CN115569415A - 一种闭式压力旋流沉砂器 - Google Patents

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夏海波
宋平
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Abstract

本发明公开一种闭式压力旋流沉砂器，包括进水管、圆柱体、导流板、溢流管、圆台体、底流口和集砂斗。进水管垂直安装在圆柱体上端的一侧且与圆柱体相切。溢流管沿圆柱体的轴向设置，溢流管位于圆柱体内部且与出水管连通连接。导流板为等距螺旋状，导流板沿圆柱体的轴向设置，导流板各圈的顶端在同一个平齐，导流板各圈的底端与圆台体的内壁表面保持等距间隔。圆台体固定在圆柱体的下端，圆台体下部设置底流口，圆台体下部与集砂斗固定连接且连通，集砂斗的下部设置排砂口。本发明具有除砂效率高、能耗极低、易维护、水头损失小的优势。

Description

一种闭式压力旋流沉砂器
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体是一种闭式压力旋流沉砂器。
背景技术
目前，污水处理领域多采用细格栅+沉砂池的工艺对污水进行预处理。常见的沉砂池包括旋流沉砂池、曝气沉砂池等。这些预处理设施均为开放式运行，一旦设施建设完成，各构筑物间的水头损失基本固定，提升泵的单耗无法随着进水水质、水量变化而变化，不利于节能降耗。
相比于传统的预处理设施，闭式压力旋流沉砂器作为压力流预处理设备，安装于提升泵房与生化池间，减少各构筑间跌水水头损失，也可降低生化池有安装可调节堰下的提升泵运行能耗。
近年来，虽陆续有相关旋流沉砂器应用于污水处理行业的技术出现，但都停留在模仿采矿行业、石油行业的小型旋流沉砂器，此类设备处理规模小，入流速度高(8～12m/s)，不仅对设备的磨损较大，而且压降大，无法适应污水处理厂处理规模较大的情况。故开发新型闭式压力旋流沉砂器，使其符合污水处理厂的特点，对提升污水厂预处理效率、降低污水厂能耗具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种闭式压力旋流沉砂器，其能够解决背景技术描述的问题。
本发明适用于污水处理厂，对于>0.30mm的砂粒去除率达95％。
实现本发明的目的的技术方案为：一种闭式压力旋流沉砂器，包括进水管、圆柱体、导流板、溢流管、圆台体、底流口和集砂斗，
进水管垂直安装在圆柱体上端的一侧且与圆柱体相切，
溢流管沿圆柱体的轴向设置，溢流管位于圆柱体内，与出水管连通连接，溢流管的上部为直管，下部为渐扩管，渐扩管形成的喇叭口结构可以引导内旋流进入溢流管，减少出口压力损失。
导流板为等距螺旋状，沿圆柱体的轴向设置，导流板在圆柱体内部形成直径逐渐变小的等距螺旋状流道，导流板的最外层外壁与圆柱体的内壁之间构成螺旋状流道的最外圈，最外圈与导流板其余部分共同形成连通的等距螺旋状流道，螺旋状流道的宽度d与进水管直径相同，导流板最内圈与溢流管的下端相切，
导流板至少包括3圈，在圆柱体内部至少形成3圈流道，各圈的半径逐渐缩小，并且从最外圈开始，每经半圈，导流板的半径减小d/2，导流板各圈的顶端在同一个平齐，且与安装在圆柱体上的顶板相接。导流板各圈的底端与圆台体的内壁表面保持等距间隔，导流板内圈高度高于外圈，
圆台体固定在圆柱体的下端，圆台体的下端设置底流口，圆台体的下部与集砂斗固定连接，集砂斗的下部设置排砂口。
进一步地，还包括顶板和出水管，顶板固定在圆柱体上端，出水管和溢流管连通连接，出水管位于圆柱体外部。
进一步地，还包括排砂管和排砂泵，集砂斗的排砂口与排砂管连通连接，排砂管上安装有排砂泵，排砂泵用于将集砂斗内的砂粒排出。
进一步地，溢流管的直径d0与圆柱体的内径D的比值在0.14-0.34。原因在于，溢流管5直径不宜过小，过小导致入口流量过小，降低污水处理能力；也不宜过大，过大会导致分流比过大，进而降低砂粒分离效率。
进一步地，所述溢流管插入圆柱体的深度h0与圆柱体高度H的比值范围为：0.5-0.6。原因在于，溢流管5插入圆柱体2的深度不宜过深，插入深度过深，会在溢流管5附近形成大面积湍流现象，影响等密度曲面的分布，不利于内旋流进入溢流管5，降低砂粒分离效率。
进一步地，底流口的直径ds与圆柱体的内径D的比值在0.15-0.25。原因在于，底流口7直径不宜过大和过小，过小会导致处理污水能力过低并容易发生堵塞，过大会导致较高的底流流量进而影响下一步的砂水分离。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过导流板在圆柱体内形成等距螺旋通道，并配合溢流管直径和结构、溢流管插入深度、底流口宽度，在以上结构的共同作用下，减少砂粒的沉降距离，延长砂粒在圆柱体腔内的停留时间，从而减少污水在圆柱腔体内出现短流和紊流的现象，提高分离效率，扩大应用范围，增加产品的可推广性。
2.本发明生产能力较大，适用于污水处理行业。
3.本发明入流速度小(2.5m/s～3.5m/s)，不仅装置整体水头损失较小，并且装置受到的磨损较小，降低维修和更换装置的频率，适用于污水处理行业。
4.本发明与污水处理行业原有旋流沉砂池、曝气沉砂池相比，无需搅拌、气提、曝气等装置，能耗较低，维护便利。
5.本发明为闭式压力装置，镶嵌于提升泵出水管与生化池处理构筑物之间，形同局部阻力损失形式，实现提升泵扬程与生化处理构筑物液位的关联。相比于传统的预处理设施，本发明作为压力流预处理设备，可减少各构筑间跌水水头损失，也可降低生化池有安装可调节堰下的提升泵运行能耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的部分部件的正视图；
图3为沿图2的A-A剖面示意图；
图4为本发明的俯视图；
图5为沿图4的B-B剖面示意图；
图6为导流板的左视图；
图7为导流板的立体结构示意图；
图中，1-进水管、2-圆柱体、3-顶板、4-导流板、5-溢流管、6-圆台体、7-底流口、8-集砂斗、9-排砂口、10-排砂管、11-排砂泵、12-出水管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方案，对本发明做进一步描述：
如图1-图7所示，一种闭式压力旋流沉砂器，包括进水管1、圆柱体2、导流板4、溢流管5、圆台体6、底流口7和集砂斗8。
参考图2，进水管1固定在圆柱体2上端的一侧并垂直相切。
参考图5，溢流管5位于圆柱体2内部，溢流管5的上部为直管，下部为渐扩管。
还包括出水管12和顶板3，顶板3固定在圆柱体2上。出水管12与溢流管5连通连接，出水管12位于圆柱体2外部，污水最终从出水管12排出进入下一工艺单元，下一工艺单元为外部装置，故不在本申请赘述。
参考图5、图6和图7，导流板4为等距螺旋状，沿圆柱体2的轴向设置，导流板4在圆柱体2内部形成直径逐渐变小的等距螺旋状流道。导流板4的最外层外壁与圆柱体2的内壁之间构成螺旋状流道的最外圈，最外圈与导流板4其余部分共同形成3圈连通的等距螺旋状流道。螺旋状流道的宽度d与进水管1直径相同。在本具体实施例中，污水进入装置后，在导流板4的引导下进行3周外旋流，旋转半径逐渐缩小。所述导流板4，从最外圈开始，每旋转180°半径减小d/2。
导流板4最内圈与溢流管5的呈喇叭口状的下端相切。
导流板4各圈的顶端在同一个平齐，且与顶板3相接，导流板4各圈的底端与圆台体6的内壁表面保持等距间隔，例如保持100-200mm(毫米)的距离，该间隔作为过砂通道。导流板内圈高度高于外圈。
导流板4具备以下3个作用，可提升污水中砂粒去除效率：
1、使得从进水管1进入的污水在圆柱体2内进行外旋流运动，避免污水进入装置后直接从溢流管5流出，减少短流，提升砂粒去除效果。
2、使得砂粒的离心沉降距离由圆柱体2半径缩短为流道宽度，流道宽度远小于圆柱体2半径，从而缩短了砂粒的离心沉降距离，缩短了离心沉降时间。
3、增加了污水在圆柱体2内的流动距离，延长了砂粒在圆柱体2中的停留时间，使污水在圆柱体2的停留时间大于砂粒的离心沉降时间，从而保证砂粒能够完全去除。
在一个可选的实施方式中，导流板4至少包括3圈，并在圆柱体内至少形成3圈流道，并且从最外圈开始，每经半圈，导流板4的半径减小d/2，也即当前半圈的半径与上一半圈的半径相差d/2。在导流板4的引导作用下，污水至少进行了三圈(周)外旋流运动。
溢流管5的上部为直管，下部为渐扩管，渐扩管的角度优选为20°。渐扩管形成的喇叭口结构可以引导内旋流进入溢流管5内，减少出口压力损失。
溢流管5的内径d0(直管部分的内径)与圆柱体2的内径D的比值在0.14-0.34。溢流管5插入圆柱体2的深度h0与圆柱体2高度H的比值h0/H在0.5-0.6之间。
所述圆台体6固定在圆柱体2的下端且与圆柱体2光滑相接，圆台体6为上宽下窄结构，下部设置有底流口7，砂粒从圆台体6下部的底流口7排出至下方的集砂斗8内。底流口7的直径ds与圆柱体2的内径D的比值在0.15-0.25。
圆台体6的下部通过一段管道与集砂斗8固定连接，集砂斗8为漏斗状。集砂斗8的出口(即排砂口9)与排砂管10连通连接，排砂管10上安装有排砂泵11，排砂泵11用于将集砂斗8内的砂粒排出。
本实施例对于直径≥0.3mm的砂粒去除率为95％。
工作原理：具体实施例中，外部污水从进水管1进入后，污水在导流板4的作用下进行3圈外旋流，每个圆周由2个不同半径的半圆构成，旋转半径按照较大的半圆计算，则每周的旋转半径计算如下：
Figure BDA0003870672810000071
式中，rmn为砂粒每周的旋转半径；rn为导流板每半周的半径；d为流道宽度，即最大沉降距离。
停留时间为旋转3圈的时间总和，每圈的停留时间：
Figure BDA0003870672810000072
式中，uT为进水口切线速度。uT在2.5～3.5m/s.
砂粒离心沉降速度计算：
Figure BDA0003870672810000073
式中，u0n为砂粒在第n圈的离心沉降速度；dp为颗粒直径；本发明要求直径≥0.3mm的砂粒去除率大于95％，故设定dp为0.3mm；
ρ为水的密度；ρp为颗粒密度，相对比重取2.65，则ρp＝2645.24kg/m3；
ξ为局部阻力系数。公式中ξ与颗粒雷诺系数Rep密切相关。经计算，本发明内部的颗粒雷诺系数Rep总是在2～1100之间。
当2＜Rep＜1100时，颗粒与流体之间的相对运动为过渡流，ξ＝18.5/Rep 0.6。
砂粒每圈圆周运动的沉降距离为：
Bn＝u0n·HRTn(n＝1，3，5)
本具体实施例中，污水在装置中进行3圈的圆周运动，故当B1+B3+B5＞d时，粒径≥0.3mm的砂粒会受离心作用完全被甩至圆柱体2以及导流板4各圈的内壁表面。
同时，在到达圆柱体2以及导流板4各圈的内壁表面后，砂粒受重力沿壁面下滑，并经过底流口7落入集砂斗8，并在排砂泵11的作用下，通过排砂口9和排砂管10，最终排出至外部。除去砂粒后的剩余污水结束外旋流运动后，形成低压螺旋型上升流沿溢流管5流出。
本发明通过导流板的等距螺旋状结构、溢流管直径和结构、溢流管插入深度、底流口宽度相互配合，在以上共同作用下，减少污水在本发明中出现短流和紊流的现象，提高分离效率，扩大应用范围，增加产品的可推广性。
本说明书所公开的实施例只是对本发明单方面特征的一个例证，本发明的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本发明的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，包括进水管、圆柱体、导流板、溢流管、圆台体、底流口和集砂斗，
进水管垂直安装在圆柱体上端的一侧且与圆柱体相切，
溢流管沿圆柱体的轴向设置，溢流管位于圆柱体内，与出水管连通连接，溢流管的上部为直管，下部为渐扩管，
导流板为等距螺旋状，沿圆柱体的轴向设置，导流板在圆柱体内部形成直径逐渐变小的等距螺旋状流道，导流板的最外层外壁与圆柱体的内壁之间构成螺旋状流道的最外圈，最外圈与导流板其余部分共同形成连通的等距螺旋状流道，螺旋状流道的宽度d与进水管直径相同，导流板最内圈与溢流管的下端相切，
导流板至少包括3圈，在圆柱体内部至少形成3圈流道，各圈的半径逐渐缩小，并且从最外圈开始，每经半圈，导流板的半径减小d/2，导流板各圈的顶端在同一个平齐，且与安装在圆柱体上的顶板相接，导流板各圈的底端与圆台体的内壁表面保持等距间隔，导流板内圈高度高于外圈，
圆台体固定在圆柱体的下端，圆台体的下端设置底流口，圆台体的下部与集砂斗固定连接，集砂斗的下部设置排砂口。
2.根据权利要求1所述的闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，还包括顶板和出水管，顶板固定在圆柱体上端，出水管与溢流管连通连接，出水管位于圆柱体外部。
3.根据权利要求1所述的闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，还包括排砂管和排砂泵，集砂斗的排砂口与排砂管连通连接，排砂管上安装有排砂泵，排砂泵用于将集砂斗内的砂粒排出。
4.根据权利要求1所述的闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，所述溢流管的直径d0与圆柱体的内径D的比值在0.14-0.34。
5.根据权利要求1所述的闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，所述溢流管插入圆柱体的深度h0与圆柱体高度H的比值范围为：0.5-0.6。
6.根据权利要求1所述的闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，底流口的直径ds与圆柱体的内径D的比值在0.15-0.25。
7.根据权利要求1所述的闭式压力旋流沉砂器，其特征在于，所述集砂斗通过一段管道与底流口相连接，从而通过底流口与圆台体的内腔连通连接。
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