防堵塞水力旋流器的制作方法
本发明领域是污水处理部门中通常使用以分离混合物的液相和固相的水力旋流器的设计和制造领域。
背景技术：
水力旋流器通常在一些污水的处理过程中使用以进行固液分离。
本申请人例如在应用以
该沉淀工序导致产生至少部分处理过的水和沉淀污泥与载体的混合物。
为保持这种处理工艺的性能水平，载体浓度必须在处理过程中保持基本不变。
为确保性能水平的保持同时限制载体消耗、从而降低运营成本，载体在处理过程中进行再循环。为此，污泥和载体的混合物向水力旋流器输送，在水力旋流器内，载体组成的固相基本上与液相分离。
液体、污泥和载体形成的混合物侧向地在压力下输入到水力旋流器主体内，该主体具有截圆锥形的内腔，内腔直径向水力旋流器的下溢口减小。在供给压力作用下，在内腔内形成旋流，旋流趋向于使固相贴靠内腔周壁。因此，固相向水力旋流器的底流口流动，而液相向水力旋流器的溢流口上升。
砂、少量液体和污泥的混合物在底流口排出，以至少部分地再循环而在工艺中再输入载体。液体、污泥和少量载体的混合物在溢流口排出。
使用这种水力旋流器可有效回收载体以在工艺中再循环所述载体。因此，其使用有助于降低载体消耗以及降低其固有成本。
为确保水、污泥和载体的混合物中的液相与固相有效分离，这种混合物必须以一般约为2巴的高压输入到水力旋流器中。为此，必须使用大功率泵。但是，这种泵能耗高。
另外，目前的水力旋流器易受待处理水的悬浮物(mes)浓度变化的影响。因此，待处理水的悬浮物量在一年中变化很大。在待处理水具有高浓度悬浮物时期的期间，水力旋流器的底流口势必趋向于受到阻塞。则水力旋流器难以在底流口排出污泥和载体的混合物：这种现象称为“堵塞”。一部分污泥和载体则在溢流口与已处理水一起排出，从而导致载体损失并已处理水质量降低。
技术实现要素：
发明目的
本发明的目的尤其是提供一种解决这些不同问题中的至少一些问题的有效解决方案。
特别是，根据至少一种实施方式，本发明的目的是提供一种水力旋流器，其不易受待处理污水的悬浮物浓度变化的影响。
尤其是，根据至少一种实施方式，本发明的目的是提供不易受堵塞现象影响的这样一种水力旋流器。
根据至少一种实施方式，本发明的另一目的是提供这样一种水力旋流器：其至少与根据现有技术的水力旋流器比较起来能耗低。
特别是，根据至少一种实施方式，本发明的目的是提供一种水力旋流器，其至少与现有技术的水力旋流器比较起来，能以低供给压力有效地工作。
根据至少一种实施方式，本发明的另一目的是提供这样一种水力旋流器：其设计简单和/或可靠和/或耐用。
发明概要
为此，本发明提出一种水力旋流器，其具有：
-主体，主体限定中空的内腔，中空的内腔具有呈圆柱形截面的圆柱形上部部分和呈截锥形截面的截锥形下部部分，圆柱形上部部分由截锥形下部部分延长，截锥形下部部分的直径朝所述主体的下部部分的方向减小；
-用于固液混合物的入口，入口通到圆柱形上部部分中；
-底流口，用于排出与液体基本分离的固体，与所述内腔的下端连通；
-溢流口，用于排出与固体基本分离的液体，与所述内腔的上端连通；
其中，所述底流口从呈截锥形截面的截锥形下部部分的下端延伸并具有截锥形部，截锥形部的直径朝所述水力旋流器的下部部分的方向增大。
因此，根据本发明的该方面，使用呈截锥形截面的其直径向水力旋流器下部扩大的底流口，有助于保持流体的涡旋运动。
这有利于水力旋流器内液相与固相的分离，还有利于限制水力旋流器底流口的堵塞现象。因此，根据本发明的水力旋流器不容易受待处理污水的悬浮物浓度变化的影响。
这还可降低供给压力，同时保持混合物的液相与固相分离的良好程度。因此，能耗降低，采用水力旋流固液分离法固有的成本降低。
根据一实施例，所述底流口的轮廓具有至少一个螺旋形槽，螺旋形槽的环绕方向与所述内腔内液体的环绕(或循环)方向相同。
使用这种槽允许维持流体在水力旋流器的下部部分中的旋转。这有助于避免水力旋流器底流口堵塞，有助于使之不容易受待处理污水的悬浮物浓度变化的影响。
根据一实施例，所述至少一个螺旋形槽部分地延伸到所述内腔的截锥形下部部分的轮廓上。
这还可维持水力旋流器下部部分中流体的旋转，有助于避免水力旋流器底流口堵塞，有助于使之不容易受待处理污水的悬浮物浓度变化的影响。
根据一实施例，螺旋形槽形成凹陷部。
这可确保水力旋流器内流体的良好导向。在一实施例中，所述槽还可在内腔内形成凸起。
根据一实施例，底流口的长度大于水力旋流器的内腔的截锥形下部部分与底流口之间接合处的直径的三倍。
优选地，所述底流口的长度小于或等于水力旋流器内腔的截锥形下部部分与水力旋流器底流口之间接合处的直径的十倍。
较短的长度会导致限制了采用截锥形底流口预期的效果即：改善固液分离，使水力旋流器对待处理污水的悬浮物浓度变化敏感性较低，同时降低供给压力。但是，过大的长度则会导致严重的压头损失。
根据一实施例，底流口的截锥形部相对于其回转轴线的角α为10°至25°之间。
根据一实施例，溢流口具有截锥形管，截锥形管在圆柱形上部部分的延长部分中延伸，截锥形管的直径朝所述水力旋流器的上部部分的方向增大。
这有助于降低供给压力，有助于维持水力旋流器内流体的旋转。
根据一实施例，所述截锥形管具有与所述内腔连通的入口和通到设于所述主体中的周边壳体内的出口，所述溢流口还具有排出管，排出管侧向于主体延伸，所述排出管具有与所述周边壳体连通的入口和通到所述主体之外的出口。
根据该实施例，水力旋流器的溢流口是外溢式出口。实际上，来自内腔的液相外溢流入构成收集箱的周边壳体内，再通过侧向排出管从其流出。这允许保持各向异性，从而保持溢流口处溢流旋转。污泥具有各向异性流动性，即其随测定这种流动性的水力旋流器部位而不同(方向和速度方面)。这尤其源于水力旋流器内污泥的旋转运动和污泥特性(不完全均匀的多层)。如果排出部不同于溢出部(例如导管)，则会强制流动，会限制希望保持的涡流。而因此，外溢箱(外溢收集箱)允许不会限制流动。
根据一实施例，溢流口的截锥形管相对于其回转轴线的角β为10°至30°之间。
这允许溢流口的压头损失低，同时保持旋转运动。
根据一实施例，所述入口具有入料管，入料管沿围绕所述主体的纵向轴线的螺旋线延伸。
这允许增大混合物送入内腔内的输入速度，提高离心效应。相反，为了获得等同的离心效应水平，供给压力和供给流量可以减少。
根据一实施例，所述入料管在所述主体的1/4至3/4圈的长度上沿所述螺旋线延伸。
这允许赋予固液混合物速度良好的加速水平，提高水力旋流器内的离心效应。
根据一实施例，所述入料管向所述主体的下部倾斜地延伸。
这允许使混合物一旦输入到水力旋流器中就向底流口取向。因此有利于固体向水力旋流器的下部部分循环，从而降低供给压力，而无损于固液分离。
根据一实施例，所述入料管相对于所述主体的横向轴线的倾斜角小于或等于30°。
根据一实施例，所述入料管的与所述内腔的圆柱形上部部分的连接部切向地实现。
这允许混合物一旦输入到水力旋流器中就贴靠内腔周壁，提高固液分离，降低供给压力。
根据一实施例，所述入料管的截面朝所述圆柱形上部部分的方向逐渐减小。
这允许加速混合物的流动，有助于使混合物一旦输入到水力旋流器中就贴靠内腔周壁，提高固液分离，降低供给压力。
根据一实施例，所述入料管的最大截面为所述圆柱形上部部分的截面的30％至50％之间，所述入料管的最小截面为所述圆柱形上部部分的截面的20％至30％之间。
根据一实施例，所述入料管具有圆形截面，所述入料管的与所述内腔的圆柱形上部部分的连接部以椭圆形的方式实现。
这还有助于使混合物一旦输入到水力旋流器中就贴靠内腔周壁，提高固液分离，降低供给压力。
根据一实施例，椭圆形的连接部的最小半径与最大半径之比为1至2之间。
根据一实施例，从所述入料管的圆形截面到入料管的与内腔的所述圆柱形上部部分的连接部的椭圆形状的过渡逐渐进行。
这有助于降低水力旋流器的供给压力。
根据一实施例，所述内腔的圆柱形上部部分的上部轮廓以与所述内腔内液体的循环方向相同的环绕方向螺旋状延伸。
这允许流体一旦输入到水力旋流器内就维持其旋转，使流体流向底流口取向，消除在圆柱形部分上部的死容积，因而有利于水力旋流器内固液分离，限制水力旋流器的底流口堵塞的现象。因此，水力旋流器不易受待处理污水的悬浮物浓度变化的影响。这还可降低水力旋流器的供给压力。
根据一实施例，所述内腔的圆柱形上部部分的上部轮廓从椭圆形的连接部的上部至下部螺旋状延伸。
这允许采用内腔的螺旋形的上部轮廓的作用最大化。
根据一实施例，水力旋流器具有在截锥形下部部分与底流口之间的接合处将工业水注入内腔中的注入装置。
这种注入装置可在极限情况下水力旋流器发生堵塞时作为疏通流起作用。
附图说明
通过阅读参照附图对作为说明和非限制性简单例子给出的具体实施方式的下述说明，本发明的其他特征和优点将体现出来，附图中：
图1是根据本发明的水力旋流器的正视图；
图2表示沿经过根据本发明的水力旋流器的排出管的轴线和水力旋流器纵向轴线的平面的剖面图；
图3表示根据本发明的水力旋流器的圆柱形截面上部部分和入料管的内部轮廓的局部示意图；
图4表示根据本发明的水力旋流器的圆柱形截面上部部分和入料管的俯视示意图；
图5表示根据本发明的其上部部分略去的水力旋流器的俯视图；
图6是根据本发明的水力旋流器的底流口的透明侧视图；
图7是根据本发明的水力旋流器的一实施例的正视图，其入料管倾斜。
具体实施方式
结构
图1至7中示出根据本发明的水力旋流器的示例。
如这些附图中所示，这种水力旋流器具有主体10，主体沿纵向轴线延伸。该主体10具有中空的内腔11。
该中空的内腔11具有：
-呈圆柱形截面的圆柱形上部部分110，以及
-呈截锥形截面的截锥形下部部分111，该截锥形截面部分布置在圆柱形截面部分向水力旋流器下部延伸的延长部分中。
这里，截锥形截面部分是回转锥体的截锥部分。其直径趋向于朝水力旋流器下部的方向减小。
水力旋流器具有入口12，用于输入固液混合物，例如水、沉淀污泥和载体的混合物。
该入口12具有入料管120。入料管具有圆形截面。该入料管120的轴线相对于水力旋流器的主体的横向轴线、即相对于与主体10的纵向轴线正交的轴线，向下倾斜小于或等于30°的角β(参见图7)。因此，该管120的入口高于其出口。在一实施例中，入料管可以不倾斜(参见图1和2)。在这种情况下，其沿与主体10的纵向轴线正交的轴线延伸。
入料管120围绕主体10的纵向轴线形成螺旋。该螺旋在主体10的1/4至3/4周沿上延伸。
入料管120的与内腔10的圆柱形部分110的连接部17切向实现。
入料管120的截面朝圆柱形部分110的方向逐渐减小。
入料管的最大截面，即其入口截面，为圆柱形部分110的截面的30％至50％之间，入料管120的最小截面为圆柱形部分110的截面的20％至30％之间。
入料管120具有圆形截面。优选地，其与内腔10的圆柱形部分110的连接呈椭圆形实现。换句话说，连接部17呈椭圆形。
入料管120与圆柱形部分110之间的椭圆形连接部17的最小半径与最大半径之比为1至2之间。
从入料管120的圆形截面到其与内腔11的圆柱形部分110的连接部的椭圆形状的过渡是逐渐进行的。
内腔11的圆柱形部分110的上部轮廓112以与内腔11内液体的循环方向相同的环绕方向螺旋状延伸，优选地，从入料管120与圆柱形部分110之间的椭圆形连接部17的上部171直至下部172螺旋状延伸。
水力旋流器具有底流口13，用于排出与通过入料管120输入到水力旋流器中的混合物中的液体基本分离的固体。底流口13与内腔11的下端连通，更准确的说，与截锥形部分111的下端连通。
底流口13从呈截锥形截面的下部部分111的下端延伸。底流口具有截锥形部130，截锥形部的直径朝水力旋流器的下部部分的方向增大。在该实施方式中，该截锥形部是回转锥体的截锥部分。其通到主体10外。
底流口13的长度l大于水力旋流器内腔的截锥形下部部分与水力旋流器底流口之间的接合处的直径的三倍。底流口13的截锥形部130相对于其纵向轴线或回转轴线的角α为10°至25°之间。
底流口13具有至少一个螺旋形槽14，螺旋形槽的环绕方向与内腔11内液体的循环方向、即与输入到水力旋流器内部的由固体和液体组成的液态混合物的循环方向相同。槽数优选为偶数。例如，槽数可等于两个或者四个。槽均匀分布在底流口13的截锥形部130的周沿上。所述槽优选凹陷地布置于底流口13的截锥形部130的表面。可选地，槽可在底流口的截锥形部的表面形成凸起，即在底流口13内形成加厚部分。
所述槽14部分地延长到内腔的下部部分的轮廓上。
水力旋流器具有溢流口15，用于排出与通过入料管输入到水力旋流器中的混合物的固体基本分离的液体。该溢流口与内腔11的上端连通，更准确的说，与圆柱形上部部分110的上端连通。
溢流口15具有在圆柱形部分110的延长部分中延伸的截锥形管151。截锥形管的直径朝水力旋流器的上部部分的方向递增大。在该实施方式中，其构成回转锥体的截锥部分。
溢流口15的截锥形管151具有入口1510和出口1511，入口1510与内腔11连通，这里与其圆柱形上部部分110连通，出口1511通到设于主体10中的周边壳体16中。该周边壳体构成收集箱。溢流口15还具有排出管152，其沿与主体10的纵向轴线基本正交的轴线侧向于主体10地延伸。该侧向排出管152具有与周边壳体16连通的入口1521、以及通到主体10之外的出口1522。溢流口15构成外溢出口，因为来自截锥形管151的液体溢到周边壳体16中并流到排出管152中。
溢流口的截锥形管151相对于其轴向或回转轴线的角度为10°至30°之间。
根据一实施例，水力旋流器具有在截锥形下部部分与底流口之间的接合处将工业水注入内腔中的注入装置。例如，所述注入装置可具有工业水注入管道60。
在截锥形下部部分与底流口之间的接合处注入工业水，可在极端情况下水力旋流器发生堵塞时作为疏通流起作用，因而可疏通水力旋流器。
工作情况
根据本发明的水力旋流器通常可用于使混合物、例如含有载体的水与沉淀污泥的混合物的液相与固相实现分离。
为此，这种混合物在优选为0.3至1.5巴之间的低压下，通过入料管120输入到水力旋流器内。
由于该入料管的螺旋形状，流体在入料管内加速，离心效应增强。相反，对于相同的离心效应，供给流量和压力损失可以较小。因此，可降低供给压力。
由于入料管截面减小，因而流体加速，从而产生与前段所述效应相同的效应。离心效应趋向于使固体贴靠外壁。
入料管朝向水力旋流器的底流口倾斜。因此，流体自进入水力旋流器中，就沿其在水力旋流器的内腔11内流动的方向取向。这还可降低供给压力，避免内腔上部出现截留固体及有损分离质量的“死容积”。
流体流经过入料管120与圆柱形上部部分之间的椭圆形连接部，进入圆柱形上部部分110内。此外，该连接部以与圆柱形上部部分110的内周轮廓呈切向的方式实现。由于该连接部的几何特征，固体和液体一旦输入到内腔11中就保持贴近内腔的内壁。
流体沿内腔11的圆柱形部分110的上部轮廓112流动，所述上部轮廓112从入料管120与圆柱形部分110之间的椭圆形连接部的上部向下部、以与内腔11内液体的循环方向相同的环绕方向螺旋状延伸。这可避免在圆柱形上部部分110的上部区域中出现死区，可使流体朝水力旋流器的底流口的方向循环及降低供给压力。
流体在内腔11内继续流动，流到截锥形下部部分111中。固相于是向水力旋流器的底流口13流动，而液相向水力旋流器的溢流口15上升。
固相从截锥形下部部分111向底流口13流动。固相于是沿槽14流动，槽14延伸到截锥形部分111的下部区域的周边轮廓上。在该区域中使用槽14，可维持流体旋转，降低水力旋流器对输入其中的混合物的悬浮物量的敏感性。
流体中的固相部分在底流口13的截锥形部130内流动。使用其直径向下扩大的呈截锥形截面的底流口，可在其中避免诱导流，从而保持流体在水力旋流器内的旋转。这允许降低供给压力。
截锥形部130内的槽14可维持流体旋转，因而使水力旋流器不容易受输入其中的混合物的悬浮物量变化的影响。
液相在内腔11内上升，从截锥形下部部分111流向圆柱形上部部分110，然后流到溢流口15的截锥形管151。
使用其直径向上扩大的截锥形管151，可保持溢流口处溢流的各向异性。这允许保持流体旋转。这还允许降低供给压力。
接着，液体从截锥形管151的上部溢出到周边壳体16内部。接着，液体从周边壳体16流到排出管152内。
液相从截锥形管151溢出到周边壳体16内，允许保持溢流口中低而恒定的水高度，从而不对底流口流动造成约束。
优点
根据本发明的技术允许以独立或者结合采用的下述方式方便流体在水力旋流器内旋转并保持这种旋转：
-入料管倾斜；
-圆柱形上部部分的上表面呈螺旋形状；
-底流口具有截锥形部；
-溢流口具有截锥形管；
-液相外溢排出；
-底流口的截锥形部内开槽；
-内腔的截锥形下部部分的下部区域中开槽；
所有这些方式都有利于水力旋流器内液相与固相分离，及有利于限制水力旋流器底流口的阻塞现象。
根据本发明的技术可通过独立或者结合地采用下述方式降低水力旋流器的供给压力：
-入料管呈螺旋形状；
-入料管与圆柱形上部部分之间进行椭圆形和切向连接；
-入料管的截面朝内腔方向减小；
-入料管及其与内腔的连接部之间的形状从圆形逐渐改变到椭圆形；
-入料管倾斜；
-圆柱形上部部分的上表面呈螺旋形；
-底流口具有截锥形部；
-溢流口具有截锥形管；
-液相外溢排出。
根据本发明的技术可通过独立或者结合地采用下述方式，减小水力旋流器对输入其中的混合物的悬浮物量变化的敏感性，从而限制底流口阻塞的现象：
-在底流口的截锥形部内开槽；
-在内腔的截锥形下部部分的下部区域中开槽；
-液相外溢排出。
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