АЭРАТОР
AERATOR

Изобретение относится к смесительной технике и применяется в процессах, которые базируются на создании микропузырьков газа в жидкости и равномерном их распределении в объеме этой жидкости, а также генерировании струй газожидкостной смеси. Наиболее распространенное применение изобретение будет иметь при создании рыбозащитных устройств в местах водозаборов и для насыщения водоемов кислородом.
Загрязнение водоемов неочищенными сточными водами является серьезной проблемой для нормального функционирования экосистем. Естественный процесс самоочистки, который имеет место в реках и водоемах, происходит слишком медленно, чтобы удовлетворить потребности больших городов и мегаполисов в чистой воде, вследствие чего обеспечение их качественной водой является крайне важной задачей.
Второй, не менее важной проблемой особенно для теплоэлектростанций является процесс водозабора, который связан с таким негативным явлением, как гибель рыбы, а также с тем, что эта рыба, попадая в водозабор, замусоривает и выводит из строя технику. Поэтому для предотвращения истощения гидроресурсов и решения проблем, связанных с водозабором, важная роль отводится разработке очистительных устройств и сооружений, к которым в первую очередь относятся аэрационные установки (аэраторы). С помощью аэрационных установок очищают загрязненные водоемы, промышленные стоки, сточные воды в накопителях, осуществляют флотацию разнообразных материалов, насыщают жидкость кислородом и тому подобное. Аэрационные установки широко используют для создания барьерных завес с целью защиты рыб от попадания в водозаборы. Но интенсивное развитие промышленности порождает новые и осложняет существующие экологические проблемы, которые нуждаются в последующем усовершенствовании конструкций аэрационных устройств, конечным результатом которого должно быть создание установок, способных не только обеспечивать эффективную струйную аэрацию, но и долговременный бесперебойный рабочий процесс.
Важно отметить, что для эффективной работы аэратора он должен быть расположен вблизи дна водоема или резервуара, то есть в зоне заиливания или скопления осадка.
8
Примером струйного аэратора, содержащего две камеры, перфорированный цилиндровый коллектор с отверстиями, воздушный канал с выпускными отверстиями и регулятор расходов, может быть аэратор, описанный в патенте РФ №2229926 (МПК: C02F 3/04, опубл. в Бюл. №16, 2004 г.). Весомые преимуществом этого аэратора является возможность регулирования таких параметров газожидкостного потока, как выходная энергия, размер пузырьков и затраты газа. Но срок эксплуатации этого аэратора является недостаточно длительным, а производительность его работы со временем снижаемся. Причиной этого является засорение рабочих органов частицами мусора, который засасывается в процессе работы аэратора. Это обстоятельство порождает необходимость частой очистки аэратора и налагает определенные ограничения на сферу его применения.
8
Известен аэратор, содержащий узел расширения с проточной камерой, выполненной с напорными и выпускными патрубками, и узел распределения газожидкостной смеси. Узел расширения оснащен водонапорным трубопроводом и выполнен в виде нескольких проточных камер, оснащенных воздушным патрубком и размещенных на водонапорном трубопроводе. Узел распределения газожидкостной смеси имеет вид перфорированных насадок на выпускные патрубки проточных камер (патент РФ №2270174 С2, МПК: C02F 7/00 B01F 13/02 опубл. в Бюл. №5, 2005 г.).
Конструктивное выполнение этого аэратора является более совершенным по сравнению с вышеупомянутым; он имеет более широкую область применения, его можно использовать не только для очистки стоков и защиты мальков рыбы от попадания и водозаборы, но и для получения газожидкостных смесей в других областях техники, например при производстве битумов.
Недостатком этого аэратора является неравномерность распределения газожидкостной смеси при истечении в начальных участках перфорированных насадок, что приводит к необходимости увеличения габаритов и веса устройства за счет увеличения длины начального неперфорированного участка насадок для формирования стационарного потока.
8
В качестве прототипа изобретения принят аэратор, включающий, по меньшей мере, две проточные камеры, каждая из которых оснащена напорным и выпускным патрубками для жидкости и патрубком для всасывания газа, причем выпускные патрубки через втулки связаны с перфорированными насадками (патент Украины №83572, МПК: C02F 7/00, B01F 13/00, B01F 3/04 опубл. в 25.07.2008 г., Бюл. №14).
Предусмотренный в этой конструкции способ закрепления перфорированной насадки (через втулку, имеющую перфорацию) обеспечивает образование дополнительной всасывающей камеры на узле распределения аэратора, где функцию последнего выполняют насадки. Наличие такой дополнительной всасывающей камеры позволяет компенсировать сниженное давление, которое в случае отсутствия втулки согласно законам гидродинамики всегда имело бы место в зоне перехода проточной камеры в узел распределения (перфорированную насадку). В конечном итоге благодаря таким конструктивным особенностям построения аэратора на входе узла распределения имеет место давление, достаточное для вытекания через ближние отверстия такой же массы газожидкостной эмульсии, что и в его конце. Результатом этого является создание равномерной мелкодисперсной завесы по всей длине аэратора, что позволяет исключить наличие дополнительного неперфорированного участка насадки.
Но при этом следует отметить, что такой результат может быть достигнут лишь в том случае, когда аэратор работает сравнительно недолго и в чистой жидкостной среде. А на практике имеет место ситуация, при которой через отверстия перфорированной втулки в полость аэратора (а точнее в дополнительную всасывающую камеру) активно затягивается ил, осадок и всевозможный мусор, концентрация которых всегда велика в придонной зоне водоема или резервуара.
По истечении определенного промежутка времени, по мере заиливания устройства интенсивность турбулизации газожидкостного потока в полости втулки снижается, в результате чего нарушается равномерность создаваемой завесы. Поэтому для поддержки эффективной работы аэратора его нужно периодически очищать, на что тратятся достаточно большие средства и время.
В основу изобретения поставлена задача повышения эффективности работы и увеличения срока эксплуатации аэратора путем усовершенствования конструктивного выполнения узла, выполняющего функцию дополнительной всасываюшей камеры, в частности придания втулке формы равнопроходного тройника и оснащения его бокового входа трубкой, ориентированной в сторону более чистого потока окружающей жидкости, в результате чего обеспечиваемся возможность втягивания аэратором менее замусоренной жидкости и сведения к минимуму степени заиливания аэратора и, как следствие, поддержка стационарного потока по всей его длине на протяжении длительного времени.
Поставленная задача достигается за счет того, что в аэраторе, содержащем, по меньшей мере, две проточные камеры, каждая из которых оснащена напорным и выпускным патрубками для жидкости и патрубком для всасывания газа, причем выпускные патрубки через втулки связаны с перфорированными насадками, согласно изобретению втулки выполнены в форме равнопроходного тройника, боковой вход которого оснащен трубкой, ориентированной в сторону более чистого потока окружающей жидкости.
Упомянутый выше технический результат, который достигается в процессе эксплуатации предложенного изобретения, обусловлен признаками, которые отличают его от признаков подобных аэрационных устройств, описанных согласно известному уровню техники, в частности в изобретении, принятом за прототип.
В предложенной конструкции аэратора втулка, которая, по существу, является дополнительной всасывающей камерой, лишена перфорированных отверстий, выполненных во втулке известной конструкции. Она выполнена в виде равнопроходного тройника, а вода засасывается в ее полость через удлиненный за счет трубки боковой вход втулки, причем свободный конец трубки позиционируют так, чтобы выйти из наиболее загрязненной зоны окружающей жидкости. То есть трубку ориентируют над наиболее заиленной и загрязненной субстанцией. При этих условиях в трубку поступает сравнительно чистая вода, которая не наносит вреда устройству, а вся грязь остается на дне несдвинутой. Это позволяет размещать аэратор на значительных глубинах и даже в очень замусоренных придонных зонах водоемов без риска загрязнения устройства. При этом сохраняются все условия для создания равномерной завесы по всей длине аэратора. Таким образом, усовершенствованная форма втулки и наличие в ней удлинительной трубки обеспечивает длительный срок эксплуатации устройства и равномерное, с постоянным шагом вытекание газожидкостных струй.
Предложенное изобретение объясняет схематическое изображение аэратора.
Аэратор содержит проточные камеры 1, каждая из которых оснащена напорным патрубком 2, выпускным патрубком 3 и воздушным патрубком 4. На входе проточной камеры 1 расположен участок меньшего диаметра 5. Напорные патрубки 2 соединены с напорным трубопроводом (не показан). На выпускных патрубках 3 размещены перфорированные насадки 6. Входные концы перфорированных насадок 6 соединены с выпускными патрубками 3 с помощью втулок 7, выполненных в виде равнопроходного тройника, боковой вход которого оснащен удлинительной трубкой 8. Перфорированные насадки имеют отверстия 9 одного диаметра, который составляет (0,08-0,10) L, где L - расстояние от оси трубки 8 до первого отверстия насадки, а также шаг между соседними отверстиями.
Аэратор работает следующие образом.
При подаче в напорный трубопровод жидкости последняя через напорный патрубок 2 поступает в проточную камеру 1, на входе которой расположен участок меньшего диаметра 5, обеспечивающий "пережим" потока жидкости. За счет расширения проточной камеры 1 давление в ней резко падает и образуется каверна, куда через воздушную камеру 4 подсасывается и диспергируется атмосферный воздух. Полученная газожидкостная эмульсия через втулку 7 поступает в перфорированную насадку 6. Во втулке 7 эмульсия дополняется подсосанным через удлинительную трубку 8 потоком воды и испытывает дополнительную турбулизацию. Это приводит к созданию стационарного потока газожидкостной эмульсии уже на начальном участке перфорированных насадок 6. Таким образом, происходит равномерное вытекание струй газожидкостной эмульсии с постоянным шагом L и образование равномерной завесы.