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表面曝氣機(jī)是污水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。最早應(yīng)用于荷蘭ＤＨＶ公司由Ｐａｓｖｅｅｒ博士1967年發(fā)明的Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化溝。國(guó)外大多數(shù)公司如ＥＩＭＣＯ、ＳｐａｎｓＢａｂｃｏｃｋｂｖ和Ｌａｎｄｕｓ-ｔｒｉｅ公司生產(chǎn)的倒傘型表曝機(jī)的葉輪都采用大角度倒錐、寬葉片直輻射布置，整機(jī)結(jié)構(gòu)型式基本上是一致的，葉輪焊接結(jié)構(gòu)略有不同，而葉輪的水力幾何參數(shù)，圓錐體的錐角、葉片都很相近。目前國(guó)內(nèi)外用得最多的是美國(guó)ＥＩＭＣＯ公司的ＯＸＹＲＡＴＯＲ倒傘型表曝機(jī)，其次是荷蘭Ｓｐａａｎｓ-Ｂ型，大型表曝機(jī)葉輪直徑基本都是 3500ｍｍ、 3750ｍｍ，功率是90ｋＷ、110ｋＷ和132ｋＷ最多，少數(shù)用160ｋＷ。
由于技術(shù)落后和國(guó)外的技術(shù)封鎖，目前，我國(guó)大功率倒傘表曝機(jī)仍然主要依賴進(jìn)口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自1996年至2002年，我國(guó)建造的16座卡魯塞爾2000型氧化溝污水處理廠，使用ＥＩＭＣＯ公司的ＯＸＹＲＡＴＯＲ型葉輪直徑 3500ｍｍ至 3750ｍｍ，功率90ｋＷ至160ｋＷ的表曝機(jī)共118臺(tái)。究其原因，主要是有關(guān)表面曝氣機(jī)攪拌、推流、充氧等理論匱乏、研究滯后，限制了我國(guó)有關(guān)產(chǎn)品的改良和發(fā)展的步伐，同時(shí)也阻礙了民族工業(yè)的發(fā)展壯大。所以開展表面曝氣機(jī)推流攪拌和充氧方面的理論研究，開發(fā)出性能優(yōu)良、能耗較小、價(jià)格低廉的產(chǎn)品意義深遠(yuǎn)。
研究通過有限元分析的方法，從研究攪拌葉片的應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)胧郑瑏韮?yōu)化攪拌葉片的流線和厚度，進(jìn)而提高曝氣機(jī)的充氧動(dòng)力效率，為曝氣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)另辟了一條蹊徑。
倒傘型曝氣機(jī)的主要參數(shù)如下：8個(gè)弧形葉片，葉輪直徑3500ｍｍ，8個(gè)連接板，電機(jī)功率132ｋＷ。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。
曝氣機(jī)具有充氧、推流和攪拌性能，反映這些性能的主要指標(biāo)是充氧動(dòng)力效率和底部流速。其中最主要性能指標(biāo)是充氧動(dòng)力效率ＯＥ(ｋｇＯ2/ｋＷ·ｈ)：
其中，ＯＲ是在室溫和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的氧氣傳輸速率(ｍｇ/Ｌ/ｈ)，Ｃ＊Ｏ2是試驗(yàn)時(shí)的氧氣飽和濃度，這里假設(shè)為常數(shù)。ＫＬａ(20)為標(biāo)準(zhǔn)條件下的氧氣傳輸體積系數(shù)(ｍ3/ｈ)。
速度與葉片的流線、厚度關(guān)系密切，而且葉片的流線也是影響攪拌功率的一個(gè)主要因素。因此為了更好的研究葉片的流線和外形，從葉片的應(yīng)力應(yīng)變研究入手，對(duì)葉片的形狀和厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
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