专利名称：一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在加压溶气气浮工艺中的溶气-释气装置。
背景技术：
气浮法净水在国际上是一种公认的优秀水处理技术，能够高效地实现固液、液液分离，它不但可以用于生活饮水和工业用水处理，而且还可以用于炼油化工、造纸、制革、钢铁、食品、医药、污泥浓缩，垃圾渗滤液处理、重金属离子的分离等各种工业废水和城市生活污水处理技术。气浮净水工艺分类众多，其中应用最为广泛是加压溶气气浮工艺，该工艺包括溶气、释气、粘附、分离。溶气与释气过程可以简单概括为加压溶气——减压释气。溶气过程采用加压水泵提供高压水，在高压强作用下空气溶入水中制成“溶气水”；释气过程是溶气水通过具有极大局部阻力的释气器，迅速降压将溶入水中的空气释放出来。而从能量转换角度分析，即加压水泵将电能转化为高压溶气水的压能(机械能的一种)，这些压能又在释气器中以局部水力损失的形式完全被消耗掉。加压压强越大，单位水量消耗掉的电能越大。如能将释气器所消耗掉的压能量回收起来，将产生巨大的节能效益。中国发明专利公开CN86102844A公开了一种结构为“微型轴流水轮机”的能量回收释气器，中国发明专利公开CN 1041712A公开了一种结构为“离心微型水轮机”的能量回收释气器，这两者均是将释气器与微型发电机相连，回收的机械能通过发电机转化成电能形式，以达到节能目的，但微型发电机的高成本和电力回授电网的技术困难，成为该技术实施的阻碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，要解决传统的能量回收释气器释放出的能量回收利用困难的技术问题。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，包括电动机、加压水泵、透平释气器、高压水管、溶气器、溶气罐和溶气水管， 所述电动机中的电动机转轴驱动连接加压水泵中的水泵转轴，加压水泵的出水端通过高压水管与溶气罐内的溶气器连通，溶气罐的出气口又通过溶气水管与透平释气器相连，其特征在于透平释气器中的释气器转轴、电动机中的电动机转轴和加压水泵中的水泵转轴同轴转动联接在一起，并且透平释气器的设计转速在无负荷条件下高于电动机的转速。所述电动机可为两端出轴的电动机，电动机中的电动机转轴一端与加压水泵中的水泵转轴同轴转动联接、另一端与透平释气器中的释气器转轴同轴转动联接。所述释气器转轴可通过变速器与电动机转轴同轴转动联接。所述加压水泵可为两端出轴的水泵，加压水泵中的水泵转轴一端与电动机中的电动机转轴同轴转动联接、另一端从加压水泵的水泵进水口伸出并与透平释气器中的释气器转轴同轴转动联接。所述释气器转轴可通过变速器与水泵转轴同轴转动联接。所述透平释气器可为两端出轴的释气器，透平释气器中的释气器转轴一端与电动机中的电动机转轴同轴转动联接，另一端与加压水泵中的水泵转轴同轴转动联接。所述透平释气器包括有机壳、通过轴承连接在机壳中的释气器转轴、以及周向固定在释气器转轴上的带有叶片的透平叶轮，所述机壳内设有环形的高压腔、放置透平叶轮用的降压腔和喷嘴，所述溶气水管的出水端与机壳内的高压腔连通，高压腔又通过喷嘴与降压腔连通，降压腔又与设在机壳上的释气器出水口连通。所述喷嘴可以是设在高压腔与降压腔之间的机壳上的一个或多个沟槽，从高压腔侧进口至降压腔侧出口、沟槽的过流断面面积逐渐缩小，沟槽的内侧壁与高压腔的内侧壁之间为光顺曲线连接。所述多个沟槽可以为2-20个沟槽，并且所述透平叶轮上的叶片的数量不能被沟槽的数量整除。所述释气器转轴、电动机转轴和水泵转轴可通过联轴器、法兰盘或齿轮传动机构同轴转动联接在一起，或者释气器转轴、电动机转轴和水泵转轴为铸为一体的一根轴。与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果1、本发明是一种可以回收能量的溶气释气装置，适用于给水、污水处理或气浮选矿领域的加压溶气气浮工艺。2、本发明能节约大量的电能，通过透平释气器将上述可资回收的压能转换成转轴上的机械能，推动泵轴旋转，可减少电机的实际输出功率，节约加压水泵所消耗的电能。3、本发明是直接的机械能转移过程，与传统技术相比省去了机械能通过发电机转化成电能，再从电能通过电动机转化成机械能的两次转换过程，节约了成本，提高了效率。4、本发明利用冲击式水轮机原理设计的释气器与电动机转轴连接，在释气环节中利用溶气水的压能推动释气器转轴旋转，对电动机转轴做正功，将压能回收至电动机转轴，从而减少电动机的实际输出功率，达到节能目的。5、通过本发明所述的透平释气器释放出来的释气气泡非常细密，采用显微摄像方法测量，释气气泡粒径平均在40 μ m左右，表观气泡浓密，宏观上形成理想的乳白色释气水，达到气浮工艺要求。
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。图1是本发明实施例一的主视示意图。图2是图1中A-A剖面的示意图。图3是图2中B-B剖面的示意图。图4是透平释气器与电动机通过变速器连接的示意图。图5是本发明实施例二的主视示意图。图6是本发明实施例三的主视示意图。图7是本发明实施例四的主视示意图。附图标记1 一电动机、2 —加压水泵、3 —透平释气器、4 一水泵进水口、5 —高压水管、6 —溶气器、7 —溶气罐、8 —溶气水管、9 一释气器出水口、10 —释气器转轴、11 —变速器、12 一机壳、13 一高压腔、14 一喷嘴、15 —透平叶轮、16 一叶片、17 一轴承、18 —电动机转轴、19 一降压腔、20 —联轴器、21 —水泵转轴。
具体实施例方式本发明在具体实施过程中，可根据流量和工艺要求选择下列实施例之一。
这种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，包括电动机1、加压水泵2、透平释气器3、高压水管5、溶气器6、溶气罐7和溶气水管8，所述电动机1中的电动机转轴18 驱动连接加压水泵2中的水泵转轴21，加压水泵2的出水端通过高压水管5与溶气罐7内的溶气器6连通，溶气罐7的出气口又通过溶气水管8与透平释气器3相连。所述透平释气器3中的释气器转轴10、电动机1中的电动机转轴18和加压水泵2中的水泵转轴21同轴转动联接在一起，并且透平释气器3的设计转速在无负荷条件下高于电动机1的转速。实施例一参见图1-3所示，本实施例中，电动机1为两端出轴的电动机，这种电动机可以从市面上购买获得，电动机1中的电动机转轴18 —端与加压水泵2中的水泵转轴21 同轴转动联接、另一端与透平释气器3中的释气器转轴10同轴转动联接。参见图1所示，一般情况下，电动机1中的电动机转轴18通过联轴器20与透平释气器3中的释气器转轴10同轴转动联接，此时属于直连。参见图4所示，在透平释气器3 与加压水泵2转速匹配设计困难时，可以选用图4的方案实施，即通过变速器11来匹配透平释气器3与加压水泵2的转速，也就是释气器转轴10通过变速器11与电动机转轴18同轴转动联接，此时属于变速联接。此外，所述释气器转轴10也可以通过法兰盘与电动机转轴18同轴转动联接，此时属于直连；或者，释气器转轴10还可以通过齿轮传动机构与电动机转轴18同轴转动联接， 此时即可以是直连，也可以是变速联接；甚至，释气器转轴10与电动机转轴18还可以直接设计为铸为一体的一根轴。参见图2、图3，本实施例提供了一种透平释气器3，这种透平释气器3包括有机壳 12、通过轴承17连接在机壳12中的释气器转轴10、以及周向固定在释气器转轴10上的带有叶片16的透平叶轮15，所述机壳12内设有环形的高压腔13 (高压腔13是机壳12内铸出的环形腔体)、放置透平叶轮用的降压腔19和喷嘴14，所述溶气水管8的出水端与机壳 12内的高压腔13连通，高压腔13又通过喷嘴14与降压腔19连通，降压腔19又与设在机壳12上的释气器出水口 9连通。所述喷嘴14是设在高压腔13与降压腔19之间的机壳12上的一个或多个沟槽， 并且从高压腔侧进口至降压腔侧出口、沟槽的过流断面面积逐渐缩小，沟槽的内侧壁与高压腔13的内侧壁之间为光顺曲线连接。所述多个沟槽一般为2-20个沟槽，当然也不一定就局限于2-20个。当喷嘴14是多个沟槽时，所述透平叶轮15上的叶片16的数量不能被沟槽的数量整除。采用了本实施例所述的透平释气器3，可以释放出细密的气泡。此外，在其它实施例中，透平释气器3也可以采用从市面上购买获得的微型水轮机，比如微型的冲击式水轮机。所述透平的英文是Turbine，一般泛指带有叶轮的流体机械结构。实施例一可在小流量条件下实施，即一台加压水泵2配用一个溶气罐7和一个透平释气器3。参见图5，当大流量条件下需要分散释放点时，可选用图5的方案实施，即实施例二，即一台加压水泵2配用一个溶气罐7和多个透平释气器3，多个透平释气器3之间的释气器转轴10，可以是铸为一体的一根轴，也可以是多根释气器转轴10同轴转动联接在一起。实施例三参见图6，与实施例一不同之处在于，所述电动机1为一端出轴的电动机，而加压水泵2为两端出轴的水泵(这种水泵可从工厂定制)，加压水泵2中的水泵转轴21一端与电动机1中的电动机转轴18同轴转动联接、另一端从加压水泵2的水泵进水口 4伸出并与透平释气器3中的释气器转轴10同轴转动联接。一般情况下，释气器转轴10可通过联轴器20、法兰盘或齿轮传动机构与水泵转轴21同轴转动联接，在透平释气器3与加压水泵2转速匹配设计困难时，释气器转轴10也可以通过变速器与水泵转轴21同轴转动联接。实施例四参见图7，与实施例一不同之处在于，所述电动机1为一端出轴的电动机，所述透平释气器3为两端出轴的释气器(这种透平释气器可从工厂定制)，透平释气器3 中的释气器转轴10 —端与电动机1中的电动机转轴18同轴转动联接，另一端与加压水泵 2中的水泵转轴21同轴转动联接。一般情况下，释气器转轴10可以通过联轴器、法兰盘或齿轮传动机构与电动机转轴18和水泵转轴21同轴转动联接。总之，在各个实施例中，释气器转轴10、电动机转轴18和水泵转轴21均可通过联轴器20、法兰盘或齿轮传动机构同轴转动联接在一起，此外也可以是铸为一体的一根轴。本发明的工作过程水从加压水泵2的水泵进水口 4进入，经加压水泵加压形成高压水；高压水经高压水管5和溶气器6喷入溶气罐7，经一段时间停留后，溶气7罐内的空气溶入高压水，形成高压溶气水；高压溶气水经溶气水管8进入高压腔13，而后通过喷嘴14 形成高速水射流；高速水射流以某一角度喷向透平叶轮15上的叶片16，推动透平叶轮15 及释气器转轴10旋转；做功后的水变为低压低速水和微气泡，然后经释气器出水口 9进入后续工艺环节。在无负荷条件下，透平叶轮15的设计转速高于电动机1的转速，所以在同轴时，透平叶轮15会通过释气器转轴10推动电动机1的电动机转轴18和加压水泵2的泵轴旋转，即可以减少电动机1的输出功率，达到节约电能的目的。本发明既可以设计成高压溶气水沿径向进入透平释气器3，然后沿轴向从透平释气器3中流出，也可以设计成高压溶气水沿轴向进入透平释气器3，然后沿径向从透平释气器3中流走。
权利要求
1.一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，包括电动机(1)、加压水泵(2)、 透平释气器(3)、高压水管(5)、溶气器(6)、溶气罐(7)和溶气水管(8)，所述电动机(1)中的电动机转轴(18)驱动连接加压水泵(2)中的水泵转轴(21)，加压水泵(2)的出水端通过高压水管(5)与溶气罐(7)内的溶气器(6)连通，溶气罐(7)的出气口又通过溶气水管(8) 与透平释气器(3)相连，其特征在于透平释气器(3 )中的释气器转轴(10 )、电动机(1)中的电动机转轴(18 )和加压水泵(2 ) 中的水泵转轴(21)同轴转动联接在一起，并且透平释气器(3)的设计转速在无负荷条件下高于电动机(1)的转速。
2.根据权利要求1所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述电动机(1)为两端出轴的电动机，电动机(1)中的电动机转轴(18) —端与加压水泵 (2)中的水泵转轴(21)同轴转动联接、另一端与透平释气器(3)中的释气器转轴(10)同轴转动联接。
3.根据权利要求2所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述释气器转轴(10 )通过变速器(11)与电动机转轴(18 )同轴转动联接。
4.根据权利要求1所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述加压水泵(2)为两端出轴的水泵，加压水泵(2)中的水泵转轴(21) —端与电动机 (1)中的电动机转轴(18)同轴转动联接、另一端从加压水泵(2)的水泵进水口(4)伸出并与透平释气器(3)中的释气器转轴(10)同轴转动联接。
5.根据权利要求4所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述释气器转轴(10 )通过变速器(11)与水泵转轴(21)同轴转动联接。
6.根据权利要求1所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述透平释气器(3)为两端出轴的释气器，透平释气器(3)中的释气器转轴(10)—端与电动机(1)中的电动机转轴(18)同轴转动联接，另一端与加压水泵(2)中的水泵转轴(21) 同轴转动联接。
7.根据权利要求1所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述透平释气器(3)包括有机壳(12)、通过轴承(17)连接在机壳(12)中的释气器转轴 (10)、以及周向固定在释气器转轴(10)上的带有叶片(16)的透平叶轮(15)，所述机壳(12) 内设有环形的高压腔(13)、放置透平叶轮用的降压腔(19)和喷嘴(14)，所述溶气水管(8) 的出水端与机壳(12)内的高压腔(13)连通，高压腔(13)又通过喷嘴(14)与降压腔(19)连通，降压腔(19)又与设在机壳(12)上的释气器出水口(9)连通。
8.根据权利要求7所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述喷嘴(14)是设在高压腔(13)与降压腔(19)之间的机壳(12)上的一个或多个沟槽，从高压腔侧进口至降压腔侧出口、沟槽的过流断面面积逐渐缩小，沟槽的内侧壁与高压腔(13)的内侧壁之间为光顺曲线连接。
9.根据权利要求8所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述多个沟槽为2-20个沟槽，并且所述透平叶轮(15)上的叶片(16)的数量不能被沟槽的数量整除。
10.根据权利要求1所述的一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，其特征在于所述释气器转轴(10)、电动机转轴(18)和水泵转轴(21)通过联轴器(20)、法兰盘或齿轮传动机构同轴转动联接在一起，或者释气器转轴(10)、电动机转轴(18)和水泵转轴 (21)为铸为一体的一根轴。
全文摘要
一种加压水泵与透平释气器同轴的溶气释气装置，包括电动机、加压水泵、透平释气器、高压水管、溶气器、溶气罐和溶气水管，所述电动机中的电动机转轴驱动连接加压水泵中的水泵转轴，加压水泵的出水端通过高压水管与溶气罐内的溶气器连通，溶气罐的出气口又通过溶气水管与透平释气器相连，其特征在于透平释气器中的释气器转轴、电动机中的电动机转轴和加压水泵中的水泵转轴同轴转动联接在一起，并且透平释气器的设计转速在无负荷条件下高于电动机的转速。本装置能节约大量的电能，与传统技术相比省去了机械能通过发电机转化成电能，再从电能通过电动机转化成机械能的两次转换过程，节约了成本，提高了效率。
文档编号B03D1/14GK102381739SQ201110285050
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者任雪, 冀四梅, 张沙, 张雅君, 王文海, 许萍, 赵静野 申请人:北京建筑工程学院