專利名稱：自吸式氣液混合葉輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣液混合設備，特別是一種自吸式氣液混合葉輪。
背景技術：
自吸式氣液混合葉輪是利用葉輪在液體中高速旋轉過程中產生的負壓，將 空氣或其它氣體從驅動葉輪的空心軸、或軸外的套筒引至葉輪處，并通過葉輪 將氣體以微氣泡的形式分散于液體中。它可以用于氣液間化學反應領域，提高
傳質效率、簡化設備結構；還可以用于液液分離及液固分離等相分離領域，如 去除污水中的固體物、油及纖維等污染物，可以使污染物粘附于微氣泡上，并 隨微氣泡上升至水面，實現污染物分離及水凈化目的。由于氣液混合葉輪同時 具有引氣、氣液混合等功能，可以簡化設備結構，取消傳統設備中的各種附屬 設備，在經濟和技術上均具有明顯的優勢，可廣泛應用于水處理、廢氣處理、 化工、冶金、造紙等領域，并形成多種專用設備，如廢水生化處理設備、氣浮 機，廢氣凈化設備，以及化工、制藥、冶金、食品、造紙等領域內的氣液反應 設備等。
自吸式氣液混合葉輪的關鍵在于葉輪結構，不僅應具備吸氣量大、氣液混 合效果好等特點，而且應防止堵塞。US5091083、 US5242600、 US3414245等公 開的葉輪包括多個空心葉片，布氣孔設置在葉片頂端的后側，它利用葉輪旋轉 時在葉片后側產生的真空旋渦，將空氣引入葉輪并經布氣孔釋放至水中；這種 葉輪真空度低、吸氣量小，而且無吸排水能力，僅靠葉輪的攪拌作用分散氣泡， 氣液混合及分散效果差；葉片上的布氣孔易堵塞，原因是水中污染物易進入真 空旋渦，并聚積覆蓋在排氣孔上。US6270061、 US4297214、 US2246560、 US2238139等公開的葉輪是由上、下蓋板及中間的導流葉片組成，上蓋板設有 進水口，空氣入口位于葉輪中心處；它利用葉輪吸排水過程中葉輪中心處產生 的負壓區吸入空氣，并在葉輪內部與水混合后從周邊排出；該葉輪的不足之處 是吸氣量與吸排水量存在著不能同時增加的矛盾，葉輪轉數或吸入的空氣量不 能過大，原因是葉輪進水口和進氣口均位于葉輪中心區域，葉輪屮心吸入的是 氣水混合物，隨著轉數增加或空氣吸入量加大，氣水混合物密度急劇下降，并 在中心處產生氣穴，負壓區的真空度隨之降低甚至消失、并出現大幅度波動， 空氣吸入量及吸排水量也隨之減少并發生劇烈波動，設備也因此發生振動并處 于不穩定運行狀態。US1526596、 US1374445等公開的葉輪是由上、下蓋板及中 間的導流葉片組成，下蓋板設有進水口，其吸氣機理與US6270061等公開的葉 輪類似，葉輪轉數或吸入的空氣量也不能過大。US5358671、 US4959183、 US4551285、 US4668382、 US4425232、 US2217231等公開的葉輪是由上蓋板與 下葉片組成，這種敞開式葉輪也是利用葉輪中心處產生的負壓區引入空氣，空 氣吸入量及氣水混合效果均存在一定的不足。US1413723、 US1413724、 US3917763、 US3650513、 US3066921、 US2996287、 US1345596、 US1726125、 US5160459等公開的是空心盤狀葉輪，其布氣孔(或空氣通道)位于空心盤的 周邊或上、下蓋板上，主要依靠空氣本身產生的微弱離心力及葉輪表面或周邊 與水體的剪切作用引入空氣，吸氣能力小，需要在較高的轉數下運行，并且無 吸排液能力，氣液混合效果差。US5318360、 US3070229、 US4193949、 US382702 等公開的葉輪，是由上、下蓋板及導流葉片等組成，其布氣孔(或排氣通道) 位于葉輪周邊或導流葉片外側的上蓋板和下蓋板上，雖然葉輪具備了良好的吸 排水能力，但布氣孔所在區域的真空度低，引氣效果較差。CN200410050799.1 公開了種新型引氣式葉輪，在空心圓盤頂部的上蓋板和/或底部的下蓋板上安裝 導流葉片，布氣孔設置在導流葉片所在的蓋板上，并位于導流葉片旋轉方向的 后側，進一步可以在導流葉片另一端設置環形導流板，在空心圓盤內設置增壓 葉片。該專利設計的引氣式葉輪的引氣量大、氣水混合效果好，不僅在低轉數
下即可引入大量空氣，而且引氣孔不在葉輪的中心區域，葉輪中心吸入的僅為水 (或液體)，真空度大小不受其它因素限制，空氣引入量與吸排液量可以隨轉數 提高而同時增加，引氣量大小調節方便，另外水流剪切作用還可以防止布氣孔堵 塞。但該自吸式氣液混合葉輪的結構仍可以進一步改進，以提高引氣性能。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供了一種自吸氣式氣液混合葉輪。該葉輪 具有吸氣量大、能耗低、葉輪無堵塞等特點。
本發明的氣液混合葉輪包括空心連軸接頭、空心盤和導流葉片，其中空心 盤為中空的圓盤形，空心連軸接頭的孔道與空心盤的內部空間相通，導流葉片 安裝在空心盤的上蓋板和/或下蓋板上，導流葉片所在的上、下蓋板設置布氣孔，
布氣孔位于導流葉片旋轉方向的后側；空心盤采用從中心到邊緣厚度變化的結 構，優選中心厚、邊緣薄的結構，優選厚度平滑過渡，如上蓋板和/或下蓋板為 圓錐形等。上、下蓋板的縱向剖面線條可以是直線，也可以是曲線，也可以是 直線與直線結合、曲線與曲線結合、或直線與曲線結合。
導流葉片可以為徑向葉片，也可以采用后傾式直葉片或漸開線形彎葉片。 葉片數量可以設置1~50個，最好為3~30個。布氣孔設置在每個導流葉片后側 的扇形區域內，優選平行于導流葉片設置一排或多排，最好設置一排或兩排。 當空心盤上、下蓋板均設有導流葉片時，空心盤內可設有中心開孔的分隔板， 分隔板與空心盤的筒壁相連，將空心盤的內部空間分為上、下兩個部分。分隔 板中心設置開孔，也可以將空氣連軸接頭的下端通過分隔板，并且空氣連接頭 在分隔板上、下兩側均開設通氣口。
本發明的混合葉輪上還可設有導流板，其中導流葉片一端與空心盤的蓋板 相連，另一端與導流板相連，形成特定的水流通道。導流板的形狀可與空心盤 的蓋板相一致，中心具有圓形進水口 (或進液口)。導流板的內外圓所形成的環 形區域面積至少能履蓋部分導流葉片，最好能完全遮住導流葉片。導流板可以
防止水流從導流葉片上端或下端滑漏，提高葉輪的吸排水量及真空度，從而提
高引氣量及氣液混合效果；另外導流板還可以減小水體對葉片的拖曳，降低葉 輪的功耗。
本發明中所述的空心盤內可設有增壓葉片。增壓葉片可以為徑向葉片，也 可以采用后傾式直葉片或漸開線形彎葉片，數量可與導流葉片數量相同，也可 以不同。該增壓葉片與空心盤內部的上蓋板底面和/或下蓋板頂面相連接，其轉 動方向與導流葉片的轉動方向相同，布氣孔設置在增壓葉片的前側。增壓葉片 的作用如風機葉片一樣，在隨葉輪轉動過程中其前面產生一定的風壓，可以進 一步提高引氣時的推動力，從而提高葉輪的引氣量。
本發明中所述的氣液混合葉輪可以單獨使用，也可以在同一空心軸上安裝 多個葉輪。當同一空心軸上安裝多個葉輪時，本發明所述的氣液混合葉輪上、 下兩端均可設有空心連軸接頭。
本發明的氣液混合葉輪及其空心盤可以整體鑄造而成，也可以由相應的零 部件焊接而成。例如圓筒形空心盤采用上蓋板、下蓋板及圓筒體焊接而成， 上蓋板和/或下蓋板為平板；厚度漸變的空心盤可以由適宜形狀的上下蓋板焊接 而成，可以使用圓筒形側板，也可以沒有側板。
本發明自吸式氣液混合葉輪采用不同厚度的空心盤結構，可以有效改善流 體的流動狀態，提高氣體的引入量。空心盤從中心至邊緣的厚度不斷變化(如 不斷減小)的好處是空心盤上下蓋板的板面、及葉輪的導流板板面與水平面 呈一定傾角，能夠增加流道長度，提高葉輪的吸排液量，并保證葉輪噴射出的 氣液混合物遠離葉輪的吸液口，防止氣體返回至葉輪吸液口而影響葉輪的真空 度及引氣效果。另外，這種厚度漸變的空心盤，其上下蓋板上的布氣孔的位置 近似位于葉輪的邊緣，葉輪不僅可以充分利用葉輪旋轉時導流葉片后側產生的 負壓、導流葉片間水流變線產生的負壓、以及水流在圓盤表面產生的剪切作用 引入空氣，而且也利用了葉輪高速旋轉時產生的離心力，進一步提高了葉輪引 氣時的推動力和葉輪的引氣量。實驗表明，在其它結構及運轉工況相同情況下，使用厚度變化的空心盤后，引氣量可以提高20%左右。
本發明自吸式氣液混合葉輪具有真空度高、葉輪的引氣量大、氣水混合效 果好等特點，不僅在低轉數下即可引入大量空氣，而且引氣孔不在葉輪的中心區 域，葉輪中心吸入的僅為水(或液體)，真空度大小不受其它因素限制，空氣引 入量與吸排液量可以隨轉數提高而同時增加，引氣量大小調節方便，另外水流剪 切作用還可以防止布氣孔堵塞。
本發明自吸式氣液混合葉輪可以在水處理領域內應用，如用作氣浮機、生 化曝氣機等，也可以在廢氣處理、冶金、化工、造紙等領域內應用。
附圉說明
圖1為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖2為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖3為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖4為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖5為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖6為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖7為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖8為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖9為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖IO為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖11為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖12為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖13為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖14為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖15為本發明的一種自引氣式氣液混合葉輪的主視圖。 圖16為本發明空心圓盤下蓋板布氣孔示意圖。
圖17為本發明空心圓盤上蓋板布氣孔示意圖。 圖18為本發明空心圓盤內增壓葉片分布示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發明的結構及運行方式。
如圖1 15所示，本發明自引氣氣液混合葉輪由空心連軸接頭l、上蓋板2、 筒體3 (也可以不設置筒體3，如圖5、 6所示)、下蓋板5、下導流葉片6和/或 上導流葉片8組成，其中上蓋板2、筒體3、下蓋板5構成葉輪的圓筒形空心盤; 下導流葉片6和下蓋板布氣孔4設置在下蓋板5上，并且下蓋板布氣孔4位于 下導流葉片6后側；上導流葉片8和上蓋板布氣孔9設置在上蓋板2上，并且 上蓋板布氣孔9位于上蓋板導流葉片8后側。在每個導流葉片的后側均可以設 置一排平行于導流葉片的布氣孔，但為了提高葉輪的引氣量，也可以在葉輪后 側的扇形區域設置更多的布氣孔。空心盤采用從中心到邊緣厚度變化的結構， 優選中心厚、邊緣薄的結構，優選厚度平滑過渡，如上蓋板和/或下蓋板為圓錐 形等。上、下蓋板的縱向剖面線條可以是直線(如圖1~15所示)，但也可以是 曲線，或直線與直線結合、曲線與曲線結合、或直線與曲線結合。為加工方便， 上、下蓋板的縱向剖面線條優選為直線結構。
為提髙引氣量及氣液混合效果，氣液混合葉輪還可以進一步包括下環形導 流板10或/和上環形導流板11 (也可以不設導流板，如圖13)，其中下環形導流 板10與下蓋板5上的下導流葉片6相連；上環形導流板11與上蓋板2上的上 導流葉片8相連。下環形導流板10和上環形導流板11中心處的開孔為葉輪的 吸水口 (或吸液口)。下環形導流板10與下導流葉片6、下蓋板5形成封密的水 流通道(或液體通道)，上環形導流板11與上導流葉片8、上蓋板2也形成封密 的水流通道，有效地防止水流從導流葉片底端或頂端滑漏，提高了葉輪內部的 水流速度和真空度，同時也降低了水體對葉輪拖曳。增加環形導流板后，葉輪 內部的真空度可以達到極限真空度(O.lMpa左右)，不僅引氣量明顯提高，而且
功耗很低。
圖16為葉輪下蓋板5上的下蓋板布氣孔4及下導流葉片6位置示意圖。圖 17為葉輪上蓋板2上的上蓋板布氣孔9及上導流葉片8位置示意圖。布氣孔均 位于導流葉片旋轉方向的后側。在驅動電機及空心軸的帶動下，葉輪在液體內 以一定的速度旋轉，并在葉輪內部產生負壓，空氣由空心連軸接頭l進入葉輪， 并通過空心圓盤下蓋板5上的布氣孔4和/或上蓋板2上的布氣孔9以微氣泡形 式分散于液體中。
如圖18所示，為提高引氣量及氣液混合效果，在空心盤內可以進一步設置 增壓葉片7增壓葉片7可以通過與下蓋板4的頂面相連、^/與上蓋板2的底面 相連、敏與筒體3的內壁相連等連接方式與空心盤固定在--起，并隨葉輪一起 轉動。增壓葉片7在上蓋板2及下蓋板7上的安裝位置不作嚴格限定，可以安 裝在每兩組布氣孔之間，也可以參見圖18所示的位于布氣孔旋轉方向的后側。 安裝增壓葉片后，進一步提高了葉輪引氣時的推動力，不僅引氣量增加，而且 引氣的壓力可以達到O.lMpa以上。
權利要求
1、一種自吸式氣液混合葉輪，包括空心連軸接頭、空心盤和導流葉片，其中空心盤為中空的圓盤形，空心連軸接頭的孔道與空心盤的內部空間相通，導流葉片安裝在空心盤的上蓋板和/或下蓋板上，導流葉片所在的上、下蓋板設置布氣孔，布氣孔位于導流葉片旋轉方向的后側；其特征在于所述的空心盤采用從中心到邊緣厚度變化的結構。
2、 按照權利要求1所述的葉輪，其特征在于所述的空心盤為中心厚、邊緣薄的結構。
3、 按照權利要求1或2所述葉輪，其特征在于所述的空心盤為厚度平滑過渡結構。
4、 按照權利要求1或2所述的葉輪，其特征在于所述的上蓋板和/或下蓋板為圓錐形。
5、 按照權利要求1或2的述的葉輪，其特征在于所述上、下蓋板的縱向剖面線條是直線、曲線、直線與直線結合、曲線與曲線結合或直線與曲線結合。
6、 按照權利要求1所述的葉輪，其特征在于所述的導流葉片為徑向葉片、后傾式直葉片或漸開線形彎葉片，葉片數量為1 50個。
7、 按照權利要求1所述的葉輪，其特征在于所述的布氣孔設置在每個導流葉片后側的扇形區域內。
8、 按照權利要求1或7所述的葉輪，其特征在于所述的布氣孔在每個導流葉片后側的扇形區域內平行于導流葉片設置一排或多排。
9、 按照權利要求1所述的葉輪，其特征在于所述的空心盤上、下蓋板均設有導流葉片時，空心盤內可設有中心開孔的分隔板，分隔板與空心盤的筒壁相連，將空心盤的內部空間分為上、下兩個部分。
10、 按照權利要求9所述的葉輪，其特征在于所述的分隔板中心設置開孔；或者將空心連軸接頭的下端通過分隔板，并且空心連接頭在分隔板上、下兩側均開設通氣口。
11、 按照權利要求1所述的葉輪，其特征在于所述的葉輪上設有導流板， 其中導流葉片一端與空心盤的蓋板相連，另一端與導流板相連，形成特定的水流通道，導流板的形狀可與空心盤的蓋板相一致，中心具有圓形進液口。
12、 按照權利要求1所述的葉輪，其特征在于所述的空心盤內設有增壓葉片。
13、 按照權利要求12所述的葉輪，其特征在于所述的增壓葉片為徑向葉片、后傾式直葉片或漸開線形彎葉片，增壓葉片與空心盤內部的上蓋板底面和/或下蓋板頂面相連接，其轉動方向與導流葉片的轉動方向相同，布氣孔設置在 增壓葉片的前側。
全文摘要
本發明涉及的是自吸氣式氣液混合葉輪，主要包括連軸接頭、空心盤、導流葉片構成，空心盤的頂板、底板上均可以設置導流葉片；其中空心盤采用從中心到邊緣厚度變化的結構。本發明葉輪可以通過旋轉過程中產生的負壓吸入氣體，并將氣體以微氣泡形式分散至液體中，具有吸氣量大、氣液混合效果好、能耗低、葉輪無堵塞等特點，廣泛應用于氣液混合與反應領域、以及相分離領域，并形成多種專用設備，如廢水生化處理設備、氣浮設備，廢氣凈化設備，以及化工、制藥、冶金、食品、造紙等領域內的氣液接觸與反應設備等。
文檔編號B01F5/00GK101172216SQ200610134149
公開日2008年5月7日 申請日期2006年11月1日 優先權日2006年11月1日
發明者軍 回, 麗 楊, 謙 許, 趙景霞, 韓建華 申請人:中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院