Пористый диск аэратора (варианты)

(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Савич Вадим Викторович Пилиневич Леонид Петрович Беденко Сергей Александрович Тарайкович Александр Михайлович Гринь Петр Иосифович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) 1. Пористый диск аэратора, выполненный из порошка титана с пространственным фактором формы частиц 0,20-0,45, толщиной 5-16 средних размеров частиц и диаметром 100-500 средних размеров частиц, отличающийся тем, что центральная часть диска выполнена со средней пористостью 0,35-0,50 и шероховатостью 0,3-0,8 средних размеров частиц порошка, а периферия диска на расстоянии 3-10 средних размеров частиц от наружного края выполнена со средней пористостью 0,10-0,25 и шероховатостью 10-80 мкм. 7997 1 2006.04.30 2. Пористый диск аэратора по п. 1, отличающийся тем, что выполнен из порошка со средним размером частиц 0,315-0,63 мм. 3. Пористый диск аэратора, выполненный из порошка титана с пространственным фактором формы частиц 0,20-0,45, толщиной 5-16 средних размеров частиц и диаметром 100-500 средних размеров частиц, отличающийся тем, что толщина диска на периферии на 0,5-2,0 средних размеров частиц порошка меньше, чем в его центральной части, центральная часть диска выполнена со средней пористостью 0,51-0,65 и шероховатостью 0,30,8 средних размеров частиц порошка, а периферия диска на расстоянии 3-10 средних размеров частиц от наружного края выполнена со средней пористостью 0,10-0,25 и шероховатостью 10-80 мкм. Изобретение относится к устройствам для насыщения жидкостей газом (кислородом,озоном, углекислым газом и т.п.) и может быть использовано при биохимической очистке сточных вод и очистке питьевой воды озонированием, при сатурации жидких продуктов биохимических производств. Известен пористый диск аэратора, выполненный из полимера-полиэтилена 1. Недостатком известной конструкции является ее малый срок службы, обусловленный быстрым старением и разрушением в водной среде, содержащей микрофлору, биообрастание, а также невозможность работы в озоно-воздушном потоке вследствие катастрофического разрушения. Известен пористый диск аэратора, выполненный из сформованного и спеченного порошка металла, окисла или их смеси, причем толщина диска выбирается из соотношения(15-20) пор/2,4 П 2,11, где пор - средний размер пор, а П - пористость диска 2. Недостатком известного устройства является неравномерность проницаемости по площади диска, проблемы с уплотнением по периметру, недостаточная прочность периферийной части, что часто приводит к вырыву диска из корпуса при вероятных гидродинамических ударах при работе аэратора. Кроме того, пористый диск, выполненный (или содержащий в значимом количестве) окислы металлов, также подвержен сильному биообрастанию и связанной с ним кольматацией пор. В качестве прототипа выбран пористый диск аэратора, выполненный из порошка титана с пространственным фактором формы частиц в пределах 0,20-0,45, толщиной 5-16 средних размеров частиц порошка, диаметром 100-500 средних диаметров частиц порошка, средней пористостью 0,35-0,50 3. Недостатком известной конструкции является, также как и в предыдущей конструкции, неравномерность проницаемости по площади диска, проблемы с уплотнением по периметру, недостаточная прочность периферийной части, что часто приводит к вырыву диска из корпуса при вероятных гидродинамических ударах при работе аэратора. Еще одним недостатком известного устройства являются невысокие массообменные характеристики, связанные с гладкой наружной поверхностью диска. Известное устройство также может иметь невысокую проницаемость, связанную со значительной пластической деформацией частиц порошка на поверхности диска при его формовании и блокировкой тем самым устьев пор на поверхности. Задачей изобретения является повышение общей проницаемости диска, равномерности проницаемости по площади диска, повышение прочности периферийной части, упрощение и повышение надежности уплотнения диска по периметру, повышение массообменных характеристик. Поставленная задача решается тем, что в пористом диске аэратора, выполненном из порошка титана с пространственным фактором формы частиц в пределах 0,20-0,45, толщиной 5-16 средних размеров частиц и диаметром 100-500 средних размеров частиц, центральная часть диска выполнена со средней пористостью 0,35-0,50 и шероховатостью 0,32 7997 1 2006.04.30 0,8 средних размеров частиц порошка, а периферия диска на расстоянии 3-10 средних размеров частиц от наружного края выполнена со средней пористостью 0,10-0,25 и шероховатостью 10-80 мкм. Пористый диск аэратора может быть выполнен из порошка со средним размером частиц в пределах 0,315-0,63 мм. В другом варианте пористого диска аэратора, выполненном из порошка титана с пространственным фактором формы частиц в пределах 0,20-0,45, толщиной 5-16 средних размеров частиц и диаметром 100-500 средних размеров частиц, толщина диска на периферии на 0,5-2 средних размеров частиц порошка меньше, чем в его центральной части,центральная часть диска выполнена со средней пористостью 0,51-0,65 и шероховатостью 0,3-0,8 средних размеров частиц порошка, а периферия диска на расстоянии 3-10 средних размеров частиц от наружного края выполнена со средней пористостью 0,10-0,25 и шероховатостью 10-80 мкм. Изобретение поясняется чертежами фиг. 1-5. На фиг. 1 изображен главный вид диска. На фиг. 2 - вариант исполнения диска по п. 3 формулы изобретения. На фиг. 3 - пористые диски аэраторов трех типов 1 - прототип 2 - вариант исполнения по п. 3 формулы изобретения 3 - вариант по п. 1 формулы изобретения. На фиг. 4 с увеличением представлена периферия диска по п. 1 формулы изобретения, а на фиг. 5 - по п. 3 формулы изобретения. Стрелки указывают на более плотную периферию диска. Пористый диск аэратора (фиг. 1) выполнен из порошка титана с пространственным фактором формы частиц в пределах 0,20-0,45. Толщина диска 5-16 средних размеров частиц порошка. Диаметр диска находится в пределах 100-500 средних диаметров частиц порошка. Средняя пористость центральной части диска находится в пределах 0,35-0,50. Пористость периферии диска по периметру на расстоянии 3-10 средних диаметров частиц от наружного края (зона А) находится в пределах 0,10-0,25, шероховатость поверхности диска в зоне А -10-80 мкм, а центральной части диска - в пределах 0,3-0,8 средних размеров частиц порошка. Пористость в пределах 0,10-0,25 диска из порошка титана является почти полностью закрытой и непроницаемой. Кроме того, известна зависимость Скорохода, связывающая прочность и пористость порошковых материалов - чем меньше пористость, тем выше прочность. Шероховатость поверхности диска на периферии в пределах параметра 1080 мкм. Указанные признаки позволяют заметно повысить прочность периферийной части диска, упростить и облегчить уплотнение по периферии при помощи любых известных эластичных материалов - резиновых колец, тефлоновой ленты и т.п. без использования специальных герметиков, что обязательно требуется в прототипе. При пористости периферийной части диска больше 0,25 она становится проницаемой и попускает газ (воздух,озоно-воздушную смесь, кислород и т.п. ) мимо уплотнения. Такое же перетекание газа будет и при шероховатости больше 80. Шероховатость меньше 10 трудно обеспечить формующим инструментом - пуансоном в процессе изготовления диска, что потребует дополнительной технологической операции - обкатки, выглаживания и т.п. Также потребуется дополнительная операция для обеспечения плотности диска меньше 0,10. Приведенные выше диапазоны пористости и шероховатости периферийной части диска,обеспечивающие достижение поставленной задачи изобретения, возможно обеспечить в одной операции в процессе формования диска из порошка. При ширине зоны повышенной плотности на периферии от наружного края диска меньше 3 средних диаметров частиц прочность этой зоны повышается незначительно, невозможно также при этом гарантировать отсутствие утечек газа через эту зону, минуя уплотнение. При ширине зоны повышенной плотности на периферии от наружного края диска больше 10 средних диаметров частиц становится заметным уменьшение проходного сечения проницаемой части диска и уменьшение его пропускной способности в целом. Шероховатость центральной части диска в пределах 0,3-0,8 обеспечивает наиболее равномерную проницаемость по площади за счет отсутствия закупорки (или частичного 3 7997 1 2006.04.30 перекрытия) устьев некоторого числа пор, случайным образом расположенных по поверхности диска, при пластической деформации частиц порошка пуансоном в процессе формования диска. Как показано в нашей работе 4, используя различного рода эластичные прокладки (полимерную пленку, пластины из резины, полиуретана, полимерные покрытия на поверхности пуансона и т.п.), можно существенно повысить общую проницаемость изделия и, особенно, ее равномерность по изделиям большой площади - листам, лентам,дискам и т.п. Указанное выше соотношение определено экспериментальным путем и обеспечивается специальной конструкцией формующего инструмента (обоих или, по меньшей мере, одного пуансона). Пористый диск аэратора может быть выполнен из порошка со средним размером частиц в пределах 0,315-0,63 мм. При размере частиц порошка в указанных пределах обеспечивается решение дополнительно комплекса задач оптимальные с точки зрения гидродинамики размеры пор и генерируемых пузырьков, габариты (диаметр и толщина) диска в целом, что положительно влияет на общую проницаемость диска и равномерность ее распределения по площади. По второму варианту изобретения толщина диска на периферии в зоне А (фиг. 2, 5) на 0,5-2 средних размеров частиц порошка меньше, чем в центральной части. Такое исполнение дополнительно способствует решению поставленной задачи изобретения, так как, вопервых, облегчает технологически достижение повышенной плотности периферийной части диска в процессе одной операции его формования, а, во-вторых, при закреплении диска в корпусе аэратора фланцем, кольцом с резьбой, завальцовкой и т.п. позволит выровнять высоту этих деталей с поверхностью собственно диска, облегчив тем самым ее очистку от осевших частиц ила, песка и т.п. механически либо гидросмывом без разборки аэратора. Средняя пористость центральной части диска по второму варианту изобретения находится в пределах 0,51-0,65. Поскольку проницаемость является прямой функцией пористости, то в указанных пределах она будет наиболее высокой. При этом при значении П меньше 0,51 проницаемость диска начнет быть сопоставимой с прототипом, а при П больше 0,65 - прочность диска станет резко падать, что ограничит технические возможности устройства (допустимый перепад давления, колебания уровня столба жидкости и т.п.). Пористый диск аэратора предложенной конструкции работает следующим образом. Его закрепляют в корпусе - коническом диффузоре любой известной конструкции (например, как в прототипе), соединяют с газораспределительной системой. Подают в корпус аэратора газ, который, пройдя через поры диска, образует пузырьки на его поверхности. Пузырьки, всплывая в жидкости, насыщают ее газом. Пористый диск аэратора предложенной конструкции может быть использован в системах подготовки питьевой воды для диспергации озоно-воздушной смеси при очистке и обеззараживании в системах биохимической очистки сточных коммунальных и промышленных стоков - для подачи воздуха в аэротенки в химических реакторах-окислителях для вдува кислорода при проведении реакций окисления химического синтеза и в биотехнологии. Источники информации 1. Королева М.В. Пневматические аэраторы из пористого полиэтилена (Финляндия) // Водоснабжение и санитарная техника. - 1985. -2. - С. 28-29. 2. А.с. СССР 1632951 // БИ 9, 1991. 3. Патент РБ 5023, 2003 // Бюл.1. 4. Шелег В.К., Савич В.В. Влияние технологии изготовления пористых порошковых материалов на их капиллярные свойства // Порошковая металлургия. - 1996. -5/6. С. 30-39. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.