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Vorrichtung zur Feinstbegasung von Flüssigkeiten Die Erfindung befaßt
sich mit Einrichtungen, die die Aufgabe haben, in Flüssigkeit, die in einem Behälter
ruht, Gas in feinster Verteilung einzuführen, und zwar durch eine sich drehende,
mit Hohlflügeln versehene Vorrichtung. Letztere sei im folgenden kurz als Dispergator
bezeichnet.
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Da die Gasblasen naturgemäß die Eigenschaft haben, nach oben zu steigen,
muß der Dispergator tief unter dem Flüssigkeitsspiegel, möglichst in der Nähe des
Behälterbodens, umlaufen. Es ergibt sich also die Schwierigkeit der Lagerung dieses
tief unter dem Flüssigkeitsspiegel umlaufenden Gasverteilers und der Zufuhr des
Gases in die Nabe der umlaufenden Dispergatorflügel.
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Hierfür gab es bisher zwei Lösungen, die gekennzeichnet sind einmal
durch den Antrieb und die Gaszuführung von oben her durch die meist drucklose Oberfläche
der Flüssigkeit und zum anderen von unten her durch den Boden des Behälters. Bei
der ersten Lösung ergibt sich die Schwierigkeit, daß eine sehr lange Welle erforderlich
ist. Diese Welle muß außerdem hohl sein, um das Gas zu dem untenliegenden Verteiler
zu führen. Diese Gaszuführung erfordert die Abdichtung der Welle in der Gaszuführungskammer.
Die lange Welle macht naturgemäß Schwierigkeiten wegen der Lagerung, da entweder
ein zweites Lager am Boden des Behälters innerhalb der Flüssigkeit angebracht werden
muß oder bei Anordnung von zwei Lagern über der Flüssigkeit bei relativ kurzem Lagerabstand
ein sehr langes frei fliegendes Wellenende vorhanden ist.
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Die Gaszuführung bzw. der Antrieb von unten ist nur ausführbar bei
Behältern. deren Boden von unten her zugänglich ist. Sie ist also schon nicht möglich
bei in die Erde eingelassenen Betonbecken, wie sie beispielsweise für die Behandlung
von Abwässern durch Einführung von Gasen erforderlich sind.
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Außerdem hat die Durchführung der Welle durch den Boden des Behälters
natürlich den Nachteil, daß eine Abdichtung gegenüber der Flüssigkeit erforderlich
ist. Bei gleichzeitiger Gaszufuhr durch die Welle ist außerdem diese Abdichtung
auf einem relativ großen Wellendurchmesser anzubringen.
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Es ist besonders hervorzuheben, daß die Abdichtungen auf dem großen
Wellendurchmesser noch den Nachteil haben, daß erhebliche Reibungsverluste entstehen,
die bei den sonst relativ kleinen Leistungen für den Antrieb einen wesentlichen
Teil des Kraftbedarfs der gesamten Anlage ausmachen. Auch die Wellenlagerungen erhalten
bei den beschriebenen bekannten Ausführungen sehr große Durchmesser, so daß auch
die Reibungsverluste in diesen Lagern
gegenüber der nutzbaren Leistung einen großen
Anteil ausmachen.
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Die Erfindung vermeidet alle diese Nachteile, nämlich die Hohlwelle
zur Gaszuführung, die Abdichtung dieser Welle gegen den Druck des zuzuführenden
Gases, die Abdichtung der Welle gegenüber der Flüssigkeit, die Schwierigkeiten der
Lagerung der langen Welle mit einem Lager in der Flüssigkeit oder mit relativ sehr
langen frei fliegenden Wellenenden gegenüber einem kurzen Lagerabstand und insbesondere
die großen Reibungsverluste, die durch die Abdichtung und die Lagerung auf großen
Wellendurchmessern entstehen. Dies wird dadurch erreicht, daß bei einem solchen
Dispergator, dem das Gas über ein feststehendes, wenigstens im unteren Teil koaxiales
Gaszuführungsrohr zugeführt wird, der als Flanschmotor und gegebenenfalls als Getriebemotor
ausgebildete Antriebsmotor unmittelbar über der Nabe des Dispergators innerhalb
des entsprechend erweiterten unteren Endes des Gaszuführungsrohres angeordnet und
in an sich bekannter Weise zum Schutz gegen Flüssigkeitszutritt mit einer Taucherglocke
versehen ist.
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Es ist bekannt, die Elektromotoren von Pumpen u. ä. durch Taucherglocken
gegen Druckwasser zu schützen. Dort besteht aber nicht das Problem, gleichzeitig
ein Gas zuzuführen. Die Kombination der Gaszuführung mit der Unterbringung des Motors
in der Taucherglockenkammer ergibt eine neue und äußerst vorteilhafte Lösung des
Lagerungs-, Antriebs- und Gaszuführungsproblems der zur Gasverteilung dienenden
Dispergatoren.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 1 dargestellt.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen die Wirkungsweise in etwas vergrößerter Teildarstellung,
und zwar Fig. 2 im
Betriebszustand, wobei Gas unter Druck zugeführt
wird, Fig. 3 im Stillstand bei Wegfall des Gasdruckes.
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Die Einzelteile sind in allen Figuren mit den gleichen Ziffern bezeichnet.
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In Fig. 1 stellt 1 die Umgrenzung des Behälters dar, die bei der
bevorzugten Anwendung der Erfindung beispielsweise die Wand eines Betonbeckens bedeutet.
Der Behälter ist bis zu dem dargestellten Spiegel 2 mit Flüssigkeit gefüllt, was
durch unregelmäßige waagerechte Strichelung angedeutet ist.
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In der Nähe des Bodens läuft der Dispergator mit der Nabe 3 und den
Flügeln 4 um. Die Gaszuführung erfolgt bei 5. Die Gasströmungsrichtung ist durch
Pfeile angedeutet. Das Gaszuführungsrohr 6 ist weiterhin durch die Tragvorrichtung
7, die beispielsweise eine Trägerkonstruktion über den oberen Rand des Behälters
hinweg bedeutet, aufgehängt, so daß es mit seinem unteren Ende die gesamte Vorrichtung
für die Unterbringung des Dispergators tragen kann.
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Zu diesem Zwecke ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel das
Rohr 6 am unteren Ende zu einer Kammer 8 erweitert. Diese Kammer 8 wird nach unten
zu durch den Mantel 11 verlängert. 8 und 11 stellen eine äußere Umhüllung dar, in
der der Motor 9, der gegebenenfalls zur Untersetzung der Drehzahl ein Getriebe 10
besitzt, mit der Taucherglocke 13 angeordnet ist. Auf dem abtreibenden Wellenstumpf
des Getriebes 10 ist direkt die Nabe 3 des Dispergators aufgesetzt. Auf der Dispergatornabe
ist ein nach oben offenes Rohr 12 angebracht, welches mit geringem Abstand innerhalb
des Mantels 11 umläuft. Innerhalb dieses Nabenrohres befindet sich die nach unten
offene Taucherglocke 13, die die Fortsetzung des den Motor und das Getriebe direkt
umgebenden Mantels darstellt. Auf der Welle des Getriebes bzw. der Nabe des Dispergators
ist direkt unterhalb des Wellenaustritts aus dem Gehäuse eine Fangtasse 14 angeordnet,
die etwa austretendes Schmiermittel auffangen und dessen Eintritt in die zu behandelnde
Flüssigkeit verhindern soll. Diese Fangtasse ist so groß bemessen bzw. ihr oberer
Rand ist so hoch gezogen, daß sie gegebenenfalls die gesamte Schmierstoffüllung
aufnehmen kann.
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In Fig. 2 ist angedeutet, welche Räume im Betriebszustand von der
Flüssigkeit gefüllt sind und in welchen durch den Überdruck des zugeführten Gases
die Flüssigkeit verdrängt ist. Dabei ist die Flüssigkeit durch unregelmäßige waagerechte
Striche dargestellt, das Gas durch unregelmäßige Punktierung. Das Gas, das durch
die Flügel des Dispergators austreten soll, muß zunächst ungefähr einen Über druck
haben, der der Höhe des Flüssigkeitsstandes über den Austrittsöffnungen der Flügel
entspricht.
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Kleine Unterschiede entstehen einmal durch die Fliehkraftwirkung und
Saugwirkung in den Verteilerflügeln und andererseits durch den Widerstand bei der
Strömung des Gases durch die Zuführungsquerschnitte. Wie in Fig. 2 angedeutet, sind
der gesamte Taucherglockenraum sowie der Raum zwischen dem Taucherglockenmantel
und dem Nabenrohr 12 mit Gas angefüllt, und der Flüssigkeitsspiegel ist in dem Zwischenraum
zwischen dem äußeren Mantel 11 ur.d dem Nabenrohr 12 bis auf den Stand 21 zurückgedrängt.
Das Gas kann daher auch - wie durch Pfeile angedeutet -- zwischen dem Nabenrohr
12 und der Taucherglocke 13 in die Nabe 3 des Dispergators und von dort aus in die
Flügel 4 eintreten.
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Bei dieser Betriebsweise erfüllt das Gas noch die weitere Funktion,
daß es den Motor, der unmittelbar von dem Gas umslrömt wird, kühlt. Die Konstruktion
gemäß der Erfindung erlaubt es, einen normalen Flanschmotor mit senkrechter Achse
zu verwendet.
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Ist dieser Motor mit Kühlrippen für äußere Luftkühlung versehen, so
ist es in Weiterbildung der Erfindung für besonders zweckmäßig erkannt worden, den
Zwischenraum zwischen dem Motorgehäuse und den Kühlrippen einerseits und der inneren
Glockenwandung andererseits mit einer gut wärmeleitenden Masse auszufüllen, um die
bestmögliche Kühlung zu erhalten, und andererseits auch den freien Raum in der Vorrichtung
möglichst klein zu halten.
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Fig. 3 zeigt den Zustand im Stillstand der Anlage, bei dem der obenerwähnte
Gasdruck wegfällt. Die Flüssigkeit drängt natürlich den in der Taucherglocke enthaltenen
Gasinhalt infolge des durch den Flüssigkeitsstand bedingten Überdruckes zusammen.
Dabei tritt die Flüssigkeit innerhalb des äußeren Mantels 11 und 8 auch in das Zuführungsrohr
6 ein und füllt es bis zu der Flüssigkeitshöhe außerhalb des Rohres.
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Sie dringt naturgemäß auch durch die Dispergatorflügel selbst ein
und füllt den unteren Teil der Taucherglocke 13. Der noch für die Gasfüllung verbleibende
Raum sowie der andererseits im Betriebszustand von dem Gas erfüllte Raum sind so
bemessen, daß der Gasrest nur so weit zurückgedrängt wird, daß der Flüssigkeitsstand,
der in der Fig. 3 mit 22 angedeutet ist, sich zwischen diesem Taucherglockenmantel
13 und der Fangtasse 14 befindet, so daß ein Eintritt von Flüssigkeit in den Antrieb
mit Sicherheit vermieden wird. Die Fangtasse 14 ist, wie schon erwähnt, so groß
bemessen bzw. ihr Rand ist so hoch gezogen, daß sie die gesamte Schmieritoftüllung
aufnehmen kann. Wenn dieser Fall eintritt, wird gleichzeitig durch die eben beschriebene
Lage des höchsten Flüssigkeitsstandes 22 vermieden, daß etwa austretendes Schmiermittel
mit der Flüssigkeit in Berührung kommt. Dies ist besonders dann wichtig, wenn es
sich um Flüssigkeiten handelt, welche nicht verunreinigt werden dürfen.
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Es ist bekannt, daß unter Umständen eine gewisse Gasaufnahme durch
die Flüssigkeit stattfinden kann, was bei der Konstruktion nach der Erfindung allerdings
schon durch die verhältnismäßige Kleinheit der Oberfläche 22 auf ein erträgliches
Maß reduziert ist.
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Wenn bei Stillstand der Anlage ein entsprechender Gasdruck von außen
zur Verfügung steht, wird in Weiterbildung der Erfindung durch eine in den inneren
Taucherglockenraum führende Leitung stets eine entsprechende geringe Menge Gas zugeführt,
um das Gasvolumen aufrechtzuerhalten. Zweckmäßig wird dabei der äußerst geringe
Gaszusatz bestimmt durch eine Messung bzw. Regelung des Druckes. Der Druck in der
Taucherglocke muß dem Sollwert des Höhenunterschiedes von dem inneren Flüssigkeitsspiegel
zu der Flüssigkeitsoberfläche des Behälters entsprechen.
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Steht kein Druckgas zur Verfügung, so kann eine Maßnahme getroffen
werden, die die Absorption des Gases durch Flüssigkeit verhindert. Dies erfolgt
durch die in Fig. 2 und 3 eingezeichnete Ringmembran 16. Diese besteht aus Gummi
oder einem entsprechenden weichen Kunststoff und ist mit ihrem Außendurchmesser
dichtend an der Innenwand der Taucherglocke 13 angebracht. An ihrem Innendurchmesser
trägt sie einen Hohlring 17, der bei Betrieb,
d. h. bei Gasfüllung
des Innenraumes (vgl. Fig. 2), lose herabhängt. Bei Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels
in dem unteren Glockenraum dagegen wird der Schwimmring 17 nach oben mitgenommen
und gegen die Unterseite der Fangtasse 14 gedrückt. Es wird damit ein dichter Abschluß
zwischen dem Gasraum und dem Flüssigkeitsraum erreicht, so daß keine Möglichkeit
der Absorption des Gases in der Flüssigkeit mehr gegeben ist. Selbst wenn der Ring
nicht ganz dicht schließt und etwas Flüssigkeit hindurchsickert, ist doch die Gasaufnahme
weitgehend unterbunden.
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Die Zeichnungen stellen ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem die
besonders vorteilhafte Anordnung getroffen ist. daß die gesamte Vorrichtung durch
das von oben hineinragende und oben abgestützte koaxiale Gaszuführungsrohr getragen
wird. wobei der äußere Mantel durch eine Erweiterung des unteren Endes des Gaszuführungsrohres
gebildet wird. Es sind natürlich auch andere Ausführungen der Erfindung möglich,
bei denen die Taucherglocke mit Motor und Getriebe und Gaszuführung zur Dispergatornabe
sinngemäß angeordnet sind, bei denen aber die Vorrichtung in anderer Weise abgestützt
ist und die Gaszuführung beispielsweise seitlich in den äußeren Mantel erfolgt,
der dann gewissermaßen die Fortsetzung eines nur im unteren Teil koaxialen Zuführungsrohres
darstellt.