專利名稱:具有內(nèi)部氣體噴射的離心液體泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)盤式離心泵,該泵具有在泵送一種液體時(shí),用于將一種氣體如空氣噴射和溶解入該液體最好是水中的裝置。
在現(xiàn)今用來“凈化”廢水或?qū)U水進(jìn)行處理的漂浮(floatation)過程中,通常都要對(duì)被凈化了的水的一部分進(jìn)行再循環(huán)。一般凈化水在凈化器的漂浮箱的底部或在其出口處被泵送并在廢水進(jìn)入凈化器之前,被噴入要被凈化的廢水中。
通常也將空氣噴入進(jìn)入凈化器的廢水中,以便產(chǎn)生很多極小的氣泡,這些氣泡能夠“攜帶”廢水中懸浮的固體,進(jìn)而更有利于漂浮作用。可以是在廢水進(jìn)入凈化器之前,直接向供向凈化器的廢水中噴入空氣,但最好是在再循環(huán)的凈化水噴入廢水中之前,將空氣噴入再循環(huán)的凈化水中。在這兩種情形中,最好是在一定壓力下進(jìn)行噴射,以便在水中溶解盡可能多的空氣。
為了再循環(huán)足夠量的凈化水,同時(shí)將足夠量的空氣溶解在其內(nèi),進(jìn)而在壓力釋放后產(chǎn)生很多150μm或更小的氣泡,要求泵必須能夠產(chǎn)生550至825KN/m2(80至120psi)的壓力。當(dāng)然,其能量消耗(以m3/馬力來表示)還必須較低。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,已經(jīng)嘗試使用帶有葉片式葉輪的離心式多級(jí)泵,該泵可以產(chǎn)生高至1380KN/m2(200psi)的壓力。但是這些泵的流動(dòng)速率比較低。
也有使用回轉(zhuǎn)盤式泵的提議,回轉(zhuǎn)盤式泵包括有多個(gè)圓盤,這些盤彼此較近地相互間隔開,并可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在一殼體內(nèi)(如美國專利Nos.4335996;4514139;4768920和4773819中所公開的例子)。在使用回轉(zhuǎn)盤式泵的情形中,泵送效果是由旋轉(zhuǎn)盤和流體之間產(chǎn)生的摩擦和剪切力得到的。為了提高這樣的泵送效果,也有人建議在每一個(gè)圓盤提供沿徑向的直肋(參見美國專利Nos.4940385)。
回轉(zhuǎn)盤式泵得益于其結(jié)構(gòu),可以很容易地處理如可能包含有固體懸浮物的廢水這樣的流體。但是,它們僅是在低于350KN/m2(50psi)的泵壓下才能真正地有效果。而且,其能量消耗之大(最大1m3/馬力)也是公知的。
為了得到空氣在再循環(huán)水(或供入凈化器的廢水)中的所需的溶解量,一般是在位于泵的上游的一文氏管內(nèi)提供一空氣入口,以便與水一起吸入空氣并將空氣溶入水中,并且在泵內(nèi)將其一同壓縮(參見加拿大專利No.1016408,雖然它所指的是另一項(xiàng)申請(qǐng))。
已經(jīng)有了將空氣在泵的殼體內(nèi)直接噴射的建議,或通過位于葉輪的葉片內(nèi)的導(dǎo)管和在這些葉片的外端的開孔(參見美國專利No.3485484),或通過在泵的殼體內(nèi)延伸的固定銷,轉(zhuǎn)子的葉片在距其轉(zhuǎn)動(dòng)軸一給定的徑向距離處被分離開,以便不與上述銷相互干擾(參見美國專利No.4744722)。這兩種情形使殼體很復(fù)雜,因而也比較昂貴,而且維修也很困難。
在法國專利No.853227中,使用了一個(gè)中心導(dǎo)管,該導(dǎo)管與靠近葉輪中心軸的徑向開孔相連,用以噴入空氣并形成水泡。該專利中,供入葉輪中的水由位于上游的一泵加壓。
授權(quán)給本申請(qǐng)人的美國專利No.5385443公開了一種回轉(zhuǎn)盤式離心液體泵,該泵具有一氣體噴射裝置,其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得高至氣體容量的15%的氣體可以與泵送的液體相混合。氣體噴射由一軸向地伸入泵內(nèi)氣體供給管和多個(gè)氣體噴射管來實(shí)現(xiàn),該多個(gè)氣體噴射管從氣體供給管在葉輪盤之間從中心沿徑向伸出。氣體噴射管與葉輪盤一同轉(zhuǎn)動(dòng),將氣體噴入盤間的水中。
本發(fā)明的目的是提供一種具有一氣體噴射裝置的回轉(zhuǎn)盤式離心液體泵,該泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,而且轉(zhuǎn)動(dòng)件的數(shù)量最少,使其磨損降低。
根據(jù)本發(fā)明,上述目的是借助于一離心泵來實(shí)現(xiàn)的,該泵用來泵送一種液體,并且在泵送該液體的過程中,將一種氣體的至少一部分噴射并溶解在該液體中,與所有的常規(guī)的離心泵相同,該泵具有一殼體,該殼體限定了一個(gè)大體為圓柱形的腔室。該腔室具有彼此同軸的第一和第二相對(duì)壁。
一具有給定直徑的液體入口與上述腔室相通。該入口與該腔同軸,并與其第一壁相連。一液體出口也與上述腔室相通。該出口從上述腔室沿切向向外延伸。
一旋轉(zhuǎn)葉輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在上述腔室內(nèi)。該葉輪包括彼此間隔的第一和第二圓盤,該第一和第二圓盤具有一給定半徑,并與該腔室的第一和第二相對(duì)壁同軸。第一和第二圓盤剛性地相連,且兩者彼此離開一定距離,而分別靠近腔室的第一和第二相對(duì)壁??拷谝幌鄬?duì)壁的第一圓盤與液體入口相通,具有一中心孔,該中心孔的直徑與液體入口的直徑相同,以允許通過該入口注入的液體在該腔室內(nèi)進(jìn)入圓盤之間。
一動(dòng)力軸與葉輪同軸,并剛性地連接到該葉輪上,以便在腔室內(nèi)沿一給定方向使該葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。該動(dòng)力軸通過殼體的第二相對(duì)壁并在與液體入口相反的方向上伸出該腔室。
最后,提供氣體噴射和溶解裝置,當(dāng)液體在腔室內(nèi)被泵送時(shí),將一種氣體噴入該液體中。
本發(fā)明的特征在于該氣體噴射和溶解裝置包括多個(gè)位于第二圓盤上的彼此相間隔的開孔,這些開孔位于一恒定的半徑上,該半徑小于第一和第二圓盤的半徑。該氣體噴射和溶解裝置還具有一與腔室相通的氣體供給管。該氣體供給管的一第一端剛性地連接到殼體內(nèi)的一孔上。該孔位于腔室的第二相對(duì)壁內(nèi),其徑向距離大體等于上述的恒定半徑。氣體供給管還具有一第二端,該端與一壓力氣體噴射裝置相連。
在使用時(shí),通過位于殼體的第二相對(duì)壁內(nèi)的孔供給的壓力氣體通過第二圓盤內(nèi)的開孔進(jìn)入該腔室。而后,當(dāng)液體在圓盤之間朝向泵的出口移動(dòng)時(shí),該氣體被溶解在該液體中。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例,離心泵的動(dòng)力軸由一組密封件密封地支撐在殼體的第二相對(duì)壁內(nèi),該密封件在其間限定了一封閉的空間。提供一包括一液體供給管和一液體排出管的冷卻裝置,向該封閉的空間供入液體,進(jìn)而冷卻其軸承。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例,葉輪的圓盤由多個(gè)小桿彼此連接起來,葉輪圓盤具有彼此相面對(duì)的平的表面,其上布置有多個(gè)肋。這些肋從圓盤上伸出一定距離,以在其間留有一間隙,這些肋最好是粗且高的,以與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向沿徑向向外螺旋形彎曲。
通過上述可以理解,本發(fā)明的離心液體泵具有一與其結(jié)合在一起的氣體噴射裝置。除了增加了幾個(gè)開口、孔和供給管之外,該泵的結(jié)構(gòu)與常規(guī)的回轉(zhuǎn)盤式泵的基本結(jié)構(gòu)極其相似。因此,可以很容易地采用常規(guī)的泵的結(jié)構(gòu),而無需對(duì)其進(jìn)行大的改動(dòng)。由于沒有增加新的轉(zhuǎn)動(dòng)件,因此氣體噴射裝置的加入不會(huì)導(dǎo)致磨損的增加。
本申請(qǐng)人所進(jìn)行的試驗(yàn)表明,本發(fā)明的離心泵可以很容易地建立一550至1050KN/m2(80至150psi)的壓力,并能夠?qū)⒏咧寥萘康?8%的空氣噴入、溶解在泵送的水中,進(jìn)而能夠形成能起到有效作用的零點(diǎn)幾微米的微小氣泡。而且,泵的流動(dòng)速率合適,能量消耗也比預(yù)期的要好(多于2m3/馬力)。
通過以下的參照附圖對(duì)本發(fā)明的一最佳實(shí)施例的非限定性描述,可以更好地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn),附圖包括
圖1是本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的離心泵的一局部剖視側(cè)視圖;圖2是沿圖1中的線II-II所作的剖視圖;圖3是一比較圖,示出了所產(chǎn)生的壓力與流動(dòng)速率之間的函數(shù)關(guān)系,其中(i)是使用常規(guī)的沒有空氣噴射的離心泵所得到的關(guān)系曲線,(ii)是使用一具有多個(gè)如美國專利No.5385443中所公開的氣體噴射管的離心泵所得到的關(guān)系曲線,(iii)是使用圖1所示的一泵所得到的關(guān)系曲線,以上這些泵的殼體和葉輪的形狀和尺寸均相同;和圖4是一比較圖,示出了在一相同的凈化器出口處的懸浮顆粒的量(以ppm表示),其中(i)是采用一具有多個(gè)如美國專利No.5385443中所公開的氣體噴射管的離心泵所得到的,(ii)是采用圖1所示的一泵所得到的,以上這兩個(gè)泵的殼體和葉輪的形狀、尺寸均相同,并且其運(yùn)行工況相似。
以下的描述將專門地針對(duì)被泵送的液體為水,被噴射入泵送液體中的氣體為空氣的情形。但是,值得注意的是,本發(fā)明并不局限于將空氣噴射入水,特別是廢水或澄清水中,它可以用于將其它的氣體噴射入其它的液體中的情況。
圖1和2所示的本發(fā)明的最佳實(shí)施例的離心式液體泵1是“回轉(zhuǎn)盤”式的。它包括一殼體3,該殼體限定了一個(gè)大體為圓柱形的腔室5,該腔室5具有一對(duì)相對(duì)的彼此同軸的端壁7、9。殼體3具有一液體入口11,該入口11與腔室5同軸并與相對(duì)的端壁中的一個(gè)即端壁7相連。殼體3還具有一液體出口13,該出口13與腔室5相通,并從腔室5沿切向向外延伸。
一旋轉(zhuǎn)葉輪15可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在腔室5內(nèi)。葉輪15具有一對(duì)彼此相間隔的圓盤17、19,這兩個(gè)圓盤具有給定的半徑,且與腔室同軸。圓盤17、19由多個(gè)小桿22彼此連接起來,這些小桿22使圓盤彼此離開而分別靠近相對(duì)的端壁延伸??拷后w入口與其相連的端壁7的圓盤具有一中心孔21,該中心孔21允許通過入口11噴射的液體進(jìn)入腔室5。兩圓盤17、19均具有彼此相對(duì)的平的表面,有多個(gè)肋23在其上延伸。從圖1中可以清楚地看出,肋23從圓盤上伸出一定距離,以便在其間留有一間隙。如圖2所示,肋23較粗且高,以與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向沿徑向向外成螺旋形彎曲,以便盡可能增加圓盤和被泵送的液體之間的摩擦,并進(jìn)而增加在泵內(nèi)建立的壓力。
泵1還包括一動(dòng)力軸25,該軸25與第二圓盤19同軸,并剛性地連接到該第二圓盤19即與帶孔圓盤17相對(duì)的那一個(gè)圓盤上。利用一組密封件27,將軸25密封地支撐在殼體3的壁9內(nèi)。軸25在與液體入口21相對(duì)的方向上向外延伸出該殼體,并與一電機(jī)29相連,以便轉(zhuǎn)動(dòng)腔室5內(nèi)的葉輪15。
上述的泵1的結(jié)構(gòu)是現(xiàn)有技術(shù)中已知的,無需再作進(jìn)一步的描述。
根據(jù)本發(fā)明,上述的泵1的改進(jìn)在于它具有很簡(jiǎn)單的但仍很有效的裝置,用于在液體被泵送時(shí),將一種氣體如空氣至少部分地噴射入液體并溶解入該液體中。
如圖1和2所示,該氣體噴射和溶解裝置包括一氣體供給管31,該管31與腔室5相通。該氣體供給管具有一剛性地連接到殼體3內(nèi)的一孔35上的第一端33。該孔35位于腔室的第二相對(duì)壁9內(nèi),距殼體的軸一徑向距離或半徑“d”。氣體供給管31還具有一第二端,該端位于殼體的外部并與一壓力氣體源37如一空氣壓縮機(jī)相連。
氣體噴射和溶解裝置還包括兩個(gè)或更多的相間隔的開孔39,這些開孔39位于第二圓盤19即與殼體的第二相對(duì)壁9相鄰的那一圓盤上。這些開孔39等間隔布置并與圓盤的軸相距一恒定的距離(或“半徑”)。該恒定的半徑大體等于半徑“d”。因此當(dāng)葉輪15在殼體內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),開孔39正好在孔35的前面通過。這樣就使得在距殼體的軸一徑向距離“d”處由氣體供給管31通過孔35供給氣體,使其通過開孔39并進(jìn)入圓盤17、19之間的腔室5。以此方式供給的氣體溶解在被泵送的液體中。
開孔39的數(shù)量和這些開孔所處的半徑“d”是可變化的,并且隨所要達(dá)到的目的和泵的應(yīng)用情況而變化。開孔39(和孔35)越靠近泵的軸(即“d”越小),則將氣體噴射入泵內(nèi)所需的壓力就越小。開孔39的距離越遠(yuǎn)(即“d”越大),則將空氣噴射入泵內(nèi)所需的壓力就越大,因而噴射入泵內(nèi)的氣體的量就越大。同樣,開孔39的數(shù)量越多,則液體內(nèi)的氣體的分布就越好。但是,太多的開孔會(huì)影響到第二圓盤19的“效率”。
如上所述,動(dòng)力軸25最好利用一組密封件27密封地支撐在殼體3的壁9內(nèi),該組密封件27在其間限定了一封閉空間41。提供一冷卻裝置,向封閉空間41提供一連續(xù)的液體流進(jìn)而冷卻密封件27。該冷卻裝置包括一液體供給管43和一液體排出管45,這兩個(gè)管在縱向和徑向彼此相間隔開以保證提供一最大的液體流進(jìn)入封閉空間41。液體供給管43可連接到泵的液體出口13上或該泵所在的現(xiàn)場(chǎng)的任何其它的可得到的液體源上。液體排出管45可具有一閥,用以保持腔室41內(nèi)的壓力。它可以連接到下水道裝置上或連接到泵的入口11上,以便將冷卻液體返回供給到泵的主液體流內(nèi)。
申請(qǐng)人對(duì)一個(gè)如圖1和2所示的回轉(zhuǎn)盤式泵進(jìn)行了專門的試驗(yàn),用于在一廢水(所謂的“白水”)凈化器中作為再循環(huán)泵使用,廢水來自一脫墨工作站的一濕抄機(jī)。還將該泵與一相同尺寸的具有一如美國專利No.5385443中所公開的氣體噴射裝置的離心式泵進(jìn)行了對(duì)比。
試驗(yàn)泵的圓盤的半徑“R”等于17.8cm(7”)。它們的間隔等于5.7cm(21/4”)。每一個(gè)圓盤都具有1.9cm(3/4”)高的肋。在第二個(gè)圓盤19上有四個(gè)開孔39。每一個(gè)開孔39均位于距葉輪軸的半徑“d”等于11.4cm(41/2”)的位置處,并且其直徑為1.08(5/16”)。葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3600rpm。
圖3示出了所得到的結(jié)果??梢钥闯?,當(dāng)流動(dòng)速率高達(dá)180m3/h時(shí),很容易建立一大于630KN/m2(90psi)的壓力。而且,僅使用一210KN/m2(30psi)的空氣壓力源,也很容易將容積含量高至18%的空氣噴入泵送的水中,而不會(huì)過度地影響泵的效率。所得到的結(jié)果要好于用美國專利No.5385443中公開的泵所得到的結(jié)果,該泵能將10%的空氣噴入泵送的水中。
采用相同的泵,對(duì)來自相同的濕抄機(jī)的水,在下述的條件下進(jìn)行了比較試驗(yàn)-所產(chǎn)生的液體壓力630KN/m2(90psi);-所噴射的空氣的流動(dòng)速率6.3ScFM-供入機(jī)器內(nèi)的液體中的懸浮顆粒的濃度180ppm在機(jī)器的出口處回收的水中的懸浮顆粒的濃度如下<
<p>圖4中示出了這些結(jié)果??梢钥闯?,采用本發(fā)明可得到更好的凈化效果,這是因?yàn)楦嗟目諝獗蝗芙庠诒盟鸵后w中,進(jìn)而增加了攜帶懸浮顆粒的微小氣泡的數(shù)量。
當(dāng)然,在不偏離由本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍的前提下,可以對(duì)以上所公開的實(shí)施例進(jìn)行多種修改。
權(quán)利要求
1.一種用來泵送一種液體、并且在泵送該液體的過程中將一種氣體的至少一部分噴射并溶解在該液體中的離心泵(1),所述泵包括a)一殼體(3),該殼體限定了一個(gè)大體為圓柱形的腔室(5),該腔室具有彼此同軸的第一和第二相對(duì)壁(7,9);b)一具有給定直徑的液體入口(11),該入口與腔室(5)相通,所述入口與所述腔室同軸,并與其第一相對(duì)壁(7)相連;c)一液體出口(13),該出口與腔室(5)相通,所述出口從所述腔室沿切向向外延伸;d)一旋轉(zhuǎn)葉輪(15),該葉輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述腔室內(nèi),所述葉輪包括彼此間隔的第一和第二圓盤(17,19),該第一和第二圓盤具有一給定半徑,并與所述腔室(5)的第一和第二相對(duì)壁(7,9)同軸,所述第一和第二圓盤(17,19)剛性地相互連接,且兩者彼此離開一定距離,而分別靠近腔室的第一和第二相對(duì)壁(7,9)延伸,靠近第一相對(duì)壁(7)的第一圓盤(17)與液體入口(11)相通,具有一中心孔(21),該中心孔的直徑與液體入口的直徑相同,以允許通過所述入口(11)注入的液體進(jìn)入所述圓盤(17,19)之間的腔室(5)內(nèi);e)一動(dòng)力軸(25),該動(dòng)力軸與葉輪(15)同軸,并剛性地連接到該葉輪上,以便在腔室(5)內(nèi)沿一給定方向使該葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),所述動(dòng)力軸(25)通過殼體(3)的第二相對(duì)壁(9)并在與液體入口(21)相反的方向上伸出該腔室;和f)氣體噴射和溶解裝置(31,39),當(dāng)液體在腔室(5)內(nèi)被泵送時(shí),將一種氣體噴入該液體中;其特征在于所述氣體噴射和溶解裝置包括多個(gè)位于第二圓盤(19)上的彼此相間隔的開孔(39),這些開孔位于一恒定的半徑(d)上,所述恒定半徑小于所述第一和第二圓盤(17,19)的半徑;和一與腔室(5)相通的氣體供給管,所述氣體供給管(31)的一第一端剛性地連接到殼體(3)內(nèi)的一孔(35)上,該孔位于腔室(5)的第二相對(duì)壁(9)內(nèi),其徑向距離大體等于所述恒定半徑(d),所述氣體供給管(31)還具有一第二端,該端與一壓力氣體噴射裝置(37)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的離心泵(1),其特征在于葉輪(15)的第一和第二圓盤(17,19)由多個(gè)桿(22)彼此連接起來,并具有彼此相面對(duì)的平的表面,其上布置有多個(gè)肋(23),所述肋(23)從所述圓盤上伸出一定距離,以在其間留有一間隙。
3.如權(quán)利要求2所述的離心泵(1),其特征在于肋(23)是螺旋形的,并以與所述葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反的方向沿徑向向外彎曲。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的離心泵(1),其特征在于-動(dòng)力軸(25)由一組密封件(27)密封地支撐在所述殼體的第二相對(duì)壁(9)內(nèi),該密封件(27)在其間限定了一封閉空間(41);和-所述泵還具有一冷卻裝置,該冷卻裝置包括與所述封閉空間(41)相通的一液體供給管(43)和一液體排出管(45),冷卻裝置向該封閉空間供入液體,進(jìn)而冷卻密封件(27)。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的離心泵,其特征在于第二圓盤(19)的開孔(39)之間是等間隔的,并且它們均圍繞所述第二圓盤(19)延伸布置。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的離心泵,其特征在于所述液體是廢水或凈化水,并且所述氣體是空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種回轉(zhuǎn)盤式離心液體泵(1),該泵具有一氣體噴射裝置,其結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡(jiǎn)單且有效。該泵(1)具有一殼體(3),該殼體限定了一個(gè)大體為圓柱形的腔室(5),該腔室具有一軸向的液體入口(11)和一切向的液體出口(13)。一旋轉(zhuǎn)葉輪(15)可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在腔室(5)內(nèi)。葉輪(15)具有彼此間隔的第一和第二圓盤(17,19),該第一和第二圓盤(17,19)剛性地相互連接,且兩者彼此離開一定距離,而分別靠近腔室(5)的相對(duì)壁。靠近壁(7)的第一圓盤(17)與液體入口(11)相通,具有一中心孔(21),該中心孔的直徑與液體入口(11)的直徑相同,以允許通過入口(11)注入的液體進(jìn)入圓盤之間的腔室(5)。第二圓盤(19)具有多個(gè)彼此相間隔的開孔(39),這些開孔位于一小于圓盤半徑的恒定的半徑上。一同軸的動(dòng)力軸(25)與葉輪(15)相連,以使沿一給定方向使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。該動(dòng)力軸(25)在與液體入口(21)相反的方向上伸出腔室(5)。一氣體供給管(31)與腔室(5)相通。該氣體供給管(31)與殼體(3)內(nèi)的一孔(35)相連。該孔(35)位于腔室(5)的第二相對(duì)壁內(nèi),其徑向距離大體等于上述恒定半徑。使用中,通過位于殼體的第二相對(duì)壁內(nèi)的孔(35)供入的壓力氣體流過第二圓盤(19)內(nèi)的開孔(39)并進(jìn)入腔室(5)。而后,在液體在圓盤(17,19)之間朝向泵(1)的出口(13)移動(dòng)的過程中,氣體被溶解在該液體中。
文檔編號(hào)F04D13/00GK1251156SQ98803624
公開日2000年4月19日 申請(qǐng)日期1998年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者勒諾·迪富爾 申請(qǐng)人:勃塞東水處理公司