气动倾析器的制作方法

专利名称：气动倾析器的制作方法
气动倾析器本申请为2004年9月13日申请的序列号为10/940， 807的美国专利 申请案的部分连续申请。发明领域本发明一般涉及用来排除液体表面顶部附近上层清液的浮动式倾析 器。本发明特别涉及通过使用空气来选择进行倾析操作的浮动式倾析器。发明背景倾析器的使用已为人们所熟知，特别是在给水和废水处理工业中。 例如，在废水处理中，倾析器常用来在序批式反应器处理工艺中用来清 除沉淀固体物上方所澄清的液体。 一般来讲，倾析器分固定式和浮动式 两种。美国4,695， 376和5， 104,528号专利中介绍和引用了浮动式倾析 器的示例。其中一些此类倾析器要求使用机械、机电或气动执行机构来 启动和/或停止倾析作业。而另一些浮动式倾析器，诸如美国5,358,644 号专利中所介绍的，其中要求向倾析器管路组件预加注或充注液体以便 启动倾析作业。美国4， 883， 602号专利介绍和引用了已知的固定式倾析 器的一个典型示例。发明概述本发明提出了可在各种应用环境下使用的新颖而有效的浮动式倾析 组件和装置，同时又保留了已知倾析器的诸多优点。为此，本发明的一个目的是提供一种使用空气(或者其它气体)启 动的浮动式倾析器，该倾析器不要求使用机械启动或对倾析管路预加注 液体。本发明的另一个目的是提供一种空气操作的倾析器，所述倾析器在 倾析池内需要很少或不需要任何维修或保养。本发明的另一个目的是提供一种空气驱动的浮动式倾析器，所述倾 析器具有较低断面和/或可在覆盖的和无遮盖的环境下使用，包括爆炸和 /或危险环境下使用。本发明的再一个目的是提供一种空气倾析器，该倾析器可以有效排 除上层清液并防止浮渣或其它表面垃圾进入倾析作业中。本发明的另一个目的是提供一种浮动式倾析器，该倾析器可以有选
择地使用众多现有气源的低压空气(或其它气体)进行倾析作业。本发明的另一个目的是提供一种浮动式倾析器，该倾析器包括各种可将倾析盘与浮子或上部实现操作连接(cperatively coupled )的装置。本发明的另一个目的是提供一种浮动式倾析器，该倾析器可以呈各种 形状，诸如圆形，方形，椭圆形等等。为此，本发明提供了一种浮动式倾析器，可以有选择地在倾析池内进 行倾析作业，并通过一个倾析管路装置排除上层清液，所述倾析器带有包 括至少一个浮子、导向块和制动器的上部；包括了构成浮箱的倾析盘的下 部，倾析盘与所述上部进行操作连接(cperatively coupled ); —个位 于倾析盘上的与倾析管路组件液体相通的排放口；以及一个与浮箱相通的 空气管路，用来通过控制空气进出浮箱来选择启动或停止倾析作业。本发 明还可以包括在空气管路上设置一个弯管(trap)来防止水的进入；在浮 子的下方设有一个凹槽，其尺寸大小应能在不进行倾析作业时允许倾析盘 的上部外表面进入到浮子上的凹槽内；在倾析盘上设置至少一个压载块； 以及一个与空气管路液体相通的主供气(或者其它气体)管路，而空气管 路与低压供气源相连接。另外，根据本发明，提供了一个浮动式倾析器装置，可以选择在倾析 池内进行倾析作业，所述倾析器装置带有至少一个带下表面的浮子； 一个 带有外上表面的倾析盘，能够通过一个连杆装置与浮子下表面啮合并与浮 子形成操作上地连接，以便能够与浮子下表面构成一定距离； 一个在倾析 盘下表面上形成的浮箱； 一个倾析管路组件； 一个与浮箱相通的空气管路； 一个与倾析管路组件相通的位于倾析盘上的排放开口；以及一个与空气管 路相通的主供气管路。此外，本发明还提供了一个可在倾析池内进行倾析作业的浮动式倾析 器装置，所述装置带有包括一个浮子的上部； 一个包括了形成浮箱和排放 口的倾析盘的下部； 一个与排放开口相通的倾析管路装置；以及一个可选 择排出浮箱内空气或引入空气至浮箱的供气装置，用来控制倾析作业的启 动或停止。另外，还提供了一个可使上部与下部形成操作联接的联动装置。术语定义本专利申请的各项权利要求和/或发明说明内可能使用的如下术语旨 在包含了其与法律要求相符合的最广泛的意义倾析池用来进行倾析作业的液体贮槽，可包括敞开的或覆盖的池、 槽、水塘。倾析作业(Decanting operation):有选择地排除倾析池内液体表面 顶部的上层清液或其它被分离的液体并将其作为流出的废水输送到其它 某个地方。浮子在倾析作业各个阶段可将倾析池内倾析装置保持一定程度正浮 力的部件。所述浮子可以呈环形体，具有各种不同形状，并可以采用金属、 不锈钢、玻璃钢、塑料等材料制成。倾析管路装置在倾析作业期间可接收上层清液或倾析的液体并能将 倾析的液体排出倾析池所用的管路、接头、阀门和其它部件。所述倾析管 路一般采用挠性管子和/或任何合适材料接头制成，这样该管路就可作为 倾析器装置的组成部分一起移动，从而适应倾析池内液位的变化。倾析器装置用来进行倾析作业并与倾析管路组件相通的位于倾析池 内的各个部件。不论是发明说明书还是权利要求部分，如果出现意思相异时，取其最 广泛的意思。权利要求部分所使用的所有词汇都应按商业和英语语言语法 的习惯用法使用。附图简要说明下面通过参照发明说明和附图，本发明的上述目的、特性和优点以及 其它特性和优点(有时为单数形式，但并不排除复数形式)会清楚显现出 来；其中，在几个附图中，相同的部件则使用相同的参考号，附图如下

图1为本发明的倾析器装置的底部透视图；图2为本发明倾析器装置的上部的底部透视图；图3为本发明的倾析盘和其它部件的顶部透视图；图4为本发明的倾析器装置的底部透视图，该图类似于图1;图5为本发明倾析器装置的剖面图，所示为该装置的关闭或非工作状态；图6为图5所示倾析器装置的剖面图，所示为倾析作业开始时的位置；图7为图5所示倾析器装置的剖面图，所示为进行全面倾析作业时的 位置；图8为图5所示倾析器装置的剖面图，所示为倾析作业停止时的位置； 图9为图5所示倾析器装置的顶视图；图10为倾析装置实施例的顶部透视图，包括工作接头(操作连接)的 另一个实施例，所示装置为敞开或倾析作业位置；图11是图10所示本发明的顶部透视图，所示装置为关闭或非工作位图12为本发明操作联接的另一个实施例的各个部件的顶视图，所示
为敞开的或倾析作业位置；图13为本发明的图12所示实施例的顶部透视图，所示为装置的关闭 或非工作位置。最佳实施例具体说明下面所述被认为是目前所提出的本发明的最佳实施例或最佳代表示 例。可以预计，所述最佳实施例在目前和将来都会有不同实施方式和改装 部分。在功能、目的、结构、用途或结果方面不会产生实质性改变的任何 其它实施方式或改装部分都被视为在本发明所述权利要求的范围之内。本发明的倾析装置IO可以在倾析池12 —诸如水箱一内使用，所述倾 析装置带有侧壁14 (例如，参见图5-图8)。倾析池12内设有一个水位 表16，该水位在整个倾析作业期间是变化的。倾析装置10—般包括一个 上部20和一个下部30。倾析装置10可以采用所属领域技术人员所熟知 的多种系留装置系泊在倾析池12内。例如，可以在倾析池12内使用系留 柱15。系留柱15可以与固定到上部20的系留导向块17来滑动啮合(例 如，参见图5-图9)。如图2所示，上部20包括一个浮子21。浮子21可以是一个带有上 环形表面22、外侧面23、内侧面24和下环形表面25的环状体形式。在 最佳实施例中，下环形表面25上提供有一个凹槽26，其形状与如下所述 倾析盘32的外上表面34的形状相对应。浮子21的下表面25上还提供有 一个带制动部的导向块27。导向块27和制动部28用来与下部30滑动啮 合并将下部30与上部20相对准。此外，如下所述，导向块27和制动部 28还限制了浮子21和倾析盘32之间的间隔或间隙29 (图7和图8)。如 果需要，上部20也可以提供一个可拆卸的盖19，如图5—图9所示，该 盖可以位于浮子21的上表面22上。图1、图3和图4清楚地示出了倾析装置10的下部30的主要部件。 下部30包括与倾析管路装置50液体相通的倾析盘32，如图5 —图9所示。 在优选的实施例中，倾析盘32包括外上表面34和外侧表面35。倾析盘 32还包括内上表面36和内侧表面37。这些表面组装到一起就在倾析盘 32的下方形成了一个浮箱33，如下所述，能够通过选择向浮箱33补充空 气(或者其它气体)或自浮箱排出空气(或者其它气体)来控制倾析作业。 从顶部或底部看去，倾析盘32带有一个环形空间。然而，如下所述，只 要在由倾析盘32形成的浮箱33内保持足够的浮力，任何形状/空间一如 方形或矩形一都可以使用(例如，参见图IO—图13)。 如下所述，在 倾析盘32的外上表面34上提供有一个突唇38 (lip)(图3)，在不进行
倾析作业时，用来与浮子的凹槽26相啮合。突唇38也可以用作一种水堰， 布置成能协助控制外上表面34上液体的流动。在外上表面34和内上表面36 (图3)之间的倾析盘32上提供有一个 排放开口 40，用来使倾析液体流到倾析管路装置50。排放开口 40与排放 管41密封连接，后者包括一个凸缘42，而凸缘又与倾析管路装置50挠 性连接。在外上表面34上还可设置一个挡板、水堰或其它流量控制机构 31，可以与排放开口 40相配合，可在倾析作业期间防止出现旋涡等现象。 浮箱33内可以使用一系列加强筋39，有助于加强和支撑倾析盘32、排放 管和其它部件。另外，如下所述，浮箱33可以根据用途分成若干个独立 的箱室。尽管可以采用多种其它形式，倾析盘32也可以提供有支腿43和压载 块44。如下所述，支腿43和相关压载块44的尺寸应能抵消下部30的浮 力。当倾析池12内水位16处于最低位置时，支腿43还可作为倾析装置 IO支架使用。作为一种选择方式，以及所属领域技术人员所知道的那样， 支腿43在排水过程(图中未示)期间可以与排水支架装置13 (图5—图 8)的架子11相互作用。倾析盘32上也可以提供有套管45,与导向块27 滑动啮合并与上部20的制动部28配合动作。倾析盘32上还提供了一个空气管路46。供气管路46的一端带有一 个与浮箱33相联通的进气口 47,而另一端带有一个连接法兰歧管48，将 空气管路46连接到主供气管路49上(例如，见图4)。主供气管路49可 以与倾析管路装置50并行布置也可以固定到后者上。主供气管路49连 接到泵、阀门和压縮机(图中未示)上，从而可以通过进气口 47向浮箱 33提供空气或将浮箱33内空气排出。按照优选实施例，供气管路46从 倾析盘32的外上表面38上方延伸并穿过浮子21的环形开口 (图1到图 3)。该弯管或肘管可确保空气管路46的位置在倾析作业所有阶段中都始 终高于水位16，从而不会充水。在介绍了本发明倾析装置10最佳实施例的各个主要部件后，可以参 看图5—图8 了解典型倾析作业期间倾析装置的具体使用情况。图5示出了本发明的非工作状态，在这种状态下，不进行倾析作业。 此时，浮箱33内实际上充满了空气，将浮箱33内的水排走，并向倾析盘 32提供浮力。这样，浮箱水位18的大概位置如图5所示。当倾析管路装 置50内无水时，下部30便可获得附加浮力。这些累积浮力足以克服下部 30的重量，包括支腿43和压载块44的重量。在这个阶段，下部30的浮 力还足以克服上部20的部分或全部重量。结果，倾析盘32的外上表面 34就会延伸进入到下环形表面25上的凹槽26内，并高于水位16。此外，并根据所述用途，在关闭或非倾析阶段，浮子21的下环形表面25也可以 稍微高出水位16 (图中未示)。这样，就防止了水经排放开口 40流出。 此外，因为外上表面34上的突唇38在水位16的上方，所以无需在倾析 盘32的外上表面34和下环形表面25和/或浮子21的凹槽26之间进行防 水密封。图6示出了本发明在倾析作业开始时的状态。特别是，当需要进行倾 析时，来自浮箱33的空气经空气管路46的进气口 47被排放并经主供气 管路49及其相关阀门、附件等(图中未示)排出系统。结果，浮箱水位 18因重力而升高并将原来浮箱33内的空气排出。浮箱空气的排出会引起 下部30浮力的丧失，下部30的重量会克服倾析管路装置50无液体所产 生的浮力。如图6所示，由于浮箱3内的空气是被水排出的，上部20开 始向下沉入水中。最终，浮力的丧失将会引起上部20和下部30的分离(即 建立一个空隙，如图7和图8所示)，使得倾析盘32沉入水位16以下。 水流过突唇38并流入排放开口 40，开始注入倾析管路装置50，进一步减 小了下部30的浮力。下部30会因浮力的丧失而继续下沉。然而，下部30的下沉会被上部 20导向块27上的制动部28限制在预订的位置。当倾析盘32上的套管45 与制动部28衔接时，下部30开始将上部20向下拖入水中并使得浮子21 的下部位于水位16以下。此时，在进行全面倾析作业阶段时，浮子21的 浮力足以克服下部30的重量，如图7所示。上部20的导向块27和制动部28与倾析盘32上套管45的使用是一 个示例性方式，说明可以将倾析盘32操纵连接到浮子21上，并可在倾析 作业期间控制倾析盘32的行程距离。所属领域的技术人员都会明白，其 它的装置也可以应用。例如，图10-图13示出了将倾析盘32连接到浮子 21上的另一种最佳方法。在这个实施例中，联动装置60用来将倾析盘32 和浮子21操作连接，并可将倾析盘32的行程限定在与浮子一定距离上。一个联动装置60的最佳实施例包括两个拉杆62，后者旋转安装到彼 此相对的成对的联动装置底座61上。联动装置底座61可以由直角板63 形成，而直角板设计成可固定到上环形表面22和环形浮子21的内侧面 24上。在直角板63的内表面65上提供有轴承64，可以将拉杆62旋转安 装在彼此相对的直角板63之间。在拉杆62的每一端上提供有一个启动臂66，并固定到拉杆62上， 这样启动臂66就可以随拉杆62—起转动。同样，撑臂67可以固定到拉 杆62的每一端，优选位于启动臂66之内，撑臂也可以随拉杆62—起转 动。撑杆69旋转连接到每个邻近拉杆62之间的撑臂67上。如下所述，
撑臂67以及撑杆69可以确保拉杆62 —起转动，并确保倾析盘32运行平 稳均匀。最后，启动臂66在其自由端通过支腿68旋转固定到倾析盘32 上，其一端固定到倾析盘32的外上表面34上。由于联动装置60的作用，下部30可以与上部20相脱离。所属领域 的技术人员会了解到，其中，上部20和下部30之间的脱开距离是可以通 过制动器或制动块(图中未示)来控制的，后者可以是联动装置底座61 的组成部分和/或启动臂66的加长部分。人们还会了解到，联动装置60 可以采用多种构型，例如使用不同的联动装置底座61、撑臂67和启动臂 66，以及这些部件的不同安装方法和不同位置。正像此处所述其它实施例一样，当不进行倾析作业时，倾析盘32与 浮子21相接触，而联动装置60则位于图11和图13所示位置。而且，如 其它所述实施例一样，当进行倾析作业时，来自浮箱33的空气就会被水 排出。这种排出导致下部30浮力丧失，后者开始下沉。拉杆62和相关启 动臂66向下转动直至启动臂66与制动部或制动器(图中未示)相啮合， 系统此时处于全面倾析作业阶段，如图10和图12所示。需要时，倾析作 业可以停止，如此处所述。为了停止倾析作业，可通过入口 47将空气引入浮箱33。按倾析作业 启动的拟顺序，当停止倾析作业时，所引入的空气将浮箱33内的水排出， 使得浮箱水位18下降，并使下部30增加浮力，如图8所示。所增加的这 部分浮力足以克服下部30的重量和倾析管路装置50充满水时的重量。于 是，下部30开始上升，最终将唇部38和倾析盘32的上表面34升至水上， 并与浮子21相啮合，如图5所示，倾析作业进而停止。正如所属领域技术人员所能了解的那样，特别是根据本发明的原理， 当水从浮箱33内排出以启动倾析作业时，压载块44或提供压载的其它方 法与下部30其它部件的重量一起必须足以克服倾析管路装置50空载时所 产生的浮力。此外，压载块44最好位于倾析装置10的垂直中心线的下方 并远离该线，以便向倾析装置10提供稳定性。如前所述，在倾析池或水 箱12排水时，支腿43也可以作为倾析装置10的脱水支架13使用或与排 水支架13配合使用。此外，所属领域的技术人员还应了解，浮箱33的尺寸必须很大，能 够足以排放足够的水，以便弥补所损失的浮力和倾析管路装置50充满水 吋的重量。这样，下部30就可以重新获得正浮力来停止倾析程序，并倒 空倾析管路装置50内的水。在一个简单的实施例中，正如所属领域技术 人员所了解的，倾析装置10 —直下降到倾析池或水箱12内很低位置时， 液体流动速率完全是由倾析装置10和排放高程之间的压力差来确定的。
在这种用途时，倾析管路装置50是完全充满水的，随着倾析池水位16和 冲击压头下降，倾析流速也会降低。按照本发明的另一种实施例，还可以根据需要对来自倾析装置10的 液体排放流量实施很高程度的控制。为了控制排放流量，必须具有对外上 表面34实施流量控制的能力。特别是，在倾析管路装置50在完全充满水 的情况下运行时，流过突唇38和倾析盘32的外上表面34的流量是上表 面34表面周缘和倾析盘32浸没程度的函数。如果表面周缘部件呈抬高或 扁平(图中未示)状态时，根据下沉到(3/2)功率情况，流量的变化是 必然的。如果外上表面34是带有缺口的(图中未示)，其周缘表面面积会 随着下沉程度而变化，从而向变化的流量提供了一种附加手段。另外，由 于浸没水位始终是整个装置IO浮力的函数，还可以形成一个隔断的浮箱 33(图中未示)，这样，倾析管路装置50中就不会出现完全充满水的情况 (图中未示)。在这个实施例中，要求附加空气管路46向倾析盘32的附 加浮力舱或各个单独浮箱提供空气，并要求可以排出空气。不论倾析流出物体积如何，而都必须确定倾析作业的持续时间时，所 述增加对排放流量的控制的实施例是特别适用的。在所述情况下，最初可 以使用"满流量"设定，而后维持一段时间的低流量，从而使得倾析作业 周期延长到所要求的时间。倾析池12内的水位传感器(图中未示)可以 操纵自动控制器根据需要在两个设定值之间转换。此外，正如人们所了解的，倾析作业一旦开始，将会持续到空气被引 入浮箱33为止。在典型情况下，通过鼓风机(图中未示)提供空气，这 些鼓风机一般都是在给水或废水处理设施的序批式反应器或其它可使用 装置工作期间用来通风通气。如果鼓风机出现故障或总的电源故障，备用 压縮空气箱或者其它备用装置(图中未示)可以用来操纵系统。 一般来讲， 任何低压空气源(例如，为了停止倾析作业，那种可在倾析作业期间提供 足够低压空气以排出浮箱33内水的装置)可以与控制主供气管路的手动 超控阀门配合使用，这样，系统就可以在任何情况下工作。此外，人们会了解到，浮子21必须提供足够的浮力，这样，在倾析 作业期间，浮子21的各个侧面23会部分浸没在水线16以下，但同时又 不会完全沉没。在倾析作业期间，浮子21的部分浸没可以防止浮渣或其 它漂浮物污染经倾析的流出物。上述说明并非旨在限制构成本发明的如下权利要求中所使用的各个 词汇的含义。相反，在结构、功能或结果方面预期将会进行改装，但这些 改装并不会产生实质性的改动，而且，在所提权利要求方面的所有这些非 实质性改动都应视为在如下权利要求范围之内。为此，尽管上面已经介绍
和描述了本发明的最佳实施例，但应了解的是，任何改动和改装都没有脱 离所提出的发明范围。此外，虽然术语"申请发明"或"本发明"在本文 中有的时候为单数形式，但应该了解的是，还存在所述和所提权利要求的 本发明的复数形式。本发明的诸多特性见如下各项权利要求。
权利要求
1. 一种浮动式倾析装置，可选择在倾析池中进行倾析作业，也可通过倾析管路装置排放上层清液流出物，其包括一个包括至少一个浮子、导向块和制动部的上部；一个包括形成浮箱的倾析盘的下部，所述倾析盘可以操作连接到所述上部，所述操作连接包括一个联动装置；一个在所述倾析盘上设置的排放开口，与倾析管路装置流体相通；一个与所述倾析盘的所述浮箱相通的空气管路，用来通过控制排出所述浮箱空气或引入空气至所述浮箱来选择启动或终止倾析作业。
2. 根据权利要求l所述的发明，其特征在于，所述空气管路包括 一个弯管，以防止将水引入所述空气管路。
3. 根据权利要求l所述的发明，其特征在于，所述倾析盘包括一 个外上表面，向排放开口提供入口。
4. 根据权利要求3所述的发明，其特征在于，所述浮子包括一个 凹槽，其尺寸可以允许所述倾析盘的外上表面在不进行倾析作业时可延 伸到所述凹槽内。
5. 根据权利要求l所述的发明，其特征在于，所述倾析盘包括至 少一个压载(配重)块。
6. 根据权利要求5所述的发明，其特征在于，所述至少一个压载 块附到所述倾析盘上的至少一个支腿上。
7. 根据权利要求4所述的发明，其特征在于，所述倾析盘的所述 外上表面包括一个突唇。
8. 根据权利要求l所述的发明，其特征在于，所述空气管路与主 供气管路相通，后者连接到低压供气源。
9. 根据权利要求l所述的发明，其特征在于，所述浮子是一个环 状体。
10. —种浮动式倾析装置，可选择在倾析盘内进行倾析作业，其包 括至少一个带有下表面的浮子；一个带有外上表面的倾析盘，能够与所述浮子的下表面啮合，并 与所述浮子操作连接，能够通过使用联动装置而与所述浮子的所述下 表面脱离；一个在所述倾析盘的下表面上形成的浮箱；一个倾析管路装置；一个与所述浮箱相通的空气管路；一个设在倾析盘上的排放开口，与所述倾析管路装置相通； 一个与所述空气管路相通的主供气装置。
11. 根据权利要求IO所述的发明，其特征在于，所述浮子呈环形。
12. 根据权利要求IO所述的发明，其特征在于，压载块附到所述 倾析盘上。
13. 根据权利要求IO所述的发明，其特征在于，所述浮子包括至 少一个导向块和至少一个制动部。
14. 根据权利要求IO所述的发明，其特征在于，所述浮子包括一 个凹槽。
15. 根据权利要求IO所述的发明，其特征在于，所述倾析盘的上 表面包括一个突唇。
16. —种浮动式倾析装置，可在倾析盘内进行倾析作业，其包括 一个包括浮子的上部；一个包括了形成浮箱并带有排放开口的倾析盘的下部； 一个与所述排放开口相通的倾析管路装置；一个供气装置，可选择在所述浮箱内排出或引入空气，控制倾析 作业的启动或终止；一个将所述上部操作连接到下部的装置。
17. 根据权利要求16所述的发明，其特征在于，所述下部包括压 载块。
18. 根据权利要求3所述的发明，其特征在于，所述外上表面刻有 缺口。
19. 根据权利要求l所述的发明，其特征在于，所述浮箱包括一个 以上的箱室，每个箱室都带有一个空气管路。
20. 根据权利要求18所述的发明，其特征在于，所述浮箱包括一 个以上的箱室，每个箱室都带有一个空气管路。
21. 根据权利要求10所述的发明，其特征在于， 一个以上的浮箱 形成在倾析盘的下表面上，每个所述的一个以上的浮箱都带有一个与其 相通的空气管路。
22. 根据权利要求21所述的发明，其特征在于，外上表面不在 一个单独的平面上。
23. 根据权利要求22所述的发明，其特征在于，所述外上表面带 有缺口。
全文摘要
一种浮动式倾析装置，该装置可通过空气来控制倾析作业。其上部带有一个浮子(21)并联接到带有倾析盘(32)的下部，而倾析盘带有一个浮箱(33)。一个空气管路(49)与浮箱相通，可启动或停止倾析作业。
文档编号B01D21/24GK101400419SQ200780005238
公开日2009年4月1日 申请日期2007年2月12日 优先权日2006年2月13日
发明者大卫·史密斯 申请人:水合增氧系统公司