或导流挡板21防止气泡外逸。
[0075]
所述的管段之间的间隙决定了液体的补充量，如果间隙较小，补充的量不足，液体主要是从底部进入的，经过层层溶解之后，液体中的溶气量逐层增加，越到上面越高，气体继续溶解的难度会加大，溶解效率会有所降低，一般应尽量避免，但有个应用特例——在污水处理过程中，局部的高溶氧(do)水可以引发短程硝化反硝化反应，对去除污水中的氮有着出乎意料的特别效果。
[0076]
如果在每层管段之间，加大间隙，气液流在上升过程中因气提效应可以从周边吸入更多的新鲜液体，对总体溶解效率的提升都是很有帮助的。
[0077]
更进一步，在所述的导流套管22的上缘出口处，向内设置导流挡板21，可以将管内的液体向对面管外导出，液体可以从该导流挡板上方补入，气泡在越过该导流挡板末端之后会继续上浮，基本不受影响；同时，上面一层的管段下缘也有向外设置导流挡板21，可以完全防止气泡外逸；各管段上下竖直对正排列，或按导流挡板的流向错层排列。
[0078]
参见附图6，导流挡板可以多块组合设置，其作用，一是导流，让管内溶解了气体的液体向外扩散，并补充新鲜液体进入上层导流套管；二是防止气泡向外散逸。其形式不胜枚举，不再赘述。
[0079]
本文中所述的上下左右前后内外等方位，只是为了方便参照说明书附图对技术方案实施细节进行描述和说明，而不应作为对本技术方案的限制。
[0080]
以上所述的是本实用新型的几种实施方式，篇幅所限，各实施方式之间的合理排列组合就不一一列举，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干组合、变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。