專(zhuān)利名稱(chēng)：混合氣體和液體的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把氣體和已溶解的各種氣體導(dǎo)入大量液體中，混合該大量液體，以及把添加劑導(dǎo)入這樣的液體中的裝置和方法。
本發(fā)明是對(duì)各種現(xiàn)有的下列各種技術(shù)的改進(jìn)1)把一種添加劑導(dǎo)入大量液體中，和/或2)把添加劑導(dǎo)入這一池液體中，并且同時(shí)3)從整體上混合這種大量液體。
利用充氣和混合來(lái)處理水和其他液體已經(jīng)有一百多年了。在此期間，曾經(jīng)用過(guò)的方法包括以下各種1．壓縮機(jī)擴(kuò)散器利用壓縮機(jī)迫使氣體進(jìn)入液體表面以下，并通過(guò)一個(gè)擴(kuò)散器。當(dāng)氣泡上升到液體表面時(shí)，氣體就從氣泡轉(zhuǎn)移到液體中了?；旌鲜窃跉馀萆仙揭后w表面的時(shí)候通過(guò)液體對(duì)氣泡的阻力完成的。擴(kuò)散器的種類(lèi)有大氣泡的擴(kuò)散器和細(xì)小氣泡的擴(kuò)散器。大氣泡擴(kuò)散器更加可靠些，但與細(xì)小氣泡擴(kuò)散器相比，工作的能效不高。細(xì)小氣泡擴(kuò)散器首先是能效更高，但是它常常堵塞，結(jié)果可靠性下降。尤其是，細(xì)小氣泡擴(kuò)散器在較低的氣體流速下故障增多，受到工作能力減小的限制。
有一種使用形狀為大的扁平的水平盤(pán)形件的旋轉(zhuǎn)氣體擴(kuò)散器的壓縮機(jī)/擴(kuò)散器。氣體是從布置在圓盤(pán)四周?chē)亩嗫装逯信懦鰜?lái)的。這種裝置所產(chǎn)生的氣流中，許多氣泡跟在原先的氣泡所經(jīng)過(guò)的路徑后面，因而限制了氣體溶入液體體積內(nèi)的效率。這種情形還將妨礙液體有效地流入反應(yīng)塔內(nèi)，從而限制了它的混合效率。
授予別林斯基的美國(guó)專(zhuān)利No.3,630,498中公開(kāi)了一種高速旋轉(zhuǎn)的小的混合和充氣構(gòu)件，這種構(gòu)件中有一對(duì)沿徑向水平延伸的葉片或箔片。工作時(shí)，在箔片的后面形成的氣蝕區(qū)中產(chǎn)生了局部的真空。從葉片上排出的氣泡進(jìn)入該氣蝕區(qū)內(nèi)，由于氣泡周?chē)膲毫档投蛎?。膨脹的結(jié)果，氣泡由于液壓的力量而破碎成更小的氣泡。然后，破碎后的氣泡浮出壓力降低的氣蝕區(qū)，由于受到周?chē)h(huán)境的壓力而進(jìn)一步減小尺寸。別林斯基專(zhuān)利的關(guān)鍵是要形成氣蝕區(qū)。為了在實(shí)際的裝置中形成氣蝕區(qū)，箔片必須很短(例如24英寸)，并且要以很高的速度旋轉(zhuǎn)(例如450RPM)。這種裝置最適用于較小的面積。如果箔片做得相當(dāng)長(zhǎng)，所耗費(fèi)的能量和高速旋轉(zhuǎn)所造成的荷載很快就會(huì)使這種裝置無(wú)法使用。
2．表面充氣機(jī)使用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)靠近表面的推進(jìn)器或葉片。這種充氣機(jī)或者把水揚(yáng)到空氣中，或者吸入空氣并將其噴射到剛好在表面以下。表面充氣機(jī)的空氣轉(zhuǎn)移效率與細(xì)小氣泡擴(kuò)散充氣裝置相比一般都很低。換言之，它每溶解一磅氧氣要消耗更多的能量(馬力-小時(shí))。此外，表面充氣機(jī)所進(jìn)行的混合一般限于靠近表面的液體。同樣，混合所消耗的能量則集中在推進(jìn)器的附近。高剪切應(yīng)力集中在局部區(qū)域內(nèi)會(huì)破壞為液體的恰當(dāng)?shù)膬艋仨毜拇嗳醯男跄锏慕Y(jié)構(gòu)。更進(jìn)一步，這種機(jī)器的軸的伸出長(zhǎng)度受到限制，并且軸的軸承的壽命短。
3．水輪機(jī)/噴灑器使用壓縮機(jī)迫使氣體分布到液體表面以下。這種裝置也使用一種正好處在擴(kuò)散器(噴灑器)上方的浸入水中的推進(jìn)器來(lái)打碎氣泡并進(jìn)行初步的混合。水輪機(jī)-噴灑器的缺點(diǎn)和表面充氣機(jī)的缺點(diǎn)相似，額外還有一個(gè)缺點(diǎn)，即它需要一個(gè)諸如壓縮機(jī)之類(lèi)的壓縮空氣源。
4．噴氣充氣機(jī)利用文杜里原理，使用一個(gè)液體泵和一個(gè)噴射器把氣體加入液體中，此裝置公開(kāi)在U.S.No.4,101,286中。噴氣充氣機(jī)可用于把附加的氣體、液體或固體的化學(xué)物質(zhì)混合在大量液體中。這種裝置可靠，有很好的能調(diào)節(jié)的工作能力，是一種很好的混合器；然而，充氣的效率很低。
5．葉片擴(kuò)散器1921年公開(kāi)的授予英格拉姆的早期專(zhuān)利No.1,383,881中描述了一種具有旋轉(zhuǎn)葉片的漂浮裝置，它把氣泡噴射到大量液體中。然而，這種葉片的設(shè)計(jì)受到這種要求的限制，即，它既要作為推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，又要將氣泡排出去。葉片是傾斜的，因此，前邊緣的仰角要在45°左右。結(jié)果，排出來(lái)的氣體形成了長(zhǎng)長(zhǎng)的然后又變成很大的氣泡，這種氣泡使氣體溶入液體內(nèi)的效率很低。此外，對(duì)該專(zhuān)利的審查和我們的研究表明，葉片將朝著相反的方向旋轉(zhuǎn)，而不是朝著英格拉姆專(zhuān)利中所指示的方向旋轉(zhuǎn)。這是由于液體的向上流動(dòng)造成的，這種流動(dòng)則是由釋放出來(lái)的氣體的向上朝著液體表面的運(yùn)動(dòng)的液體提升泵效應(yīng)所造成的。這種垂直的水流流過(guò)傾斜的葉片將使葉片向與專(zhuān)利中所指出的相反的方向旋轉(zhuǎn)。
總體概述實(shí)施本發(fā)明的裝置和方法具有把氣體充入或者擴(kuò)散到大量液體中，并且與這些液體混合的優(yōu)異的性能。這種方法的效率高，而且能耗小，解決和克服了現(xiàn)有技術(shù)中的各種問(wèn)題和局限。擴(kuò)散器總成的概述在所列舉的裝置中，一個(gè)氣體擴(kuò)散器總成懸掛在液體表面以下，進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。上述總成包括許多長(zhǎng)形的沿徑向延伸的，隔開(kāi)距離的擴(kuò)散構(gòu)件或葉片。上述葉片具有整體朝向上方的排氣表面，表面上有許多孔，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮氣體從這些孔中排出來(lái)。在排出氣體時(shí)，上述構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)在擴(kuò)散器表面上方的液體中產(chǎn)生了相對(duì)的流動(dòng)。這種流動(dòng)打碎排出來(lái)的氣流，直接把氣體形成氣泡，這些氣泡的大小要比葉片在靜止?fàn)顟B(tài)下所產(chǎn)生的氣泡小得多。對(duì)于一定體積的氣體來(lái)說(shuō)，這種尺寸較小的氣泡暴露在液體中的表面積更大，能溶入更多的氣體。
上述構(gòu)件是相當(dāng)長(zhǎng)的，例如，直徑為8英尺或者更大，因此能覆蓋很大的面積。構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的速度相當(dāng)慢，以便節(jié)約能量，但是，對(duì)于打碎這些氣泡，和使氣泡均勻地分布在構(gòu)件所覆蓋的面積上已經(jīng)足夠快了。
所列舉的裝置具有良好的充氣性能，能夠充分與液體混合。具體的說(shuō)，是由于以下的因素1)由于氣泡是在由隔開(kāi)距離的徑向延伸的構(gòu)件組成的移動(dòng)的氣塔中形成的，所以氣體在一個(gè)很大的面積上分布得很均勻，在這個(gè)面積上產(chǎn)生的氣體的點(diǎn)源荷載很小，而且混合能量的點(diǎn)源荷載也很小。
2)氣泡沒(méi)有被迫跟在原先釋放出來(lái)的氣泡的運(yùn)動(dòng)路徑后面。在跟著原先釋放的氣泡的氣泡運(yùn)動(dòng)路徑上運(yùn)動(dòng)的液體，一般所含的溶解氣體都比較多，從而使得物質(zhì)轉(zhuǎn)移的擴(kuò)散梯度要比不跟在原先氣泡的運(yùn)動(dòng)路徑上的氣泡小。使氣體溶解在液體中的驅(qū)動(dòng)力，是液體中已溶解氣體濃度與液體中該氣體的飽和濃度之間的差。借助于使上述充滿氣體的液體和擴(kuò)散器部件的運(yùn)動(dòng)，所列舉的裝置使得每一個(gè)后來(lái)釋放出來(lái)的氣泡都在一條新的路徑上運(yùn)動(dòng)，暴露在新的液體環(huán)境中。這種在新路徑上的液體接近圍繞著該裝置的周?chē)后w中已溶解氣體的濃度。因此，驅(qū)使氣體大量轉(zhuǎn)移的動(dòng)力大于其他使用靜止的擴(kuò)散器結(jié)構(gòu)的充氣裝置。
3)由于擴(kuò)散器的構(gòu)件或葉片的輻條狀的布置，所以四周?chē)囊后w能夠進(jìn)入這些葉片之間的“反應(yīng)塔”(在擴(kuò)散器上方的水)。這種液體進(jìn)入反應(yīng)塔的能力提高了反應(yīng)塔中的水的翻騰，這樣就增加了物質(zhì)轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的速度(見(jiàn)上面的2)，并且促進(jìn)了混合。
這三個(gè)因素作用的結(jié)果是氣體大量溶入液體內(nèi)，因?yàn)楹蜕厦骊愂鲞^(guò)的其他技術(shù)相比，氣泡始終暴露在充氣不足的液體中，并且還因?yàn)橛懈玫某醪交旌?。沖角-葉片的傾斜為了使液體的流動(dòng)對(duì)于旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的剪切效果最大，需要使構(gòu)件排氣表面相對(duì)于液體流動(dòng)的合成的沖角基本上是零，或者稍微大于零。換言之，這種流動(dòng)總體上應(yīng)該與這種表面平行，或者相切。
為了達(dá)到零沖角，所列舉的擴(kuò)散器總成在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了向上排出氣體的效果。就是說(shuō)，這種氣體的排出使得液體在一個(gè)圓柱體或者反應(yīng)塔中，也就是由旋轉(zhuǎn)的葉片所形成的向上延伸部分中，向上流動(dòng)。更具體的說(shuō)，這種氣體的排出在葉片的上方產(chǎn)生了一個(gè)液體區(qū)域，這個(gè)區(qū)域，由于存在著氣泡，其密度要比葉片下方四周?chē)囊后w小。這種密度較小的液體從下方四周?chē)芏容^大的液體垂直向上移動(dòng)。這種密度較小的液體垂直向上的流動(dòng)稱(chēng)為提升泵效應(yīng)。替換上升的密度較小的液體的四周?chē)囊后w便進(jìn)入旋轉(zhuǎn)葉片之間的反應(yīng)塔。四周?chē)囊后w向上流動(dòng)影響了旋轉(zhuǎn)葉片與四周?chē)后w之間的沖角。
為了達(dá)到所要求的零沖角，考慮到這種提升泵效應(yīng)，構(gòu)件要在旋轉(zhuǎn)的方向傾斜，即，前邊緣要降低。
圖2-5說(shuō)明了旋轉(zhuǎn)葉片的排氣表面485的平面與液體的合成矢量614之間的關(guān)系。合成矢量614是下列兩個(gè)矢量之和(1)由于構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的向前的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的水平矢量613,(2)由于液體柱向上運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的垂直矢量616。當(dāng)排氣表面485的角度基本上與合成矢量614的角度重合時(shí)，就做到了所要求的沖角大致為零。
從這個(gè)關(guān)系可以看出，對(duì)于已經(jīng)給定的傾斜度或者構(gòu)件表面的沖角，所要求的零沖角可以在垂直的液體流動(dòng)的提升泵效應(yīng)與選定的可變化的構(gòu)件旋轉(zhuǎn)速度的比例的范圍內(nèi)保持。

圖1-5、2-5a和2-5b中的矢量分析表明了由葉片旋轉(zhuǎn)速度確定的水平面上的矢量613，由上升液體的垂直速度確定的矢量616，葉片上的排氣表面485的沖角，以及由合成矢量614所代表的矢量613和616之間的關(guān)系。傾斜的旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散器表面485受到液體沖擊的角度就是上述沖角，并且以合成矢量614與表面485之間的角度來(lái)表示。
圖2-5一般地表示了形成氣泡和能量利用的最佳狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)速度與垂直上升的液體速度相加，產(chǎn)生了一個(gè)合成矢量614，這個(gè)合成矢量與水平面所成的角度稍稍大于表面485的傾斜角。處在矢量614與表面485之間的沖角稍微大了一些。
圖2-5a表示了另一種情況，此時(shí)，由于粘度的變化，擴(kuò)散器浸入水中，排水區(qū)域的幾何形狀等等，而使液體的垂直速度降低，使得垂直矢量變短，使合成矢量發(fā)生了變化，結(jié)果，沖角大于所要求的值。這種情況將導(dǎo)致使擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩增大，能量的過(guò)度消耗，以及葉片和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)力增大。要校正這種狀態(tài)，應(yīng)該降低旋轉(zhuǎn)速度，以縮短水平矢量613，直到合成矢量614a等于零或者稍大于零。
圖2-5b表示了相反的情況，此時(shí)，由于粘度的變化，擴(kuò)散器浸入水中的深度增大等等，結(jié)果垂直矢量616變得較大，使得合成矢量發(fā)生了變化，于是沖角小于所要求的值。這種情況將導(dǎo)致擴(kuò)散器旋轉(zhuǎn)所需要的扭矩減小，而氣泡增大。要校正這種狀態(tài)，應(yīng)該增大旋轉(zhuǎn)速度，以加長(zhǎng)水平矢量613，直到合成矢量614b等于零或者稍大于零。靜壓水頭差-使氣泡的排出分布在葉片的整個(gè)寬度上以上所說(shuō)明的擴(kuò)散器總成的結(jié)構(gòu)還涉及排氣構(gòu)件傾斜的效果。以上所描述的排氣構(gòu)件的傾斜造成了構(gòu)件的前邊緣與后邊緣之間浸入水中深度的差別，因而也就是靜壓水頭的差。這種靜壓水頭的差將使得從后邊緣流出來(lái)的氣體多于從前邊緣流出來(lái)的氣體。因此，可以理解，所產(chǎn)生的氣泡尺寸就要大一些。本發(fā)明的排氣構(gòu)件的結(jié)構(gòu)將防止這種不均勻的氣流。
為此，本發(fā)明的構(gòu)件都設(shè)計(jì)了一條中央下部氣體供應(yīng)通道，該通道延伸在構(gòu)件的全長(zhǎng)上，并且與中空的中心軸連接并相通。這種通道提供了許多上方的分配氣體的壓力通風(fēng)道，該通風(fēng)道在整個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度上延伸，并且布置成并排地橫過(guò)構(gòu)件的寬度。上述上方壓力通風(fēng)道的數(shù)量，根據(jù)葉片的實(shí)際尺寸和葉片的傾斜角可在2-10條之間變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)道少于兩條將使整個(gè)葉片上的氣流不均勻，而通風(fēng)道多于10條時(shí)，由于多孔的擴(kuò)散器表面區(qū)域被各分隔壁和多孔的擴(kuò)散器表面的下面所封閉，會(huì)造成從該表面區(qū)域流出來(lái)的氣體流量減少。這種上方的壓力通風(fēng)道布置在形成構(gòu)件排氣表面的多孔壁的下方，保持了逐漸變化的壓力。在列舉的裝置中，有三條上方通風(fēng)道。在前邊緣上的上方壓力通風(fēng)道保持最高的壓力，上方的中央通風(fēng)道保持稍低的壓力，而在后邊緣上的上方通風(fēng)道則保持最低的壓力。把中央的下方通風(fēng)道與前邊緣上的通風(fēng)道隔開(kāi)，并且把中央與后邊緣上的上方通風(fēng)道隔開(kāi)，就能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)。下方的中央通風(fēng)道與上方通風(fēng)道之間的氣流只能通過(guò)這些出口流動(dòng)，即，讓下方的中央通風(fēng)道與上方的通風(fēng)道之間通過(guò)隔離壁相通的出口。下方的中央通風(fēng)道與上方的通風(fēng)道之間的隔離壁上出口的數(shù)量和尺寸，設(shè)計(jì)成使得每一對(duì)相鄰的上方通風(fēng)道之間的壓力差一股都等于這一對(duì)通風(fēng)道所承受的靜壓水頭差。這種靜壓水頭差是由各條通風(fēng)道的浸入水中的深度差造成的，而這種深度差是由葉片的傾斜造成的。
從供應(yīng)通道流入的氣體通過(guò)內(nèi)壁上的出口流入上方通風(fēng)道。在所列舉的裝置中，這些內(nèi)壁和出口是這樣布置的，使得流入上方通風(fēng)道的氣流一般都沿著多孔壁下面的切向，以便減小不需要的背壓。在整個(gè)水柱的寬度上排出氣體為了氣體在整個(gè)液體上分布得更加均勻，上述排氣總成是這樣設(shè)計(jì)的，即，在構(gòu)件徑向外部排出的氣體要比在構(gòu)件徑向內(nèi)部排出的氣體多。在列舉的裝置中，這個(gè)不等式是借助于在各構(gòu)件的外部設(shè)置比構(gòu)件內(nèi)部更寬的排氣表面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常，各構(gòu)件具有梯形或三角形的擴(kuò)散器表面。此外，也可以把從下方中央通風(fēng)道到上方通風(fēng)道的出口，設(shè)計(jì)成沿徑向與從上方通風(fēng)道的多孔壁的表面區(qū)域的中央到端頭的差別相適應(yīng)。排出添加劑為了把附加的氣、液體或者類(lèi)似的物質(zhì)(一種“添加劑”)排入上述大量液體中，每一塊葉片或構(gòu)件都可以有一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的密封附加腔室或者下方通風(fēng)道，這些腔室沿著構(gòu)件的徑向延伸，并且可以有其自己的排氣零件，用于把添加劑排入大量的液體內(nèi)。裝在附加腔室內(nèi)的添加劑可以通過(guò)擴(kuò)散器構(gòu)件外壁上的出口直接釋放到大量液體中，或者，也可以通過(guò)上述多孔壁釋放到液體中。在后一種情況下，一條或者多條上方通風(fēng)道不設(shè)置用于排出主要?dú)怏w的通向下方通風(fēng)道的出口，而為這條上方通風(fēng)道設(shè)置了通向裝有上述混合物的下方附加通風(fēng)道的出口。一當(dāng)上述添加劑釋放到上方通風(fēng)道內(nèi)，它便通過(guò)上述多孔壁導(dǎo)入液體中。支承和工作構(gòu)件在本發(fā)明中列舉了若干種不同的用于把排氣總成支承，旋轉(zhuǎn)和提升與降低到大量液體中去的結(jié)構(gòu)的實(shí)施例。
一般說(shuō)來(lái)，所有的實(shí)施例都在水池的大量水的表面上方有許多浮筒支承著一個(gè)框架。在框架上可以安裝一臺(tái)壓縮機(jī)。該框架還支承著一根向下延伸到水體表面下方的空心的垂直主軸。擴(kuò)散器總成裝在這根軸的下端。這根軸有一條與壓縮機(jī)或者其他的壓縮空氣源連通的內(nèi)部通道。在不同的實(shí)施例中，這根軸或者是能傾斜的，或者能夠垂直移動(dòng)，以便提升或下降擴(kuò)散器總成。在這兩種情況下，都能把擴(kuò)散器的構(gòu)件提升出大量的液體上方，以便啟動(dòng)，清理，修理和切斷電源等等。當(dāng)能沿垂直方向提升或降下軸時(shí)，就能夠有選擇地改變擴(kuò)散器的浸入水中的高度，提供控制氣體溶入液體內(nèi)的速率的途徑。
在列舉的裝置中，一臺(tái)簡(jiǎn)單的機(jī)械裝置，例如齒輪箱、由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的鏈條或者皮帶，或者電動(dòng)機(jī)-齒輪箱組件提供了使擴(kuò)散器構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的大扭矩?？刂葡到y(tǒng)一般都要求能夠有選擇地調(diào)節(jié)氣體溶入大量液體內(nèi)的速率。
所描述的裝置能借助于改變擴(kuò)散器總成浸入的深度使這種速率變化。更具體的說(shuō)，釋放氣體時(shí)的深度決定了氣體溶入液體中的效率，也決定了該裝置的背壓。深度越深，溶入的效率和速率就越高，反之亦然。改變浸入的深度可以根據(jù)各種檢測(cè)到的參數(shù)，例如水中溶解的氧氣(DO)，所需的生物氧，PH等等的水平，用手動(dòng)或自動(dòng)進(jìn)行。
也可以根據(jù)其他與所要求的充氣程度或者與大量液體的混合程度有關(guān)的輸入信號(hào)來(lái)改變上述深度。有許多因素既與大量液體本身有關(guān)，也與液體以外的，影響所要求的充氣和混合程度的事物有關(guān)。例如，有可能要根據(jù)需要這種液體的量的多或少的時(shí)間，或者能量比率的高低，來(lái)調(diào)整充氣或混合的深度。這種時(shí)間的長(zhǎng)短可能是白天或晚上，一星期或一個(gè)月，或者與季節(jié)有關(guān)，例如是冬天還是夏天。
也可能要根據(jù)工廠或設(shè)施的總的或整體的同期的動(dòng)力使用率來(lái)調(diào)整上述浸入深度，上述情況要由適當(dāng)?shù)膭?dòng)力傳感器813來(lái)決定。換言之，可能存在著使總的動(dòng)力使用率保持在預(yù)定限度的因素。因此，當(dāng)其他設(shè)備需要的動(dòng)力多時(shí)，充氣混合裝置的使用率就應(yīng)該降低一些，反之亦然。
同樣，也可以預(yù)先制訂一張程序表，規(guī)定輸入和深度的變化，以便根據(jù)輸入或規(guī)范的各種變化達(dá)到所要求的充氣和混合的程度。需要時(shí)，這種程序表可以改變或者從新制訂。應(yīng)該指出，上述輸入信號(hào)可以包括與大量液體本身有關(guān)的監(jiān)控信號(hào)。從外部資料源來(lái)的當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，或者更普通的例如小時(shí)之類(lèi)的信息，此時(shí)能量就比較便宜，或者在正常情況下需求更高一些。很明顯，存在著兩種可替換的選擇反映當(dāng)時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)(精確度更高)和根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)、歷史資料等等采用預(yù)定的輸入信號(hào)(可省掉購(gòu)買(mǎi)和操作設(shè)備運(yùn)行的費(fèi)用)。
可以把內(nèi)部的輸入信號(hào)和外部的輸入信號(hào)結(jié)合起來(lái)。例如，當(dāng)能量的費(fèi)用比較高時(shí)，一般可以為設(shè)備編制停止運(yùn)轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)變?yōu)榈退竭\(yùn)行的時(shí)刻表，但，此時(shí)設(shè)備就不再能保持足夠高的運(yùn)行水平，來(lái)使得溶解氣體的量維持在高于臨界值的水平。在必須遵守維持臨界值的規(guī)定時(shí)，可以將設(shè)備設(shè)定為讓一個(gè)動(dòng)力供應(yīng)裝置來(lái)直接控制該設(shè)備所消耗的動(dòng)力，例如由一個(gè)輸入計(jì)算機(jī)的信號(hào)來(lái)控制。
在另一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)的輸出可以有選擇地根據(jù)這些參數(shù)的變化而改變，以改變氣體的溶入速率。
上述控制系統(tǒng)還可以讓旋轉(zhuǎn)的速度變化(手動(dòng)或自動(dòng))，以維持所需要的沖角。其實(shí)施的一種方式是采用一臺(tái)從一個(gè)傳感器的反饋來(lái)控制的變速驅(qū)動(dòng)裝置，上述傳感器能測(cè)量為使構(gòu)件旋轉(zhuǎn)所需要的功率。堵塞/清理由于下列原因，本發(fā)明的裝置很少發(fā)生堵塞的問(wèn)題1)流過(guò)葉片的液流阻止了在擴(kuò)散器的表面上形成細(xì)菌菌落和它們的副產(chǎn)品。
2)在普通的裝置中，溶解氣體的生產(chǎn)率和能量消耗的控制是由改變流入擴(kuò)散器的氣體流速來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在溶解氣體的生產(chǎn)率低的期間降低流速常常導(dǎo)致堵塞。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，是借助于維持恒定的氣體流速來(lái)減少裝置的堵塞的。溶解氣體的生產(chǎn)率不是依靠改變氣體的流速，而是依靠改變擴(kuò)散器浸入的深度。
3)葉片上平坦的面可以在葉片高出液體表面時(shí)用裝在框架上的噴嘴噴出來(lái)的一股沖擊水流或者其他的液流進(jìn)行沖洗。葉片可以轉(zhuǎn)動(dòng)，而且高度可以改變，所以葉片上所有的表面都能夠用一股或多股固定的液流來(lái)清洗。
4)由于葉片可以在任何設(shè)備不工作的時(shí)期收縮到液面以上，進(jìn)一步減少了堵塞。安全閥-深度的自調(diào)節(jié)本發(fā)明的擴(kuò)散器總成還包括一個(gè)自調(diào)節(jié)的自動(dòng)減壓閥或安全閥裝置，它能自動(dòng)調(diào)節(jié)擴(kuò)散器浸入的深度。這種裝置通常包括一個(gè)剛性的或半剛性的空心的向下延伸部分。這個(gè)延伸部分與擴(kuò)散器總成連通，其下端或者是敞開(kāi)的，或者在下端設(shè)有一個(gè)單向閥。只要當(dāng)排氣構(gòu)件內(nèi)部和外部之間的壓力差超過(guò)了上述延伸部分的長(zhǎng)度(以液體的英寸計(jì))再加上打開(kāi)單向閥所需要的壓力，上述延伸部分就能讓氣體釋放出去。上述單向閥防止了周?chē)囊后w自由流入擴(kuò)散器總成的內(nèi)部，而這會(huì)造成擴(kuò)散器的堵塞。
下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中圖1-1是實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選形式的混合和充氣裝置的示意側(cè)視圖；圖1-2是圖1-1中的裝置進(jìn)一步放大了的示意側(cè)視圖，其排氣總成出在收縮的位置上；圖1-2A是圖1-2中畫(huà)圈的部分的放大的示意圖(旋轉(zhuǎn)90度)；圖1-2B是圖1-2中另一畫(huà)圈的部分的放大的示意圖(也旋轉(zhuǎn)90度)；圖1-2C是沿圖1-3中的C-C線的放大了的示意側(cè)斷面圖；圖1-2D是沿圖1-2中的D-D線的放大了的示意頂視斷面圖1-2E是圖1-2D中畫(huà)圈部分的放大了的示意圖；圖1-3圖1-1中的裝置的示意頂視圖；圖1-3a是上述裝置的示意頂視圖，說(shuō)明它剛性地支承在池子的邊上；圖1-3b是圖1-3a中的裝置的示意側(cè)視圖；圖2-1是圖1-1中所示的軸下部的示意側(cè)視圖，其下部與該裝置的排氣裝置的葉片連接；圖2-1a是沿圖2-1中的A-A線的示意側(cè)斷面圖；圖2-2是上述排氣裝置的一塊葉片的示意頂視圖(有些部分移開(kāi)了)；圖2-3是一塊葉片在靠近葉片徑向向內(nèi)端部處的示意斷面圖；圖2-4是圖2-3中的葉片靠近其徑向外端的示意斷面圖；圖2-3a是一塊葉片的另一個(gè)實(shí)施例靠近其徑向內(nèi)端的示意橫斷面圖；圖2-4a是一塊葉片的另一個(gè)實(shí)施例靠近其徑向外端的示意橫斷面圖；圖2-5是說(shuō)明葉片的排氣表面相對(duì)于它通過(guò)它所浸入的液體的運(yùn)動(dòng)時(shí)的沖角的示意圖；圖2-5a是說(shuō)明葉片的排氣表面相對(duì)于它通過(guò)它所浸入的液體的運(yùn)動(dòng)時(shí)的過(guò)大的沖角的示意圖；圖2-5b是說(shuō)明葉片的排氣表面相對(duì)于它通過(guò)它所浸入的液體的運(yùn)動(dòng)時(shí)的過(guò)小的沖角的示意圖；圖2-6是一個(gè)擴(kuò)散器葉片把多孔材料去掉后的示意圖，說(shuō)明通向上方通風(fēng)道的有差別的出口；圖2-7是一種可替換的擴(kuò)散器材料上孔的分布的示意平面圖；圖2-7a是圖2-7中畫(huà)圈部分的放大的示意圖；圖2-7b是圖2-7中另一個(gè)畫(huà)圈部分的放大的示意圖；圖2-8是表示主軸與供應(yīng)氣體的管子之間的密封旋轉(zhuǎn)接頭的放大的示意側(cè)視圖；圖2-9是說(shuō)明該裝置的監(jiān)視器和控制機(jī)構(gòu)的工作過(guò)程的框圖；圖3-1是實(shí)施本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選形式的混合和充氣裝置的示意側(cè)視圖；圖3-2是圖3-1中的裝置上部放大的示意側(cè)視圖；圖3-3是圖3-1中的裝置的示意平面圖；圖3-4是圖3-1中的裝置的示意側(cè)視圖，其中心軸和擴(kuò)散器總成處在向上傾斜的位置；
圖4-1是本發(fā)明的混合和充氣裝置另一個(gè)實(shí)施例的一部分的示意側(cè)視圖，其中的壓縮空氣是由外部氣源供應(yīng)的；圖4-2是圖4-1中的裝置與另一個(gè)類(lèi)似的裝置組合后的示意頂視圖，兩者都與一個(gè)共同的壓縮機(jī)聯(lián)結(jié)。
圖1-1到2-9說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例420。在該實(shí)施例中，擴(kuò)散器總成490可以有選擇地借助于改變支承軸480的有效垂直高度進(jìn)行調(diào)整。
圖3-1到3-4表示本發(fā)明的一個(gè)第二最佳實(shí)施例320。在該實(shí)施例中，擴(kuò)散器總成490可以有選擇地借助于使支承軸380傾斜從其浸入位置移出來(lái)。實(shí)施例320的其他方面與實(shí)施例420十分相似。
圖4-1說(shuō)明與實(shí)施例420十分相似的可替換的實(shí)施例520，但其中的擁擠和它的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)用一個(gè)與遠(yuǎn)方的壓縮空氣源連接的連接裝置所代替。
圖1-1到2-9說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例420。概括的說(shuō)，裝置420包括若干支承著一個(gè)構(gòu)架或框架124的浮筒或漂浮構(gòu)件122?？蚣?24又支承一個(gè)整體的中央外殼140。一臺(tái)空氣壓縮機(jī)或風(fēng)機(jī)172安裝在一個(gè)浮筒122上(圖1-2)。壓縮機(jī)172由電動(dòng)機(jī)173驅(qū)動(dòng)，而電動(dòng)機(jī)也支承在上述浮筒122上。上述這些浮筒122設(shè)計(jì)成浮在一個(gè)池子或者湖的大量的水或者其他液體的表面“S”上。壓縮機(jī)172與一根柔性的氣管177連接并相通，該氣管又與一根剛性的向下延伸的空心中央長(zhǎng)軸480的上端連接并相通。軸480穿過(guò)并安裝在上述中央外殼140上，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。軸480由一臺(tái)安裝在外殼140上的電動(dòng)機(jī)196驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
中心軸480在其下端裝了一個(gè)共同旋轉(zhuǎn)的擴(kuò)散器或排氣總成490，該擴(kuò)散器總成由若干沿徑向延伸的空心的擴(kuò)散器或排氣構(gòu)件或葉片484所組成。軸480為氣流從壓縮機(jī)172流向構(gòu)件484的內(nèi)部提供了通道。
構(gòu)件484有朝上的帶小孔的擴(kuò)散器表面485，在上述構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體便從該表面上釋放出來(lái)，對(duì)大量的液體進(jìn)行混合和充氣。為了覆蓋面更寬廣些，構(gòu)件484比較長(zhǎng)，以較慢的，能量效率較高的速率旋轉(zhuǎn)。
構(gòu)件484的結(jié)構(gòu)使它能形成一個(gè)向上的氣流，該氣流的噴射總體上均勻地覆蓋了該構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時(shí)所越過(guò)的全部面積，這一點(diǎn)下面還要充分描述。
構(gòu)件484都有朝前的前邊緣，此前邊緣呈向下的角度或向下傾斜，以補(bǔ)償上面說(shuō)明過(guò)的上升氣體的液體提升泵效應(yīng)。旋轉(zhuǎn)的速度可以變化以便獲得所要求的零沖角的合成角度(或者稍大一些)。這樣就能最大限度地提高構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時(shí)液流的打碎效果。本實(shí)施例的排氣總成490包括能讓制造廠商或者使用者針對(duì)各種不同的情況預(yù)設(shè)一個(gè)構(gòu)件484的固定的迎角或傾斜角度的調(diào)整裝置。對(duì)于一個(gè)現(xiàn)有的池子，一當(dāng)迎角設(shè)定之后，可以用改變轉(zhuǎn)速來(lái)達(dá)到所需要的沖角。
此外，構(gòu)件484還可以后掠1-4°，以形成更穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
最需要的是使用者能夠有選擇地改變擴(kuò)散器總成490沉入液體內(nèi)的深度而不停止設(shè)備的工作，以便控制吸收氣體的速率。為此目的，上述中心軸480的垂直高度應(yīng)該能夠調(diào)整，同時(shí)這根軸繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并傳遞扭矩。
上述中心軸480也可以包括從一個(gè)添加劑容器或者送進(jìn)機(jī)構(gòu)606接過(guò)來(lái)的撓性管607。
裝置420包括一個(gè)自動(dòng)補(bǔ)償擴(kuò)散器總成490的深度變化的減壓裝置481。具體的說(shuō)，軸480的一根附加的管狀延伸部分487向構(gòu)件484深度的下方延伸一預(yù)定的固定距離，提供一個(gè)出口481a。如果構(gòu)件484中的壓力差超過(guò)預(yù)定的值，則繼續(xù)增加的壓力差將由于通過(guò)出口481a釋放氣體而被阻止。這樣就能防止構(gòu)件因?yàn)檫^(guò)大的壓力差而損壞，而與葉片484的深度無(wú)關(guān)。
構(gòu)件484的堵塞是靠在構(gòu)件旋轉(zhuǎn)時(shí)液體的沖洗作用來(lái)排除的。周期性地提升葉片484使它與安裝在框架下部的刷子198相接觸(如圖1-2所示)，并繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)刷子和/或用一股加壓的液流沖刷葉片，能進(jìn)一步消除堵塞。
請(qǐng)?zhí)貏e參閱圖1-1到圖1-3，從這些圖中可以看出，有三個(gè)整體上為長(zhǎng)圓筒形的浮筒122。圖中的支承框架124可以用鋼或者其他堅(jiān)固的剛性材料制成?？蚣?24包括整體呈矩形的中央外殼140，三個(gè)長(zhǎng)形的垂直框架部分128從該中央外殼沿徑向向外延伸。在這種漂浮裝置中，框架部分128從側(cè)面看都具有截頭三角形的共同外形。這三個(gè)向外延伸的框架部分128互相之間的間隔相等，大約為120°。其中的兩個(gè)框架部分128a是單片的，其外端各由一個(gè)浮筒122a支承著。這兩個(gè)浮筒122a要比第三個(gè)浮簡(jiǎn)122b小得多。較大的第三浮筒122b連接并支承著第三框架部分128b的外端。圖1-3表示得最清楚，第三框架部分128b由兩個(gè)并排的互相平行的，并且用適當(dāng)?shù)臋M向構(gòu)件連接起來(lái)的長(zhǎng)形框架部分127所組成?？諝鈮嚎s機(jī)172和它的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)173就支承在這個(gè)較大的浮筒122b上。浮筒122b在壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)的周?chē)纬闪艘粚酉艉头雷o(hù)密封層。在浮筒122b上裝有吸氣過(guò)濾器殼體174，向壓縮機(jī)172輸送空氣。然后，壓縮機(jī)172把經(jīng)過(guò)壓縮的氣體輸送到起消音器作用的浮筒122b的密封的內(nèi)部(圖1-2)。一個(gè)出口176從浮筒122b通到撓性氣體管道177的下端，而管道177又與中心軸480的上端相通。
更具體的說(shuō)，一個(gè)用鋼材之類(lèi)制成的垂直的剛性支架構(gòu)件178安裝在框架部分128b上。這個(gè)支架構(gòu)件178支承著從出口176向上伸出大約20英尺的撓性或鉸接管道177。然后，該撓性管道177從該處開(kāi)始向上呈弧形延伸，又向下彎曲，通到裝置的中心。管道177在那里用一個(gè)氣密旋轉(zhuǎn)密封件179連接在空心中心軸480的上端。這個(gè)密封件179能讓軸480相對(duì)于管道177旋轉(zhuǎn)。
更具體的說(shuō)，如圖2-8所示，軸480的上端支承在軸承密封殼體704上。特別是，一個(gè)安裝在殼體704內(nèi)的推力軸承660支承著一個(gè)圓環(huán)661，該圓環(huán)剛性地安裝在這根軸的上端，使得這根軸和圓環(huán)在由軸承密封殼體垂直支承的同時(shí)，能一起相對(duì)于軸承殼體旋轉(zhuǎn)。在軸480頂端的外圍設(shè)置了一個(gè)環(huán)形旋轉(zhuǎn)密封件662，它能讓軸承密封殼體704與軸480在防止壓縮空氣從軸的內(nèi)部逸出的同時(shí)，在兩者之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在軸承密封殼體內(nèi)部的同軸線的位置上可以根據(jù)選擇設(shè)置一個(gè)旋轉(zhuǎn)接頭(圖中未示出)，用于輸送添加劑，這一點(diǎn)下面將進(jìn)行描述。
如上所述，一般說(shuō)來(lái)，空心的中心驅(qū)動(dòng)軸480可由使用者有選擇地在軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使它在圖1-1所示的下方浸入位置與在圖1-2中所示的提升出液面位置之間垂直地移動(dòng)。
在圖1-2c中表示得最清楚，為了便于這種移動(dòng)，上述中心軸480穿過(guò)一個(gè)整體上為圓筒形的剛性金屬套筒482，該套筒在垂直方向固定不動(dòng)，但能夠旋轉(zhuǎn)。套筒482以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的方式由外殼140的上壁和下壁中的一對(duì)推力軸承所夾持。軸480上的花鍵489與套筒482上的花鍵孔配合，結(jié)果，軸必須與套筒一起旋轉(zhuǎn)，但卻能相對(duì)于套筒垂直移動(dòng)。
在圖1-2c,1-2e中看得最清楚，驅(qū)動(dòng)軸480的轉(zhuǎn)動(dòng)是借助于一個(gè)安裝在連接著一條驅(qū)動(dòng)鏈或皮帶192的套筒482上的大鏈輪190來(lái)實(shí)現(xiàn)的。驅(qū)動(dòng)鏈192與一個(gè)小鏈輪194連接，而小鏈輪由一臺(tái)也是安裝在中央外殼140內(nèi)部的電動(dòng)機(jī)196驅(qū)動(dòng)。使用者能夠有選擇地開(kāi)動(dòng)或停止這臺(tái)電動(dòng)機(jī)196，并且調(diào)整它的速度，以控制套筒482、軸480和葉片484的旋轉(zhuǎn)速度。
在圖1-2、1-2a和1-2b中看得最清楚，軸480的垂直運(yùn)動(dòng)是用一臺(tái)在軸480與一個(gè)垂直剛性的鋼制中央支承塔182之間的鏈驅(qū)動(dòng)裝置180來(lái)完成的，支承塔182安裝在中央外殼140上。更具體的說(shuō)，上述軸承密封殼體704固定在一根鏈條184上，這根鏈條垂直延伸，繞成一圈。這圈鏈條184的上端繞在一個(gè)鏈輪185上，該鏈輪安裝在支承塔182的頂部，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)。這圈鏈條184的下端繞在一個(gè)鏈輪186上，該鏈輪由安裝在支承塔182上的一臺(tái)提升電動(dòng)機(jī)189通過(guò)一個(gè)齒輪箱188來(lái)驅(qū)動(dòng)。使用者有選擇地開(kāi)動(dòng)電動(dòng)機(jī)189向順時(shí)針或反時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，就能提升或降下軸480。
軸480的這種垂直移動(dòng)能讓擴(kuò)散器總成490有選擇地定位在液體的不同深度中，或者象圖1-2那樣，把它提升到液體表面S以上，以便進(jìn)行啟動(dòng)，修理，檢查，調(diào)整葉片的角度，或者為池子排水等等。
下面將要更全面地討論，在壓縮機(jī)啟動(dòng)的時(shí)候，葉片必須提升到它的排氣表面高出液體表面之上(或者略低于液體表面)。否則葉片上所受到的壓力就太大了。
當(dāng)如圖1-2所示，把葉片484提升起來(lái)時(shí)，葉片的上方排氣表面485就會(huì)與安裝在框架部分128b的下面的刷子198接觸。在該提升位置上使葉片484旋轉(zhuǎn)，就可以讓刷子198清理各葉片的表面485。
如圖1-3所示，以上所描述的漂浮裝置420可以用適當(dāng)?shù)睦|繩或者鏈子125系在框架124和/或浮筒122，以及池子的側(cè)面和/或底部之間，使它在橫向定位并且不能轉(zhuǎn)動(dòng)。
或者，也可以把框架124剛性地支承在池子的壁上，如圖1-3a和1-3b所示。
請(qǐng)?zhí)貏e參閱圖1-3，圖中表示了各構(gòu)件484的特殊的布置。在圖中的裝置420中，有12根以等距離隔開(kāi)的徑向延伸的構(gòu)件484。
圖2-1、2-1a和2-2表示葉片或者構(gòu)件484安裝在主軸480的下端的狀態(tài)。一個(gè)整體為圓筒形的輪轂230借助于連接法蘭板232、234和螺栓236固定在軸480的下端。輪轂230有外壁238，它整體上為垂直的圓筒，通過(guò)弧形的環(huán)形底壁和頂壁構(gòu)件240、242固定在輪轂法蘭板234上，底壁和頂壁構(gòu)件結(jié)合起來(lái)形成輪轂230中的腔室244。腔室244通過(guò)法蘭板232、234中的大開(kāi)口232a、234a與軸480的內(nèi)部連通。腔室244也通過(guò)接管250與擴(kuò)散器構(gòu)件連通，通過(guò)減壓機(jī)構(gòu)481中的開(kāi)口481a通向液體。
許多整體上水平延伸的套筒或接管250以其內(nèi)端固定在輪轂的外壁238上，并且沿著徑向向外延伸。接管250隔開(kāi)距離布置在輪轂周?chē)?，每一個(gè)接管支承著一個(gè)構(gòu)件484。所述的接管250是空心的，整體呈圓形，并且與輪轂230的內(nèi)部腔室244連通。
如圖2-1和2-1a所示，每一個(gè)構(gòu)件484都有一個(gè)中空的，橫斷面整體呈矩形的安裝管260，用于把構(gòu)件安裝在一根接管250上。每一根安裝管260沿其徑向的內(nèi)端套裝在一根接管250上。每一根安裝管260在其徑向內(nèi)端都有一個(gè)橫向的安裝法蘭262，這個(gè)法蘭可以用螺栓264和螺母226鎖定在靠近協(xié)同工作的接管250的輪轂壁238上。在安裝法蘭262與輪轂壁238之間裝有一個(gè)圍繞著接管250的O形密封圈610。因此，安裝管260和裝在它上面的構(gòu)件484就鎖定在軸480的固定的位置上。每一根安裝管260的徑向的外端用適當(dāng)?shù)难b置固定在它的構(gòu)件的徑向內(nèi)端200上。
法蘭262可以有選擇地繞著它的軸線相對(duì)于輪轂的側(cè)壁238轉(zhuǎn)動(dòng)，以便將與它協(xié)同工作的葉片484轉(zhuǎn)動(dòng)到所要求的傾斜角度，然后鎖定在該位置上。這種可選擇的定位是依靠在每一個(gè)法蘭262上設(shè)置許多用于螺栓264的安裝孔262a來(lái)達(dá)到的(圖2-1a)。這樣，就能讓葉片的傾斜角度由制造廠商有選擇地固定下來(lái)，或者針對(duì)各種不同的情況(例如旋轉(zhuǎn)速度，排出的空氣的體積和速率，液體的粘度)采用不同的角度。
圖2-2是這種構(gòu)件在擴(kuò)散部件卸下后的一個(gè)頂視圖。從頂上看，每一個(gè)構(gòu)件484整體上都呈梯形，它從較窄的徑向內(nèi)端200向較寬的徑向外端202傾斜。上面已經(jīng)提到過(guò)，這種梯形結(jié)構(gòu)有助于為旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件在其整個(gè)反應(yīng)塔的軌跡上提供更加均勻的氣體供應(yīng)，使得在徑向外部所排出的氣體要多于在徑向內(nèi)部所排出的氣體。每一個(gè)構(gòu)件484都有一條前邊緣204和一條后邊緣206。
圖2-3是構(gòu)件484在靠近徑向內(nèi)端200的軸480附近的橫斷面圖。構(gòu)件484在此處的橫斷面在整體上是橢圓形的，而且是對(duì)稱(chēng)的。它的上排氣表面485整體上是平坦的，由一塊用諸如燒結(jié)的塑料、多孔的橡膠類(lèi)材料等多孔材料制成的平坦的上壁或板210所形成。它的弧形的，幾乎呈半圓形的下表面212由堅(jiān)實(shí)的下壁214所形成。壁214可以用比較堅(jiān)固耐用，不透水，但重量很輕的材料，例如玻璃纖維或者各種塑料復(fù)合物制成。構(gòu)件484的內(nèi)部構(gòu)件可以用與壁214同樣或類(lèi)似的的材料制成。
圖2-4是構(gòu)件484在其徑向外端或構(gòu)件的頂部202附近的橫斷面圖。此處的橫斷面要比圖2-3中所示的橫斷面寬而薄。它仍具有由多孔板210形成的平坦的上表面485和弧形的下壁214。但是，下壁214和下表面212所具有的半徑要比徑向內(nèi)端處的長(zhǎng)。厚的徑向內(nèi)部區(qū)段能提供所需要的強(qiáng)度，而較薄的徑向外部區(qū)段則降低了阻力。
構(gòu)件484的外部橫斷面總體上逐漸從靠近軸的寬度較窄的圓形(圖2-3)過(guò)渡到頂端的更平坦，更薄并且更寬的形狀(圖2-4)。
一道不透過(guò)液體的中間壁220延伸在構(gòu)件的長(zhǎng)度上，并且與外壁214組合起來(lái)，形成內(nèi)腔室或下部壓力通風(fēng)道。
中間壁220的結(jié)構(gòu)中可以形成一條或多條支撐件或者加強(qiáng)構(gòu)件，這種構(gòu)件在整個(gè)長(zhǎng)度上從徑向的內(nèi)端延伸到徑向的外端，以加強(qiáng)葉片。
具體的說(shuō)，中間壁220和外壁214形成了一條下部中央壓力通風(fēng)道和一對(duì)下部側(cè)面壓力通風(fēng)道，中央通風(fēng)道形成了空氣或氣體的沿徑向在構(gòu)件484的中央延伸的供應(yīng)管道216，而一對(duì)側(cè)面通風(fēng)道或腔室602、603則分別沿著構(gòu)件的前邊緣和后邊緣延伸。
上述下部中央壓力通風(fēng)道216與中心軸480的內(nèi)部相通，這一點(diǎn)下面還要詳細(xì)描述。
多孔板210安裝在中央內(nèi)壁220上的朝上的臺(tái)階221上，并將其密封，以形成兩條以上的長(zhǎng)形的上部氣體分配壓力通風(fēng)道218a、218b、218c，這三條通風(fēng)道沿徑向在構(gòu)件的全長(zhǎng)上延伸，并且布置成在總體上互相平行，從前邊緣到后邊緣橫跨整個(gè)構(gòu)件的寬度。在圖2-3和2-4所示的實(shí)施例中，這三條上部氣體壓力通風(fēng)道218a、218b和218c接納從下部中央氣體壓力通風(fēng)道216通過(guò)中間壁220上的適當(dāng)?shù)某隹?80供應(yīng)來(lái)的氣體。然后，氣體又從這三條上部氣體壓力通風(fēng)道218a、218b、218c通過(guò)多孔板210流入大量液體中。正如上面已經(jīng)指出的和下面將要更詳細(xì)描述的，這三條上部氣體壓力通風(fēng)道的作用是使氣體在整個(gè)構(gòu)件的寬度上平均地排出去。
圖2-6是擴(kuò)散器構(gòu)件484的視圖，它上面的擴(kuò)散器構(gòu)件210卸下來(lái)了，圖中表示了下部中央壓力通風(fēng)道216和上部壓力通風(fēng)道218a、218b、218c之間的出口280。這種出口開(kāi)得能讓在氣體流入前方的上部氣體壓力通風(fēng)道218a時(shí)沒(méi)有阻力，流入上部的中央壓力通風(fēng)道218b時(shí)有一些阻力，而流入后方的壓力通風(fēng)道218c時(shí)有較大的阻力。從而使得從每一條經(jīng)受不同的靜壓水頭的上部壓力通風(fēng)道流出來(lái)的氣體流速都相等。圖2-6中示出了固定在多孔的擴(kuò)散器構(gòu)件210下面的支承凸臺(tái)612，用于減小在上部壓力通風(fēng)道的壁220的各支承部分之間的未被支承的跨度，以維持整體平坦的擴(kuò)散器表面。
如圖2-3和2-4所示，上述排氣構(gòu)件484中的側(cè)面下部壓力通風(fēng)道或腔室602和603，各自由通過(guò)軸480向上延伸的添加劑管道607與一個(gè)旋轉(zhuǎn)密封件(圖中未示出)連通，然后，再通過(guò)一根不旋轉(zhuǎn)的管道與適當(dāng)?shù)墓┝涎b置或者與添加劑的供應(yīng)容器606連通(圖1-2)。添加劑可以從壓力通風(fēng)道602、603通過(guò)許多沿著前邊緣和后邊緣204、206排列的排氣噴嘴609噴散出來(lái)。前邊緣和后邊緣上的排氣噴嘴609的數(shù)量和尺寸從擴(kuò)散器的輪轂到葉片的頂端逐漸增多和/或增大。這就使得由整個(gè)葉片所形成的圓形面積上的添加劑的物流能夠更加均勻地分配，并且減小了在靠近旋轉(zhuǎn)中心處釋放的添加劑更多，而且氣泡的尺寸更大的傾向。
如圖2-3a和2-4a所示，添加劑也可以代替主要的氣體從一個(gè)或多個(gè)上部壓力通風(fēng)道218中擴(kuò)散出來(lái)。例如，可以不讓上部壓力通風(fēng)道218a與下部中央壓力通風(fēng)道216相通，而讓它通過(guò)出口611和添加劑供應(yīng)管道607相通。從添加劑供應(yīng)系統(tǒng)來(lái)的液體或氣體將進(jìn)入壓力通風(fēng)道218a，然后通過(guò)多孔板210逸出壓力通風(fēng)道的上方。這種擴(kuò)散添加劑的噴射裝置和用噴嘴609噴射添加劑，在添加劑的分布方式和物理性質(zhì)方面，例如添加劑材料的氣泡尺寸方面是不同的。這種擴(kuò)散添加劑的噴射裝置具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，在它逸出多孔板210時(shí)把添加劑分散了，在添加劑和主要?dú)怏w兩者出現(xiàn)在液體中之前，添加劑是和主要?dú)怏w分開(kāi)的，并且液體中的主要?dú)怏w和擴(kuò)散的添加劑材料更加接近了。
如圖2-3a和2-4a所示，在本實(shí)施例中只在后邊緣206上設(shè)置的噴嘴609由于排出添加劑而產(chǎn)生了一個(gè)反作用力。這個(gè)反作用力形成了使擴(kuò)散器總成旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)力，或者幫助該擴(kuò)散器總成旋轉(zhuǎn)。此外，在后邊緣206上比在前邊緣204(圖中未示出)上噴射更多和/或更大量的氣體，也能提供一個(gè)凈反作用力。
上面已經(jīng)指出過(guò)，上述構(gòu)件或葉片是傾斜的，其前邊緣204低于其后邊緣206，以便于實(shí)現(xiàn)在零度或者稍微有一些正角度的沖角下進(jìn)行工作。上面也已經(jīng)指出過(guò)，這種傾斜的目的是要造成一個(gè)靜壓水頭的差，即，前邊緣上的靜壓水頭較高，而后邊緣上的靜壓水頭較低。由于氣體都傾向于從靜壓水頭較低的地方逸出，所以逐漸地有更多的氣體將從后邊緣流出來(lái)。這樣，將會(huì)產(chǎn)生不希望的較大的氣泡。在所描述的擴(kuò)散器總成490中，由于使得氣體的壓力從后邊緣向前邊緣逐漸提高，所以彌補(bǔ)了這一點(diǎn)。更具體的說(shuō)，處在較大壓力下的氣體供入上部的前壓力通風(fēng)道218a中，壓力較低的氣體則供入上部的中央壓力通風(fēng)道218b中，而壓力最低的氣體就供入上部的后壓力通風(fēng)道218c中。這樣就導(dǎo)致在傾斜的葉片的整個(gè)寬度上氣流分布得更加均勻。
下面將更詳細(xì)的描述，構(gòu)件484的內(nèi)部構(gòu)造一般使得氣體從下部的中央壓力通風(fēng)道216水平地流入通常與板216下面平行的上部的壓力通風(fēng)道218a、218b、218c。
上面也曾指出，一般希望在逐漸接近擴(kuò)散器葉片484頂端時(shí)釋放出更多的氣體。在本實(shí)施例的擴(kuò)散器構(gòu)件484中，當(dāng)從構(gòu)件的中央逐漸接近其外側(cè)的頂端時(shí)，多孔板210的寬度逐漸展寬。多孔板210上全部孔的尺寸和分布都是均勻的。換言之，通常每單位表面積上的孔的數(shù)量是均勻的。因此，表面積越大，孔就越多。這樣，隨著板210向著構(gòu)件的頂端逐漸展寬，孔的數(shù)量和排出氣體的量也將向著構(gòu)件的頂端逐漸增加。
如圖2-7所示，在構(gòu)件484的一個(gè)可替換的實(shí)施例中，可以使用一塊可替換的多孔板介質(zhì)，例如一塊橡膠板或者帶有許多可選擇的沖孔的薄膜。這些孔可以做成不同的尺寸，和/或每單位表面積不同的數(shù)量，以控制氣體在構(gòu)件484不同位置上的釋放量。因此，擴(kuò)散器葉片上寬度方向孔的分布可以變化，以補(bǔ)償由于擴(kuò)散器葉片傾斜角度所引起的靜壓水頭的差別。具體的說(shuō)，靠近下部前邊緣204的區(qū)域上，每單位面積上的孔的數(shù)量或者尺寸可以多一些或大一些。而靠近葉片的上部后邊緣206的每單位表面積上的孔的尺寸和數(shù)量就可以小一些或少一些。以上各種措施的目的是使傾斜的擴(kuò)散器葉片整個(gè)寬度上的氣流均勻化。
同樣，如圖2-7所示，每單位面積上的孔的尺寸和/或數(shù)量沿徑向向著葉片的頂端也是逐漸增加的，以便在旋轉(zhuǎn)葉片所掃過(guò)的面積上，或者說(shuō)反應(yīng)塔的底面上的氣流更加均勻。圖2-7a表示，在靠近葉片的徑向外端202處，每單位面積上孔的數(shù)量很多。而圖2-7b表示，在靠近葉片的徑向內(nèi)端200處，每單位面積上孔的數(shù)量較少。
在多孔板210上的這許多孔701能讓構(gòu)件484的上部壓力通風(fēng)道內(nèi)部的氣體向外流入液體中。當(dāng)構(gòu)件484旋轉(zhuǎn)時(shí)，從小孔中冒出來(lái)的氣體被擴(kuò)散器構(gòu)件和附近液體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所破碎。由運(yùn)動(dòng)著的多孔板噴射出來(lái)的氣泡的尺寸要比構(gòu)件靜止時(shí)從小孔中噴射出來(lái)的氣泡的尺寸小得多。這是非常希望的，因?yàn)樯厦嬉呀?jīng)說(shuō)過(guò)，同樣的排氣量，較小的氣泡所提供的為氣體擴(kuò)散到液體中去的表面積，要比尺寸較大的氣泡所提供的大。結(jié)果，對(duì)于給定的排氣量，有更多的氣體溶解在液體中。
如上所述，本實(shí)施例的構(gòu)件484將其前邊緣204傾斜成低于后邊緣206。申請(qǐng)人曾經(jīng)建造并試驗(yàn)了一個(gè)裝置480的樣機(jī)，發(fā)現(xiàn)，傾斜角度在5°到35°左右時(shí)，這種裝置具有很高的工作效率。如上所述，使構(gòu)件傾斜之所以能夠達(dá)到很高的氣體破碎效率，是因?yàn)楹铣傻臎_角為零，或者稍大于零。
葉片的傾斜角度可以由制造廠商或者使用者根據(jù)不同的情況和條件進(jìn)行選擇后固定下來(lái)(例如所要求的大致旋轉(zhuǎn)速度，池子的幾何尺寸，液體的粘度，氣體的流速等等)，以便達(dá)到合成的沖角為零或稍大于零。
如果需要達(dá)到?jīng)_角為零或稍大于零，必然也需要在各種不同的和變化的條件下(例如各種不同的液體粘度，空氣的流速和液體的特性)，不必調(diào)整葉片的傾斜角度就能達(dá)到?jīng)_角為零或稍大于零。這可以用改變?nèi)~片的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)達(dá)到。使用者可以借助于觀察扭矩的利用率，適當(dāng)調(diào)整擴(kuò)散器裝置的旋轉(zhuǎn)速度，來(lái)達(dá)到所要求的扭矩，以確定和保持這種優(yōu)化的旋轉(zhuǎn)速度。
更具體的說(shuō)，當(dāng)如圖2-5a中的矢量圖所示的那樣，沖角顯著大于零時(shí)，為使葉片旋轉(zhuǎn)所需要的動(dòng)力便增大。這種動(dòng)力的增大，如果不加以控制，就可能使葉片和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)力過(guò)大，并且還浪費(fèi)能量。
如附圖所示，而且上面也已經(jīng)說(shuō)明，排氣構(gòu)件通常都是很薄的，有一個(gè)平坦的朝上的排氣表面。因此，一根從前邊緣拉到后邊緣的弦應(yīng)該處在與排氣表面平行的平面上。當(dāng)一個(gè)構(gòu)件傾斜，它的前邊緣低于后邊緣時(shí)，弦和構(gòu)件的排氣表面都將處在傾斜狀態(tài)。
圖2-9用框圖表示了裝置420的監(jiān)視和控制裝置800。這種裝置800能夠自動(dòng)地調(diào)整轉(zhuǎn)速，以保持所要求的沖角。一個(gè)監(jiān)視器和控制電腦(或編好程序的微型芯片)802接受從監(jiān)視施加在旋轉(zhuǎn)的葉片484上的扭矩的扭矩傳感器804傳來(lái)的數(shù)據(jù)。對(duì)于給定的旋轉(zhuǎn)速度和傾斜角度，上述扭矩與由“提升泵”效應(yīng)施加在葉片上的向上的力有直接關(guān)系，或者成一定的比例。當(dāng)扭矩超過(guò)預(yù)定的上限值或設(shè)定點(diǎn)時(shí)，電腦802就向變速驅(qū)動(dòng)裝置806送去一個(gè)信號(hào)，使驅(qū)動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)196降低速度。當(dāng)扭矩下降到低于預(yù)定的下限值或設(shè)定點(diǎn)時(shí)，電腦便送出提高電動(dòng)機(jī)196的速度的信號(hào)。
這樣，就能以這種方式自動(dòng)地使沖角保持在設(shè)定點(diǎn)零與稍大于零的范圍內(nèi)。
裝置420也可以包括一塊控制操作盤(pán)(圖中未示出)，用于控制上述監(jiān)視器和控制裝置800。裝置800還能夠控制壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)173(開(kāi)或關(guān))和提升電動(dòng)機(jī)189。
上面已經(jīng)指出過(guò)，各種數(shù)據(jù)可以用監(jiān)視器或傳感器808來(lái)收集，傳感器808把結(jié)果提供給監(jiān)視器和控制電腦802。電腦802又控制提升電動(dòng)機(jī)189，改變排氣裝置490的浸入深度，以提供由輸入的數(shù)據(jù)所指示的，氣體溶入液體內(nèi)的速率。
舉一個(gè)例子，上述裝置可以安裝在盛有包含生物量的液體的池子里。在處理的過(guò)程中，液體中的微生物把這些生物量作為食物消耗掉了，從而從液體中去掉了這些生物量。由于微生物消耗這些生物量的結(jié)果，液體中溶解的氧氣的濃度降低了。這種溶解的氧氣濃度的降低由一個(gè)溶解氧氣傳感器808檢測(cè)到。
這個(gè)溶解氧氣傳感器808把信號(hào)送給監(jiān)視器和電腦802。這個(gè)信號(hào)可以是0-10伏的，或者4-20毫安的信號(hào)，它指示了池子中溶解氧氣的水平。然后，監(jiān)視器和控制電腦802將從傳感器808輸送過(guò)來(lái)的溶解氧氣的水平與要求的預(yù)定值進(jìn)行比較。萬(wàn)一池子中溶解氧氣的濃度下降到低于所要求的值，監(jiān)視器和控制電腦802將自動(dòng)使提升電動(dòng)機(jī)189增加排氣裝置490沉入池子的深度。沉入深度增加的結(jié)果是溶解氧氣的生成率增加了。相反，如果溶解氧氣的濃度超過(guò)了所要求的值，則監(jiān)視器和控制電腦將自動(dòng)地使提升電動(dòng)機(jī)減少沉入的深度。
上面已經(jīng)詳細(xì)解釋過(guò)，輸入的信號(hào)可能牽涉到與液體本身有關(guān)的受監(jiān)控的參數(shù)，從外部信號(hào)源來(lái)的當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，以及更加一般的信息，例如電力價(jià)格降低的時(shí)間，或者需求比歷來(lái)的更高了，或者任何其他綜合信息。
上述擴(kuò)散器總成490在沒(méi)有氣體的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，其目的只是進(jìn)行攪拌混合和/或釋放添加劑。在進(jìn)行這種運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，就沒(méi)有提升泵效應(yīng)。此時(shí)，旋轉(zhuǎn)的速度必須降低，以防止葉片或驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的應(yīng)力過(guò)大。
在一臺(tái)這種實(shí)施例的樣機(jī)中，使用了14個(gè)排氣構(gòu)件。每一個(gè)構(gòu)件的長(zhǎng)度大約是10英尺，頂端的寬度大約是16英寸，基部的寬度大約是6英寸。構(gòu)件在基部處的高度大約是2英寸，而在頂端處的高度大約是1.25英寸。上面已經(jīng)指出過(guò)，傾斜角度大約在5°到35°之間。構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的速度約為3.5-15rpm。所供應(yīng)氣體的壓力約為1-15psi。構(gòu)件的表面速度當(dāng)轉(zhuǎn)速為3.5rpm時(shí)可從頂端的220英尺/分鐘左右變化到靠近基部的44英尺/分鐘左右。當(dāng)構(gòu)件的轉(zhuǎn)速為15rpm時(shí)，其表面速度從頂端的950英尺/分鐘左右變化到靠近基部的188英尺/分鐘左右。多孔壁上小孔的尺寸在30微米左右。構(gòu)件在液體中所保持的深度范圍為零到20英尺之間。構(gòu)件的內(nèi)部與外部之間保持的壓力差大約是0.5-1.5psi。
本實(shí)施例中的裝置420包括自調(diào)整的卸壓裝置481。一般來(lái)說(shuō)，該裝置包括一根半剛性的管段或主軸480的延長(zhǎng)部分487，它延伸到擴(kuò)散器構(gòu)件484下面一個(gè)預(yù)定的距離，在該延長(zhǎng)部分487的下端有一個(gè)出口481a。在延長(zhǎng)部分487上要安裝一個(gè)單向閥487a，以防止液體從池子中向上流入葉片內(nèi)部。卸壓裝置481設(shè)計(jì)成要有一個(gè)預(yù)定的壓力差才能打開(kāi)。從出口481a釋放氣體所需要的壓力等于以下兩項(xiàng)的和(1)從擴(kuò)散器表面485到出口481a的液柱的壓力(以英寸計(jì))；(2)打開(kāi)單向閥487a所需要的壓力。
當(dāng)裝置420運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在構(gòu)件內(nèi)的壓縮空氣與構(gòu)件外部的水中的壓力之間有一個(gè)壓力差。在正常的情況下氣體的壓力較大，能讓氣體通過(guò)小孔排入液體內(nèi)。在本樣機(jī)中，上述壓力差大約是0.5-1.5psi。
更具體的說(shuō)，上述延長(zhǎng)部分487延伸到擴(kuò)散器構(gòu)件484以下的深度大約是25英寸。在該裝置中，如果構(gòu)件中的壓縮空氣與液體上方的靜壓水頭的壓力差小于以下兩項(xiàng)的和(1)管狀延長(zhǎng)部分487的長(zhǎng)度；(2)打開(kāi)單向閥487a所需要的壓力差，那么壓縮空氣就不能迫使水從下端的出口481a流出去。例如，如果構(gòu)件中的壓縮空氣與外部的水的壓力之間的壓力差是12英寸，那么，壓縮空氣只能迫使自己在管狀延長(zhǎng)部分487中再比構(gòu)件的深度向下12英寸，而不能流出出口481a。如果構(gòu)件中的壓力差超過(guò)或者將要超過(guò)預(yù)定的值，則氣體就能迫使自己向下通過(guò)下端的出口481a，于是氣體就能從該出口排出去，卸掉超過(guò)的壓力。這樣，就能避免構(gòu)件因壓力超過(guò)預(yù)定的值而損壞。
這種裝置能夠?yàn)閿U(kuò)散器構(gòu)件484浸入水中的深度進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，無(wú)論何時(shí)，只要構(gòu)件484中的壓力差(以液柱的英寸計(jì))超過(guò)下列兩項(xiàng)的和(1)管狀延長(zhǎng)部分487的長(zhǎng)度(英寸)；(2)為打開(kāi)單向閥487a所需要的壓力，就能夠卸掉氣體的壓力，而與構(gòu)件沉入液體中的深度無(wú)關(guān)。這種自動(dòng)的深度補(bǔ)償在每一次葉片處在不同的深度時(shí)不需要去調(diào)整安全閥或卸壓閥。這種卸壓裝置安裝在擴(kuò)散器總成上，并且和它一起垂直移動(dòng)。因此，這種卸壓裝置和擴(kuò)散器總成受到同樣的相對(duì)靜壓水頭的壓力。這種卸壓裝置只要為所要求的最大壓力差調(diào)整一次就可以了(設(shè)定管狀延長(zhǎng)部分487的長(zhǎng)度和打開(kāi)閥487a的力量)。
當(dāng)壓縮機(jī)在啟動(dòng)程序中起動(dòng)，而葉片484由于某種原因里面有水時(shí)，這些水就會(huì)使壓力以高于正常情況的速率增大。因此，必須使裝置中的壓力低于可能使葉片損壞的臨界值。上述卸壓裝置481由于能讓水從出口481和閥487a逸出，所以它有助于防止這種損壞。
此外，還有一個(gè)連續(xù)不斷地把平均壓力通知電腦802的壓力傳感器811。一當(dāng)卸壓裝置失效，不能使平均壓力保持在低于臨界值時(shí)，電腦802就會(huì)關(guān)掉壓縮機(jī)172。在這一方面，還要防止電腦在不需要關(guān)閉壓縮機(jī)時(shí)把它關(guān)掉，例如,當(dāng)壓力有一個(gè)瞬時(shí)高峰，但存在的時(shí)間不長(zhǎng)，不足以使葉片損壞，那么壓力的讀數(shù)要綜合一段時(shí)間的數(shù)，即要進(jìn)行平均。
但是，仍然可能存在著在起動(dòng)時(shí)超過(guò)破壞壓力的問(wèn)題。如果不調(diào)整，壓縮機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)在0.5秒鐘左右達(dá)到全速。因?yàn)槭虑榘l(fā)生得如此的快，以致卸壓裝置還不能滿足把全部液體都清除出去的要求，而且控制裝置也不可能對(duì)迅速增大的壓力反應(yīng)得足夠的快。
為了解決這個(gè)起動(dòng)問(wèn)題，在上述裝置中加入了一個(gè)“軟起動(dòng)”裝置809，以便把壓縮機(jī)達(dá)到全速的時(shí)間從0.5秒左右延長(zhǎng)到60秒左右。
壓縮機(jī)的這種軟起動(dòng)大大地降低了單位時(shí)間內(nèi)壓力的增加(dP/dT)，使得卸壓裝置有足夠的時(shí)間把水清除掉，而控制裝置也有更多的時(shí)間來(lái)反應(yīng)壓力的增大。
圖4-1表示本發(fā)明的一個(gè)可替換的實(shí)施例，它除了以下三點(diǎn)之外基本上和上述裝置420相同a)它缺少一臺(tái)壓縮機(jī)；b)它缺少一臺(tái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)；c)它在撓性氣管177與從遠(yuǎn)方壓縮空氣源通過(guò)來(lái)的管道500之間有一連接器。
圖4-2表示包括兩臺(tái)這種裝置520a、520b的系統(tǒng)，這兩臺(tái)裝置都與單獨(dú)一臺(tái)遠(yuǎn)方的氣源，例如一臺(tái)恒壓或者恒容積的壓縮機(jī)522連接，并從它那里接受壓縮空氣。圖4-2中有一條共同的供氣管道524，還有連接到每一臺(tái)裝置520a、520b上的單獨(dú)的供氣管道500a、500b。需要的時(shí)候附加的單獨(dú)的裝置520(圖中未示出)也可以與壓縮機(jī)522和管道524連接，并由它們供氣。控制裝置(圖中未示出)可以與該裝置520a、520b的提升電動(dòng)機(jī)589連接，它能夠協(xié)調(diào)裝置520a、520b中的排氣裝置總成590a、590b浸入水中的相對(duì)深度，從而有選擇地決定哪一個(gè)排氣裝置總成的排氣量更多一些或更少一些。
借助于減少一個(gè)排氣總成590a相對(duì)于另一個(gè)排氣總成590b的擴(kuò)散器浸入水中的相對(duì)深度(因而也就是減少相對(duì)的靜壓水頭)，將使流向浸入深度較淺的排氣總成590a的壓縮空氣量增加，而流向浸入深度較深的排氣總成590b的壓縮空氣量減少。
與共同的氣源522連接的全部裝置的總動(dòng)力消耗和溶解氣體的總量可以用集體增加或減少這些裝置浸入水中的深度來(lái)改變。全部裝置的這種增加或減少，可以看成與一臺(tái)壓縮機(jī)和一臺(tái)裝置深度的增加和減少一樣，而與連接在一個(gè)共同氣源上的多臺(tái)裝置的浸入深度相對(duì)的增加和減少不同。
這可以看作是一種經(jīng)過(guò)改進(jìn)的氣體流量比例控制機(jī)構(gòu)(閥門(mén))，它能夠自動(dòng)地并且有選擇地增加或減少?gòu)囊粋€(gè)共同氣源接受氣體的多臺(tái)裝置相對(duì)的氣體流量。
之所以要控制與一個(gè)共同氣源連接的多臺(tái)裝置的相對(duì)氣體流量的理由有以下幾條1)安裝在一套設(shè)備(即一個(gè)或多個(gè)池子)中的多個(gè)傳感器可能檢測(cè)到設(shè)備中有一部分與另一部分相比需要增加氣體。監(jiān)視器和控制電腦在接收到這些傳感器送來(lái)的信號(hào)之后，了解到這種需要，便通過(guò)減少這一部分的裝置的相對(duì)浸入深度，使得這一部分裝置與連接在共同氣源上的另一部分裝置相比，增加了氣體流量。
2)某些處理過(guò)程需要通入氣流的混合期與只混合不通入氣流的混合期這兩種時(shí)期互相交替。借助于改變與一個(gè)共同氣源連接的多臺(tái)裝置的相對(duì)浸入深度，流入個(gè)別裝置的氣流就能夠減少或取消，從而形成只有混合和帶有釋放氣體的混合兩種區(qū)域。
3)增大氣體的流速可能改善混合的方式和能量的分配，然而，溶解氣體的要求或者現(xiàn)有的壓縮機(jī)/管線設(shè)備可能不容許同時(shí)向全部設(shè)備增加氣體的流速。借助于交替地形成高氣體流速的區(qū)域，就能夠在不超過(guò)總氣體溶解量的要求和不超過(guò)壓縮機(jī)和管線的輸送能力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)混合方式的改善和改進(jìn)能量的分配。
圖3-1到3-4本發(fā)明的第二種可替換的優(yōu)選實(shí)施例320。這種裝置320包括一對(duì)支承著框架324的長(zhǎng)形漂浮構(gòu)件322。通常，漂浮構(gòu)件322設(shè)置成互相平行，并且隔開(kāi)距離?？蚣?24又支承著一個(gè)中央外殼340。壓縮機(jī)或者風(fēng)機(jī)372安裝在外殼340中。壓縮機(jī)372用一臺(tái)也是支承在外殼340上的電動(dòng)機(jī)332驅(qū)動(dòng)。漂浮構(gòu)件322設(shè)計(jì)成能騎在一個(gè)池子之類(lèi)的容器中的大量水或其他液體的表面“S”上。壓縮機(jī)372與一根向下延伸的長(zhǎng)的空心主中心軸380連通。
軸380安裝成能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，并由一臺(tái)也是安裝在外殼340上的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。更具體的說(shuō)，電動(dòng)機(jī)370通過(guò)一臺(tái)減速裝置371和一個(gè)皮帶驅(qū)動(dòng)裝置373驅(qū)動(dòng)固定在主中心軸380上端的驅(qū)動(dòng)輪375。
旋轉(zhuǎn)的主軸380在其下端裝有基本上與上面描述過(guò)的排氣總成490相同的擴(kuò)散器或排氣總成。
上述外殼340是用樞軸安裝在框架324上的。外殼340在整體上是矩形的箱子。一根水平軸350從外殼延伸出來(lái)，它的靠近外殼兩側(cè)的兩端，用框架上整體呈三角形的支撐354支承，而框架則是支承在隔開(kāi)距離的一個(gè)浮筒322上。
軸350固定在支撐354上不能轉(zhuǎn)動(dòng)。外殼340則支承在軸350上，但是能繞著軸350轉(zhuǎn)動(dòng)。裝在外殼中的一個(gè)大鏈輪356固定在這根軸350上。
一根驅(qū)動(dòng)鏈358繞在上述大鏈輪356和一個(gè)小的驅(qū)動(dòng)鏈輪360上。小鏈輪360由一臺(tái)斜置電動(dòng)機(jī)364通過(guò)一個(gè)齒輪箱362來(lái)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)364和齒輪箱362都安裝在外殼340內(nèi)。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)364使鏈輪360轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，便驅(qū)動(dòng)鏈條358，使得整個(gè)外殼340繞著鏈輪356轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，就使得軸380和擴(kuò)散器總成490如圖3-4所示的那樣上升到液面以上，就能夠起動(dòng)壓縮機(jī)，或者清理，修理排氣構(gòu)件484，或者改變傾斜的角度。等等。
在不脫離本發(fā)明在權(quán)利要求書(shū)中所確定的構(gòu)思和范圍的前提下，能對(duì)所描述的結(jié)構(gòu)作各種改進(jìn)和變換。
權(quán)利要求
1．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣體的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部；c)安裝在上述主軸的位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置包括許多長(zhǎng)形的，隔開(kāi)距離的沿徑向延伸的，能繞著上述軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件；以及d)裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置與上述排氣裝置連接，以便使排氣裝置旋轉(zhuǎn)，上述排氣構(gòu)件各有一個(gè)整體平坦的朝向上方的排氣表面，該排氣表面有一條前邊緣和一條后邊緣，各排氣構(gòu)件有封閉的下部，各排氣構(gòu)件有一條與壓力氣源連通的內(nèi)部通道，各排氣表面有許多與排氣構(gòu)件中的內(nèi)部通道連通的小孔，上述排氣表面是傾斜的，其前邊緣低于其后邊緣，其傾斜的角度與排氣構(gòu)件在特定的大量液體中的旋轉(zhuǎn)速度綜合在一起，使得液體相對(duì)于排氣構(gòu)件的合成的沖角通常為零或稍大于零，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體破碎成氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述排氣裝置在它旋轉(zhuǎn)時(shí)，至少掃過(guò)大約8英尺的區(qū)域。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括用于有選擇地把排氣表面的傾斜角度固定在不同的預(yù)定角度下的裝置。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括提升和降下上述排氣構(gòu)件的裝置。
5．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，上述提升和降下裝置通常是垂直地提升和降下上述排氣構(gòu)件，并且該裝置還包括控制上述驅(qū)動(dòng)裝置，改變排氣構(gòu)件旋轉(zhuǎn)速度的裝置，以便在排氣構(gòu)件的不同浸入深度下保持合成的沖角為零或稍大于零。
6．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣體的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部；c)安裝在上述主軸的位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置包括許多長(zhǎng)形的，隔開(kāi)距離的沿徑向延伸的，能繞著上述軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件；以及d)裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置與上述排氣裝置連接，以便使排氣裝置旋轉(zhuǎn)，上述排氣構(gòu)件各有一個(gè)朝向上方的排氣表面，該排氣表面有一條前邊緣和一條后邊緣，各排氣構(gòu)件有一條與壓力氣源連通的內(nèi)部通道，各排氣表面有許多與排氣構(gòu)件中的內(nèi)部通道連通的小孔，上述排氣表面是傾斜的，其前邊緣低于其后邊緣，其傾斜的角度與排氣構(gòu)件在特定的大量液體中的旋轉(zhuǎn)速度綜合在一起，使得液體相對(duì)于排氣構(gòu)件的合成的沖角通常為零或稍大于零，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體破碎成氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多，壓力較高的氣體在靠近傾斜的排氣表面的前邊緣處排出來(lái)，而不是從靠近其后邊緣處排出來(lái)，從而使得在各排氣表面的整個(gè)寬度上的排氣均勻化。
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，各排氣構(gòu)件有若干條分開(kāi)的沿徑向延伸的長(zhǎng)形壓力通風(fēng)道，并且壓力較高的氣體通常都漸進(jìn)地供入?yún)f(xié)同工作的排氣表面中從前邊緣逐漸向后邊緣行進(jìn)的相應(yīng)的壓力通風(fēng)道中。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，各排氣構(gòu)件有一個(gè)與壓力氣源連通的腔室，并且該腔室通常沿構(gòu)件的長(zhǎng)度延伸，該構(gòu)件的許多條壓力通風(fēng)道與構(gòu)件的上述腔室連接并相通，在各構(gòu)件的腔室與協(xié)同工作的壓力通風(fēng)道之間有氣體出口，上述出口的尺寸和布置設(shè)計(jì)成能讓從協(xié)同工作的排氣表面的較低的前邊緣到較高的后邊緣順序的壓力通風(fēng)道中的壓力逐漸增高。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，在一個(gè)構(gòu)件的腔室與該構(gòu)件較高后邊緣的上部壓力通風(fēng)道之間的壓力差通常要等于該構(gòu)件的排氣表面的前邊緣與后邊緣之間的靜壓水頭的差。
10．如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，在構(gòu)件的較低的前邊緣上，在上述各構(gòu)件的腔室與該構(gòu)件的壓力通風(fēng)道之間的出口是成比例的，使得在在這種腔室與前邊緣的壓力通風(fēng)道之間基本上沒(méi)有壓力降。
11．如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，各構(gòu)件有三條或者更多的上述壓力通風(fēng)道。
12．如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，上述各構(gòu)件的出口是這樣設(shè)計(jì)的，即，在該構(gòu)件的排氣表面的整個(gè)寬度上氣體的流量是相等的。
13．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述排氣構(gòu)件設(shè)計(jì)成在各排氣表面的沿徑向靠外的部分所排出的氣體，以漸進(jìn)的方式，比該表面上沿徑向靠里的部分要多得多。
14．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述驅(qū)動(dòng)裝置是這樣工作的，它要保持排氣構(gòu)件的轉(zhuǎn)速足夠的慢，以避免氣蝕和能量的過(guò)度消耗，而又要足夠的快，以便有效地破壞從小孔中排出來(lái)的氣流，直接把上述氣流制造成氣泡。
15．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括把上述框架支承在上述液體表面上的漂浮裝置。
16．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，它還包括支承搖架裝置，用于支承上述主軸和排氣裝置，使它向上傾斜并從液體中出來(lái)。
17．如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，上述排氣表面在它靜止不動(dòng)時(shí)，所占據(jù)的面積不超過(guò)旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件所占據(jù)的圓盤(pán)面積的85％左右。
18．如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，由上述靜止的排氣表面所占據(jù)的面積的百分比為50％。
19．如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，上述提升和降下裝置能把排氣裝置提升到排氣表面處在或高于液體表面的位置上，以便于起動(dòng)或其他目的。
20．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣體的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部；c)安裝在上述主軸的位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置包括許多長(zhǎng)形的，隔開(kāi)距離的沿徑向延伸的，能繞著上述軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件；以及d)裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置與上述排氣裝置連接，以便使排氣裝置旋轉(zhuǎn)，上述各排氣構(gòu)件在整體上是扁平的，有一條前邊緣和一條后邊緣，還有一根從前邊緣延伸到后邊緣的弦，這些排氣構(gòu)件各有一個(gè)朝向上方的平坦的排氣表面，該排氣表面通常與該構(gòu)件的弦平行，各排氣構(gòu)件有一條與壓力氣源連通的內(nèi)部通道，各排氣表面有許多與排氣構(gòu)件中的內(nèi)部通道連通的小孔，上述排氣構(gòu)件安裝成其弦是傾斜的，其前邊緣低于其后邊緣，其傾斜的角度與排氣構(gòu)件在特定的大量液體中的旋轉(zhuǎn)速度綜合在一起，使得液體相對(duì)于排氣構(gòu)件的合成的沖角通常為零或稍大于零，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體破碎成氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多。
21．如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，它還包括一個(gè)扭矩傳感裝置和一個(gè)速度控制裝置，用于有選擇地根據(jù)上述扭矩傳感裝置所檢測(cè)到的扭矩的變化改變旋轉(zhuǎn)速度，上述扭矩的改變是由旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件所經(jīng)受到的，上述速度的變化通常足以使液體相對(duì)于上述排氣表面的合成沖角保持為零或者稍大于零。
22．如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，它還包括連續(xù)不斷地監(jiān)視著這種扭矩的變化的監(jiān)視裝置，以及根據(jù)這種變化控制上述速度的控制裝置。
23．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣體的方法，它包括下列步驟1)設(shè)置許多沿徑向延伸的隔開(kāi)距離的長(zhǎng)形的能旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件，這些構(gòu)件在整體上水平地布置在大量液體之下，這些構(gòu)件各有一個(gè)整體朝上的排氣表面，上面有許多小孔，這些構(gòu)件還各有一條與壓力氣源和該構(gòu)件的帶小孔的排氣表面連通的內(nèi)部通道，上述排氣表面是傾斜的，其前邊緣顯著低于其后邊緣；以及2)通常同時(shí)進(jìn)行下列步驟a)將壓力氣體引入上述內(nèi)部通道，并把這些氣體通過(guò)相應(yīng)的排氣表面上的小孔排出去；以及b)使上述構(gòu)件繞著整體上垂直的軸線以通常為連續(xù)的預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)，使得Ⅰ)排出的氣體被附近的液體所打碎，從而直接產(chǎn)生一股氣泡狀的氣流，這種氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多，以及Ⅱ)液體的流動(dòng)相對(duì)于排氣表面的合成的沖角通常為零或稍大于零。
24．如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，上述旋轉(zhuǎn)速度大約在2rpm到25rpm之間。
25．一種具有經(jīng)過(guò)改進(jìn)的控制裝置，用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣泡的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部；c)安裝在上述主軸上位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置能夠繞著上述主軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)；d)裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，用于使排氣裝置旋轉(zhuǎn)，上述排氣構(gòu)件有一條與恒壓氣源連通的內(nèi)部通道，上述排氣裝置有一個(gè)排氣表面，該排氣表面有許多與上述排氣裝置中的通道連通的小孔，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體打碎，形成小的氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多；e)用于有選擇地根據(jù)與所要求的在大量液體中充氣和混合的程度以及能量的消耗有關(guān)的輸入信號(hào)，提升和降下上述排氣裝置的浸入裝置，改變排氣裝置浸入的深度，當(dāng)排氣裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，改變排氣表面上方的大量液體所承受的壓力，從而有選擇地改變氣體溶入大量液體中的速率和能量消耗。
26．如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，它還包括速度控制裝置，用于根據(jù)液體相對(duì)于排氣表面的垂直流速的變化來(lái)調(diào)整構(gòu)件的速度變化，以便在整體上使排氣表面的沖角保持為零或稍大于零。
27．如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，它還包括一臺(tái)壓縮機(jī)，用于提供流量恒定而且壓力與構(gòu)件浸入液體的深度成正比的氣源。
28．如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，它還包括固定在框架上，在排氣裝置上方的，面朝下的刷洗裝置，上述排氣裝置能由控制裝置提升起來(lái)，在排氣裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，使它的排氣表面與刷洗裝置接觸，以刷洗該排氣表面。
29．如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，它還包括安裝在框架上，在排氣裝置上方，朝向下方的能夠操作的清理噴嘴，當(dāng)排氣裝置被提升起來(lái)并且繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，把清理液體的高壓射流噴射到排氣表面上，從而把堆積的垃圾從該表面上清除掉。
30．如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，它還包括一用于監(jiān)視并提供與大量液體有關(guān)的所需要的參量的輸入信號(hào)的監(jiān)視裝置，上述控制裝置在接收到從該監(jiān)視裝置發(fā)來(lái)的信號(hào)后，便使浸入裝置自動(dòng)地提升或降下排氣裝置，以使上述參數(shù)在液體各種不同的條件下整體上保持在預(yù)定的設(shè)定點(diǎn)上。
31．一種具有經(jīng)過(guò)改進(jìn)的控制裝置，用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣泡的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部；c)安裝在上述主軸上位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置能夠繞著上述主軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)；d)裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，用于使排氣裝置旋轉(zhuǎn)，上述排氣構(gòu)件有一條與恒壓氣源連通的內(nèi)部通道，上述排氣裝置有一個(gè)排氣表面，該排氣表面有許多與上述排氣裝置中的通道連通的小孔，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體打碎，形成小的氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多；e)安排程序的裝置，用于提供與大量液體所要求的充氣和混合程度和能量消耗有關(guān)的輸入信號(hào)，這種信號(hào)與大量液體的具體狀態(tài)無(wú)關(guān)；以及f)浸入控制裝置，用于有選擇地根據(jù)從安排程序的裝置送來(lái)的輸入信號(hào)提升和降下上述排氣裝置，改變排氣裝置浸入的深度，當(dāng)排氣裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)，改變排氣表面上方的大量液體所承受的壓力，從而有選擇地改變氣體溶入大量液體中的速率和能量消耗。
32．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣體的方法，它包括下列步驟1)設(shè)置許多沿徑向延伸的隔開(kāi)距離的長(zhǎng)形的能旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件，這些構(gòu)件在整體上水平地布置在大量液體之下，這些構(gòu)件各有一個(gè)整體朝上的排氣表面，上面有許多小孔，這些構(gòu)件還各有一條與壓力氣源和該構(gòu)件的帶小孔的排氣表面連通的內(nèi)部通道，上述構(gòu)件是傾斜的，其前邊緣顯著低于其后邊緣；以及2)通常同時(shí)進(jìn)行下列步驟a)將壓力氣體引入上述內(nèi)部通道，并把這些氣體通過(guò)相應(yīng)的排氣表面上的小孔排出去；以及b)使上述構(gòu)件繞著整體上垂直的軸線旋轉(zhuǎn)，使得排出的氣體被附近的液體所打碎，從而直接產(chǎn)生一股氣泡狀的氣流，這種氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多；3)提供與大量液體所要求的充氣和混合程度和能量消耗有關(guān)的輸入信號(hào)；以及4)有選擇地以與上述輸入信號(hào)預(yù)定的關(guān)系改變構(gòu)件浸入液體的深度，在這些構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的同時(shí)改變排氣表面上方的液體所承受的壓力，從而改變把氣體引入液體中的速率和能量消耗。
33．如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)是與大量液體的狀態(tài)有關(guān)的信號(hào)。
34．如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)是與大量液體的狀態(tài)無(wú)關(guān)的信號(hào)。
35．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣泡和添加劑的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部，沿著這根主軸有一條接受壓縮空氣的第一管道，和一條接受一種添加劑的第二管道；c)安裝在上述主軸上位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置能夠繞著上述主軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)；d)裝在框架上并且與上述排氣裝置連接的驅(qū)動(dòng)裝置，用于使排氣裝置旋轉(zhuǎn)，上述排氣裝置有一條與上述主軸內(nèi)的第一管道連通的第一內(nèi)部氣體通道，上述排氣裝置有一個(gè)整體上朝向上方的排氣表面，該排氣表面有許多與上述排氣裝置中的第一內(nèi)部氣體通道連通的小孔，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體打碎，形成小的氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多上述排氣裝置還有一條與上述主軸中的第二管道連通的添加劑用的第二內(nèi)部通道，上述排氣裝置還有許多與上述添加劑通道連通的添加劑出口，用于在排氣裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)把添加劑釋放到液體中去。
36．如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，上述排氣裝置的形式是許多沿徑向延伸的長(zhǎng)形排氣構(gòu)件，各排氣構(gòu)件都有一條前邊緣和一條后邊緣，并且在每一個(gè)構(gòu)件上有兩條添加劑通道，一條沿著前邊緣，一條沿著后邊緣。
37．如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，在上述框架上有一個(gè)與上述添加劑管道連通的添加劑源。
38．如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，上述把添加劑釋放到液體中去的出口的形式是噴嘴，從排氣構(gòu)件沿徑向的內(nèi)端到沿徑向的外端，這種噴嘴逐漸加大和/或數(shù)量逐漸增多。
39．如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，上述排氣構(gòu)件各有一條后邊緣，并且上述出口以噴嘴的形式沿著該后邊緣布置，以便當(dāng)添加劑從上述噴嘴排出時(shí)，形成使構(gòu)件旋轉(zhuǎn)的反作用力。
40．如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，上述排氣構(gòu)件各有一個(gè)面朝上的帶有很多小孔的混合排氣表面，至少一條直接處在上述混合排氣表面下方的混合壓力通風(fēng)道，上述壓力通風(fēng)道獨(dú)立于壓縮氣體的氣流，并且與上述添加劑通道相通，以便讓添加劑從添加劑通道通入混合壓力通風(fēng)道，然后通過(guò)有很多小孔的排氣表面排出去。
41．如權(quán)利要求40所述的裝置，其特征在于，上述混合排氣表面靠近上述氣體的排氣表面。
42．一種用于將氣體和一種添加劑混合和引入大量液體中的方法，它包括下列步驟a)設(shè)置許多整體上呈水平的，在上述大量液體表面下方的長(zhǎng)形排氣構(gòu)件，這些構(gòu)件各有一條與氣源連接的第一內(nèi)部通道，和一條與添加劑源連接的第二內(nèi)部通道，上述構(gòu)件還各有一個(gè)整體呈水平的平坦的排氣表面，該排氣表面上有許多與協(xié)同工作的第一氣體通道連通的小孔，該構(gòu)件還各有許多與協(xié)同工作的添加劑通道連通的，并且位置靠近上述協(xié)同工作的構(gòu)件的排氣表面的添加劑出口；b)通常同時(shí)進(jìn)行下列步驟1)在壓力下將氣體引入上述第一內(nèi)部通道；2)在壓力下將添加劑引入上述第二內(nèi)部通道；以及c)使長(zhǎng)形排氣構(gòu)件繞著一根整體垂直的軸線旋轉(zhuǎn)，結(jié)果，呈細(xì)小氣泡形狀的氣體從小孔排出，而添加劑則從上述出口排出，并且混合到上述大量液體中。
43．一種用于把氣泡混合和溶入大量液體的裝置中的排氣總成，上述裝置包括一個(gè)框架，該框架有一根主軸，該主軸有一根整體垂直的軸線，并延伸到大量液體的內(nèi)部；以及安裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置與上述主軸連接，并驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；上述排氣總成安裝在上述主軸的位于大量液體的表面以下的位置上，該排氣裝置包括許多長(zhǎng)形的，隔開(kāi)距離的沿徑向延伸的，能繞著上述軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件；上述各排氣構(gòu)件各有一個(gè)整體平坦的朝向上方的排氣表面，該排氣表面有一條前邊緣和一條后邊緣，各排氣構(gòu)件有封閉的下部，各排氣構(gòu)件有一條與壓力氣源連通的內(nèi)部通道，各排氣表面有許多與排氣構(gòu)件中的內(nèi)部通道連通的小孔；上述排氣表面是傾斜的，其前邊緣低于其后邊緣，其傾斜的角度與排氣構(gòu)件在特定的大量液體中的旋轉(zhuǎn)速度綜合在一起，使得液體相對(duì)于排氣構(gòu)件的合成的沖角通常為零或稍大于零；上述排氣總成的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體破碎成氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多。
44．如權(quán)利要求43所述的排氣總成，其特征在于，它還有用于有選擇地改變上述排氣表面的傾斜角度的裝置。
45．如權(quán)利要求43所述的排氣總成，其特征在于，在上述各排氣表面的徑向外部排出氣體，通常以漸進(jìn)的方式，比該排氣表面的徑向內(nèi)部所排出的氣體多。
46．如權(quán)利要求45所述的排氣總成，其特征在于，上述排氣表面的每單位面積具有均勻的小孔數(shù)量，并且，在上述各排氣表面的徑向外部的面積，通常以漸進(jìn)的方式，比該排氣表面的徑向內(nèi)部的面積大。
47．一種用于把氣泡混合和溶入大量液體的裝置中的排氣總成，上述裝置包括一個(gè)框架，該框架有一根主軸，該主軸有一根整體垂直的軸線，并延伸到大量液體的內(nèi)部；以及安裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置與上述主軸連接，并驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；上述排氣總成安裝在上述主軸的位于大量液體的表面以下的位置上，該排氣裝置包括許多長(zhǎng)形的，隔開(kāi)距離的沿徑向延伸的，能繞著上述軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件；上述各排氣構(gòu)件各有一個(gè)朝向上方的排氣表面，該排氣表面有一條前邊緣和一條后邊緣，各排氣構(gòu)件有一條與壓力氣源連通的內(nèi)部通道，各排氣表面有許多與排氣構(gòu)件中的內(nèi)部通道連通的小孔；上述排氣表面是傾斜的，其前邊緣低于其后邊緣；上述排氣總成的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體破碎成氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多；上述排氣裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成氣體從靠近下部前邊緣排出的壓力，要比從靠近上部后邊緣排出的壓力大得多。
48．如權(quán)利要求47所述的排氣總成，其特征在于，各排氣構(gòu)件有許多分開(kāi)的沿徑向延伸的長(zhǎng)形壓力通風(fēng)道，并且當(dāng)從上述協(xié)同工作的排氣表面的前邊緣向后邊緣行進(jìn)時(shí)，一般向相應(yīng)的壓力通風(fēng)道中提供逐漸增多的氣體。
49．如權(quán)利要求48所述的排氣總成，其特征在于，各排氣構(gòu)件有一個(gè)與壓力氣源連通的主腔室，該主腔室通常在整個(gè)構(gòu)件長(zhǎng)度上延伸，上述構(gòu)件的許多壓力通風(fēng)道與改構(gòu)件的上述腔室連接并相通，在各構(gòu)件的腔室與相應(yīng)的壓力通風(fēng)道之間有許多排氣口，上述排氣口的尺寸和數(shù)量設(shè)計(jì)成能讓氣體的壓力從該排氣表面的較低的前邊緣到較高的后邊緣的順序的壓力通風(fēng)道中逐漸增大。
50．如權(quán)利要求49所述的排氣總成，其特征在于，在一個(gè)構(gòu)件的上述腔室與靠近該構(gòu)件的后邊緣的壓力通風(fēng)道之間的壓力差的總和，通常等于在該構(gòu)件的排氣表面的前邊緣與后邊緣之間的靜壓水頭的差。
51．如權(quán)利要求49所述的排氣總成，其特征在于，各構(gòu)件的上述腔室與該構(gòu)件的在較低的前邊緣處的壓力通風(fēng)道之間的排氣口，使得該腔室與該前邊緣壓力通風(fēng)道之間基本上沒(méi)有壓力降。
52．如權(quán)利要求48所述的排氣總成，其特征在于，各構(gòu)件有三條或更多的壓力通風(fēng)道。
53．如權(quán)利要求47所述的排氣總成，其特征在于，從各排氣表面流出來(lái)的氣體流量通常在該排氣表面的整個(gè)寬度上都相等。
54．一種用于把氣泡混合和溶入大量液體的裝置中的排氣總成，上述裝置包括一個(gè)框架，該框架有一根主軸，該主軸有一根整體垂直的軸線，并延伸到大量液體的內(nèi)部；以及安裝在框架上的驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置與上述主軸連接，并驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；上述排氣總成安裝在上述主軸的位于大量液體的表面以下的位置上，該排氣裝置包括許多長(zhǎng)形的，隔開(kāi)距離的沿徑向延伸的，能繞著上述軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)的排氣構(gòu)件；各排氣構(gòu)件通常是扁平的，有一條前邊緣和一條后邊緣，以及一條從前邊緣到后邊緣的弦；上述各排氣構(gòu)件各有一個(gè)整體平坦的朝向上方的排氣表面，該排氣表面通常與該構(gòu)件的弦平行，各排氣構(gòu)件有一條與壓力氣源連通的內(nèi)部通道，各排氣表面有許多與排氣構(gòu)件中的內(nèi)部通道連通的小孔；上述排氣構(gòu)件安裝成使它們的弦是傾斜的，其前邊緣低于其后邊緣，其傾斜的角度與排氣構(gòu)件在特定的大量液體中的旋轉(zhuǎn)速度綜合在一起，使得液體相對(duì)于排氣構(gòu)件的合成的沖角通常為零或稍大于零；上述排氣總成的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體破碎成氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多。
55．一種用于把氣體混合和引入許多隔開(kāi)的液體區(qū)域中的，具有改進(jìn)了的控制裝置的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括1)一個(gè)處在恒定壓力下的氣源；2)許多與上述氣源連接并且相通的單獨(dú)的裝置，上述裝置各自設(shè)置在上述一個(gè)液體區(qū)域中，上述各裝置包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與協(xié)同工作的液體區(qū)域垂直，并延伸到其內(nèi)部；c)安裝在上述主軸上位于協(xié)同工作的液體區(qū)域的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置能夠繞著上述主軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)；d)裝在框架上用于使排氣裝置旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，上述排氣裝置有一條與上述氣源連通的內(nèi)部通道，上述排氣裝置有一個(gè)排氣表面，該排氣表面有許多與上述排氣裝置中的通道連通的小孔，上述排氣裝置的旋轉(zhuǎn)使得流過(guò)上述表面的液體把從這許多從小孔中冒出來(lái)的氣體打碎，形成小的氣泡，這些氣泡要比排氣裝置停止不動(dòng)時(shí)所形成的氣泡小得多；以及3)在工作上與上述各裝置聯(lián)系在一起的浸入控制裝置，用于根據(jù)與對(duì)該液體的充氣和混合所要求的程度和能量消耗有關(guān)的輸入信號(hào)，改變?cè)撗b置的排氣裝置的浸入深度，以便當(dāng)該排氣裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)使得在該排氣表面上方的液體所受到的壓力改變，從而使得該排氣裝置相對(duì)于其他的排氣裝置來(lái)說(shuō)，有選擇地改變?cè)撆艢庋b置在協(xié)同工作的液體區(qū)域內(nèi)引入氣體的速率和能量消耗。
56．如權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其特征在于，它還包括在由上述一個(gè)裝置所占據(jù)的各液體區(qū)域中檢測(cè)關(guān)于預(yù)定參量的數(shù)據(jù)的檢測(cè)裝置，并提供這種數(shù)據(jù)，以改變各個(gè)不同的排氣裝置的浸入深度，在上述各個(gè)液體區(qū)域內(nèi)使上述參量維持在預(yù)定值以?xún)?nèi)。
57．如權(quán)利要求56所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述數(shù)據(jù)提供給浸入控制裝置，然后該控制裝置又自動(dòng)地改變選定的排氣裝置的浸入深度，以使上述各液體區(qū)域中的上述參量保持在預(yù)定值之內(nèi)。
58．如權(quán)利要求55所述的系統(tǒng)，其特征在于，上述氣源是一臺(tái)恒定容積的壓縮機(jī)。
59．一種把氣體混合和引入包括許多隔開(kāi)的液體區(qū)域的液體系統(tǒng)中的方法，它包括下列步驟1)把許多排氣總成各自設(shè)置在上述液體區(qū)域中的一個(gè)區(qū)域的表面以下；2)從各排氣總成中把氣體排入上述協(xié)同工作的液體區(qū)域內(nèi)；3)為每一個(gè)液體區(qū)域提供與該區(qū)域中的液體所要求的充氣和混合程度以及能量消耗有關(guān)的輸入信號(hào)；以及4)以與上述輸入信號(hào)預(yù)定關(guān)系，有選擇地改變一個(gè)或多個(gè)總成在其協(xié)同工作的液體區(qū)域中的浸入深度，以改變?cè)搮^(qū)域的液體施加在該總成上的壓力，從而改變?cè)谠撘后w區(qū)域中氣體溶入該液體區(qū)域的速率和能量消耗，以達(dá)到整個(gè)液體系統(tǒng)所要求的結(jié)果。
60．如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)與該液體區(qū)域的狀態(tài)有關(guān)。
61．如權(quán)利要求59所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)與該液體區(qū)域的狀態(tài)無(wú)關(guān)。
62．一種用于向大量液體內(nèi)混合和溶入氣泡的裝置，它包括a)一個(gè)框架；b)一根有縱軸線的主軸，該主軸安裝在框架上，其軸線整體上與大量液體垂直，并延伸到大量液體的內(nèi)部；c)安裝在上述主軸上位于大量液體的表面以下的位置上的排氣裝置，該排氣裝置包括許多沿徑向延伸的，隔開(kāi)距離的長(zhǎng)形排氣構(gòu)件，它能夠繞著上述主軸的垂直軸線旋轉(zhuǎn)；d)與上述排氣裝置連接，用于向上述排氣裝置提供壓力氣體的提供氣體的裝置；e)裝在框架上并且與上述排氣裝置連接用于使排氣裝置旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，上述排氣構(gòu)件有一條與上述提供氣體的裝置連通的內(nèi)部通道，上述各排氣構(gòu)件有一個(gè)排氣表面，該排氣表面有許多與上述排氣構(gòu)件的內(nèi)部通道連通的小孔；f)與上述排氣構(gòu)件協(xié)同工作的安全裝置，以便對(duì)在上述排氣構(gòu)件的內(nèi)部通道中壓力增大到超過(guò)預(yù)定值時(shí)作出反應(yīng)，上述安全裝置包括一個(gè)卸壓閥，一個(gè)檢測(cè)上述通道中的壓力的監(jiān)視器，以及把一段時(shí)間里檢測(cè)到的壓力進(jìn)行平均，并在超過(guò)預(yù)定值時(shí)送出一個(gè)信號(hào)，以實(shí)施該裝置所要求的動(dòng)作；g)一個(gè)與上述提供氣體的裝置協(xié)同工作的軟起動(dòng)裝置，用于大大地增加為該提供氣體的裝置在起動(dòng)時(shí)達(dá)到全部工作能力所需要的時(shí)間，以便降低由提供氣體的裝置所造成的，單位時(shí)間內(nèi)壓力的增加，既使得卸壓閥有更多的時(shí)間把水排掉，也使得上述電路有更多的時(shí)間對(duì)從起動(dòng)開(kāi)始的壓力的增加作出反應(yīng)。
63．如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)包括該裝置形成它的一部分的設(shè)施的全部動(dòng)力消耗的數(shù)據(jù)。
64．如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)包括向該裝置提供動(dòng)力者的全部動(dòng)力消耗的數(shù)據(jù)。
65．如權(quán)利要求34所述的方法，其特征在于，上述輸入信號(hào)包括從動(dòng)力提供者發(fā)來(lái)的指示要求該裝置消耗能量的水平的信號(hào)中所獲得的數(shù)據(jù)。
66．如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，它還包括一個(gè)或多個(gè)用于監(jiān)控該裝置形成其一部分的整個(gè)設(shè)施的動(dòng)力消耗的動(dòng)力傳感器。
全文摘要
用于把氣體混合和引入大量液體中的改進(jìn)了的裝置和方法。該裝置支承著許多處在上述液體表面下方的輻條狀的排氣構(gòu)件(484)。這些構(gòu)件具有朝上的多孔排氣表面(485),壓縮氣體通過(guò)該表面向上釋放到液體中。通常這些構(gòu)件具有無(wú)孔的下部。為了抵消由旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件造成的“提升泵”效應(yīng)的向上的力量,這些構(gòu)件要傾斜,其前邊緣低于其后邊緣。構(gòu)件的傾斜與旋轉(zhuǎn)的速度互相平衡,結(jié)果,液體相對(duì)于排氣表面的合成沖角就等于零或稍大于零,從而有效地把冒出來(lái)的氣體打碎成尺寸很小的氣泡。
文檔編號(hào)B01F15/00GK1215352SQ97193595
公開(kāi)日1999年4月28日 申請(qǐng)日期1997年2月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月1日
發(fā)明者韋恩·A·貝利 申請(qǐng)人:比奧米克瑟公司