专利名称：自吸式气液混合叶轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气液混合设备，特别是一种自吸式气液混合叶轮。
背景技术：
自吸式气液混合叶轮是利用叶轮在液体中高速旋转过程中产生的负压，将 空气或其它气体从驱动叶轮的空心轴、或轴外的套筒引至叶轮处，并通过叶轮 将气体以微气泡的形式分散于液体中。它可以用于气液间化学反应领域，提高
传质效率、简化设备结构；还可以用于液液分离及液固分离等相分离领域，如 去除污水中的固体物、油及纤维等污染物，可以使污染物粘附于微气泡上，并 随微气泡上升至水面，实现污染物分离及水净化目的。由于气液混合叶轮同时 具有引气、气液混合等功能，可以简化设备结构，取消传统设备中的各种附属 设备，在经济和技术上均具有明显的优势，可广泛应用于水处理、废气处理、 化工、冶金、造纸等领域，并形成多种专用设备，如废水生化处理设备、气浮 机，废气净化设备，以及化工、制药、冶金、食品、造纸等领域内的气液反应 设备等。
自吸式气液混合叶轮的关键在于叶轮结构，不仅应具备吸气量大、气液混 合效果好等特点，而且应防止堵塞。US5091083、 US5242600、 US3414245等公 开的叶轮包括多个空心叶片，布气孔设置在叶片顶端的后侧，它利用叶轮旋转 时在叶片后侧产生的真空旋涡，将空气引入叶轮并经布气孔释放至水中；这种 叶轮真空度低、吸气量小，而且无吸排水能力，仅靠叶轮的搅拌作用分散气泡， 气液混合及分散效果差；叶片上的布气孔易堵塞，原因是水中污染物易进入真 空旋涡，并聚积覆盖在排气孔上。US6270061、 US4297214、 US2246560、 US2238139等公开的叶轮是由上、下盖板及中间的导流叶片组成，上盖板设有 进水口，空气入口位于叶轮中心处；它利用叶轮吸排水过程中叶轮中心处产生 的负压区吸入空气，并在叶轮内部与水混合后从周边排出；该叶轮的不足之处 是吸气量与吸排水量存在着不能同时增加的矛盾，叶轮转数或吸入的空气量不 能过大，原因是叶轮进水口和进气口均位于叶轮中心区域，叶轮屮心吸入的是 气水混合物，随着转数增加或空气吸入量加大，气水混合物密度急剧下降，并 在中心处产生气穴，负压区的真空度随之降低甚至消失、并出现大幅度波动， 空气吸入量及吸排水量也随之减少并发生剧烈波动，设备也因此发生振动并处 于不稳定运行状态。US1526596、 US1374445等公开的叶轮是由上、下盖板及中 间的导流叶片组成，下盖板设有进水口，其吸气机理与US6270061等公开的叶 轮类似，叶轮转数或吸入的空气量也不能过大。US5358671、 US4959183、 US4551285、 US4668382、 US4425232、 US2217231等公开的叶轮是由上盖板与 下叶片组成，这种敞开式叶轮也是利用叶轮中心处产生的负压区引入空气，空 气吸入量及气水混合效果均存在一定的不足。US1413723、 US1413724、 US3917763、 US3650513、 US3066921、 US2996287、 US1345596、 US1726125、 US5160459等公开的是空心盘状叶轮，其布气孔(或空气通道)位于空心盘的 周边或上、下盖板上，主要依靠空气本身产生的微弱离心力及叶轮表面或周边 与水体的剪切作用引入空气，吸气能力小，需要在较高的转数下运行，并且无 吸排液能力，气液混合效果差。US5318360、 US3070229、 US4193949、 US382702 等公开的叶轮，是由上、下盖板及导流叶片等组成，其布气孔(或排气通道) 位于叶轮周边或导流叶片外侧的上盖板和下盖板上，虽然叶轮具备了良好的吸 排水能力，但布气孔所在区域的真空度低，引气效果较差。CN200410050799.1 公开了种新型引气式叶轮，在空心圆盘顶部的上盖板和/或底部的下盖板上安装 导流叶片，布气孔设置在导流叶片所在的盖板上，并位于导流叶片旋转方向的 后侧，进一步可以在导流叶片另一端设置环形导流板，在空心圆盘内设置增压 叶片。该专利设计的引气式叶轮的引气量大、气水混合效果好，不仅在低转数
下即可引入大量空气，而且引气孔不在叶轮的中心区域，叶轮中心吸入的仅为水 (或液体)，真空度大小不受其它因素限制，空气引入量与吸排液量可以随转数 提高而同时增加，引气量大小调节方便，另外水流剪切作用还可以防止布气孔堵 塞。但该自吸式气液混合叶轮的结构仍可以进一步改进，以提高引气性能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种自吸气式气液混合叶轮。该叶轮 具有吸气量大、能耗低、叶轮无堵塞等特点。
本发明的气液混合叶轮包括空心连轴接头、空心盘和导流叶片，其中空心 盘为中空的圆盘形，空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通，导流叶片 安装在空心盘的上盖板和/或下盖板上，导流叶片所在的上、下盖板设置布气孔，
布气孔位于导流叶片旋转方向的后侧；空心盘采用从中心到边缘厚度变化的结 构，优选中心厚、边缘薄的结构，优选厚度平滑过渡，如上盖板和/或下盖板为 圆锥形等。上、下盖板的纵向剖面线条可以是直线，也可以是曲线，也可以是 直线与直线结合、曲线与曲线结合、或直线与曲线结合。
导流叶片可以为径向叶片，也可以采用后倾式直叶片或渐开线形弯叶片。 叶片数量可以设置1~50个，最好为3~30个。布气孔设置在每个导流叶片后侧 的扇形区域内，优选平行于导流叶片设置一排或多排，最好设置一排或两排。 当空心盘上、下盖板均设有导流叶片时，空心盘内可设有中心开孔的分隔板， 分隔板与空心盘的筒壁相连，将空心盘的内部空间分为上、下两个部分。分隔 板中心设置开孔，也可以将空气连轴接头的下端通过分隔板，并且空气连接头 在分隔板上、下两侧均开设通气口。
本发明的混合叶轮上还可设有导流板，其中导流叶片一端与空心盘的盖板 相连，另一端与导流板相连，形成特定的水流通道。导流板的形状可与空心盘 的盖板相一致，中心具有圆形进水口 (或进液口)。导流板的内外圆所形成的环 形区域面积至少能履盖部分导流叶片，最好能完全遮住导流叶片。导流板可以
防止水流从导流叶片上端或下端滑漏，提高叶轮的吸排水量及真空度，从而提
高引气量及气液混合效果；另外导流板还可以减小水体对叶片的拖曳，降低叶 轮的功耗。
本发明中所述的空心盘内可设有增压叶片。增压叶片可以为径向叶片，也 可以采用后倾式直叶片或渐开线形弯叶片，数量可与导流叶片数量相同，也可 以不同。该增压叶片与空心盘内部的上盖板底面和/或下盖板顶面相连接，其转 动方向与导流叶片的转动方向相同，布气孔设置在增压叶片的前侧。增压叶片 的作用如风机叶片一样，在随叶轮转动过程中其前面产生一定的风压，可以进 一步提高引气时的推动力，从而提高叶轮的引气量。
本发明中所述的气液混合叶轮可以单独使用，也可以在同一空心轴上安装 多个叶轮。当同一空心轴上安装多个叶轮时，本发明所述的气液混合叶轮上、 下两端均可设有空心连轴接头。
本发明的气液混合叶轮及其空心盘可以整体铸造而成，也可以由相应的零 部件焊接而成。例如圆筒形空心盘采用上盖板、下盖板及圆筒体焊接而成， 上盖板和/或下盖板为平板；厚度渐变的空心盘可以由适宜形状的上下盖板焊接 而成，可以使用圆筒形侧板，也可以没有侧板。
本发明自吸式气液混合叶轮采用不同厚度的空心盘结构，可以有效改善流 体的流动状态，提高气体的引入量。空心盘从中心至边缘的厚度不断变化(如 不断减小)的好处是空心盘上下盖板的板面、及叶轮的导流板板面与水平面 呈一定倾角，能够增加流道长度，提高叶轮的吸排液量，并保证叶轮喷射出的 气液混合物远离叶轮的吸液口，防止气体返回至叶轮吸液口而影响叶轮的真空 度及引气效果。另外，这种厚度渐变的空心盘，其上下盖板上的布气孔的位置 近似位于叶轮的边缘，叶轮不仅可以充分利用叶轮旋转时导流叶片后侧产生的 负压、导流叶片间水流变线产生的负压、以及水流在圆盘表面产生的剪切作用 引入空气，而且也利用了叶轮高速旋转时产生的离心力，进一步提高了叶轮引 气时的推动力和叶轮的引气量。实验表明，在其它结构及运转工况相同情况下，使用厚度变化的空心盘后，引气量可以提高20%左右。
本发明自吸式气液混合叶轮具有真空度高、叶轮的引气量大、气水混合效 果好等特点，不仅在低转数下即可引入大量空气，而且引气孔不在叶轮的中心区 域，叶轮中心吸入的仅为水(或液体)，真空度大小不受其它因素限制，空气引 入量与吸排液量可以随转数提高而同时增加，引气量大小调节方便，另外水流剪 切作用还可以防止布气孔堵塞。
本发明自吸式气液混合叶轮可以在水处理领域内应用，如用作气浮机、生 化曝气机等，也可以在废气处理、冶金、化工、造纸等领域内应用。
附圉说明
图1为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图2为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图3为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图4为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图5为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图6为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图7为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图8为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图9为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图IO为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图11为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图12为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图13为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图14为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图15为本发明的一种自引气式气液混合叶轮的主视图。 图16为本发明空心圆盘下盖板布气孔示意图。
图17为本发明空心圆盘上盖板布气孔示意图。 图18为本发明空心圆盘内增压叶片分布示意图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明的结构及运行方式。
如图1 15所示，本发明自引气气液混合叶轮由空心连轴接头l、上盖板2、 筒体3 (也可以不设置筒体3，如图5、 6所示)、下盖板5、下导流叶片6和/或 上导流叶片8组成，其中上盖板2、筒体3、下盖板5构成叶轮的圆筒形空心盘; 下导流叶片6和下盖板布气孔4设置在下盖板5上，并且下盖板布气孔4位于 下导流叶片6后侧；上导流叶片8和上盖板布气孔9设置在上盖板2上，并且 上盖板布气孔9位于上盖板导流叶片8后侧。在每个导流叶片的后侧均可以设 置一排平行于导流叶片的布气孔，但为了提高叶轮的引气量，也可以在叶轮后 侧的扇形区域设置更多的布气孔。空心盘采用从中心到边缘厚度变化的结构， 优选中心厚、边缘薄的结构，优选厚度平滑过渡，如上盖板和/或下盖板为圆锥 形等。上、下盖板的纵向剖面线条可以是直线(如图1~15所示)，但也可以是 曲线，或直线与直线结合、曲线与曲线结合、或直线与曲线结合。为加工方便， 上、下盖板的纵向剖面线条优选为直线结构。
为提髙引气量及气液混合效果，气液混合叶轮还可以进一步包括下环形导 流板10或/和上环形导流板11 (也可以不设导流板，如图13)，其中下环形导流 板10与下盖板5上的下导流叶片6相连；上环形导流板11与上盖板2上的上 导流叶片8相连。下环形导流板10和上环形导流板11中心处的开孔为叶轮的 吸水口 (或吸液口)。下环形导流板10与下导流叶片6、下盖板5形成封密的水 流通道(或液体通道)，上环形导流板11与上导流叶片8、上盖板2也形成封密 的水流通道，有效地防止水流从导流叶片底端或顶端滑漏，提高了叶轮内部的 水流速度和真空度，同时也降低了水体对叶轮拖曳。增加环形导流板后，叶轮 内部的真空度可以达到极限真空度(O.lMpa左右)，不仅引气量明显提高，而且
功耗很低。
图16为叶轮下盖板5上的下盖板布气孔4及下导流叶片6位置示意图。图 17为叶轮上盖板2上的上盖板布气孔9及上导流叶片8位置示意图。布气孔均 位于导流叶片旋转方向的后侧。在驱动电机及空心轴的带动下，叶轮在液体内 以一定的速度旋转，并在叶轮内部产生负压，空气由空心连轴接头l进入叶轮， 并通过空心圆盘下盖板5上的布气孔4和/或上盖板2上的布气孔9以微气泡形 式分散于液体中。
如图18所示，为提高引气量及气液混合效果，在空心盘内可以进一步设置 增压叶片7增压叶片7可以通过与下盖板4的顶面相连、^/与上盖板2的底面 相连、敏与筒体3的内壁相连等连接方式与空心盘固定在--起，并随叶轮一起 转动。增压叶片7在上盖板2及下盖板7上的安装位置不作严格限定，可以安 装在每两组布气孔之间，也可以参见图18所示的位于布气孔旋转方向的后侧。 安装增压叶片后，进一步提高了叶轮引气时的推动力，不仅引气量增加，而且 引气的压力可以达到O.lMpa以上。
权利要求
1、一种自吸式气液混合叶轮，包括空心连轴接头、空心盘和导流叶片，其中空心盘为中空的圆盘形，空心连轴接头的孔道与空心盘的内部空间相通，导流叶片安装在空心盘的上盖板和/或下盖板上，导流叶片所在的上、下盖板设置布气孔，布气孔位于导流叶片旋转方向的后侧；其特征在于所述的空心盘采用从中心到边缘厚度变化的结构。
2、 按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述的空心盘为中心厚、边缘薄的结构。
3、 按照权利要求1或2所述叶轮，其特征在于所述的空心盘为厚度平滑过渡结构。
4、 按照权利要求1或2所述的叶轮，其特征在于所述的上盖板和/或下盖板为圆锥形。
5、 按照权利要求1或2的述的叶轮，其特征在于所述上、下盖板的纵向剖面线条是直线、曲线、直线与直线结合、曲线与曲线结合或直线与曲线结合。
6、 按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述的导流叶片为径向叶片、后倾式直叶片或渐开线形弯叶片，叶片数量为1 50个。
7、 按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述的布气孔设置在每个导流叶片后侧的扇形区域内。
8、 按照权利要求1或7所述的叶轮，其特征在于所述的布气孔在每个导流叶片后侧的扇形区域内平行于导流叶片设置一排或多排。
9、 按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述的空心盘上、下盖板均设有导流叶片时，空心盘内可设有中心开孔的分隔板，分隔板与空心盘的筒壁相连，将空心盘的内部空间分为上、下两个部分。
10、 按照权利要求9所述的叶轮，其特征在于所述的分隔板中心设置开孔；或者将空心连轴接头的下端通过分隔板，并且空心连接头在分隔板上、下两侧均开设通气口。
11、 按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述的叶轮上设有导流板， 其中导流叶片一端与空心盘的盖板相连，另一端与导流板相连，形成特定的水流通道，导流板的形状可与空心盘的盖板相一致，中心具有圆形进液口。
12、 按照权利要求1所述的叶轮，其特征在于所述的空心盘内设有增压叶片。
13、 按照权利要求12所述的叶轮，其特征在于所述的增压叶片为径向叶片、后倾式直叶片或渐开线形弯叶片，增压叶片与空心盘内部的上盖板底面和/或下盖板顶面相连接，其转动方向与导流叶片的转动方向相同，布气孔设置在 增压叶片的前侧。
全文摘要
本发明涉及的是自吸气式气液混合叶轮，主要包括连轴接头、空心盘、导流叶片构成，空心盘的顶板、底板上均可以设置导流叶片；其中空心盘采用从中心到边缘厚度变化的结构。本发明叶轮可以通过旋转过程中产生的负压吸入气体，并将气体以微气泡形式分散至液体中，具有吸气量大、气液混合效果好、能耗低、叶轮无堵塞等特点，广泛应用于气液混合与反应领域、以及相分离领域，并形成多种专用设备，如废水生化处理设备、气浮设备，废气净化设备，以及化工、制药、冶金、食品、造纸等领域内的气液接触与反应设备等。
文档编号B01F5/00GK101172216SQ200610134149
公开日2008年5月7日 申请日期2006年11月1日 优先权日2006年11月1日
发明者军 回, 丽 杨, 谦 许, 赵景霞, 韩建华 申请人:中国石油化工股份有限公司;中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院