DE2559235A1

DE2559235A1 - Einrichtung zur begasung von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2559235A1
Application number: DE19752559235
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dr Ing Poepel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1977-07-14
Also published as: DE2559235B2

Description

Kennwort: Horizontale Rotorleitflächen Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit, mit einem völlig in die Flüssigkeit untergetauchten, angetriebenen, förderwirksamen Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Gas, vorzugsweise Luft, und auf der gegenüberliegenden Rotorseite Flüssigkeit aus der Umgebung des Rotors ansaugt und beide Medien am Rotoraustritt dispergiert, welcher Rotor nach Art eines doppeiftutigen, radial durchströmten Pumpen- bzw. Gebleserades einen Radscheibenkörper mIt auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Förderschaufeln für Gas bzw. Flüssigkeit aufweist, wobei die Schaufeln sich radial über die Aussenkontur des Radscheibenkörpers hinaus erstrecken.
Bei diesen, beispielsweise durch die DT - PS 1782485 bekannten Einrichtungen handelt es sich - im Gegensatz zu den in vielen Bauformen bekannten, im Bereich des Flüssigkeitsspiegels arbeitenden Oberflächenbelüftern - um Umwälzorgane, die unterhalb der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers arbeiten, in diesen Gas eintragen und diesen ohne dessen Hebung kräftig umwälzen.
Durch die Eintauchtiefe kommt auch ein für den Gasübergang in die Flüssigkeit günstiger, feinblasicer Gas eintrag und eine wesentlich längere Kontaktzeit des Gases mit der Flüssigkeit zustande.
Umwälzbelüfter sollen Wasser, Abwasser, Abwasserschlamm, Flüssigmist und Substrate mit großem Gehalt an organischen Stoffen, also flüssige Medien mit gelösten und suspendierten Stoffen unterschiedlichster Zus ammensetzung umwälzen und mit Luft oder anderen Gasen anreichern, um in deml geförderten Flüssigkeitsstrom physikalische, chemische und/oder biochemische Reaktionen auszulösen und dur chzuführen, z. B. Ausschäumen kolloidaler und suspendierter Stoffe, Neutralisieren von Alkalien durch Begasung mit Rauchgas, Entkarbonisieren von sauren Wässern, Oxidierung und damit Abbau der in den flüssigen Medien vorhandenen organischen Stoffe durch ezsotherm verlaufende biochemische Reaktionen.
Die bisher ausgeführten Umwälzbelüfter bestehen normalerweise aus einem in die Flüssigkeit eintauchenden, stumpfendigenden Ansaugerohr, unter dem sich bei geringem Spalt zum Ansaugerohrende der Belüftungsrotor befindet.
Dieser ist mit dem oberhalb des Ans au gerohres engebrachten Motor durch eine Welle verbunden und wird von ihm angetrieben. Der Rotor besteht normalerweise aus einer Platte, an der an der oberen (Luft-) und unteren (Wasser-) Seite radiale Förderschaufeln angeordnet sind. Diese sollen das flüssige Medium umwälzen und in dieses Gas unterschiedlichster Zusammensetzung oder Luft eintragen. Bisher wurden die Umwälzbelüfter als Wasserstralilpumpen mit ringförmigem Saugspalt aufgefasst. Der von dem sich drehenden Rotor radial nach aussen geförderte Wasserstrom erzeugt beim Vorbeifliessen an dem zwischen dem Saugrohrende md der Radscheibe des Rotors gebildeten Saugspalt einen Unterdruck und saugt dadurch das in dem Ansaugerohr befindliche Gas an und verteilt dieses feinblasig in dem Flüssigkeitsstrom.
Der Belüftungsrotor muss also an einer Seite Flüssigkeit möglichst aus sohlnahen Schichten des Behälters ansaugen und an dem Saugspalt vorbeiführen.
Die vom Belüftungsrotor erfasste Flüssigkeit tritt am Rotor mit hoher Geschwindigkeft radial und mit Gas vermischt aus. Durch die aufperlenden Gasblasen wird diese zunächst tellerartige radiale Strömung - und zwar schon innerhalb des Rotors - schirm- oder schüsselartig nach oben abgedrängt.
Durch dieses Abdrängen verkürzt sich die Kontaktzeit des Gases mit der Flüssigkeit und die radiale Strömung wird in oberflächennahen Schichten angehoben. Angestrebt wird aber eine möglichst lange Kontaktzeit, eine tiefe Lage und ein flacher Verlauf der Radialströmung, damit auch möglichst tiefe Schichten von der Umwälzbewegung erfasst werden. Die radiale Tellerströmung soll in ihrer Richtung stabilisiert und deren Unterwasser-Wurfweite. vergrössert werden. Dieses liegt der Erfindung als technische Aufgabe zugrunde und sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass all den gasseitigen axialen Stirnkanten der Schaufeln wenigstens in dem radial über den Radscheibenkörper überstehenden Bereich horizontal verlaufende Leitflächen vorgesehen sind.
Die für die Ansaugung möglichst großer Volumina ausgebildete Unterseite des Rotors gibt, wie bereits erwähnt, der Ausstrittsströmung eine unerwünschte, den Gas auftrieb beschleunigende, aufsteigende Richtung. Diese ehedem aufsteigende Tellerströmung wird nun durch die erfindungsgemäßen Leitflächen in die Horizontale umgelenkt und in dieser Richtung stabilisiert.
Die bei diesem Richtungswechsel der Tellerströmung sich bildenden zusätzlichen Wirbel zerkleinern die von dem Flüssigkeitsstrom angesaugten Gasblasen und geben ihr damit eine für den weiteren Transport und den Gasübergang günstigere Größe. Aufgrund der Verlängerung des gemeinsamen Fließweges von Flüssigkeit und Gasblasen und aufgrund der größeren Oberfläche des Gas volumens wird die Kontaktzeit und die Kontaktfläche zwischen beiden Medien vergrössert und damit auch die Ausnutzung der wirksamen Bestandteile in dem angesaugten Gas, wie Sauerstoff in der Luft, Kohlendioxid im Rauchgas, Ozon in der ozonisierten Luft und am Meer, ganz wesentlich vergrössert.
Damit bei grob verunreinigten Flüssigkeiten, wie z.B. Flüssigmist oder Abwasserschlamm sich die Schaufelkanäle nicht so leicht mit Verunreinigungen zusetzen können, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Leitflächen in Umfangsrichtung kürzer sind als der Abstand benachbarter Schaufeln. Hierdurch ergibt sich ein bereichsweise offener Schaufelkanal.
Durch die in Richtung der Schaufelkanäle verlaufenden durchgehenden Längsöffnungen werden auch grobe mechanische Verunreinigungen mitgerissen und ein Festsetzen verhindert. Da sich der Hauptteil der bereits mit Gasblasen angereicherten Rotoraustrittsströmung an der - in Drehrichtung -Vorderseite der Schaufeln befindet, erstrecken sich die Leitflächen vorteilhafterweise in Rotordrehrichtung nach vorne. Um mechanische Verunreinigungen der Flüssigkeit, wie z.B. Halme, Fasern, Papierschnitzel und dergleichen keine Möglichkeit zu geben, sich an einer in Umfangsrichtung : -vorstehenden Kante der Leitflächen festzusetzen, ist die freie, in Drehrichtung vordere Kontur der Leitflächen zweckmäßigerweise derart gestaltet, dass sie einen spitzen Winkel mit einem zu einem jeden Konturenpunkt gezogenen Zentrumsstrahl einschließt. Verunreinigungen gleiten dann stets radial nach aussen ab.
Die Umlenkung der innerhalb des Rotors zunächst schräg aufsteigenden Strömung in die Horizontale und das Mitreissen der feinen Gasblasen wird noch mehr gefördert, wenn die horizontalen Leitflächen vorzugsweise sichel förmig radial nach aussen über die Schaufelspitzen hinaus verlängert werden Diese verlängerten Leitflächen erzeugen, zusätzlich zu der bereits erwähnten Tellerströmung, eine weitere, sehr dünne, gasblasenfreie, tellerartige, raschere Strömung, die sich schirmartig über den zunächst genannten, mit Gasblasen angereicherten Grundstrom legt. Diese raschere, obere, dünne Schirmstrwömung kann die Gasblasen erst durchbrechen, wenn ihre Steigkraft größer ist als die horizontalen Bewegungsimpulse der Tellerströmung. Diese blasenfreie Schirmströmung, die - nebenbei - vornehmlich oberhalb des Rotors befindliche Flüssigkeit ansaugt, verlängert also die Kontaktzeft zwischen den beiden Medien in sehr großem Umfang.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert; es zeigen Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Umwälzbelüfters, Fig. 2 eine axiale gasseitige Ansicht auf einen Rotor, bei dem die erfindungsgemäßen Leitflächen angeordnet sind und zwar in der oberen Hälfte kurze und in der unteren Hälfte - als Ausführungsvariante - verlängerte Leitflächen.
Die Belüftungseinrichtung 1 ist auf einer von Profilträgern gebildeten Brücke 2 in der Mitte eines nicht dargestellten runden oder quadratischen Behälters für die zu belüftende Flüssigkeit gehalten. Die Einrichtung selber besteht aus einem Tauchrohr 3, mit einer konzentrisch darin angeordneten Welle 4, einem Antriebsmotor 5 und einem Rotor 6. Das Tauchrohr endigt mit geringem Spalt stumpf am Rotor. Das dem Motor zugekehrte Ende des Rohres 3 endigt frei in der Atmosphäre, so dass Luft ungehindert angesaugt werden kann.
Der Rotor 6 weist oberhalb und unterhalb einer strömungsgünstig gestalteten Radscheibe 7 Schaufeln auf, von denen die oberen (8} Luft und die unteren (9) Flüssigkeit fördern. Die Schaufeln erstrecken sich radial über die Aussenkontur der Radscheibe hinaus. Wenigstens in dem über die Radscheibe überstehenden Bereich sind die Flüssigkeitsschaufeln mit den Luftschaufeln deckungsgleich angeordnet und bilden in diesem Bereich gewissermaßen eine einheitliche Schaufel.
Aufgrund der Drehung des Rotors (Drehrichtungspfeil 16) wird axial an der Beschaufelung Flüssigkeit angesaugt (Pfeil 10), der im Rotor beschleunigt und radial in einer Tellerströmung aus dem Rotor ausgeworfen wird.
Beim Vorbeistreichen der Flüssigkeit am äusseren Rand der Radscheibe 7 wird - unterstützt durch die Förderwirkung der Luftschaufeln 8 - aus dem Rohr 3 Luft durch Injektorwirkung angesaugt und in der Flüssigkeit feinblasig dispergiert.
In dem über die Radscheibe 7 überstehenden Bereich der Luftschaufeln 8 sind kurze Leitflächen 11 (obere Hälfte in Fig. 2 bzw linke Hälfte in Fig. 1) oder längere Leitflächen lla (Fig. 2 unten bzw. Fig. 1 rechts) angeordnet.
Sie erstrecken sich nur einseitig von den Schaufeln in Drehrichtung (Pfeil 16) nach vorn und reichen nicht bis zur benachbarten Schaufel. Vielmehr ist überall bewußt eine durchgehende Öffnung (Abstand A) gelassen, um auch grobe mechanische Verunreinigungen durch den Schaufelkanal hindurchreissen zu können und ihn stets frei von Verunreinigungen zu halten. Die freie Kontur 12 der Leitflächen ist so gestaltet, dass er zu einem beliebigen Punkt 12 der konturgezogene Zentrumsstrahl 13 mit der Tangente 14 in dem Punkt einen spitzen Winkelj7t einschließt. Dadurch ist die Kontur 12 für leicht einhängendes Material abweisend und bleibt stets frei.
Der Zweck der kurzen Leitflächen 11 liegt darin, die von der flüssigen Rotor-Strömung mitgerissene Luft nicht durch Auftriebskräfte sofort wieder entweichen zu lassen, sondern den dispergierten Luftbläschen wenigstens für eine etwas längere Distanz die Strömungsrichtung der Radialströmung (Pfeil 15) aufzuzwingen. Hierdurch wird die Kontaktzeit der Gasbläschen mit der Flüssigkeit, insbesondere im feinblasigen Zustand erhöht und ein besserer Übergang der wirksamen Bestandteile im angesaugten Gas, wie # 2 in der Luft, CO, im Rauchgas oder CO3 in der ozonisierten Luft bei gleicher Antriebsleistung erzielt. Ausserdem wird die Radialströmung 15 nicht so stark nach oben abgedrängt und kann leichter in weniger oberflächennahe Schichten gelangen.
Die Kontaktzeit der gasförmigen und flüssigen Medien wird noch mehr verlängert, wenn die horizontalen Leitflächen 11 sichelartig zu den Leitflächen lia verlängert werden und dadurch der mit Gasblasen angereicherte Strom 15 schirmartig durch einen dünnen, blasenfreien Strom 15a überdeckt wird.
Sein großer Horizontalimpuls verhindert die Herauslösung der Gasblasen aus dem darunter sich bewegenden Flüssigkeitsstrom. Der sich mit großer Geschwindigkeit ausbreitende Abdeckstrom kann erst von den Gasblasen durchbrochen werden, wenn ihre Steigkraft größer ist als der Horizontalimpuls des dünnen Teller stromes Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit mit einem völlig in die Flüssigkeit eingetauchten, angetriebenen, förderwirksamen Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Gas, wie Luft: Rauchgas, ozonisierte Luft, und auf der gegenüber -liegenden Rotorseite Flüssigkeit aus der Umgebung des Rotors ansaugt und beide Medien am Rotoraustritt dispergiert, welcher Rotor nach Art eines doppelflutigen, radial durchströmten Pumpen- bzw. Gebläserades einen Radscheibenkörper mit auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Förderschaufeln für Gas bzw, Flüssigkeit aufweist, wobei die schaufeln sich radial über die Aussenkontur des Radseheibenkörpers hinaus erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass an den gasseitigen, axialen Stirnseiten der Schaufeln (8) wenigstens in dem Radial über den Radscheibenkörper (7) überstehenden Bereich achssenkreehtlaufende Leitflächen (11) vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen (11) in Umfangsrichtung kürzer sind als der Abstand benachbarter Schaufeln (8).
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen (11) in Drehriehtung (16) des Rotors (6) sich nach vorne erstrecken.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3,dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen (11) vorzugsweise sichelförmig radial nach aussen über die Schaufelspitzen hinaus verlängert sind (L,eitflächenteile lla).
5. Einrichtung nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Kontur (12) der Leitflächen (11, lla) derart gestaltet ist, dass sie einen spitzen Winkel (oil) mit einem zu dem jeweiligen Konturenpunkt (12 ! gezogenen Zentrumsstrahl (13) einschließt.
6. Einrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Radscheibenkörper (7) vorzugsweise zusammen mit einem unbeschaufelten, rotationssymetrischen Verdrängerkörper - im Radialschnitt gesehen - strömungsgünstig konturiert ist