Riihreinrichtung fiir Flüssigkeiten.
R hreinrichtungen oder Rührwerke für Flüssigkeiten werden bekanntlich verwendet, um in einem Behälter versehiedene Flüssigkeiten schnell zu mischen, um die Mischung von Flüssigkeitssehiehten versehiedener Tem peratur zu beschleunigen, um eine chemische Reaktion zwischen einem festen Stoff und einer Plüssigkeit oder zwischen zwei Flüssig- keiten zu beschleunigen, um die Lösung eines festen Stoffes in einer Fliissigkeit oder einer Flüssigkeit in einer andern Flüssigkeit zu be schleunigen, um feste Teilehen in Aufschlämmungen in der AufschlÏmmungsfl ssigkeit sehwebend zu halten, und zu andern Ïhnlichen Zwecken.
Als Rührorgane werden bei mechanischen Rühreinrichtungen gewöhnlieh Armkreuze verwendet, welche in dem die Flüssigkeit enthaltenden Gefäss zur Rotation gebracht wer- den, oder auch ein oder mehrere in der Flüssigkeit rotierende Propeller. Mit rotierbaren Armkreuzen versehene Riihreinrichtungen fordern jedoch gewohnlieh sehr kräftige Wel- len und Wellenlagerungen, oft mit einem Lager im Boden des Flüssigkeitsbehälters, um die vom Rührorgan hervorgerufenen unausgeglichenen radialen KrÏfte aufnehmen zu können. Dies ist ein grosser Nachteil, besonders wenn feste Teilchen in der Fl ssigkeit vorliegen oder die Plüssigkeit kein Schmier- vermögen hat.
R hreinrichtungen mit rotierbaren Propellern fordern keine Bodenlagerung. Statt radialer KrÏfte treten sehr grosse axiale KrÏfte auf, welche insbesondere bei langen Propellerwellen starke Wellen und Wellenlagerungen erfordern.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, ein Rad in der Form eines Zentrifugal-Pumpenrades als Rührorgan zu verwenden. Bei der Verwendung eines solchen Rades als Rührorgan tritt keine radiale Kraft auf, weshalb eine Bodenlagerung der Welle in der Regel überflüssig ist ; gleieh- zeitig werden die axialen KrÏfte klein und können sich bei Verwendung eines Pumpen- rades mit Einsaugen in axialer Richtung von beiden Seiten sogar gänzlich aufheben.
Rühreinrichtungen mit einem Rührorgan in der Form eines Zentrifugal-Pumpenrades haben jedoch, so wie die andern bekannten mechanischen Rühreinriehtungen mit dreh- baren Riihrorganen, den Nachteil, dass das Rührorgan bestrebt ist, die ganze Flüssig keitsmenge im Behälter in eine rotierende Bewegung zu versetzen, die in gewissen Fällen eine Drehzahl erreichen kann, die nur un- wesentlich kleiner ist als die Drehzahl des Rührorgans. Diese Erscheinung verringert die Wirkung des Rührens stark, weil diese vom Drehzahlenunterschied zwischen Rührorgan und Flüssigkeit abhängig ist.
Bei einer kräftigen Rotation der Flüssigkeit entsteht ferner ein Krater, durch welchen Luft in diellüs sigkeit eingesaugt wird, was in manchen FÏllen nicht erwünseht ist. In denjenigen Fällen, in welchen das Rühren vorgenommen wird, um feste'Teilchen in einer Flüssigkeit schwebend zu halten, bringt die Rotation der Fliissigkeit den besonderen Nachteil mit sich, dass auf Grund der Zentrifugalkraft die schwebenden Teilchen an der Wandung des Flüssigkeitsbehälters angereichert werden.
Die e Erfindung ermöglieht, die eingangs erwähnten Mängel meehanischer R hreinrichtungen zu beseitigen, und zwar mit Hilfe eines Rührorgans in der Form eines auf einer rotierbaren, frei hängenden Welle angeordneten Zentrifugal-Pumpenrades, das von einem GehÏuse umgeben ist, welches mehrere e vertikal und radial gestellte Leitschaufeln enthält. Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das die Leitsehaufeln enthaltende Gehäuse eine ringför- mige Ausströmöffnung mit einer Querschnitts- fläche hat, die mindestens so gross ist wie die Austrittsfläehe des Pumpenrades, und dass das Gehäuse sich mit Abstand an das Pumpenrad anschliesst.
Die Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt.
Fig. ? ist ein Querschnitt in grösserem Massstab durch das Pumpenrad und dessen Gehäuse in Fig. 1.
Fig. 3 ist ein Querschnitt nach den Linien . in Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Bodenansicht entsprechend Fig. 2.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsform.
In Fig. 1 ist ein F'diissigkeitsbehälter B ersichtlich, auf dessen obere Kante zwei Balken 11 aufgelegt sind, welche einen elektrisehen Antriebsmotor 1'2 mit vertikaler Welle tragen. Mit der Welle des Antriebsmotors ist eine vertikale Verlängerungswelle 13 zusam- mengekuppelt, die an ihrem untern Ende ein Zentrifugal-Pumpenrad 14 mit zentraler Einsaugoffnung an der Unterseite trägt. Über die Pumpenradwelle 13 ist ein Rohr 15 ge schoben, das an dem Balken 11 hängt und beinahe an die obere Seite des Pumpenrades 14 heranreicht.
Das Pumpenrad 14 ist von einem Gehäuse umgeben, welches die Form eines mit dem Pumpenrad koaxialen, oben offenen Zylinders 16 hat, der am Rohr 15 durch mehrere vertikal und radial gestellte Leitsehaufeln 17 befestigt ist. Unten ragt der Zylinder 16 mit eingezogenen Ablenkungs- fläohen 18 mit grossem Spiel an das Pumpenrad 14 heran.
Das Pumpenrad 14 besitzt sechs radial gerichtete Schaufeln 9. Es ist konstruiert für die'Passage einer verhältnismässig grossen Menge von Flüssigkeit bei einer niedrigen Ge schwindigkeit, ohne dass ein beträchtlicher Druck entsteht. Die H¯he der ringförmigen Ausflussöffnung ist dabei zum Beispiel ein Zehntel des grössten Durchmessers des Pumpenrades. Die zentrale Einsaugöffnung des Pumpenrades hat dieselbe Grösse wie die ringförmige Ausflussöffnung.
Der Abstand zwischen dem Pumpenrad 14 und der benachbarten gante des Gehäuses 16, 18 ist genügend gross, um zu erlauben, dampa das Pumpenrad seitwärts schwingen kann, und zwar mit einer Amplitude, die von der Grössenordnung eines Zehntels vom Durehmes- ser des Pumpenrades ist. Derartige Schwin gungen können während des Inbetriebsetzens und des Stoppens des Antriebsmotors entstehen, für den Fall, dass kritische Geschwin- digkeiten der Motorwelle und der Wellen- verlängerung 13 niedriger sind als die Be triebsgeschwindigkeit des Motors, besonders wenn der Motor langsam angelaufen werden muss.
In der in Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform sind im Zylinder 16 des Ge häuses sechzehn radial gerichtete Leitsehau- feln 17 vorgesehen. Die Area der Ausfluss- öffnung des Gehäuses ist von derselben Grösse oder grösser als die Area der Ausflussöffnung des Pumpenrades. Der grösste Abstand zwischen zwei benachbarten Leitschaufeln 17 ist kleiner gewählt als die Breite der Ixeitsehau- feln in der Strömungsrichtung.
Die beschriebene Riihreinrichtung arbeitet in folgender Weise : Wenn der Antriebsmotor 12 das Pumpenrad 14 in Rotation versetzt, wird Flüssigkeit durch die nach unten gerichtete zentrale Öffnung des Pumpen- rades eingesaugt und von den Schaufeln des Pumpenrades in radialer Richtung in das GehÏuse 16, 18 eingepresst, strömt durch das GehÏuse, und zwar zunächst lÏngs den Ablenkungsfläehen 18 und dann in axialer Rich- tung nach oben, und tritt durch die ringf¯rmige öffnung, die zwischen der Wand des Gehäusezylinders 116 und dem Tragrohr 16 gebildet wird, in den Behälter B, wobei die Rotation, in welche die Flüssigkeit durch das Pumpenrad beim Hindurchfliessen versetzt worden ist,
von den in der Ausströmungsfüh- rung angeordneten, zur Rotationsrichtung quergestellten Leitschaufeln 17 gebremst wird. Von der Ausströmungsführung steigt die Flüssigkeit im wesentlichen nach oben, verteilt sich allmählich radial gegen die Seiten des Behälters B, str¯mt in der Hauptsache parallel an den Seitenwänden nach unten, dann am Boden des Behälters entlang zu dessen Mitte, wo die. Flüssigkeit wieder in das Pumpenrad eingesaugt wird, wonach sich der Umlauf wiederholt. Die be schriebene, vom Rührerrad hervorgerufene Flüssigkeitsströmung im Behälter ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet. Damit die im Tragrohr 15 stehende Flüssigkeit an der Strömung teilnehmen kann, wird das Tragrohr zweckmässig mit Perforierungen versehen.
Es ist besonders zu bemerken, dass die Leitschaufeln 17, welche in der ringförmigen Ausströmungsführung angeordnet sind, nur die Aufgabe haben, zu verhindern, dass die Flüssigkeit im Behälter in Rotation versetzt wird, während dagegen eine gleichmässige Strömung der Flüssigkeit an den Leitsehau- feln vorbei nicht erstrebt wird. Dadurch, dass bei der gezeigten Ausführungsform die Leitschaufeln aus radial gestellten ebenen Platten bestehen-also nicht hydrodynamisch richtig ausgeformt sind-, entstehen in der Flüssigkeit beim Entlangströmen an den Leitschaufeln Wirbel, welche eine vorteilhafte Wirkung haben, weil sie das Umriihren verstärken und beschleunigen.
Die Ausführungsform gemma3 Fig. 5 unterscheidet sich von der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform vor allem dadurch, dass die zentrale Einsaugöffnung des Pumpenrades 14 nach oben gerichtet und das Gehäuse 16, 18 entsprechend umgedreht ist. Ferner steht das Tragrohr 15 für die Leitschaufeln 17 und das Gehäuse 16, 18 auf dem Boden des Behäl- ters B.
Durch die nach unten gerichtete Ausströmungsführung, welche die Leitschaufeln 17 enthält, str¯mt die Flüssigkeit in axialer Richtung naeh unten, dann am Boden des Behälters entlang gegen die Seitenwände des Behälters, dann an den Wänden entlang und schliesslich radial naeh innen zur Einsaug ¯ffnung des Pumpenrades 14 zurück. Um die Strömung in den obern Flüssigkeitssehich- ten im Behälter lebhafter zu machen, ist der zylindrische Gehäuseteil 16 mit einer nach oben gerichteten Verlängerung 19 versehen.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform, bei welcher die Flüssigkeit von oben in das Pumpenrad eingesaugt und aus dem Gehäuse nach unten gegen den Boden des Flüssigkeits- behälters gepresst wird, ist besonders zweck- mässig, wenn es erwiinscht ist, die Teilchen einer Aufschlämmung in der Aufschläm- mungsflüssigkeit schwebend zu halten oder feste'Teilchen in einer Flüssigkeit zu l¯sen.
In Fig. 6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Fliissigkeit sowohl von oben als auch von unten axial in das Pumpenrad 14 eingesaugt wird. Das Gehäuse ist aus zwei an beiden Enden offenen Zylindern 2A0 und'21 zusammengesetzt, die oberhalb und unterhalb des Pumpenrades angeordnet und je mit einem Flansch 22 versehen sind, so dass zwischen den Flanschen eine radial gerichtete ringförmige Flüssigkeitsaus- strömungsführung gebildet wird, in welcher eine Reihe von vertikal gestellten und radial gerichteten Leitschaufeln 17 angeordnet ist.
Das Gehäuse 20, 21 hängt an mehreren vertikalen Stangen23, welche an ihren obern Enden an den beiden Balken 11 befestigt sind, auf welchen auch der Antriebsmotor 12 f r das Pumpenrad montiert ist, und ihre untern Enden sind mit dem obern Flansch 22 verbunden
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 6 wird die Flüssigkeit sowohl von oben als auch von unten in das GehÏuse 2A0, 21 eingesaugt und aus dem Gehäuse radial durch die ring. förmige Führung ausgepresst, deren Leitschau- feln 17 die Rotation der Fliissigkeit bremsen.
Diese Ausführungsform ist besonders dann zweckmϯig, wenn zum Beispiel erwünseht ; ist, Flüssigkeiten von versehiedenen spezifischen Gewichten, welche zur Schichtenbildung neigen, zu misehen. Bei sämtlichen Ausführungsformen sind sämtliche Merkmale des Pa tentanspruchs vorhanden.
Die Kräfte, welche bei den verschiedenen Ausführungsformen auf das Pumpenrad wirken, sind, wie schon angedeutet, teils radial nach innen, teils axial, das heisst vertikal, gerichtet. Die radialen Kräfte heben sich ge- genseitig auf, weshalb keine radial gerichtete resultierende Kraft auftritt, und somit ist keine Lagerung der Pumpenradwelle an deren unterem Ende erforderlich. Die axialen Kräfte können durch zweckmässige Ausge- staltung des Pumpenrades so niedrig gehalten werden, dass die Pumpenradwelle 13 in der Regel, wie dargestellt, direkt mit der Welle des Antriebsmotors 12 zusammengekuppelt werden kann und die Lager des Antriebsmotors allein die Lagerung für das ganze rotierende System bilden können.
Die R hreinrichtung kann deshalb mit Vorteil als eine Einheit ausgeführt werden, welche abwechselnd in versehiedene Behälter eingesetzt werden kann, wodurch die Anzahl der erfor- derlichen Rührer auf eine gewisse Anlage klein gehalten werden kann.
Die Erfindung ist natiirlich nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten und oben näher beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ; Modifikationen versehiedener Art sind im Rahmen der Erfindung denkbar.
Mixing device for liquids.
It is known that stirrers or stirrers for liquids are used to mix different liquids quickly in a container, to accelerate the mixing of liquids at different temperatures, to accelerate a chemical reaction between a solid and a liquid or between two liquids to accelerate the dissolution of a solid in a liquid or a liquid in another liquid, to keep solids in slurries suspended in the slurry, and for other similar purposes.
In mechanical stirring devices, arm crosses are usually used as stirring elements, which are made to rotate in the vessel containing the liquid, or one or more propellers rotating in the liquid. However, stirring devices provided with rotatable spiders usually require very strong shafts and shaft bearings, often with a bearing in the bottom of the liquid container, in order to be able to absorb the unbalanced radial forces caused by the stirring element. This is a major disadvantage, especially if there are solid particles in the liquid or the liquid has no lubricating power.
Stirring devices with rotatable propellers do not require floor storage. Instead of radial forces, very large axial forces occur, which require strong shafts and shaft bearings, especially with long propeller shafts.
In order to avoid these disadvantages, it has been proposed to use a wheel in the form of a centrifugal impeller as a stirring element. When using such a wheel as a stirring element, there is no radial force, which is why floor bearings for the shaft are generally unnecessary; At the same time, the axial forces become small and can even cancel each other out completely when using a pump wheel with suction in the axial direction from both sides.
Stirring devices with a stirrer in the form of a centrifugal impeller have the disadvantage, like the other known mechanical stirrer devices with rotatable stirrers, that the stirrer strives to set the entire amount of liquid in the container in a rotating movement, which in certain cases can reach a speed that is only slightly smaller than the speed of the agitator. This phenomenon greatly reduces the effect of stirring, because it depends on the difference in speed between the stirring element and the liquid.
A vigorous rotation of the liquid also creates a crater through which air is sucked in in the liquid, which is not desirable in some cases. In those cases in which the stirring is carried out in order to keep solid particles suspended in a liquid, the rotation of the liquid has the particular disadvantage that the suspended particles are concentrated on the wall of the liquid container due to the centrifugal force.
The invention makes it possible to eliminate the deficiencies of mechanical stirring devices mentioned at the beginning, with the help of a stirring element in the form of a centrifugal pump wheel arranged on a rotatable, freely suspended shaft, which is surrounded by a housing which has several vertical and radial elements Contains placed guide vanes. The device according to the invention is characterized in that the housing containing the guide vanes has an annular outflow opening with a cross-sectional area which is at least as large as the outlet area of the pump wheel, and that the housing adjoins the pump wheel at a distance.
The invention is explained below with reference to the accompanying drawings, for example.
Fig. 1 shows a first embodiment of the invention in longitudinal section.
Fig.? is a cross-section on a larger scale through the impeller and its housing in FIG.
Figure 3 is a cross-section along the lines. in Fig. 2.
FIG. 4 is a bottom view corresponding to FIG. 2.
Fig. 5 shows a second embodiment.
Fig. 6 shows a third embodiment.
In FIG. 1, a liquid container B can be seen, on the upper edge of which two bars 11 are placed, which carry an electric drive motor 1'2 with a vertical shaft. A vertical extension shaft 13 is coupled to the shaft of the drive motor, which at its lower end carries a centrifugal impeller 14 with a central intake opening on the underside. A pipe 15 is pushed over the pump wheel shaft 13, which hangs on the beam 11 and almost reaches the upper side of the pump wheel 14.
The pump wheel 14 is surrounded by a housing which has the shape of a cylinder 16 which is coaxial with the pump wheel and is open at the top and which is fastened to the pipe 15 by a plurality of vertically and radially positioned guide vanes 17. At the bottom, the cylinder 16 with retracted deflection surfaces 18 protrudes against the pump wheel 14 with a large amount of play.
The impeller 14 has six radially directed blades 9. It is designed for the passage of a relatively large amount of liquid at a low speed without creating a considerable pressure. The height of the annular outflow opening is, for example, a tenth of the largest diameter of the pump wheel. The central intake opening of the pump wheel is the same size as the annular outflow opening.
The distance between the pump wheel 14 and the adjacent gante of the housing 16, 18 is sufficiently large to allow the pump wheel to oscillate sideways, with an amplitude that is on the order of a tenth of the diameter of the pump wheel. Such vibrations can arise during the start-up and stopping of the drive motor in the event that critical speeds of the motor shaft and the shaft extension 13 are lower than the operating speed of the motor, especially if the motor has to be started slowly.
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, sixteen radially directed guide vanes 17 are provided in the cylinder 16 of the housing. The area of the outflow opening of the housing is of the same size or larger than the area of the outflow opening of the pump wheel. The greatest distance between two adjacent guide vanes 17 is selected to be smaller than the width of the Ixeitshafteln in the flow direction.
The stirring device described works in the following way: When the drive motor 12 sets the pump wheel 14 in rotation, liquid is sucked in through the downwardly directed central opening of the pump wheel and pressed into the housing 16, 18 in the radial direction by the blades of the pump wheel, flows through the housing, initially along the deflection surfaces 18 and then in the axial direction upwards, and passes through the annular opening formed between the wall of the housing cylinder 116 and the support tube 16 into the container B, where the rotation into which the liquid has been set by the impeller while flowing through,
is braked by the guide vanes 17 which are arranged in the outflow guide and are positioned transversely to the direction of rotation. From the outflow guide the liquid rises essentially upwards, gradually spreads radially against the sides of the container B, flows mainly parallel down the side walls, then along the bottom of the container to its center, where the. Liquid is sucked back into the impeller, after which the cycle is repeated. The be written, caused by the impeller liquid flow in the container is indicated in the drawing by arrows. So that the liquid standing in the support tube 15 can participate in the flow, the support tube is expediently provided with perforations.
It should be noted in particular that the guide vanes 17, which are arranged in the annular outflow guide, only have the task of preventing the liquid in the container from being set in rotation, while, on the other hand, a uniform flow of the liquid past the guide vanes is not sought. Because the guide vanes in the embodiment shown consist of radially positioned flat plates - that is, they are not shaped hydrodynamically correctly - eddies arise in the liquid as it flows along the guide vanes, which have an advantageous effect because they intensify and accelerate the circulating movement.
The embodiment according to FIG. 5 differs from the embodiment shown in FIGS. 1 to 4 mainly in that the central intake opening of the pump wheel 14 is directed upwards and the housing 16, 18 is correspondingly turned around. Furthermore, the support tube 15 for the guide vanes 17 and the housing 16, 18 are on the bottom of the container B.
Through the downward outflow guide, which contains the guide vanes 17, the liquid flows in the axial direction near the bottom, then along the bottom of the container against the side walls of the container, then along the walls and finally radially near the inside to the suction opening of the pump wheel 14 back. In order to make the flow in the upper liquid layers in the container more lively, the cylindrical housing part 16 is provided with an extension 19 directed upwards.
The embodiment shown in FIG. 5, in which the liquid is sucked into the pump wheel from above and pressed down from the housing against the bottom of the liquid container, is particularly expedient if it is desired to mix the particles in a slurry to keep the suspension liquid floating or to dissolve solid particles in a liquid.
In FIG. 6 an embodiment is shown in which the liquid is sucked axially into the pump wheel 14 both from above and from below. The housing is composed of two cylinders 2A0 and '21 open at both ends, which are arranged above and below the pump wheel and each provided with a flange 22 so that a radially directed, annular liquid outflow guide is formed between the flanges, in which a Row of vertically positioned and radially directed guide vanes 17 is arranged.
The housing 20, 21 hangs on a plurality of vertical rods 23 which are fastened at their upper ends to the two beams 11 on which the drive motor 12 for the impeller is also mounted, and their lower ends are connected to the upper flange 22
In the embodiment according to FIG. 6, the liquid is sucked into the housing 2A0, 21 both from above and from below and radially out of the housing through the ring. shaped guide, the guide vanes 17 of which brake the rotation of the liquid.
This embodiment is particularly useful if, for example, it is required; is to misunderstand fluids of different specific weights which tend to stratify. In all embodiments, all the features of the patent claim are present.
The forces that act on the pump wheel in the various embodiments are, as already indicated, directed partly radially inwards, partly axially, that is to say vertically. The radial forces cancel each other out, which is why there is no radially directed resulting force, and therefore no bearing of the impeller shaft is required at its lower end. The axial forces can be kept so low by appropriate design of the pump wheel that the pump wheel shaft 13 can usually, as shown, be coupled directly to the shaft of the drive motor 12 and the bearings of the drive motor alone are the bearings for the entire rotating system can form.
The stirring device can therefore advantageously be designed as a unit which can be used alternately in different containers, whereby the number of required stirrers can be kept small for a certain system.
The invention is of course not limited to the embodiments shown in the drawings and described in more detail above; Modifications of various kinds are conceivable within the scope of the invention.