ITLU940012A1

ITLU940012A1 - SUBMERSIBLE AERATOR

Info

Publication number: ITLU940012A1
Application number: IT000012A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Francesconi
Original assignee: Clar Eco S A S Di Francesconi Giuseppe
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1994-10-21
Publication date: 1996-04-21
Also published as: IT1273874B; ITLU940012A0

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Aeratore sommerso Submerged aerator

L'aeratore sommerso e' una macchina per trasferire l'ossigeno atmosferico in acqua in forma solubilizzata ed e' prevalentemente utilizzato per l'ossigenazione delle vasche a fanghi attivi degli impianti di depurazione delle acque reflue, ma trova impiego anche per l'ossigenazione dei laghi e corsi d'acqua asfittici, nell'ossigenazione di vasche per peseicoltura , per trasferire C02 in acqua allo scopo di neutralizzare soluzioni alcaline, ecc. The submerged aerator is a machine for transferring atmospheric oxygen in water in solubilized form and is mainly used for the oxygenation of the activated sludge tanks of the waste water purification plants, but it is also used for the oxygenation of asphyxiated lakes and streams, in the oxygenation of fish farming tanks, to transfer C02 in water in order to neutralize alkaline solutions, etc.

Esistono allo scopo aeratori superficiali (turbine superficiali e aeratori superficiali a spazzola), nonché1 gli aeratori sommersi. Questi ultimi, come indica la stessa definizione, sono macchine che lavorano completamente sommerse, collegate all'esterno da un cavo elettrico di alimentazione e da un tubo verticale per l’aspirazione dell'aria e funzionano sul principio dell'elettore azionato da un flusso di acqua motrice. For this purpose there are surface aerators (surface turbines and brush surface aerators), as well as1 submerged aerators. The latter, as the definition itself indicates, are machines that work completely submerged, connected to the outside by an electric power cable and a vertical tube for air intake and operate on the principle of the elector activated by a flow of motive water.

Secondo la tecnologia oggi in uso esistono aeratori costituiti da una pompa sommersa collegata a un classico eiettore: ma questa tecnologia e quasi in disuso a causa del basso rendimento e di un flusso assiale che non permette una buona e uniforme agitazione della vasca. Esistono inoltre gli aeratori sommersi a flusso radiale, che presentano un rendimento apprezzabile, anche se inferiore ad altri sistemi di ossigenazione, e permettono inoltre una agitazione uniforme dell'acqua nell'intera vasca. Questi ultimi hanno una girante doppia (da una parte pompa l'acqua motrice e dall'altra distribuisce l'aria), girante detta anche "stellare" per la sua forma o girante Fring, che alimenta una serie di canali disposti radialmente. Il funzionamento e' quello di un eiettore impulsato: in ogni canale radiale arrivano in successione impulsi di acqua/aria/acqua/aria.., e ogni impulso di acqua si comporta nel canale come un pistone che scorrendo aspira aria, mentre l'impulso d'acqua successivo si frantuma e si miscela con l'aria che lo precede comprimendola e contemporaneamente, scorrendo nel condotto, aspira dietro di se altra aria. According to the technology in use today, there are aerators consisting of a submersible pump connected to a classic ejector: but this technology is almost out of use due to the low efficiency and an axial flow that does not allow a good and uniform stirring of the tank. There are also submerged radial flow aerators, which have an appreciable efficiency, even if lower than other oxygenation systems, and also allow uniform agitation of the water in the entire tank. The latter have a double impeller (on one side it pumps the driving water and on the other it distributes the air), also called "star" impeller due to its shape or Fring impeller, which feeds a series of radially arranged channels. The operation is that of a pulsed ejector: in each radial channel impulses of water / air / water / air arrive in succession, and each pulse of water behaves in the channel like a piston that sucks air while flowing, while the pulse of subsequent water shatters and mixes with the air that precedes it, compressing it and at the same time, flowing in the duct, sucks in more air behind it.

Queste giranti stellari in uso sono un compromesso tra l'esigenza di pompare l'acqua motrice e la necessita' di inserire nella stessa girante il distributore dell'aria e come tali presentano un rendimento mediocre in fase di pompaggio. Ciò' si ripercuote negativamente sul rendimento complessivo della macchina. These star impellers in use are a compromise between the need to pump the driving water and the need to insert the air distributor in the impeller itself and as such have a mediocre efficiency in the pumping phase. This negatively affects the overall performance of the machine.

Il trovato, oggetto del presente brevetto, prevede una girante doppia, avente la parte inferiore, che funge da pompa, simile a quello di una normale pompa centrifuga (tav. I—1) e quindi a elevata efficienza. L'unica differenza e' che mentre la girante di una pompa centrifuga presenta alette di altezza decrescente dal centro alla periferia (per mantenere sostanzialmente costante la sezione dei canali); la parte pompante della girante, oggetto del trovato, presenta invece alette di altezza costante e una progressiva strozzatura verso la periferia si ottiene con l'inserzione della girante superiore per la distribuzione dell'aria (tav. 1-2). The invention, object of the present patent, provides for a double impeller, having the lower part, which acts as a pump, similar to that of a normal centrifugal pump (tables I-1) and therefore of high efficiency. The only difference is that while the impeller of a centrifugal pump has fins of decreasing height from the center to the periphery (to keep the section of the channels substantially constant); the pumping part of the impeller, object of the invention, on the other hand has fins of constant height and a progressive constriction towards the periphery is obtained with the insertion of the upper impeller for air distribution (table 1-2).

Inoltre il trovato prevede che la parte pompante sia quella inferiore della girante doppia, quindi l'acqua viene aspirata da sotto (tav. II-2) dove e priva di ossigeno e di bollicine d'aria; mentre gli altri aeratori sommersi aspirano l'acqua dall'alto, cioè quella proveniente dai diffusori che e' già' carica di ossigeno e con aria in emulsione, che deprimono il rendimento dell'eiettore e non permettono il trasferimento di ossigeno nell'acqua motrice, già satura (trasferimento che avviene soltanto nella corrente indotta). Furthermore, the invention provides that the pumping part is the lower part of the double impeller, therefore the water is sucked from below (table II-2) where it is free of oxygen and air bubbles; while the other submerged aerators suck the water from the top, i.e. the water coming from the diffusers which is already loaded with oxygen and with emulsified air, which depress the efficiency of the ejector and do not allow the transfer of oxygen into the motive water , already saturated (transfer that occurs only in the induced current).

Il rendimento risulta migliorato anche per la forma dei canali radiali (tav. II-3) che non sono semplici canali a sezione costante come negli attuali aeratori sommersi, ma veri e propri diffusori a sezione crescente dal centro alla periferia, ove l'energia cinetica dell'acqua si avrebbe obbligato a sollevare, smontare, reingrassare e rimontare l aeratore. Infatti i cuscinetti di pompe e aeratori sommersi, lavorando all'interno della carcassa motore si trovano a operare a temperature > di 80°C e in queste condizioni il grasso non dura piu' di 15.000 ore circa. Ma e' noto che la durata di un grasso aumenta di circa 7 volte passando da una temperatura di lavoro di 80eC a 40°C. Per limitare la temperatura dei cuscinetti a < 40gradi sono stati posizionati esternamente alla caracssa motore in manicotti (tav. II-7) lambiti e raffreddati direttamente dall'acqua. Inoltre può' essere utilizzato grasso sintetico a lunga vita. Nel complesso, l aeratore sommerso, oggetto del presente brevetto, presenta un rendimento (espresso come Kg .02 solubilizzato/Kw .h consumato) molto superiore agli attuali aeratori sommersi e inoltre non necessita di alcuna manutenzione durante la sua lunga vita operativa. The efficiency is also improved due to the shape of the radial channels (table II-3) which are not simple channels with constant section as in the current submerged aerators, but real diffusers with a section increasing from the center to the periphery, where the kinetic energy water would have forced you to lift, disassemble, re-grease and reassemble the aerator. In fact, the bearings of submerged pumps and aerators, working inside the motor casing, are found to operate at temperatures> 80 ° C and in these conditions the grease does not last more than about 15,000 hours. But it is known that the duration of a grease increases by about 7 times passing from a working temperature of 80eC to 40 ° C. To limit the temperature of the bearings to <40 degrees they have been positioned externally to the motor casing in sleeves (table II-7) lapped and cooled directly by the water. In addition, long-life synthetic grease can be used. Overall, the submerged aerator, object of this patent, has a yield (expressed as solubilized Kg .02 / Kw .h consumed) much higher than the current submerged aerators and also does not require any maintenance during its long operating life.

distribuzione dell'aria, con il risultato di avere la parte pompante a elevata efficienza. air distribution, with the result of having the pumping part with high efficiency.

2)- Aeratore sommerso come alla rivendicazione 1, ove la parte pompante della girante doppia e' quella inferiore, per aspirare acqua senza aria in emulsione e con poco o niente ossigeno in soluzione, al fine di incrementare ulteriormente il rendimento della macchina. 2) - Submerged aerator as in claim 1, where the pumping part of the double impeller is the lower one, to suck in water without air in emulsion and with little or no oxygen in solution, in order to further increase the efficiency of the machine.

3)- Aeratore sommerso, come alle rivendicazioni 1 e 2, con canali radiali a sezione crescente dal centro alla periferia per ottenere dei veri e propri diffusori, ove l'energia cinetica dell'acqua si trasforma in energia di pressione, con benefico incremento del rendimento della macchina. 3) - Submerged aerator, as per claims 1 and 2, with radial channels with an increasing section from the center to the periphery to obtain real diffusers, where the kinetic energy of the water is transformed into pressure energy, with a beneficial increase in the performance of the machine.

4)- Aeratore sommerso come alla rivendicazione 2, con il distributore dell'aria della girante doppia posizionato sopra la parte pompante, in modo che la tenuta meccanica durante il funzionamento si trova a lavorare tra olio ed aria e non tra olio ed acqua sporca, con notevole incremento della durata della tenuta stessa. 4) - Submerged aerator as in claim 2, with the air distributor of the double impeller positioned above the pumping part, so that the mechanical seal during operation is found to work between oil and air and not between oil and dirty water, with a considerable increase in the duration of the seal itself.

5)- Aeratore sommerso come alle rivendicazioni 2 e 4, avente un manicotto entro cui gira distanziato l'albero motore all'uscita della tenuta meccanica, che trattiene un cuscino d'aria tra la tenuta e l'acqua durante le pause di funzionamento dell 'aeratore, al fine di incrementare ulteriormente la durata della tenuta meccanica. 5) - Submerged aerator as per claims 2 and 4, having a sleeve within which the drive shaft rotates spaced apart at the outlet of the mechanical seal, which retains an air cushion between the seal and the water during pauses in operation of the aerator, in order to further increase the duration of the mechanical seal.

6)- Aeratore sommerso come alle rivendicazioni 2, 4 e 5, avente i cuscinetti in manicotti esterni alla carcassa motore, lambiti e raffreddati direttamente dall’acqua per contenere la temperatura di lavoro ed aumentare quindi in modo considerevole la durata del grasso che li lubrifica. 6) - Submerged aerator as per claims 2, 4 and 5, having the bearings in sleeves external to the motor casing, lapped and cooled directly by the water to contain the working temperature and therefore considerably increase the duration of the grease that lubricates them .

Il tutto come spiegato nella relazione ed evidenziato nei disegni. All as explained in the report and highlighted in the drawings.

trasforma in energia di pressione. transforms into pressure energy.

La girante doppia, oggetto del trovato, ha, come già' detto, il distributore dell'aria (tav. II-4) posizionato sopra la girante pompante e pertanto, durante il funzionamento, la tenuta meccanica (tav. II-5) agisce tra olio e aria (e non tra olio e acqua sporca) con notevole incremento della durata della tenuta stessa. Durante le pause di funzionamento, un manicotto (tav. II-6), entro cui gira distanziato l'albero motore all'uscita della tenuta, trattiene alla pressione di immersione un cuscino d'aria tra la tenuta e l'acqua. In tal modo l'acqua sporca non raggiunge mai la tenuta, salvo casi sporadici ininfluenti (cioè solo in occasione di fermate di lunga durata durante le quali il cuscino d'aria si annulla per solubilizzazione in acqua). In definitiva, grazie alla girante doppia con distributore dell'aria nella parte superiore e al suddetto manicotto, la tenuta meccanica in carburo di tungsteno su carburo di tungsteno (o in altro composto duro come carburo di silicio) ha una durata di progetto di circa 120.000 ore, corrispondente alla durata di tutte le altre parti elettromeccaniche costituenti l eratore sommerso. Purtroppo la durata del grasso dei cuscinetti avrebbe vanificato in gran parte detto vantaggio, perche’ dopo ogni 15.000 ore di funzionamento, pur con tutte le altre parti indenni, tenuta compresa, The double impeller, object of the invention, has, as already said, the air distributor (table II-4) positioned above the pumping impeller and therefore, during operation, the mechanical seal (table II-5) acts between oil and air (and not between oil and dirty water) with a considerable increase in the duration of the seal itself. During pauses in operation, a sleeve (table II-6), within which the motor shaft rotates at a distance from the seal outlet, holds an air cushion between the seal and the water at the immersion pressure. In this way the dirty water never reaches the seal, except in occasional irrelevant cases (ie only on the occasion of long-term stops during which the air cushion is canceled by solubilization in water). Ultimately, thanks to the double impeller with air distributor in the upper part and to the aforementioned sleeve, the mechanical seal in tungsten carbide on tungsten carbide (or in another hard compound such as silicon carbide) has a design life of about 120,000 hours, corresponding to the duration of all the other electromechanical parts making up the submerged erator. Unfortunately, the duration of the bearing grease would have largely nullified this advantage, because after every 15,000 hours of operation, even with all other parts undamaged, including sealing,

Claims

CLAIMS 1) - Submerged aerator for the solubilization of gas in water and oxygen in particular, characterized by a double impeller where the pumping part is similar to a centrifugal pump impeller, but with fins of constant height from the center to the periphery and where the reduction of the section of the water channels on the periphery is obtained by inserting the second impeller for air distribution, with the result of having the pumping part with high efficiency. 2) - Submerged aerator as in claim 1, where the pumping part of the double impeller is the lower one, to suck in water without air in emulsion and with little or no oxygen in solution, in order to further increase the efficiency of the machine. 3) - Submerged aerator, as per claims 1 and 2, with radial channels with an increasing section from the center to the periphery to obtain real diffusers, where the kinetic energy of the water is transformed into pressure energy, with a beneficial increase in the performance of the machine. 4) - Submerged aerator as in claim 2, with the air distributor of the double impeller positioned above the pumping part, so that the mechanical seal during operation is found to work between oil and air and not between oil and dirty water, with a considerable increase in the duration of the seal itself. 5) - Submerged aerator as per claims 2 and 4, having a sleeve within which the drive shaft rotates spaced apart at the outlet of the mechanical seal, which retains an air cushion between the seal and the water during pauses in operation of the aerator, in order to further increase the duration of the mechanical seal. 6) - Submerged aerator as per claims 2, 4 and 5, having the bearings in sleeves external to the motor casing, lapped and cooled directly by the water to contain the working temperature and therefore considerably increase the duration of the grease that lubricates them . All as explained in the report and highlighted in the drawings.