Beliiftungsvorrichtung für Flüssigkeiten
Die Erfindung'betrifft eine Belüftungsvor richtung für Flüssigkeiten, die ein in die in einem Behälter befindliche Flüssigkeit eintauchendes, rotierendes, als Hohlkörper ausgebildetes Flügelrad mit von seinem äussern Umfang nach einwärts sich erstreckenden, ent gegengesetzt der Drehrichtung angeordneten Öffnungen aufweist, wobei die Luft durch das Flügelrad in die zu belüftende Flüssigkeit eingesaugt und in dieser fein verteilt wird.
Die Erfindung besteht darin, dass der hohle Flügelradkörper mit einer hohlen An triebswelle, durch welche die Luftansaugung erfolgt, verbunden ist und dass den genannten Öffnungen entgegen der Drehrichtung geneigte Flächen vorgelagert sind, die an jeder Stelle mit um das Flügelrad gedaehten, durch diese Stellen gehenden Tangentialebenen spitze Winkel einschlie#en, wodurch am Umfang des rotierenden Flügelrades ein Sog entsteht, der Luft aus der Antriebshohlwelle über die Nabe und das Innere des Flügelrades in die Flüssigkeit fordert.
Es können zum Ablenken der luftdurchmisehten Flüssigkeit gegen die Behälterwand rund um das Flügelrad senkreeht stehende ebene Leitschaufeln angeord- net sein, die mit den durch ihre Befestigungs- bolzen gelegten Rädialebenen einen Winkel von mindestens angenähert 30 einschliessen und das Flügelrad als Leitkranz umgeben.
Die Zeichnung zeigt neben Erläuterungs- figuren Ausführungsbeispiele des Erfindungs- gegenstandes und Detailvarianten.
Fig. 1 bis 3 Erläuterungsfiguren zur Erklärung der Wirkungsweise der erfindungs- gemässen Belüftungsvorrichtung,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel im Schnitt,
Fig. 5 den Querschnitt des aus zwei Bleehronden gemäss Fig. 6 hergestellten Flügelrades dieses Beispiels,
Fig. 6 eine Blechronde desselben in ebenem Zuschnitt,
Fig. 7 eine Draufsicht auf Flügelrad und Leitapparat gemä# Fig. 4 in kleinerem Ma#- stab,
Fig. 8 im Schaubild eine Ausführungsform und
Fig. 9 im Schaubild eine weitere Ausfüh- rungsform, wobei die
Fig. 10 einen Querschnitt nach der Linie Z der Fig. 9 darstellt ;
Fig. ll. bis 13 zeigen andere Quersehnitts- formen für S-förmige Flügelräder.
Nach der bekannten Wirkungsweise von Strahlapparaten entsteht, sobald Flüssigkeiten oder Gase mit grossem Druck bzw. mit grosser Geschwindigkeit durch ein Rohrstück strömen, welches, wie in Fig. 1 dargestellt, nach vorher stetiger Verjüngung sich plötzlich erweitert, an dieser Stelle ein Vakuum, mit dessen Hilfe andere Flüssigkeiten oder Gase durch Zuführungsleitungen, welche im erweiterten Raum münden, angesaugt und mit dem stromenden, treibenden Nledium innig vermischt werden können.'Wirkungsgrad und Leistung eines Strahlapparates hängen unter anderem auch wesentlich von der Schichtdicke des treibenden Mediums ab.
Es tritt, wie aus Fig. 2 ersiehtlieh, trotz beliebiger Vergrösserung des Strahl rohrquersehnittes, die erwünschte Förderwirkung hauptsächlich am Rohrinnenumfang ein.
Den dargestellten Belüftungsvorrichtungen liegt nun die Erkenntnis zugrunde, da# das Kräftespiel an der richtig geformten Wand des Strahlapparates zwischen dem vorbeistro- menden, treibenden und dem angesaugten Medium ein relatives ist und ebenso eintritt, wenn das treibende Medium stillsteht, der wirksame Teil T des Strahlapparates aber, wie in Fig. 3 gezeigt, mit entsprechender Geschwindigkeit im Sinne des gebogenen Pfeils bewegt wird.
Mit 1 (Fig. 4) ist ein auf einer vertikalen Hohlwelle 2 sitzendes Flügelrad bezeichnet, das von einem Leitsehaufelkranz 15 umsehlos- sen und im Bereich des Behälterbodens 3 angeordnet ist. Der Flügelkranz des Rades bildet eine in sieh geschlossene Kette der wirk- samen Teile von Strahlapparaten, die bei der rasehen Rotation desselben durch die Flüssig- keit gezogen werden. Das in die im Belaälter befindliche Flüssigkeit eintauchende Belüftungsrad ist auf der Welle so befestigt, dass die Luft aus deren Hohlwelle @ 2 durch ihre Boh- rungen 6 und Bohrungen 5 der Nabe 4 in den Hohlraum des Belüftungsrades gelangen kann.
Der nm das Belüftunsrad angeordnete Leitsehaufelkranz, der die mit Luftbläschen beladene Flüssigkeit nach aussen leiten soll, besteht im wesentlichen aus einer Anzahl senkreeht stehender ebener Fläehen 15. Sie sind zwischen einer obern und untern Ringseheibe 13 und 14 angeordnet.
Die Ringseheibe 14 ist mit Hilfe von die Leitschaufeln 15 tragenden Distanzrohren 16 und Stehbolzen 17 gegen die Ringseheibe 13 verspannt. Die Leitschaufeln sehliessen mit den durch die Bolzen 17 gelegten Radialebenen einen Winkel von min destens angenähert 30 ein (Fig. 7). Die An- triebswelle 2 ist durch ein Schutzrohr 18 umschlossen, dessen unteres Ende gleichzeitig das Lager für die Welle trägt. Der Leitapparat ist über Stehbleche 19 mit dem Schutzrolir 18 verbunden. Das Rad ist auf der Welle 2 nach oben durch die Laufbüchse 21 und nach unten durch die Befestigungsmutter 20 axial fixiert.
Die Hohlwelle 2 besteht vorzugsweise aus einem obern und untern Zapfen, die durch das Bohr 2o miteinander verbunden sind. Zwi- sehen den beiden Ringscheiben 13, 14 tritt die mit Luftbläschen beladene Flässigkeit nach aussen. Dabei tritt die Flüssigkeit von oben und unten bei 22 zentral an das Laufrad heran. Die Luft wird durch die Hohlwelle 2 angesaugt. Die Bildung der Luftblaschen und deren Vermisehung mit der Fliissigkeit erfolgt im Gegensatz zu den meisten bisller bekannten Belüftungsvorrichtungenerst au#er- halb des Belüftungsrades, index dieses während des Betriebes nur von Luft erfüllt ist.
Bei der in Fig. 4 bis 7 gezeigten Ausfüh rungsform dient als Nabe ein zylindriselies, an beiden Enden 4a kurz abgesetztes Rohr stüek 4 mit Querbohrungen 5, die sich mit entsprechenden Bohrungen 6 der Antriebs- hohlwelle2decken.AufdenAbsetzungen4 der Nabe 4 sind im Abstand gezackte Blechronden 12 aufgeschweisst, die, wie in Fig. 6 in ebenem Zustand gezeigt, durch eine Anzafil radialer Einschnitte 8 in ebenso viele Sektoren 7 unterteilt sind. Die Einschnitte 8 enden innen in kleineren Bohrungen 10, die ein Wei terreissenderEinschnittegegendieMittever- hindern.
Jeder Sektor 7 ist au#en en einem Viertelmantel 11 eines 90grädigen Kegels zugeschnitten und wird gegengleich zum analogen Sektor der zweiten Ronde um 90 eingerollt. Die Sektoren der BIeehronden sind derart verschränkt, da# dureil Verschwei#ung ihrer äu#ersten mantellinien 12 je zwei zu- geordnete Viertelkegel einen geraden Halbkegel ergeben. Der Umfang des so gebildeten Flügelrades bestellt aus einer Zahl gerader Halbkegel, deren Basen in Eadialebenen des Belüftungsrades @elüfungsrades liegen.
Ober- und Untersicht des Belüftungsrades ergeben ein sägeartiges Formbild (Fig. 7), wobei die Neigung der ein zelnen Flächen gegen die zur Drehachse des Rades senkrecht stehende Mittelebene au#en i) Kegelanschluss 90 beträgt und gegen die Mitte des Rades zu auf 0 abnimmt. Es werden so entgegengesetzt der Drehrichtung an- geordnete Luftaustrittsöffnungen 24 gebildet, denen Flächen 25 vorgelqagert sind, die an jeder stelle mit um das Flüglelrad gedachten, durch diese Stellen gehenden Tangentialebenen spitze Winkel einschliessen.
Es entsteht am Umfang des rotierenden Rades ein Sog, der Luft ans der Antriebshohlwelle über die Nabe und das Innere des Flügelrades in die Flüs sigkeit fördert.
Gemä# Fig. 8 und 9 weist der Flüge] rad liörper zwei gleiche, achsnormal, am Nabenkörper 4 voneinander distanzert befestigte, ebene Formteile auf. Nach Fig. 8 bilden die voneinander distanzierten Formteile nach Art eines Sperrzahnrades verzahnte Blechscheiben 23, wobei die radialen Flanken 25 die ent- gegengesetzt der Drehriehtung liegenden Aus I r ittsöffnungen 30 bilden, während die län geren flanken 24 von aufgeschwei#ten, zur Antriebshohlwelle parallelen, also senkreeh ten Verbindungswänden 26 gebildet sind.
Letztere ergeben die den Luftaustrittsöffnungen vorgelagerten Flächen. Sie begrenzen die Öffnungen 30 teilweise.
Zur Kraftersparnis wird es vorteilhaft an gesellen, die den entgegengesetzt der Dreh- richtung liegenden Luftaustrittsüffnungen vorgelagerten, den Sog und die Pumpwir kung erzeugenden Flächen entgegengesetzt der Drehriehtung zu krümmen, also den von die sen Flächen mit um das Beliiftungsrad ge dachten Tangentialebenen eingeschlossenen spitzen winkel nach au#en zu verkleinern.
Eine solche Ausführungsform zeigt Fig. 9.
Dieses Belüftungsrad bildet zwei Strahlappa- rate. Zur Vermeidung unnötiger Reibungs- verluste ist dabei der am Nabenkörper 4 befestigte obere und untere ebene Formteil 27 S-fürmig gekrümmt, und beide Teile sind an ihren in der Drehrichtung vorn liegenden Rändern durch senkrechte Wände 31 verbun- den. Daclurch wird ein Belüftungsrad, bestehend aus einem S-förmigen Hohlarm mit U-förmigem Quersehnittsprofil gemäss Fig. 10 geschafften, dessen Öffnung entgegengesetzt der Drehrichtung liegt. Der Hohlraum des Sförmigen Belüftungsrades steht über Öffnungen des Nabenkörpers mit der Antriebshohlwelle in Verbindung.
Die Aussenfläche der Rückwand 31 der Hohlarme dient als Beauf schlagungsfläche und die Innenfläche als Zentrifugalpumpenflügel.
Die in den Fig. 11 bis 13 gezeigten Querschnittsprofile ergeben ebenfalls einen guten Wirkungsgrad für Belüftungsräder gemäss Fig. 9. Alle gezeigten Ausführungsformen finden für die submerse Essiggärung eine vor teilhafte Anwendung. Sie können jedoch selbstverständlich auch in allen Fällen vorteilhaft verwendet werden, wo Flüssigkeiten begast werden müssen.
Ventilation device for liquids
The invention relates to a Belüftungsvor device for liquids, which has a rotating, hollow-bodied impeller that is immersed in the liquid in a container and has openings that extend inwardly from its outer circumference and are arranged in the opposite direction to the direction of rotation, the air through the Impeller is sucked into the liquid to be aerated and finely distributed in this.
The invention consists in that the hollow impeller body is connected to a hollow drive shaft through which the air is sucked in and that surfaces inclined against the direction of rotation are in front of the openings mentioned, which at every point with stretched around the impeller, going through these points Tangential planes include acute angles, which creates a suction on the circumference of the rotating impeller, which forces air from the hollow drive shaft through the hub and inside the impeller into the liquid.
To deflect the fluid through which air has been mixed up against the container wall, flat guide vanes can be arranged vertically around the impeller, which with the radial planes laid by their fastening bolts enclose an angle of at least approximately 30 and surround the impeller as a guide ring.
In addition to explanatory figures, the drawing shows exemplary embodiments of the subject matter of the invention and detailed variants.
1 to 3 explanatory figures to explain the mode of operation of the ventilation device according to the invention,
4 shows an exemplary embodiment in section,
FIG. 5 shows the cross section of the impeller of this example made from two lead probes according to FIG. 6,
6 shows a sheet metal blank of the same in a flat cut,
7 shows a plan view of the impeller and diffuser according to FIG. 4 on a smaller scale,
8 shows an embodiment in a diagram, and FIG
9 shows a further embodiment in the diagram, wherein the
Figure 10 shows a cross-section along the line Z of Figure 9;
Fig. Ll. 13 to 13 show other cross-sectional shapes for S-shaped impellers.
According to the known mode of operation of jet devices, as soon as liquids or gases flow through a pipe section at high pressure or at high speed, which, as shown in FIG. 1, suddenly widens after a previously constant taper, a vacuum at this point With the help of other liquids or gases, they can be sucked in and intimately mixed with the flowing, driving medium through supply lines, which open into the enlarged space. The efficiency and performance of a jet device depend, among other things, on the layer thickness of the driving medium.
As can be seen from FIG. 2, despite any enlargement of the jet pipe cross section, the desired conveying effect occurs mainly on the inner circumference of the pipe.
The aeration devices shown are based on the knowledge that # the play of forces on the correctly shaped wall of the jet device between the flowing, driving and sucked medium is relative and also occurs when the driving medium is at a standstill, the effective part T of the jet device but, as shown in Fig. 3, is moved at a corresponding speed in the direction of the curved arrow.
1 (FIG. 4) designates an impeller seated on a vertical hollow shaft 2, which is surrounded by a guide vane ring 15 and is arranged in the region of the container bottom 3. The wing rim of the wheel forms a closed chain of the effective parts of the jet apparatus, which are drawn through the liquid when it rotates rapidly. The venting wheel, which is immersed in the liquid in the belay tank, is attached to the shaft in such a way that the air can get from its hollow shaft @ 2 through its bores 6 and bores 5 of the hub 4 into the cavity of the venting wheel.
The guide vane ring, which is arranged at the ventilation wheel and which is intended to guide the liquid laden with air bubbles to the outside, consists essentially of a number of vertically standing flat surfaces 15. They are arranged between an upper and lower ring disk 13 and 14.
The annular disk 14 is braced against the annular disk 13 with the aid of spacer tubes 16 and stud bolts 17 carrying the guide vanes 15. The guide vanes sehliessen with the radial planes laid by the bolts 17 at an angle of at least approximately 30 (FIG. 7). The drive shaft 2 is enclosed by a protective tube 18, the lower end of which also carries the bearing for the shaft. The diffuser is connected to the protective roller blind 18 via vertical plates 19. The wheel is axially fixed on the shaft 2 upwards through the liner 21 and downwards through the fastening nut 20.
The hollow shaft 2 preferably consists of an upper and lower pin, which are connected to one another by the drill 2o. Between the two annular disks 13, 14, the liquid laden with air bubbles emerges to the outside. The liquid comes from above and below at 22 centrally to the impeller. The air is sucked in through the hollow shaft 2. In contrast to most of the previously known ventilation devices, the formation of the air bubbles and their dissemination with the liquid takes place outside the ventilation wheel, which is only filled with air during operation.
In the embodiment shown in FIGS. 4 to 7, a cylindrical tube piece 4, briefly offset at both ends 4a, with cross bores 5, which coincide with corresponding bores 6 of the drive hollow shaft2, serves as the hub. AufdenAbsptions4 of the hub 4 are serrated sheet metal plates 12 welded on, which, as shown in FIG. 6 in a flat state, are divided into as many sectors 7 by a number of radial incisions 8. The incisions 8 end on the inside in smaller bores 10, which prevent the incisions against the center from tearing further.
Each sector 7 is cut to the outside of a quarter jacket 11 of a 90 degree cone and is rolled in at 90 degrees opposite to the analogous sector of the second round blank. The sectors of the circlips are interlaced in such a way that the welding of their outer circumferential lines 12 results in a straight half-cone in each two assigned quarter cones. The circumference of the impeller formed in this way is made up of a number of straight hemispheres, the bases of which lie in the radial planes of the ventilation wheel.
The top and bottom views of the ventilation wheel result in a saw-like shape (Fig. 7), the inclination of the individual surfaces against the center plane perpendicular to the axis of rotation of the wheel being 90 and decreasing towards the center of the wheel to 0 . In this way, air outlet openings 24 arranged opposite to the direction of rotation are formed, with surfaces 25 in front of them, which at each point enclose acute angles with tangential planes going through these points, imaginary around the impeller.
A suction arises on the circumference of the rotating wheel, which promotes air to the hollow drive shaft via the hub and the inside of the impeller into the liquid.
According to FIGS. 8 and 9, the flight wheel li body has two equal, axially normal, flat molded parts attached to the hub body 4 at a distance from one another. According to FIG. 8, the spaced-apart molded parts form toothed sheet-metal disks 23 like a ratchet wheel, the radial flanks 25 forming the openings 30 lying opposite to the direction of rotation, while the longer flanks 24 are welded on and parallel to the hollow drive shaft , So vertical connecting walls 26 are formed.
The latter result in the areas in front of the air outlet openings. They partially delimit the openings 30.
In order to save energy, it is advantageous to curve the surfaces in front of the air outlet openings opposite to the direction of rotation, which generate the suction and the pumping effect, in the opposite direction to the direction of rotation, i.e. to follow the acute angles enclosed by these surfaces with tangential planes around the ventilation wheel outside to zoom out.
Such an embodiment is shown in FIG. 9.
This ventilation wheel forms two jet devices. In order to avoid unnecessary frictional losses, the upper and lower planar molded part 27 attached to the hub body 4 are curved in an S-shape, and both parts are connected by vertical walls 31 at their front edges in the direction of rotation. A ventilation wheel consisting of an S-shaped hollow arm with a U-shaped cross-sectional profile according to FIG. 10, the opening of which is opposite to the direction of rotation, is then created. The cavity of the S-shaped ventilation wheel is connected to the hollow drive shaft via openings in the hub body.
The outer surface of the rear wall 31 of the hollow arms serves as a beauf impact surface and the inner surface as a centrifugal pump blade.
The cross-sectional profiles shown in FIGS. 11 to 13 also result in a good degree of efficiency for ventilation wheels according to FIG. 9. All the embodiments shown are used for submerged vinegar fermentation. However, they can of course also be used advantageously in all cases where liquids have to be gassed.