一种自引气式潜水曝气机的水力设计方法与流程

1.本发明属于曝气机技术领域，具体涉及一种自引气式潜水曝气机的水力设计方法。


背景技术：

2.曝气是活性污泥法处理污水的重要工艺流程之一。自引气式潜水曝气机利用潜水电机驱动叶轮旋转，使附近的水流进入叶轮。同时，叶轮离心力在进口处制造真空，通过引气管吸入空气。这些空气和水在导叶内充分混合，通过曝气盘上的射流管喷射而出，形成有效的对流循环。空气被分割成大量细小的气泡，与活性污泥、污水充分混合，促进好氧微生物的生长，降解水体中的有机污染物，净化污水。
3.自引气式潜水曝气机实现曝气功能的核心是水力部件，由叶轮、导叶、曝气盘组成。水力部件的几何尺寸决定了曝气机的性能，所以需要设计一种水力方法来提高曝气机的曝气性能。


技术实现要素：

4.因此，本发明要解决的技术问题在于现有的水力设计方法复杂繁琐，获取的曝气机的性能无法满足淹没深度下进气量的要求的问题。
5.为此，采用的技术方案是，本发明的一种自引气式潜水曝气机的水力设计方法，包括如下步骤：
6.步骤1，根据电机输出功率p
轴
、额定转速n、淹没深度h、进气量q
气
计算叶轮的参数，
7.步骤2，计算导叶的尺寸参数；
8.步骤3，计算曝气盘的尺寸参数。
9.优选的，所述步骤1包括：
10.所述叶轮的参数包括：
11.引气管尺寸d
气
[0012][0013]
风速v
气
取7—12m/s，取与计算值相近的标准管路尺寸；
[0014]
叶轮进气口直径d0[0015]
d0＝k
d0
×
d
气
[0016]
k
d0
取0.6—0.8；
[0017]
叶片进气口直径d1[0018]
d1＝k
d1
×
d0[0019]
k
d1
取1.05—1.3；
[0020]
叶轮出口处的气体流量(压缩后)q
气2
[0047][0048]
叶轮外径的计算值为d2[0049][0050]
d2与d
2假
进行比较，如果两者相同，则叶轮外径取该值；如果两者相差较大，则重新假设d
2假
，按照步骤重新进行计算，直到d2与d
2假
相同或相近为止；
[0051]
盖板与叶片的交点不超过叶片长度的前1/3，该交点直径记为叶片进水口d
1水
[0052]
假设叶轮进水口的直径d
0水
[0053]
测量d
0水
内叶轮盖板间的总面积，即叶轮的进水面积，记为s
0水
；
[0054]
进水流速v
水
[0055][0056]
进口流速v
水
为3m/s，如果v
水
计算值偏差较大，则重新假设d
0水
，直到v
水
满足要求。
[0057]
优选的，所述步骤2包括：
[0058]
所述导叶的尺寸参数包括：
[0059]
导叶进口直径d3[0060]
d3＝k
d3
×
d3[0061]
式中k
d3
取1.01—1.02。
[0062]
导叶出口直径d4[0063]
d4＝k
d4
×
d3[0064]
式中k
d4
取1.4—1.6。
[0065]
优选的，所述步骤3包括：
[0066]
所述曝气盘的尺寸参数包括：
[0067]
曝气盘的内径等于导叶出口直径d4[0068]
曝气盘由多个射流管组成，射流管的数量与导叶的数量相同，安放角度与导叶流道的工作面相切；射流管形状采用矩形管，矩形断面大于导叶出口的流道尺寸；
[0069]
射流管的当量水力直径d
当量
[0070][0071]
式中a为矩形管过流断面的长度，b为矩形管过流断面的宽度；
[0072]
选取曝气盘外径d5，测出射流管的长度l，为保持水流稳定并防止气泡过分膨胀，射流管的长度为当量水力直径的3—4倍。
[0073]
本发明技术方案具有以下优点：本发明的一种自引气式潜水曝气机的水力设计方法，通过考虑了气水混合比例、气体压缩、射流稳定性等因素，采用该方法可以简单方便地设计出曝气机的水力部件，并且经样机测试，满足设计淹没深度下的进气量。
[0074]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明
书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0075]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0076]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0077]
图1是本发明的流程图。
[0078]
图2是本发明一个实施例的水力部件平面图。
[0079]
图3是本发明一个实施例的叶轮的平面图。
[0080]
图4是本发明一个实施例的叶片的平面图
[0081]
图5是本发明一个实施例的导叶的平面图。
[0082]
图6是本发明一个实施例的曝气盘的平面图。
[0083]
图7是本发明的曝气机的结构示意图。
[0084]
其中，1.叶轮，2.导叶，3.曝气盘，4.叶轮进气口直d0，5.叶片进水口d
1水
，6.叶轮外径d2，7.叶片进气口直径d1，8.叶轮进水口直径d
0水
，9.叶片出口安放角β2，10.叶轮进水面积，11.导叶进口直径d3，12.导叶出口直径/曝气盘内径d4，13.曝气盘外径d5，14.射流管的长度l，15.矩形管过流断面的长度a，16.矩形管过流断面的宽度b，17.射流管。
具体实施方式
[0085]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0086]
本发明提供了一种自引气式潜水曝气机的水力设计方法，如图1-7所示，设计输入
[0087]
电机输出功率p
轴
＝3.3kw；
[0088]
额定转速n＝1380转每分钟；
[0089]
设计淹没深度h＝4m；
[0090]
设计进气量q
气
＝55m3/h；
[0091]
设计步骤
[0092]
叶轮的设计
[0093]
引气管尺寸d
气
[0094][0095]
引气管中的风速v
气
取7—12m/s，取与计算值相近的标准管路尺寸，引气管尺寸d
气
＝0.05m。
[0096]
叶轮进气口直径d0[0097]
d0＝k
d0
×
d
气
＝0.76
×
0.05＝0.038m
[0098]
k
d0
取0.6—0.8。
[0099]
叶片进口尺寸d1[0100]
d1＝k
d1
×
d0＝1.105
×
0.038＝0.042m
[0101]
k
d1
取1.05—1.3。
[0102]
叶轮出口处的气体流量(压缩后)q
气2
[0103][0104]
式中p0为当地大气压(pa)，ρ
水
为水的密度(kg/m3)，g重力加速度(m/s2)。
[0105]
曝气机中的水流量q
水
[0106][0107]
式中v为水在气水混合物中的比例，一般取40％——60％。
[0108]
叶轮出口处的气液混合物的密度ρ
混
[0109][0110]
式中ρ
气
为当地大气压下的空气密度(kg/m3)。
[0111]
曝气机的水力效率η
h
[0112][0113]
曝气机的总效率η
[0114]
η＝k
η
×
η
h
＝0.64
×
61％＝38.7％
[0115]
式中k
η
取0.6—0.8。
[0116]
曝气机的扬程h
[0117][0118]
曝气机的理论扬程h
t
[0119][0120]
叶轮出口宽度b2[0121][0122]
式中k
b2
取0.7—0.9。
[0123]
斯托道拉滑移系数σ
[0124][0125]
式中z为叶片数，通常取4—7枚；β2为叶片出口安放角，一般取60
°
—90
°
。
[0126]
叶轮外径的假设值为d
2假
＝0.268m
[0127]
叶轮出口处的轴面流速v
m2
[0128][0129]
叶轮出口处的圆周速度u2[0130][0131]
叶轮外径的计算值为d2[0132][0133]
d2与d
2假
进行比较，如果两者相同，则叶轮外径取该值；如果两者相差较大，则重新假设d
2假
，按照步骤重新进行计算，直到d2与d
2假
相同或相近为止。
[0134]
盖板与叶片的交点不超过叶片长度的前1/3，该点直径记为d
1水
[0135]
叶片长度为120mm，盖板与叶片的交点取叶片长度的前端40mm处，测量d
1水
＝0.111m
[0136]
假设叶轮进水口的直径d
0水
＝0.161m
[0137]
测量d
0水
内叶轮盖板间的总面积，即叶轮的进水面积，记为s
0水
＝0.004975m2进水流速v
水
[0138][0139]
进口流速v
水
一般为3m/s左右，如果v
水
计算值偏差较大，则重新假设d
0水
，直到v
水
满足要求。
[0140]
导叶的设计
[0141]
导叶进口直径d3[0142]
d3＝k
d3
×
d2＝1.015
×
0.268＝0.272m
[0143]
式中k
d3
取1.01—1.02。
[0144]
导叶出口直径d4[0145]
d4＝k
d4
×
d3＝1.4
×
0.272＝0.38m
[0146]
式中k
d4
取1.4—1.6。
[0147]
导叶叶片的设计参照离心泵径向正导叶的设计方法。
[0148]
曝气盘的设计
[0149]
曝气盘的内径等于导叶出口直径d4＝0.38m
[0150]
曝气盘由多个射流管组成，射流管安放角度与导叶流道的工作面相切。射流管形状采用标准的矩形管，50
×
40
×
3，矩形断面略大于导叶出口的流道尺寸。
[0151]
射流管的当量水力直径d
当量
[0152]
[0153]
式中a为矩形管过流断面的长度，b为矩形管过流断面的宽度。
[0154]
选取曝气盘外径d5＝0.6m，测出射流管的长度l＝143mm。
[0155][0156]
射流管的长度是当量水力直径的3.73倍，满足要求。
[0157]
至此，已经计算出了自引气式潜水曝气机的水力部件(叶轮、导叶、曝气盘)的几何尺寸。
[0158]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。