УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ КИСЛОРОДОМ

Предлагаемая полезная модель может использоваться для повышения содержания кислорода в водоеме.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство оксигенации водоема, содержащее размещаемый в водоеме цилиндрический перекрытый сверху корпус со смесительной камерой, выполненной с двумя полостями, и установленным в ней вращающимся перемешивающим ротором, канал подачи кислорода в смесительную камеру и канал сброса воздуха, который установлен в верхней части смесительной камеры, а также выпускную трубу в нижней части корпуса (RU, U1, № 196320, 2019).
К недостаткам известного решения можно отнести то, что ротор и выходное отверстие находятся практически друг напротив друга. В этом случае кислородно-водяная смесь будет выходить во внешнюю среду, недостаточно разделившейся, и кислород через выходное отверстие будет теряться в виде пузырьков. Рядом исследований было установлено, что для эффективной сепарации необходимо обеспечивать скорость вертикального движения воды не более 5 см/с, соответственно между зоной образования пузырьков и выходным отверстием должен быть промежуток по вертикали.
Помимо этого в известном решении отсутствует понижающий редуктор. При стандартных оборотах двигателя 1400 и даже 800 об/мин и при установке двигателей до 2,2 квт вынужденной мерой является установка винтов (роторов или импеллеров) малого диаметра, что приводит к интенсивному перемешиванию воды непосредственно в области у винта, но к низким угловым скоростям на периферии полости, где к ее стенке тангенциально подсоединена выходная труба. Это ограничивает объем воды, проходящей через оксигенатор, и соответственно снижает производительность устройства по растворению кислорода.
Высокий центр тяжести известного устройства из-за расположенного сверху электродвигателя будет создавать в процессе работы опрокидывающий момент, что в условиях установки на водоеме может привести к опрокидыванию и поражению электротоком гидробионтов.
Кроме того невозможно использование данного устройства в качестве аэратора, так как без кислорода из-за низкого расхода воды эффект от аэрации воздухом будет недостаточным.
Заявленная полезная модель направлена на повышение эффективности насыщения воды кислородом, а также увеличение устойчивости установки.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для насыщения воды кислородом, включающем размещаемый в водоеме цилиндрический перекрытый сверху корпус со смесительной камерой и установленным в ней перемешивающим ротором, связанным с электродвигателем, канал подачи кислорода в смесительную камеру и канал сброса воздуха, который установлен в верхней части смесительной камеры, а также выпускную трубу в нижней части корпуса, перемешивающий ротор связан с электродвигателем через понижающий редуктор, смесительная камера снабжена поплавками, размещаемыми в водоеме, перемешивающий ротор выполнен с конической боковой поверхностью, при этом канал подачи кислорода расположен в верхней части смесительной камеры.
На боковой поверхности ротора могут быть установлены радиально ориентированные рабочие лопатки
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства;
на фиг. 2 – разрез по линии А-А.
На фиг. 1 обозначения:
1 - асинхронный электродвигатель;
2 - редуктор;
3 - конический ротор (импеллер);
4 - цилиндрический корпус смесительной камеры (оксигенатора);
5 - выпускная труба;
6 - поплавки;
7 – канал для сброса воздуха в виде дренажного клапана уровня;
8 – канал подачи кислорода в виде штуцера;
9 - нижнее отверстие с сеткой для поступления воды внутрь оксигенатора;
10 - уровень воды в водоеме.
Сущность полезной модели состоит в том, что обычный роторный аэратор совмещается с закрытым сверху и частично открытым снизу цилиндрическим корпусом 4, снабженным нижним боковым отводящим патрубком, верхним дренажным клапаном 7 уровня и штуцером 8 для подвода чистого кислорода внутрь корпуса 4. Таким образом, роторный аэратор превращается в высоко эффективный и производительный роторный оксигенатор.
Соотношение диаметров ротора 3 и корпуса 4 оксигенатора подобраны таким образом, чтобы вертикальная скорость перемещения вращающейся и одновременно опускающейся внутри корпуса водокислородной смеси не превышала 5 см/с. При такой скорости успевает происходить сепарация кислородных пузырьков, и они не достигают выпускного отверстия (трубы) 5, постоянно оставаясь внутри оксигенатора до условно полного растворения.
После частичной разборки аэратора (снятия поплавков 6 и их опор) дополнительная конструкция одевается сверху на аэратор и фиксируется крепежными элементами, после чего закрепляются опоры и поплавки 6.
Для обратного превращения оксигенатора в аэратор монтажные работы проводятся в обратном порядке.
Выпускная труба 5 находится на 10-50 см ниже вращающегося ротора 3 большого диаметра, что обеспечивает полную сепарацию не растворенного кислорода из воды.
Применение понижающего редуктора 2 позволяет использовать ротор 3 большого диаметра, что обеспечивает высокие угловые скорости воды внутри корпуса и за счет этого интенсивный водообмен и высокую производительность по кислороду, составляющую 80 л/мин и более.
После опускания устройства на воду цилиндрический корпус 4 заполняется водой, при этом верхняя часть корпуса остается заполненной воздухом, так как поплавки 6 не позволяют устройству опуститься глубже. После подачи чистого кислорода через штуцер 8 кислород постепенно вытесняет воздух через дренажный клапан 7, формируя внутри корпуса атмосферу чистого кислорода. После включения двигателя 1 вращение через редуктор передается на ротор (импеллер), который интенсивно перемешивает кислород с водой, насыщая воду кислородом. Вращающаяся кислородно-водяная смесь под действием центробежной силы отбрасывается к внутреннему периметру емкости и движется вниз к выпускной трубе 5, выходя наружу, при этом пузырьки кислорода остаются внутри оксигенатора.
Регулировка уровня погружения оксигенатора помимо поплавков 6 осуществляется с помощью одного или нескольких дренажных клапанов 7 уровня, представляющих собой трубки, вставленные в верхнюю крышку емкости. Причем нижний конец трубки касается поверхности 10 воды внутри емкости при оптимальной глубине погружения. Если оксигенатор начинает погружаться, то это означает, что количество растворяемого  в воде кислорода больше, чем количество поступающего в него через подающий штуцер, и необходимо увеличить расход кислорода. Если же количество подаваемого кислорода больше растворяемого в воде, оксигенатор начинает всплывать, при этом избыточный газ внутри емкости выходит наружу, так как клапан 7 уровня выходит из воды и газ свободно проходит через него наружу. Тем самым предотвращается излишний подъем оксигенатора и выход ротора 3 из воды. При стабильной работе количество поступающего кислорода на 20-30% превышает количество растворяемого кислорода. Это нужно для того, чтобы компенсировать поступление азота, выходящего из воды и «разбавляющего» атмосферу чистого кислорода внутри емкости.
Благодаря примененному техническому решению производительность оксигенатора по количеству растворенного кислорода доходит до 80 л/мин.