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表面曝气机是污水处理系统的关键设备。最早应用于荷兰ＤＨＶ公司由Ｐａｓｖｅｅｒ博士1967年发明的Ｃａｒｒｏｕｓｅｌ氧化沟。国外大多数公司如ＥＩＭＣＯ、ＳｐａｎｓＢａｂｃｏｃｋｂｖ和Ｌａｎｄｕｓ-ｔｒｉｅ公司生产的倒伞型表曝机的叶轮都采用大角度倒锥、宽叶片直辐射布置，整机结构型式基本上是一致的，叶轮焊接结构略有不同，而叶轮的水力几何参数，圆锥体的锥角、叶片都很相近。目前国内外用得最多的是美国ＥＩＭＣＯ公司的ＯＸＹＲＡＴＯＲ倒伞型表曝机，其次是荷兰Ｓｐａａｎｓ-Ｂ型，大型表曝机叶轮直径基本都是 3500ｍｍ、 3750ｍｍ，功率是90ｋＷ、110ｋＷ和132ｋＷ最多，少数用160ｋＷ。
由于技术落后和国外的技术封锁，目前，我国大功率倒伞表曝机仍然主要依赖进口。据不完全统计，自1996年至2002年，我国建造的16座卡鲁塞尔2000型氧化沟污水处理厂，使用ＥＩＭＣＯ公司的ＯＸＹＲＡＴＯＲ型叶轮直径 3500ｍｍ至 3750ｍｍ，功率90ｋＷ至160ｋＷ的表曝机共118台。究其原因，主要是有关表面曝气机搅拌、推流、充氧等理论匮乏、研究滞后，限制了我国有关产品的改良和发展的步伐，同时也阻碍了民族工业的发展壮大。所以开展表面曝气机推流搅拌和充氧方面的理论研究，开发出性能优良、能耗较小、价格低廉的产品意义深远。
研究通过有限元分析的方法，从研究搅拌叶片的应力和应变入手，来优化搅拌叶片的流线和厚度，进而提高曝气机的充氧动力效率，为曝气机的优化设计另辟了一条蹊径。
倒伞型曝气机的主要参数如下：8个弧形叶片，叶轮直径3500ｍｍ，8个连接板，电机功率132ｋＷ。其结构示意图如图所示。
曝气机具有充氧、推流和搅拌性能，反映这些性能的主要指标是充氧动力效率和底部流速。其中最主要性能指标是充氧动力效率ＯＥ(ｋｇＯ2/ｋＷ·ｈ)：
其中，ＯＲ是在室温和一个标准大气压下的氧气传输速率(ｍｇ/Ｌ/ｈ)，Ｃ＊Ｏ2是试验时的氧气饱和浓度，这里假设为常数。ＫＬａ(20)为标准条件下的氧气传输体积系数(ｍ3/ｈ)。
速度与叶片的流线、厚度关系密切，而且叶片的流线也是影响搅拌功率的一个主要因素。因此为了更好的研究叶片的流线和外形，从叶片的应力应变研究入手，对叶片的形状和厚度进行优化设计。
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