ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ АЭРАТОР С ПЛОСКОСТРУЙНЫМ АЭРИРУЮЩИМ ФАКЕЛОМ (ПГАПАФ)
HYDROPNEUMATIC AERATOR WITH FLAT-JET AERATING PLUME

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод, для аэрации в аэротенках, а также при флотационной очистке, обогащении полезных ископаемых, в частности, в устройствах для аэрации пульпы, может быть использовано в других областях техники (например, форсуночной).
Известен эжекторный аэратор, включающий корпус с размещенным в нем патрубком для подачи жидкости, сообщенный с корпусом диффузор и патрубок подвода воздуха (Н.Ф.Мещеряков. Кондиционирование и флотационные аппараты и машины. М.: Недра, 1990, с.57-65).
Недостатком известного аэратора являются высокие затраты энергии на подачу единицы объема воздуха, что приводит к необходимости вместо одного высокопроизводительного водовоздушного эжектора устанавливать несколько менее производительных.
Известен аэратор, включающий корпус, расположенный соосно и с зазором друг к другу патрубок для подачи жидкости, размещенный в корпусе, и выпускную насадку, сообщенную с корпусом, патрубок для ввода воздуха (авторское свидетельство СССР №1832561, кл. B03D 1/14, опубл. 20.08.1995).
Недостатком известного аэратора является низкое соотношение «газ - жидкость», что приводит к повышению объема перекачиваемой жидкости и снижению КПД аэратора, и ограниченность диаметра канала сопла, что приводит к уменьшению пропускной способности аэратора.
Наиболее близким к предложенному является аэратор, включающий корпус, расположенные соосно и с зазором друг к другу патрубок для подачи жидкости, размещенный в корпусе, и выпускную насадку, сообщенную с корпусом, патрубок для ввода воздуха (патент РФ №2187381, кл. B03D 1/14, B03D 1/24, C02F 7/00, C02F 3/18, опубл. 20.08.2002).
Недостатком наиболее близкого аналога так же являются повышенные затраты энергии на подачу единицы объема воздуха, обеспечивающие недостаточно высокую окислительную способность аэратора.
Задачей изобретения является снижение затрат энергии на подачу единицы объема воздуха и повышение окислительной способности аэратора.
Технический результат изобретения заключается в повышении окислительной способности аэратора при обеспечении мелкопузырчатого режима аэрации за счет оптимизации параметров канала сопла аэратора путем выполнения профиля канала прямоугольного сечения.
Технический результат достигается тем, что аэратор, включающий корпус, внутреннюю перегородку, вставляемую в перегородку насадку с расположенными соосно и с зазором друг к другу каналами прямоугольного сечения для подачи жидкости и выхода газожидкостного факела, патрубок для ввода воздуха, патрубок для ввода жидкости, отличающийся тем, что отношение высоты канала прямоугольного сечения к его ширине составляет от 1,5:12 до 6:12, отношение длины входного канала L к его высоте а составляет от 22:1,5 до 22:6, аналогично - для выходного канала.
Такая оптимизация конструктивных параметров аэратора позволяет потоку воздуха двусторонним обжатием плоской струи жидкости создать режим кавитации течения жидкости, который затем переходит в пленочно-диспергированный режим течения жидкости и воздуха в выпускной насадке. Данный режим течения создает в выпускной насадке скачок уплотнения, после прорыва которого скорость потока на выходе из выпускной насадки достигает сверхзвукового значения. Увеличение расхода воздуха и скорости истечения жидкости при этом позволит сохранить мелкопузырчатую аэрацию и приведет к повышению окислительной способности.
Изобретение поясняется чертежом, где на приведенных фигурах 1 и 2 показан предложенный аэратор в сборе и собственно насадка.
Аэратор включает насадку 1, вставляемую во внутреннюю перегородку 7 корпуса 4 и зафиксированную прижимной гайкой 2 через прокладку 3, патрубок для ввода воздуха 5, патрубок для ввода жидкости 6. Отношение высоты входного канала а насадки к его ширине d составляет от 1,5:12 до 6:12, аналогичное соотношение для высоты выходного канала b и ширины d, отношение длины входного канала L к его высоте a составляет от 22:1,5 до 22:6, аналогичное соотношение для длины выходного канала L и высоты b, отношение длины воздушного зазора l к общей длине канала H составляет 16:60, отношение диаметра насадки D к длине канала L составляет 20:22.
Аэратор работает следующим образом.
Жидкость под давлением подается в патрубок 6 и поступает во входной канал прямоугольного сечения насадки 1, на выходе из которого плоская струя жидкости обжимается с двух сторон потоком воздуха, поступающего из патрубка 5. Жидкость, обжатая воздухом, поступает в соосный выходной канал прямоугольного сечения насадки 1, где происходит формирование газожидкостного факела.
2
Предложенный аэратор позволяет достичь максимального значения окислительной способности до 145 г O/ч на одну насадку.
Оптимизация параметров канала аэратора позволила снизить затраты энергии на подачу единицы объема воздуха путем повышения эжектирующей способности струи и повысить окислительную способность аэратора путем изменения поперечного профиля канала с цилиндрического на плоский, что увеличивает поверхность контакта «газ - жидкость» в области воздушного зазора, и повышает скорость истечения жидкости.
Заявляемые интервалы количественных признаков были подтверждены экспериментально. Результаты приведены в таблице 1:
Таблица 1
№ п/п
Параметры устройства (отношение высот входного и выходного каналов, мм)
Окислительная способность ОС, г О<sub>2</sub>/ч
Технический результат
Расход воздуха Q, м<sup>3</sup>/ч
1
2
3
4
1
a:b=3:3
ОС=111,2
Низкое соотношение «ОС - Q», средняя пропускная способность*.
Q=10,7
2
a:b=3:6
ОС=100,6
Низкое соотношение «ОС - Q», высокая пропускная способность.
Q=15,2
3
a:b=6:3
ОС=138,4
Оптимальные параметры. Среднее соотношение «ОС - Q», средняя пропускная способность.
Q=11,2
4
ОС=112,5
Максимальное соотношение «ОС - Q», низкая пропускная способность.
a:b=3:1,5
Q=7,4
5
a:b=1,5:3
ОС=144,9
Среднее соотношение «ОС - Q», низкая пропускная способность.
Q=11,5
* - пропускная способность характеризуется снижением тенденции сопла к засорению (в реальной сточной воде) с увеличением высоты плоского канала