專利名稱：用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子以及采用該轉(zhuǎn)子的過濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子以及采用該轉(zhuǎn)子的過濾裝置，以及，更具體地，涉及一種分離膜過濾裝置以及在該過濾裝置中所采用的一種用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子，該分離膜過濾裝置用于濾除在包含污染物的水中的污染物質(zhì)，使之成為清潔的凈化水。
背景技術(shù)：
通過過濾污水中污染物質(zhì)來凈化水的過濾裝置，通常安裝有污水流過其中的多孔膜。多孔膜將污水中的污染物質(zhì)濾除，由此，使通過了多孔膜的水成為清潔水排出。
在這種使用多孔膜的液體-固體分離技術(shù)中，最難克服的問題是在分離處理中，由于粘附于分離膜表面或者小孔內(nèi)表面的固體材料減小了作為過濾液體通道的小孔的尺寸，或者阻塞了小孔，使分離膜的液體(或者氣體)-固體分離能力驟降。過去幾十年中，已經(jīng)提出了多種方法來解決這一問題。
USP 3,437,208，用于液體動態(tài)過濾的裝置，提出了一種結(jié)構(gòu)，其中在堆疊的固定式(或者旋轉(zhuǎn)式)分離膜之間，布置具有葉片的旋轉(zhuǎn)式(或者固定式)圓盤，并使其旋轉(zhuǎn)，從而，通過產(chǎn)生剪切力使粘附于分離膜表面的污染物質(zhì)脫離，防止分離膜剪切強(qiáng)度的降低。
USP 4,036,759，用于穩(wěn)定適合于包含固體的流體的旋轉(zhuǎn)濃縮器的圓盤件的裝置和系統(tǒng)，披露了一種結(jié)構(gòu)，其中在旋轉(zhuǎn)件上，亦即在旋轉(zhuǎn)式圓盤或者旋轉(zhuǎn)式分離膜的支撐板外周面上，安裝滑塊，使其沿外殼的引導(dǎo)凹進(jìn)旋轉(zhuǎn)。在堆疊的固定式(或者旋轉(zhuǎn)式)分離膜之間布置旋轉(zhuǎn)式(或者固定式)圓盤的結(jié)構(gòu)中，對于在USP 3,437,208中出現(xiàn)的問題，亦即，由于圓盤兩個表面之間的壓力差，導(dǎo)致在圓盤軸向上的變形和偏移的問題，根據(jù)這一結(jié)構(gòu)得以避免上述問題，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
USP 5,275,725，“Flat separation membrane leaf and rotaryseparation apparatus containing flat membranes”(扁平分離膜葉和包含扁平膜的旋轉(zhuǎn)分離裝置)，披露了一種結(jié)構(gòu)，其中，在堆疊的旋轉(zhuǎn)式分離膜單元之間，布置柔性材料制成的固定式隔離物，以避免由于壓力差導(dǎo)致的變形以及由于相同原因?qū)е碌姆蛛x膜的損壞。
USP 5,415,781，動態(tài)過濾分離器和分離裝置，以及USP5,679,245，動態(tài)過濾器系統(tǒng)，披露了具有固定式分離膜和帶有葉片的旋轉(zhuǎn)式圓盤的分離裝置的結(jié)構(gòu)。
在這種常規(guī)過濾裝置中，如上所述，在分離膜之間布置圓盤，從而，通過在分離膜的表面上借助于分離膜與圓盤之間的相對運(yùn)動，產(chǎn)生的強(qiáng)大剪切速度，來減少固體材料在膜表面上的粘附。然而，隨著分離膜與圓盤之間的距離變大，膜表面上由相對運(yùn)動產(chǎn)生的剪切速度驟減。如果為了增大剪切速度而使分離膜與圓盤之間的距離變小，由于圓盤兩側(cè)之間的壓力差，有可能使分離膜與圓盤彼此接觸而導(dǎo)致對膜的損害，所以，要求精密處理和精確裝配來防止這種問題，這可能導(dǎo)致制造成本的增加。此外，由于流體沿由堆疊的分離膜-圓盤-分離膜結(jié)構(gòu)形成的長通道流動而出現(xiàn)壓力降低，從而，必須用較大的壓力供應(yīng)流體，以維持適當(dāng)?shù)倪^濾壓力，并且通過補(bǔ)償這種壓力降低來避免性能降低。然而，這導(dǎo)致驅(qū)動成本和控制成本的增加，劣化了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能。
USP 6,165,365，剪切局部過濾系統(tǒng)，以及USP 6,416,666，簡化的過濾系統(tǒng)，披露了一種技術(shù)，通過使堆疊的分離膜旋轉(zhuǎn)，以流體的粘性向流體施加離心力和旋轉(zhuǎn)力。根據(jù)此技術(shù)，導(dǎo)致在分離膜之間流體的運(yùn)動，以減少膜表面上固體材料的粘附。此外，在分離膜之間，徑向方式布置4至16個(優(yōu)選8個)固定式輻條，其使壓力分布一致，并且使輻條與膜之間的流體速度極大，以增大剪切強(qiáng)度，從而避免固體材料的粘附。
上述專利描述了輻條促進(jìn)了膜表面處的湍流現(xiàn)象。然而，由于在周向和徑向的流動是層流，因此認(rèn)為引起湍流的效果很小。所以，在上述專利中的輻條僅僅在過濾器組件中達(dá)到了一致壓力分布的效果，以及，由于膜表面處的流體速度因從分離膜開始的空間中容積的改變而改變，以使固體材料的粘附最小化。
如上所述，為了將分離膜表面處固體材料的粘附減到最少，通過激發(fā)圍繞分離膜的流動來增大剪切速度是最好的方法。然而，在這一目的下，通過常規(guī)技術(shù)中提出的分離膜-圓盤-分離膜、或者分離膜-輻條-分離膜結(jié)構(gòu)的相對運(yùn)動，僅僅由于流體速度的變化，所造成在膜表面處流體剪切速度的增大是有限的。
SE 451429和SE 459475披露了一種分離裝置，具有分離膜-轉(zhuǎn)子-分離膜結(jié)構(gòu)，其與上述的分離膜-圓盤-分離膜、或者分離膜-輻條-分離膜結(jié)構(gòu)不同。在這些專利中，轉(zhuǎn)子不是成形為圓盤而是桿件，因而，在分離膜之間，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動不僅導(dǎo)致剪切流，而且導(dǎo)致湍流。由于與具有圓盤式轉(zhuǎn)子的系統(tǒng)相比，膜之間的通道較窄，這提供了較低的壓力損失，此外，在這些專利中提出的桿形轉(zhuǎn)子在避免固體材料的粘附方面有較大作用。然而，效果實(shí)際上還不夠，因而，還得定期地進(jìn)行分離膜的再生處理。
根據(jù)上述的SE 451429，關(guān)于分離膜的再生處理是這樣的處理，將機(jī)械元件諸如刷子或者閥固定到轉(zhuǎn)子葉片上，并且，通過使其旋轉(zhuǎn)，除去粘附于分離膜表面的材料，這有如下缺點(diǎn)，就是在處理期間，也除去了分離膜表面上的多孔涂層。為了彌補(bǔ)這一不足，要重新對膜表面進(jìn)行涂敷，然而，這樣一種機(jī)械的分離膜再生處理，不能像期望的那樣維持所要求的小孔尺寸，而且，當(dāng)再生不容易進(jìn)行時，必須用新的分離膜替換舊的。上述SE 459475提出了通過堆疊過濾器單元來增加容量的方法。
USP 6,027,656提出一種分離裝置，由于在膜之間用轉(zhuǎn)子激發(fā)了較強(qiáng)的湍流，其中轉(zhuǎn)子的形狀根據(jù)桿狀轉(zhuǎn)子做了改進(jìn)，因而不需要機(jī)械的再生處理。然而，因?yàn)樗捎玫霓D(zhuǎn)子僅僅包括兩個葉片，所以不能獲得更強(qiáng)的湍流。此外，根據(jù)所要處理的流體的種類或狀態(tài)，在控制湍流大小方面，轉(zhuǎn)子的速度是唯一的因素，因而，很難區(qū)別不同特征液體的不同種類。為了彌補(bǔ)這一缺陷，上述專利提出了一種方法，與具有不同橫截面形狀的轉(zhuǎn)子一起安裝超聲波或者電場發(fā)生裝置。
如前所述，在使用分離膜的液體-液體或者液體-固體分離裝置中，對于防止最嚴(yán)重的問題即膜表面上外來物質(zhì)粘附的問題，其中最有效的方法是，在膜表面形成盡可能大的剪切應(yīng)力。為了這一目的需要產(chǎn)生湍流，然而，至今所提出的方法只能在有限的范圍內(nèi)產(chǎn)生湍流。特別地，與USP 6,165,365中的旋轉(zhuǎn)式分離膜-固定式輻條結(jié)構(gòu)的過濾單元，或者分離膜-圓盤-分離膜結(jié)構(gòu)的過濾器單元相比較而言，可激發(fā)更強(qiáng)湍流的USP 6,027,653中的單元中，采用了只有兩個葉片的轉(zhuǎn)子，因而，只是局部性地產(chǎn)生湍流，而且，為了產(chǎn)生更強(qiáng)的湍流，必須使旋轉(zhuǎn)速度更大。
此外，盡管有關(guān)密度、粘度等特性不同的流體需要不同強(qiáng)度的湍流，但由于轉(zhuǎn)子的形狀是固定的，所以，只能通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度的改變來實(shí)現(xiàn)所期望大小的湍流。所以，對于更大粘度和密度的流體，必須使旋轉(zhuǎn)速度更大來產(chǎn)生更強(qiáng)的湍流，這導(dǎo)致所需驅(qū)動能量的增加和能源的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題為了解決以上問題而提出本發(fā)明，以及，本發(fā)明的目的是提供一種用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子，以及一種采用該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)式分離膜過濾裝置，能以較低的驅(qū)動能量，產(chǎn)生相對分離膜具有足夠剪切強(qiáng)度的渦旋水流，并且還可以產(chǎn)生優(yōu)化的湍流(特別地，渦旋水流)，適用于不同特性流體的分離處理。
技術(shù)方案為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子，包括多個第一葉片，從其旋轉(zhuǎn)軸線在徑向延伸；以及，多個第二葉片，從旋轉(zhuǎn)軸線在徑向延伸，并且，在旋轉(zhuǎn)軸線的方向上，布置在與第一葉片的位置不同的位置處。
根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施方式，在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，第一葉片與第二葉片具有彼此不同的寬度，以及，第一葉片和第二葉片布置成彼此交迭。
據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施方式，在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，第一葉片和第二葉片布置在彼此不同的位置處，并且，第一葉片與第二葉片彼此部分地交迭。
根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施方式，在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，第一葉片與第二葉片布置在彼此不同的位置處，并且，第一葉片與第二葉片在周向上彼此隔開。在這種情形下，第一葉片與第二葉片在周向上布置成彼此等距地隔開。
根據(jù)本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施方式，至少一個凸起附加在第一葉片和/或第二葉片的外表面上。凸起形成為在周向上具有變化的寬度，例如，凸起形成為在周向上具有流線型的寬度，此外，凸起形成為在周向上具有向后彎曲的后部形狀，或者具有大致圓形的水平橫截面。優(yōu)選的是，多個凸起分別附加在第一葉片與第二葉片之間，以及，凸起的尺寸在徑向上逐漸變大。
同時，第一葉片與第二葉片在周向上具有彼此相同的寬度，并且，第一葉片與第二葉片在周向上交替布置。
根據(jù)本發(fā)明的第五優(yōu)選實(shí)施方式，第一葉片與第二葉片如此布置，使其至少一部分在旋轉(zhuǎn)軸線方向上彼此交迭，以及，如此布置，使其在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的周向上彼此隔開，而且，將至少一個凸起布置在第一葉片與第二葉片之間。
同時，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子包括第一環(huán)，與第一葉片整體方式形成，并且布置成與旋轉(zhuǎn)軸線同軸；以及，第二環(huán)，與第二葉片整體方式形成，并且布置成與旋轉(zhuǎn)軸線同軸。這里，第一環(huán)與第二環(huán)具有彼此不同的半徑。所以，由第一環(huán)與第二環(huán)形成的端部臺階形狀，由導(dǎo)承進(jìn)行支撐，使得轉(zhuǎn)子不接觸過濾裝置中的分離膜。
安裝有第一葉片的第一轉(zhuǎn)子，以及安裝有第二葉片的第二轉(zhuǎn)子，可以整體方式形成為一體，或者可以作為分開的部件制造，然后使其相互固定。
同時，根據(jù)本發(fā)明的過濾裝置，包括圓筒，具有水流入口、處理水排出口、以及濃縮水排出口；至少一個轉(zhuǎn)子，布置在圓筒中，并且具有在權(quán)利要求1至權(quán)利要求25中任一項(xiàng)權(quán)利要求所描述的結(jié)構(gòu)；以及至少一個過濾盤，以與轉(zhuǎn)子交替的方式布置在圓筒中。
過濾盤固定在圓筒中，并且具有至少一個形成為穿透其平面的水通道口。圓筒中的水，通過水通道口可以在圓筒中平穩(wěn)地流動。
過濾盤包括支撐板，具有圓盤形狀；排水織物，固定在支撐板的兩面；以及，分離膜，固定于排水織物的外表面，以及，排水織物與分離膜用熱固性粘合劑粘附到支撐板上。這樣，制造處理變得簡單。
根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谳^寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生不同類型的渦旋水流，可以有效地除去粘附于分離膜的污染物。所以，提高了處理污水時過濾裝置的效率，并且降低了過濾裝置的能量損耗。此外，即使對不同特性諸如密度或者粘度的流體，也都能以較低的能量產(chǎn)生足夠的渦旋水流。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)式分離膜過濾裝置的剖視圖；圖2是圖示圖1中過濾單元的圖；圖3是圖2中過濾盤的局部剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖5是圖4的I-I線剖視圖；圖6是包括圖4的I’-I’線剖面的圖1中A部分的放大圖；圖7是圖示由圖4中所示轉(zhuǎn)子的操作所產(chǎn)生的渦旋水流的圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖9是圖8中II-II線剖視圖；圖10是圖示由圖8中所示轉(zhuǎn)子的操作所產(chǎn)生的渦旋水流的圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖12是圖11中III-III線剖視圖；
圖13是圖示由圖11中所示轉(zhuǎn)子的操作所產(chǎn)生的渦旋水流的圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖15是圖14中IV-IV線剖視圖；圖16和圖17是圖示由圖14中所示轉(zhuǎn)子的操作所產(chǎn)生的渦旋水流的圖；圖18是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的透視圖；圖19至圖21是圖示圖18的凸起的多種變化例的圖；以及圖22和圖23是圖示采用根據(jù)本發(fā)明用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的過濾裝置性能的試驗(yàn)結(jié)果圖表。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖1是采用了根據(jù)本發(fā)明用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的過濾裝置的剖視圖。本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)式分離膜過濾裝置，更具體地，一種具有固定式分離膜和旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)子的過濾裝置。
過濾裝置50包括圓筒60，以及堆疊在圓筒60中的多個過濾盤70和轉(zhuǎn)子80。圓筒60具有水流入口61、處理水排出口65、以及濃縮水排出口63。過濾盤70用螺栓91固定在圓筒60的內(nèi)側(cè)上，而轉(zhuǎn)子80則用轉(zhuǎn)軸95可旋轉(zhuǎn)方式安裝在圓筒60中。過濾盤70和轉(zhuǎn)子80具有圓盤形狀，并且交替方式布置在圓筒60中。
當(dāng)包含污染物的水通過水流入口61流進(jìn)圓筒60時，水中的污染物被過濾盤70濾除，成為清潔的處理水，然后通過處理水排出口65排出到外側(cè)，而其中濃縮了污染物的濃縮水則通過濃縮水排出口63排出到圓筒60到外側(cè)。在這種情形下，在過濾裝置50的過濾操作期間，通過使轉(zhuǎn)軸95旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(未示出)，使轉(zhuǎn)子80連續(xù)旋轉(zhuǎn)，并且通過在這種情形下所產(chǎn)生的剪切力，從過濾盤70膜上除去粘附于膜的固態(tài)污染物。在使除去的污染物包含在濃縮水中的同時，使其通過濃縮水排出口63排出到外側(cè)。
圖2圖示堆疊圖1中過濾盤70和轉(zhuǎn)子80的狀態(tài)。由于交替方式布置過濾盤70和轉(zhuǎn)子80，在上區(qū)的過濾盤70a和在下區(qū)的過濾盤70b，與布置在其間的轉(zhuǎn)子80一起構(gòu)成一個過濾單元。在一個過濾單元中，轉(zhuǎn)子80除去固定于上過濾盤70a下側(cè)和下過濾盤70b上側(cè)的膜上的固態(tài)污染物。
圖3圖示過濾盤的具體結(jié)構(gòu)。過濾盤70包括支撐板71，具有圓盤形狀；排水織物73，分別固定于支撐板71的上下側(cè)；以及膜75，固定在各排水織物73的外側(cè)。支撐板71由不銹鋼制成，并且維持過濾盤70的盤狀外形。在支撐板71的外緣，制備多個用螺栓91固定于圓筒60內(nèi)側(cè)的固定部72。膜75過濾流入的水，而排水織物73支撐膜75以維持膜75的外形，并同時將過濾水引導(dǎo)向處理水排出口65。
在各過濾盤70的平面上，形成兩個水通道79。通過水通道口79，水在圓筒60中平穩(wěn)地流動。
旋轉(zhuǎn)式分離膜過濾裝置的基本結(jié)構(gòu)和操作，與常規(guī)技術(shù)的相同，因此，省略有關(guān)過濾裝置結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述，以及，下面詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的特征在于，該轉(zhuǎn)子包括多個第一葉片和多個第二葉片，在其旋轉(zhuǎn)方向上布置在彼此不同的位置上。下面，描述本發(fā)明實(shí)現(xiàn)這種特征的各實(shí)施方式。
圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的第一實(shí)施方式的視圖，而圖5是包括圖18的I-I線剖面的圖1中A部分的放大圖。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子100，包括第一轉(zhuǎn)子110和第二轉(zhuǎn)子120。在轉(zhuǎn)子100的中心區(qū)，制備裝配環(huán)150，其與過濾裝置50的轉(zhuǎn)軸95裝配，并且，使裝配環(huán)150與第一轉(zhuǎn)子110和第二轉(zhuǎn)子120裝配。因此，當(dāng)使轉(zhuǎn)軸95旋轉(zhuǎn)時，由轉(zhuǎn)軸95使通過裝配環(huán)150與轉(zhuǎn)軸95裝配的轉(zhuǎn)子100旋轉(zhuǎn)。
第一轉(zhuǎn)子110具有多個第一葉片111，從旋轉(zhuǎn)軸線開始在其徑向延伸。在第一轉(zhuǎn)子110的中心區(qū)，制備環(huán)形的第一裝配部115，第一裝配部115與裝配環(huán)150裝配；并且，在第一轉(zhuǎn)子110的外區(qū)，制備第一環(huán)117，用于使第一葉片11彼此連接。第一葉片111、第一裝配部115、以及第一環(huán)117形成為一體。因此，第一轉(zhuǎn)子110具有輻條式輪的整體形狀。
第二轉(zhuǎn)子110也有第二葉片121、第二裝配部125、以及第二環(huán)127，其結(jié)構(gòu)與第一轉(zhuǎn)子110的相同。
如上所述，將第一葉片111和第二葉片121沿轉(zhuǎn)子100的旋轉(zhuǎn)軸線布置在彼此不同的位置。換而言之，將第一葉片111和第二葉片121相鄰地布置在旋轉(zhuǎn)軸線方向上。此外，在本實(shí)施方式中，如此形成第一葉片111和第二葉片121，使其在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的周向上具有彼此不同的寬度，更具體地，如圖5所示，第二葉片121的寬度小于第一葉片111的寬度，而且，同時使第一葉片111與第二葉片121彼此交迭。通過電焊、超聲波焊等，將具有上述結(jié)構(gòu)的第一轉(zhuǎn)子110與第二轉(zhuǎn)子120彼此固定在一起。此外，第一轉(zhuǎn)子110與第二轉(zhuǎn)子120可以整體方式制造成單體件。
同時，第一轉(zhuǎn)子110的第一環(huán)117的半徑，大于第二轉(zhuǎn)子120的第二環(huán)127的半徑。據(jù)此，如圖6所示，圖6是包括圖4的I’-I’線剖面的圖1中A部分的放大圖，轉(zhuǎn)子100的外端具有臺階形狀。(為了便于圖示，使圖4和圖5中所示轉(zhuǎn)子100的上面翻轉(zhuǎn)向下，然而，圖4和圖5中所示的轉(zhuǎn)子100布置在圓筒60中時，則將其上面向下翻轉(zhuǎn)，如圖1所示)如圖6所示，在圓筒60的內(nèi)側(cè)形成導(dǎo)承60a，并且，導(dǎo)承60a與轉(zhuǎn)子100的外端相接觸，因而，通過導(dǎo)承60a支撐第一轉(zhuǎn)子100的外側(cè)。所以，轉(zhuǎn)子100不會下垂。
圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子100正在旋轉(zhuǎn)時，在上過濾盤70a與下過濾盤70b之間產(chǎn)生的渦旋水流的圖。在本實(shí)施方式中，由于上葉片和下葉片的寬度彼此不同，在旋轉(zhuǎn)方向上后區(qū)處由上葉片111產(chǎn)生渦旋水的位置，不同于在旋轉(zhuǎn)方向上后區(qū)處由下葉片121產(chǎn)生渦旋水的位置。這樣，與旋轉(zhuǎn)具有單層輻條的常規(guī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況相比，可以有效地產(chǎn)生更復(fù)雜的渦旋水流。
圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子的透視圖，而圖9則是圖8的II-II線剖視圖。在下面的實(shí)施方式中，與實(shí)施例1相同之處是，具有第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，以及在各個次轉(zhuǎn)子處的環(huán)和裝配部的結(jié)構(gòu)。所以，在下文的說明中，只描述葉片的結(jié)構(gòu)。
在第二實(shí)施方式中，在圍繞轉(zhuǎn)子200旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，將第一葉片211與第二葉片221布置在彼此不同的位置處。更具體地，第一葉片211和第二葉片221具有彼此相同的形狀和寬度，只是其布置位置不同。
如圖8和圖9所示，第一葉片211與第二葉片222彼此部分地交迭，換而言之，使其大約一半的寬度交迭。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，如圖10所示，在旋轉(zhuǎn)方向上前區(qū)和后區(qū)處由上葉片211產(chǎn)生渦旋水的位置，不同于在旋轉(zhuǎn)方向上前區(qū)和后區(qū)處由下葉片221產(chǎn)生渦旋水的位置。這樣，與旋轉(zhuǎn)具有單層輻條的常規(guī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況相比，可以有效地產(chǎn)生更復(fù)雜的渦旋水流。
圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子的圖，而圖23則是圖11中III-III線剖視圖。
在第三實(shí)施方式中，在圍繞轉(zhuǎn)子300旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，將第一葉片311與第二葉片321布置在彼此不同的位置處，同時，使其在周向上彼此隔開。而且，將第一葉片311與第二葉片321布置成在周向上彼此等距地隔開。第一葉片311與第二葉片321的形狀和寬度彼此相同。所以，如圖12所示，第一葉片311和第二葉片321布置成Z字型方式。
根據(jù)這樣一種結(jié)構(gòu)，形成圖13所示的渦旋水流。如圖13所示，由于輻條的形狀，各葉片311和321產(chǎn)生各自的渦旋水流，此外，由于其Z字型布置，產(chǎn)生較大的正弦式水流。據(jù)此，產(chǎn)生了更復(fù)雜的水流。
圖14圖示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子，而圖15是圖14中IV-IV線剖視圖。
第四實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子400具有第一葉片411和第二葉片421，第一葉片411和第二葉片421具有與第三實(shí)施方式中相同的結(jié)構(gòu)，此外，在各葉片411和421的外表面上附加多個凸起413和423?？梢栽谒腥~片411和421上附加多個凸起，也可以在全部葉片411和421上附加一個凸起413、423，還可以在葉片411和421的一部分上選擇性地附加凸起413和423。當(dāng)在各葉片411和421上附加多個凸起413和423時，優(yōu)選的是，多個凸起413和423的尺寸沿轉(zhuǎn)子400的徑向逐漸變大。
凸起413和423可以在其作為單獨(dú)零件制造之后附加到各葉片411和421上，也可以與各葉片411和421形成為一體。此外，凸起413和423在周向上可以有寬度變化，而且，優(yōu)選的是，其可以具有盤形水平橫截面的形狀，如圖14所示。并且，優(yōu)選的是，為了有效地產(chǎn)生渦旋水流，布置在一個葉片中的各凸起的尺寸，在轉(zhuǎn)子徑向上變大。
此外，如圖14所示，第一葉片411的凸起413附加在第一葉片411的上側(cè)，而第二葉片421的凸起423則附加在第二葉片421的下側(cè)。所以，各凸起413和423布置成相對盤形轉(zhuǎn)子400的表面向內(nèi)凸起。
圖16和圖17圖示由上述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子400產(chǎn)生的渦旋水流的圖，其中，圖16圖示側(cè)視圖，而圖17圖示俯視圖。
如圖16所示，在形成凸起413和423的區(qū)域處，在側(cè)視圖中所產(chǎn)生的渦旋水流與如圖17中所示第一實(shí)施方式的相似，而在沒有形成凸起413和423的區(qū)域處，則與圖13所示第三實(shí)施方式的相似。因此，如圖16所示，形成了其中結(jié)合兩種水流的復(fù)雜的渦旋水流。此外，如圖17所示，在俯視圖中的渦旋水流是復(fù)雜的水流，其中在凸起413和423的后區(qū)處產(chǎn)生小渦旋。所以，根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了更復(fù)雜的渦旋水流。
圖18圖示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子，而圖19至圖21則圖示圖18中所示凸起的不同變化。
在本實(shí)施方式中，第一轉(zhuǎn)子510與第二轉(zhuǎn)子520在旋轉(zhuǎn)軸線方向上彼此隔開。所以，第一葉片511與第二葉片521在旋轉(zhuǎn)軸線方向上彼此隔開，從而在其間形成一定量的間隙。此外，如此形成第一葉片511和第二葉片521，使得其至少一部分(在圖18所示的實(shí)施方式中為其全部)彼此交迭。
在第一葉片511與第二葉片521之間，形成至少一個凸起530。與第四實(shí)施方式中一樣，可以按不同方式改變凸起530的數(shù)量和布置。與第四實(shí)施方式的不同在于，凸起530布置在兩個具有彼此相同形狀的次轉(zhuǎn)子之間。
凸起530形成為在轉(zhuǎn)子500的周向上具有變化的寬度，而且，形成為在轉(zhuǎn)子500的旋轉(zhuǎn)方向上具有流線型的寬度。例如，凸起530a可以形成為具有如圖19所示的三角形水平橫截面，而凸起530b則可形成為基本上具有三角形，并且使其在旋轉(zhuǎn)方向的后部彎曲以向后凸起，如圖20所示。根據(jù)這種形狀，在旋轉(zhuǎn)方向的前部承受較小的水阻力，以導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)能量的較低損失，而在旋轉(zhuǎn)方向的后部則有效地產(chǎn)生渦旋水流。此外，如圖21所示，凸起530c可以形成為具有大致圓形的橫截面。(為清楚地說明凸起的形狀，圖19至圖21圖示省略了第二轉(zhuǎn)子520的狀態(tài)。)根據(jù)這種實(shí)施方式，產(chǎn)生了如圖17所示的渦旋水流，圖17圖示由上述的第四實(shí)施方式形成的渦旋水流。
根據(jù)上述本發(fā)明的實(shí)施方式的變化例，在旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中葉片表面與固定的膜表面之間的流體可以流得更快，因而，由膜表面上更強(qiáng)的剪切強(qiáng)度，可以避免固體材料的粘附。此外，在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子各葉片后區(qū)處的渦旋水流，在過濾板的分離膜表面處導(dǎo)致在相對膜表面的垂直和水平方向上的正弦形速度分布，這樣通過激發(fā)靠近膜表面的固體材料的運(yùn)動，就能防止固體材料的粘附。
在足以產(chǎn)生湍流的角速度下，旋轉(zhuǎn)常規(guī)技術(shù)USP 6027656中提出的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的渦旋水流，與之相比，在相同速度下通過旋轉(zhuǎn)根據(jù)本發(fā)明的帶有多個葉片的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的渦旋水流，根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的旋渦狀態(tài)相對更大。特別地，在產(chǎn)生平穩(wěn)流動的渦旋水流方面，第三實(shí)施方式的Z字型轉(zhuǎn)子(圖11)更佳，而第四實(shí)施方式的轉(zhuǎn)子形狀(圖14)可以在周向和徑向上產(chǎn)生渦旋水流，所以，能在通道的整個區(qū)域上達(dá)到清潔效果。
圖22和圖23是試驗(yàn)結(jié)果表，圖示根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子的性能與上述USP 6,027,656中披露的桿式轉(zhuǎn)子的比較結(jié)果。如圖中所示，在相同的操作條件如供應(yīng)壓力或者操作速度下，根據(jù)本發(fā)明的多葉片式轉(zhuǎn)子導(dǎo)致了雙倍于常規(guī)桿式轉(zhuǎn)子的性能，而在處理量上，在處理相等水量的過程中，所消耗的能量是桿式轉(zhuǎn)子的50％至60％。這意味著這樣的事實(shí)與桿式轉(zhuǎn)子相比，本發(fā)明的多葉片式轉(zhuǎn)子顯示出大約300％的改進(jìn)效率，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)產(chǎn)品的效果。
同時，常規(guī)過濾盤具有復(fù)雜的密封結(jié)構(gòu)用于固定分離膜和排水織物，然而，如圖3所示，本發(fā)明的過濾盤70具有這樣的結(jié)構(gòu)，用熱固性粘合劑將分離膜75和排水織物73固定到支撐板71上。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，簡化了制造處理，并提高了生產(chǎn)率。
在本發(fā)明中，用形成在過濾盤70上的兩個水通道口79構(gòu)成通道，通過該通道供應(yīng)漿液然后再排出，因而，無須在過濾盤70外部形成單獨(dú)的通道。因此，在面積上可以使系統(tǒng)的尺寸減小達(dá)120％或者更多，因而提高了單位面積的處理效率。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樵谳^寬的范圍內(nèi)產(chǎn)生了不同類型的渦旋水流，所以，能有效除去粘附在分離膜上的污染物。所以，提高了處理污水中過濾裝置的效率，并且降低了過濾裝置的能量損耗。此外，即使對具有不同特性諸如密度或者粘度的流體，也都能以較低的能量產(chǎn)生足夠的渦旋水流。
至此，說明并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以容易地對上述實(shí)施方案進(jìn)行多種修改和變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，因此，本發(fā)明的范圍并不局限于所描述的范圍，而是由所附權(quán)利要求及其等效置換進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子，包括多個第一葉片，從其旋轉(zhuǎn)軸線在徑向延伸；以及多個第二葉片，從所述旋轉(zhuǎn)軸線在所述徑向延伸，并且在所述旋轉(zhuǎn)軸線的方向上，布置在與所述第一葉片的位置不同的位置處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，在圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，所述第一葉片與所述第二葉片具有彼此不同的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片布置成彼此交迭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，在圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的周向上，所述第一葉片與所述第二葉片布置在彼此不同的位置處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片彼此部分地交迭。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片在所述周向上彼此隔開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片在所述周向上布置成彼此等距地隔開。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，進(jìn)一步包括至少一個凸起，附加在所述第一葉片和/或所述第二葉片的外表面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為在所述周向上具有變化的寬度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為在所述周向上具有流線型的寬度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為在所述周向上具有向后彎曲的后部形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為具有大致圓形的水平橫截面。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子，其中，多個凸起分別附加在所述第一葉片與所述第二葉片之間，以及，所述凸起的尺寸在所述徑向上逐漸變大。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片在所述周向上具有彼此相同的寬度。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片在所述周向上交替方式布置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一葉片與所述第二葉片如此布置，使其至少一部分在所述旋轉(zhuǎn)軸線方向上彼此交迭；并且如此布置，使其在圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線的周向上彼此隔開，以及，將至少一個凸起布置在所述第一葉片與所述第二葉片之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為在所述周向上具有變化的寬度。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為在所述周向上具有流線型的寬度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為在所述周向上具有向后彎曲的后部形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述凸起形成為具有大致圓形的水平橫截面。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)子，其中，多個凸起分別附加在所述第一葉片與所述第二葉片之間，以及，所述凸起的尺寸在所述徑向上逐漸變大。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，進(jìn)一步包括第一環(huán)，與所述第一葉片整體方式形成，并且布置成與所述旋轉(zhuǎn)軸線同軸；以及第二環(huán)，與所述第二葉片整體方式形成，并且布置成與所述旋轉(zhuǎn)軸線同軸。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述第一環(huán)與所述第二環(huán)具有彼此不同的半徑。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，進(jìn)一步包括安裝有所述第一葉片的第一轉(zhuǎn)子，以及安裝有所述第二葉片的第二轉(zhuǎn)子；其中，所述第一轉(zhuǎn)子與所述第二轉(zhuǎn)子彼此固定。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子，進(jìn)一步包括安裝有所述第一葉片的第一轉(zhuǎn)子，以及安裝有所述第二葉片的第二轉(zhuǎn)子；其中，所述第一轉(zhuǎn)子與所述第二轉(zhuǎn)子形成為一體。
26.一種過濾裝置，包括圓筒，具有水流入口、處理水排出口、以及濃縮水排出口；至少一個轉(zhuǎn)子，布置在所述圓筒中，并且具有在權(quán)利要求1至權(quán)利要求25中任一項(xiàng)權(quán)利要求所描述的結(jié)構(gòu)；以及至少一個過濾盤，以與所述轉(zhuǎn)子交替的方式布置在所述圓筒中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的過濾裝置，其中，所述過濾盤固定在所述圓筒中。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的過濾裝置，其中，所述過濾盤具有至少一個形成為穿透其平面的水通道口。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的過濾裝置，其中，所述過濾盤包括支撐板，具有圓盤形狀；排水織物，固定在所述支撐板的兩面；以及，分離膜，固定于所述排水織物的外表面。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的過濾裝置，其中，所述排水織物與所述分離膜用熱固性粘合劑粘附到所述支撐板上。
全文摘要
本文披露一種用于產(chǎn)生渦旋水流的轉(zhuǎn)子，在對包含污染物質(zhì)的水進(jìn)行處理過程中，渦旋水流產(chǎn)生用于除去粘附于分離膜的固體材料的剪切強(qiáng)度，本發(fā)明還披露一種采用該轉(zhuǎn)子的過濾裝置。轉(zhuǎn)子包括具有第一葉片的第一轉(zhuǎn)子和具有第二葉片的第二轉(zhuǎn)子。第一和第二葉片從其旋轉(zhuǎn)軸線開始在徑向延伸，并且在旋轉(zhuǎn)軸線方向上布置于彼此不同的位置處。第一葉片和第二葉片在圍繞旋轉(zhuǎn)軸線的周向上具有彼此不同的寬度，或者在周向上布置于彼此不同的位置處。可以在第一葉片和/或第二葉片的外表面上附加凸起。由于在較寬范圍內(nèi)產(chǎn)生不同類型的渦旋水流，可以有效地除去粘附于分離膜的污染物質(zhì)，以及可以降低過濾裝置的能量損失。
文檔編號B01D25/26GK1929899SQ200580007839
公開日2007年3月14日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者樸杞宅, 金相旭 申請人:飛利泰韓國有限公司