臭氧水機(jī)曝氣桶裝置密封性改進(jìn)研究

付家波 付麗娜 郭本強(qiáng)

(1.煙臺(tái)出入境檢驗(yàn)檢疫局 山東煙臺(tái) 264006;2.百特環(huán)保科技 (煙臺(tái))有限公司)

1 前言

臭氧水機(jī)是全球使用非常普遍的臭氧殺菌設(shè)備,其中的氣水分離裝置為曝氣桶,它依靠密封墊與曝氣嘴之間的擠壓實(shí)現(xiàn)密封。由于臭氧具有的強(qiáng)氧化能力,與其密切接觸的曝氣桶在材料選擇是一個(gè)難題,加之結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的問題,因此,長(zhǎng)期運(yùn)行后容易出現(xiàn)密封不良,使曝氣桶失效,機(jī)器失去曝氣能力,進(jìn)而造成臭氧曝氣超標(biāo)或出現(xiàn)漏水等不良現(xiàn)象。為了提高曝氣桶的可靠性和穩(wěn)定性,延長(zhǎng)曝氣桶的壽命,解除消費(fèi)者對(duì)機(jī)器漏水產(chǎn)生畏懼心理,使得臭氧水能夠安全便利的應(yīng)用于日常生活中,同時(shí)幫助相關(guān)企業(yè)盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品出口,煙臺(tái)檢驗(yàn)檢疫局開發(fā)區(qū)辦事處發(fā)揮政策、技術(shù)、人才等方面的優(yōu)勢(shì),主動(dòng)參與了出口臭氧水機(jī)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂、多項(xiàng)科研攻關(guān)和技術(shù)工藝改進(jìn),尤其是在充分論證和篩選的基礎(chǔ)上,通過改進(jìn)曝氣桶密封方式的研究,研制出使用帶頂針定位密封方式的新曝氣桶裝置,成功解決了曝氣桶漏水、不曝氣等問題,收到了檢企雙贏的良好效果。該裝置在 2009獲得國(guó)家實(shí)用新型發(fā)明專利[1]。

2 曝氣桶的工作原理

臭氧水?dāng)y帶臭氧氣從進(jìn)水口 8流入,經(jīng)過氣水分離套 5能有效的分離出未溶于水的臭氧氣。臭氧氣向上運(yùn)動(dòng),臭氧水流過氣水分離套 5的頂端后從出水口 7流出,同時(shí)由于液位上升,浮子桶 3向上運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)到上端的密封墊 2頂?shù)匠鰵饪?1時(shí),氣體被封住,不能排出 (見圖 1)。隨著臭氧氣在液位上的積累,壓力增加,使水位下降,浮力減小。當(dāng)浮力小于浮子桶 3的重力時(shí),浮子桶 3隨水位下降,出氣孔 1打開,臭氧氣排出 (見圖 2)。液位上升,浮力增大,浮子桶 3上升封住出氣孔 1。經(jīng)過水位和浮子桶 3的上升、下降,臭氧氣被封住、排出,如此重復(fù)運(yùn)動(dòng),連續(xù)不斷地進(jìn)行氣水分離和氣體排出。

圖 1 密封墊 2頂?shù)匠鰵饪?1,氣體被封住,不能排出。

圖 2 浮子桶 3隨水位下降,出氣孔 1打開,臭氧氣排出。

3 原曝氣桶結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)

曝氣桶的原理決定了曝氣桶必然會(huì)上下運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng)到上端的密封墊 2頂?shù)匠鰵饪?1時(shí),氣體不能排出,此時(shí)密封墊 2受到出氣孔 1的壓力而變形,另外由于密封墊 2為硅膠材質(zhì),經(jīng)過臭氧氧化后,硬度變硬,密封性能變差。由于浮子桶 3與曝氣桶體 4之間有一定的空隙,浮子桶 3做上下運(yùn)動(dòng)過程中,會(huì)出現(xiàn)輕微的左右搖擺情況,所以密封墊 2每次與出氣孔接觸的位置會(huì)不同,經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行后,密封墊會(huì)被壓出無數(shù)的圓環(huán)形凹坑,呈花瓣形壓痕 (見圖 3)。當(dāng)出氣孔 1與密封墊凹坑不能重合時(shí),密封墊失去密封作用,曝氣桶內(nèi)的水位會(huì)一直升高,最后水從出氣孔流出,致使曝氣桶失效。曝氣桶失效后,造成使用過程中曝氣量增大,水流量略微減少及排污口有水持續(xù)排出等非正?，F(xiàn)象的發(fā)生。

圖 3 密封墊被壓出的花瓣形壓痕

4 新曝氣桶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

新曝氣桶在結(jié)構(gòu)上克服了原曝氣桶的缺點(diǎn),同時(shí)保持原曝氣桶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、曝氣效果好的優(yōu)點(diǎn)。具體改進(jìn)是:在曝氣密封墊 2上增加一個(gè)頂針 9(見圖4、圖 5)。頂針與出氣孔之間只有 0.1mm間隙,所以浮子桶在上下運(yùn)動(dòng)過程中,頂針起導(dǎo)軌作用,每次浮子桶與出氣孔的密封位置比較一致,避免了浮子桶搖擺造成出氣孔與密封墊密封不良的情況。

圖 4 曝氣密封墊 2上增加一個(gè)頂針 9(示意圖)

圖 5 曝氣密封墊 2上增加一個(gè)頂針 9(實(shí)物圖)

5 新舊曝氣桶壽命測(cè)試

5.1 密封墊硬度變化

在室溫 35℃、水溫 20℃及臭氧環(huán)境下,不同運(yùn)行時(shí)間曝氣密封墊的硬度見表 1,硬度隨時(shí)間的變化曲線見圖 6。

表 1 曝氣密封墊的硬度變化

圖 6 硬度隨時(shí)間的變化

5.2 原曝氣桶運(yùn)行測(cè)試

對(duì) 10批次 (10臺(tái) /批次)共 100臺(tái)原曝氣桶進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試,1500h后有 9批次 17臺(tái)曝氣桶陸續(xù)出現(xiàn)失效現(xiàn)象,具體測(cè)試情況見表 2;將密封不良的曝氣桶剖開觀察,曝氣密封墊出現(xiàn)花瓣?duì)顗汉?見圖3。

表 2 原曝氣桶測(cè)試情況

5.3 新曝氣桶運(yùn)行測(cè)試

對(duì) 10批次 (10臺(tái) /批次)100臺(tái)新曝氣桶進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試,使用 4500h曝氣桶均未出現(xiàn)失效現(xiàn)象,功能正常,具體測(cè)試情況見表 3;將曝氣桶剖開觀察,曝氣密封墊出現(xiàn)規(guī)則圓圈狀變形,見圖 5。

表 3 新曝氣桶測(cè)試情況

5.4 結(jié)果

(1)在室溫 35℃,水溫 20℃條件下,使用1000mg/h左右的臭氧氣體,經(jīng)過 4500h的運(yùn)行,曝氣密封墊硬度由原來的 40 HA升高至 60HA。

(2)原曝氣桶經(jīng)過 1500h左右運(yùn)行,曝氣密封墊出現(xiàn)花瓣?duì)顗汉?曝氣桶陸續(xù)出現(xiàn)失效現(xiàn)象。

(3)新曝氣桶經(jīng)過 4500h運(yùn)行后,曝氣密封墊在頂針周圍壓出一個(gè)規(guī)則的圓圈,曝氣桶未出現(xiàn)失效現(xiàn)象,功能仍正常。

6 結(jié)論

新曝氣桶保持了原曝氣桶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、曝氣效果好的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)克服了原曝氣桶密封墊易發(fā)生不規(guī)則變形而導(dǎo)致曝氣桶失效的缺點(diǎn),增強(qiáng)了裝置的可靠性和穩(wěn)定性,延長(zhǎng)了產(chǎn)品的使用壽命。為徹底解決曝氣桶密封不良的問題,下一步重點(diǎn)將是從材料的選擇方面研制耐臭氧能力更強(qiáng)的曝氣密封墊,從而全面提高曝氣桶的性能。

[1] 國(guó)家新型實(shí)用專利 ZL200820021703.2:臭氧水的氣水分離裝置.