Einrichtung zum Umwälzen und Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere Gewässer und Abwasser, in einem Becken
Zur Belüftung von Abwasser wird bekannterweise die sogenannte Oberflächenbelüftung angewendet, bei welcher durch mechanische Mittel der zu behandeln, den Flüssigkeit Luftsauerstoff zugeführt wird, der sich je nach dem Grad ihrer Sauerstoffaufnahmebereitschaft darin löst. Durch Vorrichtungen zum Umwälzen und Mischen der Flüssigkeit werden stets neue, sauerstoffarme Flüssigkeitsteile an die Belüftungsvorrichtung herangeführt und zugleich eine Bewegung in der Flüssigkeit erzeugt, die geeignet ist, zur Sedimentation neigende, in der Flüssigkeit jedoch erwünschte Partikeln, wie z. B. belebten Schlamm, in Suspension zu halten.
Es sind bereits Vorrichtungen zum Umwälzen und Belüften von Flüssigkeiten in einem Behälter bekannt, bei denen entweder die Luft durch Diffusoren in die Flüssigkeit : eingeblasen, oder durch eine Hohlwelle mit tief unter dem Flüssigkeitsspiegel liegenden, rotierenden Körpern in die Flüssigkeit verteilt wird, oder dass die Flüssigkeit durch Rotoren gegen oberhalb, des Flüssigkeitsspiegels angeordnete Prallkörper gefördert und verspritzt wird. Grundsätzlich wird von derartigen Vorrichtungen verlangt, dass der sogenannte Sauerstoffeintrag, sowie die Mischung und die Umwälzung mit einem minimalen Energieaufwand bewerkstelligt werden kann, und dass die Leistung in einem weiten Bereich regulierbar ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung zum Umwälzen und Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere zur Klärung von Abwasser, mit einem wenigstens teilweise in die Flüssigkeit eintauchenden Rotor, bei welchem zur Förderung der vermittels Fliehkraft an der Peripherie des Rotors bei seiner Rotation ausgeworfenen und durch Saugwirkung von unten nachströmenden Flüssigkeitsmengen eine möglichst kleine, geodätische Förderhöhe und eine möglichst kleine Verlusthöhe zu überwinden sein sollen, und bei welchem die von anderen Rotationsbelüftern be kanne, für den Sauerstoffeintrag an sich schon günstige Wirkung der Auflösung der Flüssigkeit in Strahlen dadurch gesteigert werden kann, dass diese im Rotationskörper mit Luft in Verbindung gebracht werden.
Diese Einrichtung ist gekennzeichnet durch einen wenigstens teilweise in die Flüssigkeit im Becken eintauchenden, um eine vertikale Achse drehbaren Rotor, der mit einer Anzahl zwischen radialen Schaufeln und einer unteren, äusseren Ringwand, sowie einer oberen, inneren Ringwand gebildeten, in vertikaler Ebene gekrümmten Leitkanälen für die Flüssigkeit versehen ist, derart, dass die am untern Ende des Rotors in vertikaler Richtung in die kreisringförmig um die Achse angeordneten Leitkanalöffnungen eintretende Flüssigkeit um 900 nach auswärts umgelenkt und am äusseren Umfang des Rotors in horizontaler Richtung zu den Leitkanalauslassöffnungen austritt, die längs eines Kreisumfanges des Rotors von grösserem Durchmesser als derjenige der kreisringförmig angeordneten Leitkanaleinlässe lie gen, und d dass die Schnittlinie der unteren,
äusseren Ringwand mit einer durch die Rotorachse gehenden Radialebene mindestens über einen Teil ihrer Länge wenigstens annähernd kreisförmig gekrümmt ist.
In der oberen, inneren Ringwand des Rotors ist zweckmässig eine mit der Aussenluft in Verbindung stehende Luftleitung vorgesehen, die im Bereich der Umlenkung zwischen Eintritts- und Austrittsende der Leitkanäle in diese mündet.
In den beiliegenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Anlage dargestellt.
Fig. 1 ist ein vertikaler Schnitt in leichter Perspektive durch ein Belüftungsbecken mit Vorrichtungen zum Umwälzen und Belüften der im Becken befindlichen Flüssigkeit;
Fig. 2 ist eine schaubildliche Darstellung des Belüftungsbeckens während des Betriebes;
Fig. 3 zeigt im vertikalen Schnitt eine andere Ausführungsform des Belüftungsbeckens;
Fig. 4 zeigt im Aufriss und im vertikalen Schnitt den im Belüftungsbecken verwendeten Umwälz- und B elüftungsrotor;
Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie 5-5-5 der Fig. 4;
Fig. 6 zeigt eine einzelne Rotorschaufel im Aufriss, in derjenigen Lage, die sie im Rotor einnimmt;
Fig. 7 zeigt eine Variante der Schaufel nach Fig. 6;
Fig. 8 zeigt die Schaufel nach Fig. 6, von oben betrachtet;
Fig. 9 zeigt die Schaufel nach Fig. 6 von der Seite gesehen;
Fig. 10 und 11 zeigen eine Variante der Schaufel, in gleicher Darstellung wie die Fig. 8 und 9;
Fig. 12 und 13 zeigen eine weitere Variante der Schaufel, in gleicher Darstellung wie Fig. 8 und 9;
Fig. 14 und 15 zeigen eine dritte Variante der Schaufel;
Fig. 16 und 17 zeigen im vertikalen Schnitt Teilstücke von zwei Varianten des Belüftungsbeckens nach Fig. 1;
Fig. 18 und 19 zeigen im vertikalen Schnitt zwei Varianten eines Belüftungsbeckens nach Fig. 3;
Fig. 20 ist eine schaubildliche Ansicht eines zusätzlichen Schaufelkranzes, der dazu bestimmt ist, unten am Rotor der Fig. 4 angesetzt zu werden;
Fig. 21 zeigt im Aufriss ein Teilstück des Rotors nach Fig. 4 mit angesetztem Schaufelkranz nach Fig. 20, wobei die äusseren Umfangwände des Rotors und des zusätzlichen schaufelkranzes teilweise weggebrochen sind, um die Form der Schaufeln zu erkennen;
Fig. 22 ist eine Seitenansicht einer Schaufel des zusätzlichen Schaufelkranzes in grösserem Massstab;
Fig. 23 ist eine Draufsicht auf eine Schaufel des zusätzlichen Schaufelkranzes;
Fig. 24 zeigt ein Teilstück eines Schaufelkranzes nach Fig. 20, jedoch mit entgegengesetzt gekrümmten Schaufeln;
Fig. 25 ist ein achsialer Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des Umwälz- und Belüftungsmotors;
Fig. 26 ist eine Teilansicht des Rotors im Aufriss, gesehen in Richtung des Pfeiles A in Fig. 25, bei weggenommener Aussenwand des Rotors, wobei nur eine einzige Schaufel gezeigt ist;
Fig. 27 und 28 zeigen zwei Varianten von Rotorschaufeln im Schnitt nach der Linie 27-27 der Fig. 25, von oben gesehen;
Fig. 29 und 30 veranschaulichen die Form des unteren gebogenen Teiles einer Rotorschaufel des Rotors nach Fig. 25, wobei Fig. 29 einen horizontalen Schnitt längs der Linie 29-29 der Fig. 25 in grösserem Massstab und Fig. 27 den unteren Endteil der Schaufel im Aufriss in Richtung des Pfeiles B in Fig. 29 darstellt;
Fig. 31 zeigt eine Ausführungsform eines kombinierten Belüftungs- und Nachklärbeckens in einer Baueinheit im achsialen Schnitt;
Fig. 32 ist eine Draufsicht. auf den in dieser Ausführungsform verwendeten Belüftungs- und Umwälzrotor;
Fig. 33 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Rotors im achsialen Schnitt und in Seitenansicht;
Fig. 34 ist eine Draufsicht auf diesen Rotor;
Fig. 35 zeigt eine Variante dieses Rotors im achsialen Schnitt;
Fig. 36 zeigt eine weitere Auführungsform eines Belüftungsbeckens im achsialen Schnitt;
Fig. 37 ist ein achsialer Schnitt durch den in diesem Becken verwendeten Belüftungsrotor;
Fig. 38 bis 41 sind achsiale Schnitte von je einer Variante des B ! elüftungsroltors.
Das in Fig. 1 dargestellte Belüftungsbecken besitzt eine kreiszylindrische Wandung 1 mit einem Boden 2 und einem Laufsteg 3. Zwischen dem Boden und der Seitenwand ist eine Abschrägung 4 vorgesehen. Auf dem Laufsteg 3 ist ein Elektromotor 5 mit senkrechter Welle gelagert, die durch den Steg hindurch in das Innere des Beckens dringt. Der untere Teil der Motorwelle trägt ein turbinenartiges Rad 6, das nachfolgend als Rotor bezeichnet wird. Auf dem Boden 2 des Beckens, im Zenttrum desselben, ist ein hohler Leitkegel 7 angeordnet, an dessen Spitze ein sich achsial erstreckendes Rohrstück 8 vorgesehen ist. Die Rohrachse fällt mit der Rotorachse zusammen. Aufrecht stehende, radiale Leitwände 9 erstrecken sich von der Oberfläche des Kegels 7 zum freien Ende des Rohrstückes 8.
Im gezeichneten Beispiel sind vier Leitwände vorgesehen; es können jedoch mehr oder weniger solcher Leitwände vorhanden sein. In der Seitenwand des Beckens ist ein Einlass 10 und ein Auslass s 11 vorgesehen. Das dargestellte Be- lüftungsbecken bildet beispielsweise einen Teil einer Kläranlage und kann zwischen der Vorklärung und der Nachklärung eingeschaltet sein. Der Einlass 10 bildet den Zulauf vom Abwasser aus der Vorklärung. Es ist jedoch auch möglich, Abwasser unmittelbar, ohne Vorklärung in das Belebungsbecken einzuleiten und zu behandeln. Durch den Ablauf 11 gelangt das belebte Wasser in die Nachklärung. Eine Rückleitung 12 führt vom unteren Teil des Nachklärbeckens in das darge- stellte Belebungsbecken und mündet im Innern des Hohlkegels 7.
Durch diese Leitung 12 wird der in der Nachldärung sich ansammelnde Schlamm in das Belebungsbecken zurückgeführt. An die Rückleitung 12 kann eine vom Boden des Belehungsbeckens ausgehende Entleerungsleitung 13 angeschlossen sein, die normalerweise mittels eines Schiebers 14 geschlossen ist, jedoch bei Betriebsunterbruch geöffnet werden kann, um den Inhalt des Beckens durch die Leitung 12 und eine nicht dargestellte Entleerungsöffnung ausfliessen zu lassen.
Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform des Be lüftungsbeckens, welches nicht kreisförmig, sondern rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweist, im übrigen jedoch gleich ausgebildet t ist wie das Becken nach Fig. 1.
Eine weitere Variante eines Belüftungsbeckens ist in Fig. 3 dargestellt. Dieses Becken arbeitet ohne Rückführung von Schlamm aus der Nachklärung. Demzufolge ist auch der Leitkegel 15 in der Mitte des Bodens des Beckens nicht hohl, sondern mit einer spitz zulaufenden, zylindrischen Verlängerung 16 versehen. Radiale Leitwände 9 erstrecken sich von der Oberfläche des Kegels bis zur Spitze der Verlängerung. An die Seitenwandung des Beckens ist ein Zulauf 10 von Abwasser und ein Ablauf 11 für das im Becken behandelte Wasser zur Nachklärung vorgesehen. Der Rotor 6 mit Antriebsmotor 5 ist gleich angeordnet wie in Fig. 1.
Der Rotor und die Art seiner Aufhängung an der Antriebswelle sind in Fig. 4 und 5 in grösserem Massstab dargestellt. Das Motorgehäuse 17 ist auf einer Tragplatte 18 befestigt, welche am Steg 3 des Beckens festgeschraubt ist. Die Motorwelle 19 trägt über eine Flanschverbindung 20 die Rotorwelle 21. An der Tragplatte 18 ist ein zylindrisches Lagergehäuse 22 starr befestigt und mittels an der Tragplatte angeschweissten Stützblechen 23 gegen Seitendrücke verstrebt. Im Gehäuse 22 ist die Rotorwelle 21 mittels eines Rollen lagers 24 und eines Pondelfkugeliagers 25 geführt. An beiden Enden des Gehäuses 22 sind Dichtungen 26 zum Schutze der Wellenlager vorgesehen.
Der Rotor ist aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt. Vorzugsweise wird als Werkstoff eine verschleissfeste Polyestermischung verwendet. Er besitzt ein geringes Gewicht und ist korresionslbestänldig. Die Rotor konstruktion besitzt zwei Nabenteil 27 und 28, mittels denen der Rotor über die Welle 21 gesteckt ist. Im Nabenteil 28 ist eine Keilbahn vorgesehen, in welche ein Keil 29 der Welle 21 greift, um die Drehbewegung der Welle auf den Rotor zu übertragen.
Der Rotor ist längs der Welle achsial verstellbar, um ihn in die richtige Höhenlage in bezug auf den Flüssigkeitsspiegel im Belebungsbecken einstellen zu können.
Die Feststellung des Rotors auf der Welle erfolgt mittels einer zweiteiligen Bride 30, welche mit einer r inneren Umfangsnute 31 versehen ist, in welche e ein Ring- flansch 32 des Nabenstiickes 28 eingreift. Wenn die Schrauben 33, welche die beiden Bridenhälften zusammenkleben, gelöst werden, kann die Bride 30 mit dem Rotor längs des Keils 29 auf der Welle 21 verschoben und nach Einstellung in die gewünschte Höhenlage durch Festziehen der Schrauben 33 wieder an der Welle festgeklemmt werden. Die Nabenteile 27 und 28 sind mittels radialen Stegen 34 und 35 mit einem zylindrischein, sich koaxial erstreckenden Rotorteil 36 durch Schweissung starr verbunden. Wie in Fig. 4 und auch in Fig. 25 ersichtlich, ist am rohrförmigen Teil 36 eine obere kreisringförmige Deckplatte 37 des Rotors durch Schweissung befestigt.
An ihrem äusseren Rand ist die Platte 37 radial gerichtet und ist dann aufwärts gebogen, so dass der innere Ringrand einen achsial gerichteten Stutzen bildet, der mit der rohrförmigen Wand 36 verschweisst ist. Mit der Deckplatte 37 fest verbunden ist ein Schaufelkranz des Rotors, der aus einer oberen und inneren Ringwand 38 einer r unteren, äus- seren Ringwand 39, einer inneren Ringwand 40 und einer Anzahl zwischen den Ringwänden 38, 40 und 39 befindlichen, im allgemeinen radial gerichteten Schaufeln 41 besteht.
Die Schaufeln unterteilen den zwischen den Ringwänden 38, 40 und 39 gebildeten Ringraum in eine Anzahl Leitkanäle 42 für die Flüssigkeit, die am unteren Ende des Rotors in vertikaler Richtung in die kreisringförmig um die Achse angeordneten Leitkanäle eintritt, in den Kanälen um 900 nach auswärts umgelenkt wird, und am Aussenumfang des Rotors in horizontaler Richtung aus den Leitkanälen 42 austritt.
Zwei übereinander liegende, rechtwinklig zur Rotorachse gerichtete Ringwände 43 und 44 erstrecken sich zwischen der Wand des rohrförmigen Teiles 36 und den einander benachbarten Enden der Schaufelkranzwände 38 und 40 und begrenzen einen Ringraum 45, der den Raum 46 im Innern des Rohres 36 mit den Leitkanälen 42 des Schaufelkranzes verbindet. Am unteren Ende des mit der Tragplatte 18 verschweissten Gehäuses 22 ist unter Zwischenlagerung eines Distanz- und Abschlussringes 47 ein Zylinder 4, dessen Wand mit Perforationen 49 versehen ist, mittels Schrauben 50 befestigt.
Wenn der Rotor im Betrieb ist, gelangt durch die Perforationen 49 Aussenluft in das innere des Zylinders 48 und des olben offenen Rohres 36 und d bis zum Ring- raum 45, der beispielsweise durch vier Öffnungen 51 mit dem Innenraum 46 des Rohres 36 verbunden ist.
Es wurde schon erwähnt, dass der beschriebene Rotor 6 aus korrosionsfestem Kunststoff, beispielsweise Polyester besteht, also aus einem verhältnismässig leichten Baustoff. Wie aus Fig. 4 und 25 ersichtlich ist, besteht zwischen der Rotordeckwand 37, der Leitkanal wand 38, der r Querwand 43 und der Rohrwandung 36 ein vollkommen geschlossener Luftraum, der dem Rotorkörper einen Auftrieb erteilt, wenn dieser sich in Betriebsstellung im Belebungsbecken befindet. Infolge des geringen Gewichts des Rotors ist nur eine leichte Tragkonstruktion erforderlich, wie sie oben beschrieben wurde, und die Montage ist besonders einfach und erfolgt unter Ausnützung der Schwimmfähigkeit des Rotors.
Zur Montage wird zuerst die Tragplatte 18 mit dem daran befestigten Führungsgehäuse 22 und mit der Antriebseinheit, Motor 5, Motorgehäuse 17 und Antriebswelle 21 in ihrer Lage befestigt. Dabei wird vorerst der mit Perforationen versehene Zylinder 48 mittels der Schrauben 50 am oberen Teil des Gehäuses 22 provisorisch festgeklemmt. Alsdann wird Wasser in das Belebungsbecken eingefüllt und der Rotor auf den Wasserspiegel aufgesetzt, auf dem er schwimmt. Der Wasserspiegel darf nur so hoch sein, dass der obere Nabenteil 28 des schwimmenden Rotors nicht höher als das untere Ende der Antriebswelle 21 liegt.
Das obere Ende des Nabenteils 28 wird dann genau unterhalb die Antriebswelle gebracht und der Wasserspiegel im Becken durch weitere Zufuhr von Flüssigkeit ansteigen gelassen; der schwimmende Rotor wird in dieser Weise durch den steigenden Flüssigkeitsspiegel im Becken angehoben, wobei das untere Ende der Welle 21 sich in den Nabenteil 28 des Rotors einschiebt und der Rotor der Welle entlang ansteigt, wobei der Keil 29 mit der entsprechenden Keilnut im Nabenteil 28 in Eingriff gelangt und schliesslich das untere Ende der Welle 21 sich in den Nabenteil 27 einschiebt.
Wenn der Rotor die gewünschte Höhenlage erreicht hat, wird die zweiteilige Befestigungsbride 30 um den Ringflansch 32 des Nabenstückes herumgelegt und mittels der Schrauben 33 an der Welle 21 festgeklemmt. Jetzt wird noch der perforierte Zylinder 48 von seiner provisorischen Lage am obern Teil des Gehäuses 22 gelöst und in der in Fig. 4 gezeigten Betriebsstellung mit Hilfe der Schrauben 50 festgeklemmt.
Der Rotor 6 ist jetzt betriebsbereit.
In Fig. 6 bis 15 sind verschiedene Schaufelformen dargestellt, mit denen der in Fig. 14 dargestellte Rotor 6 versehen sein kann. Fig. 6 zeigt die Schaufelform im Aufriss. Die drei Schaufelkanten 38', 39' und 40' sind in diesem Beispiel kreisförmig gekrümmt, entsprechend den Krümmungsradien rl, r2, und r3 der Rotorwände 38, 39 und 40.
Die Absetzung 52 zwischen den inneren Schaufelkanten 38' und 40'entspricht der achsialen Höhe des Ringr. aumes 45 (Fig. 4 und 25), der die Leitkanäle 42 mit dem Inneren des Rohres 36 verbindet. Über die Länge der Kante 52 erfährt daher der Leitkanal 42 zwischen den inneren Rotorwänden 38, 40 und der äusseren Rotorwand 39, in Richtung des Krümmungsradius gemessen, eine sprungartige Erweiterung, deren Zweck später beschrieben wird. In der Variante nach Fig. 7 ist an der Kante 52. der Schaufel ein Wandstück 53 angeschweisst, welches in den Ringraum 45 eingreift; die Unterteilung des Rotorringraumes zwischen den Wänden 38, 40 und 39 durch die Schaufeln in einzelne Leitkanäle beginnt in diesem Falle schon im Ringraum 45.
Fig. 8 zeigt die Schaufel nach Fig. 6 im Grundriss und Fig. 9 von der linken Seite der Fig. 6 her betrachtet.
Von oben her betrachtet besitzt die Schaufel 41 eine leichte Krümmung im Umfangssinne des Rotors, und zwar ist ein äusserer Abschnitt, der sich von der Austrittskante 55 über die radiale Länge a erstreckt, leicht gekrümmt, ein mittlerer Abschnitt, der sich über die radiale Länge b erstreckt verläuft gerade in radialer Richtung, und ein innerer Abschnitt, der sich über die radiale Länge c bis zur Eintrittskante 54 erstreckt, ist wieder im gleichen Sinne wie der äussere Abschnitt a leicht gekrümmt. Die Schaufel nach Fig. 10 und 11 besitzt eine gleichmässige Krümmung über ihre ganze Länge vom äusseren bis zum inneren Ende. Die Schaufel nach Fig. 12 und 13 besitzt einen äusseren leicht gekrümmten Abschnitt d und einen inneren geraden und radial verlaufenden Abschnitt e. Die Schaufel nach Fig. 14 und 15 ist über ihre ganze Länge gerade und radial gerichtet.
Wenn die Anlage gemäss Fig. 1 oder 3 in Betrieb gesetzt werden soll, wird das Belüftungsbecken durch den Einlass 10 mit Abwasser gefüllt bis zum dargestellten Niveau 57, das ungafähr auf der Höhe der Unterkante 56 des Auslasses der Flüssigkeitskanäle im Rotor, oder einige Zentimeter höher gehalten wird. Der Motor 5 wird dann angelassen und der Rotor in Drehung versetzt mit einer Drehzahl von etwa 60-80 U/min. Die im Rotor in den Leitkanälen 42 befindliche Flüssigkeit ist der Wirkung der Fliehkraft unterworfen und wird oben am Umfang des Rotors zu den Leitkanalauslässen in radialer Richtung ausgestossen.
Es entsteht dadurch am Einlass 57 zu den Rotorleitkanälen ein Unterdruck, durch welchen entsprechend der oben am Umfang ausgestossenen Flüssigkeitsmenge ständig neue Flüssigkeit aus dem Raum unterhalb der Leitkanaleinlässe in die Kanäle angesaugt, durch die Fliehkraft gehoben und oben in horizontaler Richtung wieder ausgestossen wird.
Solange der Rotor dreht, entsteht daher ein ständiger Kreislauf oder eine Umwälzung der im Becken befindlichen Flüssigkeitsmenge. Durch die Drehung des in die Flüssigkeit im Becken eingetauchten Rotors wird allmählich der gesamte Inhalt des Beckens in eine mit dem Rotor gleichsinnige, aber viel langsamere Drehbewegung versetzt. Da an der Unterseite 57 des Rotors ständig Flüssigkeit nachgesogen wird, entsteht in der Mitte des Beckens entsprechend dem Durchmesser des ringförmigen Rotoreintritts eine achsial nach oben gerichtete Flüssigkeitsströmung 58.
Die vom Rotor unten angesaugte und oben nur wenig über dem Niveau 59 des Beckeninhaltes in horizontaler Richtung ausgestossenen Flüssigkeit breitet sich fächerartig und sozusagen schrittweise über die Oberfläche des Beckeninhaltes radial bis zur Seitenwand 1 aus und wird nach unten umgelenkt, und infolge des in langsame Drehung versetzten Beckeninhaltes wird jedes Flüssigkeitsteilchen eine schraubenlinienförmige Bewegung 60 in ab steigender Richtung ausführen. Durch die schrägen Wandteile 4 des Beckens wird die in der Nähe des Beckenrandes und des Bodens befindliche Flüssig keit gegen die Mitte des Beckens und d gegen den Leit- kegel 7 umgelenkt, wo sie in den Bereich der Saugwirkung der aufwärts zum Rotoreinlass führenden achsialen und wirbelförmigen Flüssigkeitssäule 58 gelangt.
Diese Flüssigkeitssäule wird durch den Leitkegel 7 und die Leitflügel 9 zentriert. Die Leitflügel 9. dienen ausserdem zur Bremsung der Umdrehgeschwindigkeit der im Bekken befindlichen Flüssigkeit, damit eine genügend grosse Differenzgeschwindigkeit zwischen Flüssigkeit und Rotor erhalten bleibt.
Die durch den Rotor angesaugte und mit grosser Geschwindigkeit unter dem Einfluss der Fliehkraft durch die Leitkanäle 42 zum Auslass strömende Flüssigkeit übt im Bereich der Schaufelkanten 52 (Fig. 4 und 25) eine Saugwirkung in Ringraum 45 aus, durch welche Luft von oberhalb des Flüssigkeitsniveaus im Becken durch die Perforationen 49 im Zylinder 48 und durch den Raum 46 in den Ringraum 45 angesaugt und aus diesem von der vorbeiströmenden Flüssigkeit nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe mitgerissen und am Austritt der Rotorkanäle mit der Flüssigkeit vermischt ausgeworfen wird.
Dadurch, dass im Bereich der Kante 52 der Schaufel, wo der Ringraum 45 in den Schaufelkanal mündet, eine sprungartige radiale Erweiterung s (Fig. 6) des Kanals zwischen den Schaufelkanten 40' und 38' vorgesehen ist, wird an dieser Stelle der im Schaufelkanal herrschende Unterdruck gefördert und durch Aussaugen von Luft von der Atmosphäre her durch den Ringraum 45 ausgeglichen.
Die Auflösung der vom Rotor geförderten Flüssigkeit in einzelne Flüssigkeitsstrahlen durch die Leitkanäle 42 des Rotors und das injektorartige Ansaugen von Luft im Innern der Kanäle ergibt einen intensiven Kontakt der Luft mit der Flüssigkeit. Wenn der Rotor dreht, beispielsweise im Sinne des Pfeiles f in Fig. 2, bildet die Austrittskante 55 jeder Schaufel auf der Oberfläche der Flüssigkeit im Becken eine stark mit Luft vermischte Stauwelle geringer Höhe, da die Unterkante 56 der Flüssigkeitskanäle nur wenig unter den Flüssigkeitsspiegel im Becken taucht. Wie Fig. 2 zeigt, setzen sich diese sich kräuselnden Stauwellen spiralförmig bis an den Rand des Beckens fort. Diese Stauwellen befinden sich in der obersten Flüssigkeitsschicht im Becken, auf welche fortlaufend die mit Luft vermischte Flüssigkeit aus den Rotorleitkanälen ausgeworfen wird.
Die Ober fläche wird d in dieser Weise aufgerauht und die Grenz- schichtfläche zwischen Luft und Wasser vergrössert, was die Diffusion von Luft, bzw. Sauerstoff in der Flüssigkeit begünstigt.
Wie schon gesagt, wird die zum Rotor ausgestossene Flüssigkeit am Rand des Beckens nach abwärts umgelenkt und die einzelnen Flüssigkeitsteilchen führen eine schraubenlinienförmige Bewegung bis zum Boden des Beckens aus, wo sie gegen den Leitkegel 7 in spiralförmiger Bahn umgelenkt und dann mit hoher Geschwindigkeit in achsial aufsteigender Richtung unter dem Einfluss der Saugwirkung. des Rotors dem Einlass desselben zugeführt werden.
In der Zone des Leitkegels 7 herrscht daher ein Unterdruck, welcher unter entsprechend angepassten technischen Bedingungen ausreicht, um eine aus dem Becken durch die Leitung 11 abfliessende Flüssigkeitsmenge im Kreislauf wieder zurückzuführen Fig. 1 zeigt beispielsweise die von einem Nachklärbekken zurückführende Leitung 12, die von unten durch den Hohlkegel hindurchführt und an das von der Kegelspitze nach oben gerichtete Rohrstück 8 angeschlossen ist. Durch die am Austritt des Rohrstückes 8 infolge der rasch steigenden Flüssigkeitssäule 58 wirksame Saugkraft wird der am Boden des Nachklärbeckens sich ansammelnde Schlamm zurückgeführt und gelangt von neuem in den Umwälzkreislauf des Belebungsbeckens.
In Fig. 16 ist eine Einrichtung dargestellt, die zur Rückführung von Flüssigkeit aus dem Nachklärbecken benützt werden kann, wenn die Saugwirkung des s Rotors nicht ausreicht. Die Antriebswelle 61 des Rotors 6 erstreckt sich hier bis an den Boden des Beckens durch einen als Rohrleitung ausgebildeten achsialen Hohlraum 62 in der Mitte des Leitkegels 63. Dieser Hohlraum steht in Verbindung mit der Zuleitung 12 für den Rück laufschlamm aus einem benachbarten Nachklärbecken.
Der achsial durch den Kegel hindurch dringende Teil der Antriebswelle 6 trägt einen Propeller oder ein Pumpenrad 64, welche den durch die Leitung 12 zu fliessenden Schlamm bis zum oberen Ende des Leitkegels anhebt, wo er in den Bereich der Saugwirkung des drehenden Rotors 6 gelangt und von der achsial aufsteigenden Flüssigkeitssäule 58 mitgenommen und durch die Rotorleitkanäle ausgeworfen wird, worauf er den normalen Umwälzkreislauf der Flüssigkeit im Bekken mitmacht.
In der Ausführung nach Fig. 17 ist eine Förderschnecke 64 nach Art einer archimedischen Schraube im achsialen Hohlraum 62. des Leitkegels 63 ohne Verbindung mit der Antriebswelle des Rotors 6 lose drehbar gelagert. Das aus der Spitze des Leitkegels hervorragende obere Ende der Schnecke 64'trägt eine Anzahl fest mit ihr verbundener Flügel 65, die unmittelbar ausserhalb des oberen Teiles der Kegelwandung in der durch diese Wandung nach aufwärts umgelenkten Flüssigkeitsströmung im Bereich der Saugwirkung des Rotors liegen.
Die Flügel 65 sind mit Bezug auf die Strömungsrichtung so gekrümmt, dass sie von der nach oben strömenden Flüssigkeit beaufschlagt in eine Drehung um die Kegelachse versetzt werden und die Förderschnecke 6' drehen, so dass der durch die Leitung 12 anfallende Rücklaufschlamm im Hohlraum 62 nach oben zu dessen Auslass an der Kegelspitze gefördert und der im Becken umwälzenden Flüssigkeit hinzugeführt wird.
In den Varianten des Belebungsbeckens nach Fig. 3, 18 und 19 ist keine Rückführung von Schlamm aus der Nachklärung vorgesehen. Demgemäss ist der Leitkegel 15 in Fig. 3 nicht hohl ausgebildet. Gemäss Fig. 18 ist der Leitkegel 66 ohne radiale Leitflügel ausgebildet. Im Beispiel nach Fig. 19 ist der Leitkegel 67 am Boden 2 des Beckens mit vom Boden an schraubenlinienförmig ansteigenden Leitflügeln 68 versehen, welche die am Boden des Beckens spiralförmig gegen den Leitkegel zuströmende Flüssigkeit allmählich nach oben umlenken und der rasch aufsteigenden, achsialen Flüssigkeitssäule 58 zuführen. Die achsial gerichteten, oberen Enden 69 der Leitflügel wirken als Flüssigkeitsbremsen für die Rotationsgeschwindigkeit der im Becken umdrehenden Flüssiekeitsmasse.
Im Betrieb der Einrichtung kann der Rotor im einen oder andern Drehsinn laufen, wie in Fig. 5 mit den Pfeilen g und h angedeutet ist. Normalerweise wind der Rotor im Sinne des Pfeiles g umlaufen und die Flüssigkeit wird die Leitkanäle 42 des Rotors im Sinne des Pfeiles i verlassen. Bei dieser Drehrichtung sind die Schaufeln 41 am Rotoraustritt entgegengesetzt zur Drehrichtung schwach nachschleppend gekrümmt.
Die Endkanten 55 der Schaufeln erzeugen nur eine geringe Turbulenz der zu den Kanälen 42 austretenden Flüssigkeit, die sich mit Luft vermischt ruhig über die Ober flachs des Beckens ausbreitet und ihren Kreislauf in einer schwach absteigenden schraubenlinienförmigen Bahn bis zum Boden des Beckens ausführt, wo sie vom zentralen Leitkebel umgelenkt und in rasch aufsteigender Flüssi, keitssäule 58 wieder dem Rotor zugeführt wird.
Wenn der Rotor in Richtung des Pfeiles h dreht, so sind die Schaufeln 41 in der Drehrichtung leicht gekrümmt und üben auf die austretende Flüssigkeit einen stärkeren Druck aus, d. h. sie wirken in verstärktem Masse stossend.
Die Turbulenz der austretenden Flüssigkeit wird durch ihr Abreissen an den Endkanten 55 der Schaufeln im Sinne des Pfeiles k vergrössert, was einen zusätzlichen Luft-, bzw. Sauerstoffeintrag in die ausgestossene Flüssigkeit zur Folge hat.
Es ist also möglich, durch Umkehrung der Drehrichtung des Rotors, die Leistung des Belüftungsbeckens zu verändern. Der Rotor läuft normalerweise im Sinne des Pfeiles g in Fig. 5 krümmten Schaufeln verwendet werden. Bei Verwendung eines zusätzlichen Schaufelrades gemäss Fig. 20 bis 24 wird infolge der besonderen Schnufeikrümmung mehr Flüssigkeit geschöpft als mit dem Rotor 6 allein, was eine bedeutende Leistungssteigerung des Belebungsbeckens ergibt, ohne dass ein erheblicher Mehraufwand an Energie erforderlich wird.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 25 bis 30 zeigt einen Belüftungsrotor ähnlich demjenigen gemäss Fig. 4, doch ist das untere Ende der Rotorschaufeln in der Drehrichtung des Rotors nach vorn gekrümmt, so dass die Schaufel 82 eine ähnliche Form besitzt, wie die aus zwei getrennten Teilen 41, 72 zusammengesetzte Schaufel nach Fig. 21. Der untere Teil der Schaufel 82 ist von der Eintrittskante 83 bis etwa auf die Höhe der Einmündung des Ringraumes 45 für die Zufuhr von Luft in die Schaufelkanäle 42 kreisförmig gekrümmt, der mittlere Schaufelteil verläuft geradlinig und gegen das Austrittsende der Schaufelkanäle ist die Schaufel 82 bis zur Austrittskante 84 in Drehrichtung leicht nach vorn gekrümmt, wie in Fig. 26 und 27 gezeigt ist. Die Drehrichtung des Rotors ist mit dem Pfeil 1 angedeutet.
Gemäss der Variante nach Fig. 28 ist das äussere Ende der Schaufel 85 bis zur Austrittskante 86 leicht nach hinten in bezug auf die Drehrichtung gekrümmt.
Wie schon mit Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde ergibt die stossende Arbeitsweise der Schaufeln 82 gemäss Fig. 27 infolge verstärkter Turbulenz an der Austrittskante 84 einen höheren Sauerstoffeintrag in die Flüssigkeit im Belüftungsbecken als die schleppende Arbeitsweise der Schaufeln gemäss Fig. 28. Ensprechend der erforderlichen Leistung des Beckens kann daher ein Rotor mit Schaufeln gemäss Fig. 27 oder gemäss Fig. 28 gewählt werden.
Die Form der Krümmung des unteren Teiles der Rotorschaufeln 82 oder 85 ist aus den Fig. 29 und 30 ersichtlich. In Fig. 20 stellen die Kreisbogen rl, r2, rs, r4, r6, re, r7 und re die auf eine Horizontalebene projizierten Schnittlinien von zur Rotorachse konzentrischen Kreiszylinderflächen mit der Schaufelfläche dar. In Fig. 30 sind die gleichen Schnittlinien r1 bis re in der Seiten an sicht des Schaufelteiles auf eine Vertikalebene projiziert dargestellt.
Diese Linien bilden ebenfalls Teilstücke von Kreisen mit progressiv kleiner werdenden Radien Rl bis R8 und mit Zentren, die wenigstens annähernd in der Ebene der Ringfläche 44 des Rotors liegen. Es wurde durch Versuche festgestellt, dass diese Schaufelform eine strömungstechnisch günstige Krümmung der Flüssigkeitskanäle des Rotors ergibt, wodurch die Verlusthöhe im Rotor klein gehalten werden kann.
Die in Fig. 31 dargestellte Ausführungsform eines verhältnismässig tiefen Belebungsbeckens 82 kann beispielsweise mit Vorteil zur Behandlung von schwierigen und einseitig zusammengesetzten Abwässern verwendet werden. Der Rotor 83 ist nicht mehr auf der ungefähren Höhe des Flüssigkeitsspiegels Becken .angeordnet,son- dern er befindet sich auf etwa halber Höhe des Beckens im Innern der Flüssigkeit, deren Spiegel bei 84 angedeutet ist. Die den Rotor tragende Antriebswelle 85 erstreckt sich vom nicht dargestellten Motor, der vom Steg 3 getragen wird, senkrecht durch das ganze Becken nach unten und ist mit ihrem untern Ende im Leitkegel 86 geführt. Der Rotor 83 besitzt zwei in bezug auf eine horizontale Mittelebene symmetrische Schaufelkränze 87 und 88.
Jeder Schaufelkranz besitzt eine Anzahl radial gerichteter, im Grundriss betrachtet (Fig. 32) leicht gekrümmter Schaufeln 89, die zusammen mit den inne ren und äusseren Ringwänden 90 und 91 Leitkanäle für die Flüssigkeit bilden. Wenn der Rotor dreht, wird die in den Schaufelkanälen des Schaufelkranzes 87 befindliche Flüssigkeit unter dem Einfluss der Fliehkraft in horizontaler Richtung am Auslass 92 der beiden Schaufelkanäle ausgestossen, wobei am Einlass 93 der Schaufelkanäle ein Unterdruck gebildet wird, durch den die Flüssigkeit aus dem unteren Teil des Beckens 82 angesaugt, durch die Schaufelkanäle des Kranzes 87 angehoben, umgelenkt und in radialer Richtung wieder zum Rotor ausgestossen wird.
In gleicher Weise wird vom Schaufelkranz 88 bei Drehung des Rotors die in den Schaufelkanälen befindliche Flüssigkeit durch Einwirkung der Fliehkraft durch den Auslass 92 ausgestossen und durch Saugwirkung wird an der Eintrittskante 94 des Schaufelkranzes 88 entsprechend der ausgestossenen Flüssigkeitsmenge ständig neue Flüssigkeit angesaugt, durch die Schaufelkanäle umgelenkt und in radialer Richtung ausgestossen.
Infolge der Saugwirkung am untern Einlass 93 und am obern Einlass 94 des Rotors entstehen im Becken 82 zwei Flüssigkeitskreisläufe im Sinne der eingezeichneten Pfeile m. Die in horizontaler Richtung längs des ganzen Umfanges. des Rotors 83 ausgestossene Flüssigkeit strömt gegen die Wandung des Beckens, wo durch schräge Leitflächen 95 und 96, die auf der Höhe des zum Rotor austretenden Flüssigkeitsstromes liegen, der Strom in zwei Teile getrennt wird, von denen der eine der Behälterwand entlang nach abwärts und der andere nach aufwärts umgelenkt wird.
Da der Rotor mit einer Umlaufzaht von 70-80 T/min. dreht, wird auch der ausgestossenen Flüssigkeit ein Impuls im Sinne einer gleichgerichteten Drehung erteilt, so dass die Flüssigkeit im ganzen Becken sich langsam um die Vertikalachse des Beckens dreht, und zugleich im untern Beckenteil von der Mitte aus nach abwärts und im obern Beckenteil nach aufwärts strömt. Es resultiert daher eine schraubenlinienförmige Strömung der Flüssigkeit im Becken, und zwar im untern Teil desselben nach abwärts und im obern Teil nach aufwärts.
Im untern Teil des Beckens wird der abwärts gerichtete Flüssigkeitsstrom am Boden des Beckens radial nach einwärts umgelenkt, welche Umlenkung von der schrägen Wandfläche 97 unterstützt wird, während im obern Teil des Beckens der aufwärts gerichtete Flüssigkeitsstrom durch schräge Wandflächen 99 radial einwärts umgelenkt wird. Am Boden des Beckens wird die vom Rand gegen die Mitte des Beckens strömende Flüssigkeit durch den zentralen Leitkegels 86 nach aufwärts umgelenkt, wo sie in den Bereich der Saugwirkung. des Rotors 83 gelangt und in achsialer Richtung mit erhöhter Geschwindigkeit im zentralen Teil des Beckens gegen den Einlass 93 des Rotors strömt und von diesem durch den Schaufelkranz 87 angehoben, in radiale Richtung umgelenkt und wieder zum Auslass 92 ausgestossen wird.
Der Leitkegel 86 ist mit achsial gerichteten Flügeln 98 versehen, die zusammen mit dem Leitkegel den achsial aufsteigenden Flüssigkeitswirbel zentrieren und als Bremse gegenüber der Drehbewegung g der Flüssig- keit im Becken wirken, um eine genügende Differenzgeschwindigkeit zwischen der sich im Becken drehenden Flüssigkeit und dem Rotor aufrecht zu U erhalten.
In glei- cher Weise wird im obern Teil des Beckens der durch die schräge Wandfläche 99 radial einwärts umgelenkte Flüssigkeitsstrom durch einen zentralen Leitkegel 100 nach abwärts in den Bereich der Saugwirkung des Schaufelkranzes 88 des Rotors gebracht, so dass ein achsial abwärts gerichteter Flüssigkeitsstrom mit erhöhter Geschwindigkeit zum Einlass 94 des Schaufeikranzes 88 fliesst und von diesem in radiale Richtung umgelenkt zum Auslass 92 gefördert und wieder zum Rotor aus gestossen wird. Es entstehen also im dargestellten Be lüftungsblecken zwei getrennte, kontinuierliche Kreisläufe der zu belüftenden Flüssigkeit.
Der Rotor 83 von der Antriebswelle 85 mittels Nabenteilen 101 und 102 achsial verstellbar und feststellbar getragen. Die Welle 85 ist von einem Rohr 103 umgeben, das durch den Steg 3 hindurchgeführt und bei 104 an ein Gebläse angeschlossen ist, welches Luft in das Rohr 103 fördert. Das Rohr ist mit dem Rotor bei spielsweise durch Schweissung verbunden, und d an sei- nem untern Ende mündet das Rohr in einen ringförmi- gen Hohlraum 105, der nach abwärts durch den Nabenteil 101 abgeschlossen ist. Gegen den Schaufelkranz hin ist dieser Ringraum offen, was aus Fig. 31 ersichtlich ist, wo die Kanten 106 der Schaufeln 89 eingezeichnet sind.
Diese Schaufeln besitzen eine ähnliche Form wie die Schaufel 41 im Ausführunigslbeispiel nach Fig. 4, 5 und 6, in welchem der Schaufelkanal 42 an der Stelle der Schaufelkante 52 eine plötzliche Erweiterung um den Betrag s erfährt. Im Beispiel nach Fig. 31 erfährt der Schaufelkanal im Bereich des Schaufelkantenteils 106, wo der Ringraum in die Schaufelkanäle öffnet, ebenfalls eine plötzliche Erweiterung. Die Kanalweite am untern Ende des Schaufelkantenteils 106, wo dieser an den Nabenteil 101 anschliesst, ist geringer als die Kanalweite zwischen den Ringwänden 90 und d 91 am obern Ende des Schaufelkantenteils 106.
Durch die an der Mündung des Ringraumes 105 in die Schaufelkanäle des Schaufelkranzes 87 rasch vorbeiströmende Flüssigkeit wird, ähnlich wie bei einer Wasserstrahlpumpe, Luft durch das Rohr 103 nachgesogen. Die Förderung von Luft durch das Rohr 103 wird durch das oben am Rohr bei 104 angeschlossene Gebläse unterstützt. Da an der Mündung des Rohres 103 in die Schaufelkanäle des Schaufelkranzes 87 ein Unterdruck herrscht, erfordert das Gebläse zur Förderung von Luft in das Rohr nur einen geringen Energieaufwand.
Die in die Schaufelkanäle des Schaufelkranzes 87 geförderte Luft vermischt sich mit der durch diese Kanäle geförderten Flüssigkeit und das Flüssigkeit-Luftgemisch gelangt zu den Auslasskanten 92, wo es in den schaufellosen Ringraum 107 austritt und sich mit der durch die Schaufelkanäle des Schaufelkranzes 88 geförderten Flüssigkeit weiter vermischt und zwar zum Rotor ausgestossen wird. Die mit Luft durchmischte Flüssigkeit beginnt alsdann die beschriebenen Strömungskreisläufe nach unten und nach oben im Belüftungsbecken, während welchen der durch die Vermischung mit Luft erzielte hohe Sauerstoffeintrag die gewünschte Wirkung aul den Schlammgehait der Flüssigkeit ausübt und d der belebte Schlamm in Schwebe gehalten wird. Der Ablauf der geklärten Flüssigkeit erfolgt oben am Becken bei 108. Der Rotor 83 kann in beiden Richtungen drehen.
Wie mit Bezug auf Fig. 5 schon erläutert wurde, wird mit der dargestellten leichten Krümmung. der Schaufeln 89 in Fig. 32 ein höherer Sauerstoffeintrag in die Flüssigkeit erfolgen, wenn der Rotor in Richtung des Pfeiles h dreht, als wenn er r in Richtung des Pfeiles g dreht.
In den Fig. 33, 34 und 35 sind zwei weitere Varianten von mit der erfindungsgemässen Belüftungsvorrich tuRg verwendbaren Belüftungsrotoren gezeigt. Im Rotor nach Fig. 33 und 34 befindet sich der Lufteiniass 108 in die Schaufelkanäle des Rotors, im Gegensatz zur An ordnung nach Fig. 4, nicht im mittleren Teil der Krüm mung der Schaufelkanäle, sondern am oberen Ende der Krümmung, wo der untere, gekrümmte Kanalteil 109 in den äusseren horizontalen Kanalteil 110 übergeht.
Der Lufteinlass befindet sich zwischen zwei Roltorringwän- den 111 und 112, die bis oberhalb des Flüssigkeitsspie geis im Becken gelführt und am oberen Ende durch Stege 113 untereinander verbunden sind.
An der Mündung des ringförmigen Lufteiniasseis 108 in die Schaufelkanäle, im Bereich der sichtbaren Schaufelkanten 114, vergrössert sich die lichte Weite des Schaufelkanals, und durch die infolge Flielikraftwirkung rasch an der Mündung vorbeiströmende und zum Rotor ausge ! sto, slsene Flüssigkeit ent steht an der Mündung ein starker Unterdruck, durch den Luft durch den Einlass 108 angesogen wird, die sich mit der Flüssigkeit vermischt und zusammen mit ihr zum Rotor ausgestossen wird. Der Rotor dreht im Sinne des Pfeiles g.
Die im allgemeinen radial gerichteten Schaufeln 115 sind am Ein3, as, sende 116, in Drehrichtung betrachtet, leicht nach vorn gekrümmt, während gegen das Auslassende 117 hin die Schaufel leicht nach rückwärts gekrünint ist, derart, dass die Einlasskante 116 der Schaufel in Drehrichtung der Ausiasskante 117 vorauseilt.
Am Auslassende des horizontalen Leitkanalteils 110 sind zwischen den Schaufeln 115 eine oder zwei zusätzliche kurze Leitflügel 163 angeordnet, die sich in Strömungsrichtung und über die Höhe des Kanals 110 von der unteren Ringwand 39 zur oberen Ringwand 111 erstrecken. Diese Leitflügel besitzen im horizontalen Langschnitt ein stromlinienförmiges Profil und wirken als Flüssigkeitszerteiler am Austritt der zum Kanal 110 ausgestossenen Flüssigkeit. Die Austrittskanten 117 der Schaufeln 115 und die äusseren Endkanten 164 der Leitflügel 163 sind gezackt, wie in Fig. 33 ersichtlicht ist, oder können ein anderes, krumnlliniges, z. B. wellenförmiges Profil aufweisen.
Diese Ausbildung der Endkanten hat zur Folge, dass die ausströmende, mit Luft vermischte Flüssigkeit beim Abreissen von denEn dkanten in vermehrtem Masse in einzelne Schichten zerteilt wird, wobei sich die Turbulenz der Flüssigkeit am Austritt aus dem Rotor noch verstärkt, und ein vermehrter Sauerstoffeintrag in die sich dem Flüssigkeitsspiegel im Belüftungsbecken überlagernden Flüssigkeitsschichten erzielt wird.
Im Rotor nach Fig. 35 sind zwei getrennte Luftzuführungen zu den Schaufelkanälen vorgesehen. Eine obere ringförmige Luftzuführung 108 zwischen den Ringwänden 111 und 112 des Rotors ist zugleich ausgebildet wie die Luftzuführung 108 in Fig. 33 und mündet in den oberen Teil 110 des Schaufelkanals, wo der gekrümmte Kanalteil in den horizontal gerichteten Kanalteil übergeht. Eine weitere, untere Luftzuführung 118 führt durch ein die Rotorantriebswelle 119 umgebendes Rohr 120 und mündet in den untern, gekrümmten Teil
109 der Schaufelkanäle.
An den beiden Mündungsstellen der Luftzuführungen 108 und 118 erfährt der Schautelkanal 109, 110 eine sprunghafte Erweiterung o bzw. p, wodurch an diesen beiden Stellen ein Unterdruck gebildet wird und Luft durch die Zuführungen 118 und 108 angesaugt und von der rasch durch die Schaufel kanäle und d an den Mündungen der Luftzuführungen vorbeiströmenden Flüssigkeit mitgerissen und mit der Flüssigkeit vermischt wird.
In Fig. 36 ist ein Beispiel eines geschlossenen Belüftungsbeckens dargestellt. Ein solches Becken ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn man gezwungen ist, eine Kläranlage in einem besiedelten Gebiet zu errichten.
Das geschlossene Becken arbeitet völlig geruchlos und ist geräuscharm. Das runde oder rechteckige Becken besitzt Seitenwände 119, einen Boden 120 und eine geschlossene Decke 121. Der Antriebsmotor 5 des Rotors 122 wird von einem Steg 123 getragen, welcher mittels Tragfüssen 124 auf der Decke 121 des Beckens gelagert ist. Die Rotorantriebswelle 125 (Fig. 37) durchdringt eine mit Durchbrechungen versehene, oder aus liftdurchlässigem Material bestehende Deckplatte 126, welche eine Öffnung 127 in der Decke 121 des Beckens abschliesst.
Der Rotor 122 besitzt zwei Schaufelkränze 128 und
129. Er ist teilweise in die Flüssigkeit im Becken eingetaucht, normalerweise bis zu einer solchen Tiefe, dass die untere Austrittskante 130 wenige Centimeter unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 131 liegt. Der untere Schaufelkranz 128 ist zum Fördern von Flüssigkeit, der obere Schaufelkranz 129 zum Fördern von Luft in den Raum 144 zwischen dem Flüssigkeitsspieies s 131 und der Decke 121 des Beckens bestimmt. Die Schaufeln der beiden Schaufelkränze erstrecken sich von den Eintrittskanten 132 und 133 in ungefähr radialer Richtung bis zur Austrittskante 134. Am Punkt 135, an dem die inneren Ringwände 36 und 137 des Rotorkörpers zu sammentreffen, vereinigen sich die Schaufeln des oberen und unteren Schaufelkranzes zu einem gemeinsamen Endstück 138.
Die Rotorantriebswelle 125 erstreckt sich achsial durch ein konzentrisches Rohr 139, dessen oberes, zum Rotor hinaus ragendes Ende von einer achsial verschiebbaren und feststellbaren zylindrischen, perforierten Muffe 140 umgeben ist, welche die gleiche Aufgabe hat wie die mit Bezug auf Fig. 4 beschriebene, zylindrische Muffe 48. Das Rohr 139 endet an seinem unteren Ende in einen Ringraum 141 der nach unten durch das Nabenstück 142 des Rotors abgeschlossen ist. Der Ringraum 141 ist gegen die Schaufelkanäle des Schaufelkranzes hin offen, wie aus Fig. 37 ersichtlich ist, wo bei 143 die Schaufelkanten eingezeichnet sind.
Wenn der Rotor 122 dreht, wird die Flüssigkeit des Beckens, wie schon eingehend anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben wurde, am untern Ende des Schaufelkranzes 128 von unten her angesaugt, infolge der Flichkraftwir- kung, der die in den Schaufelkanälen mitdrehende Flüssigkeit ausgesetzt ist, angehoben, umgelenkt und in horizontaler Richtung am Umfang des Rotors ausgestossen.
An derjenigen Stelle, an der der Ringraum 141 in die Schaufelkanäle des Schaufelkranzes 128 öffnet, erfährt der Schaufelkanal eine sprunghafte Erweiterung o, so dass an dieser Stelle ein Unterdruck gebildet wird, durch den Luft, die durch die perforierte Muffe 140 in das Rohr 139 eintritt, nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe durch die vorbeiströmende Flüssigkeit angesogen wird und sich mit ihr vermischt.
Der Schaufelkranz 129 des Rotors besitzt entspre d ad gekrümmte Schaufeln, um als Ventilator oder Gebläse zu wirken. Luft wird durch diesen Schaufelkranz von aussen durch die mit Durchbrechungen versehene Platte 126 angesogen, tritt an der Eintrittskante 133 in die Schaufelkanäle und wird an der Austrittskante 134 ausgestossen. Ein Teil der geförderten Luft wird im gemeinsamen Schaufelraum zwischen den radial gerichteten gemeinsamen Schaufelendstücken 138 beider Schaufelkränze mit der durch den Schaufelkranz 128 geförderten Flüssigkeit vermischt und wird zusammen mit der Flüssigkeit aus dem Rotor ausgestossen. Ein grösserer Teil der geförderten Luft gelangt in den Raum 144 zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 131 und der Decke 121 des Beckens und bildet dort ein Luftkissen.
Wie schon mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wurde, wird durch die zum drehenden Rotor 122 ausgestossene schon mit Luft durchmischte Flüssigkeit die Oberfläche der Flüssigkeit im Becken aufgerauht; es entsteht eine fächerförmig bis zum Rand des Beckens sich ausbreitende wellige Kräuselung der Oberfläche, welche die Grenzschichtfläche zwischen Flüssigkeitsniveau und Luftkissen im Raum 144 vergrössert, und da das Luftkissen infolge der Förderung von Luft durch den Schaufelkranz 129 einen geringen Überdruck aufweisen kann wird die Diffusion von Luft bzw. Sauerstoff bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 36 gegenüber einem oben offenen Becken noch vergrössert.
Die am Umfang des Rotors horizontal ausgestossene und unten bei der Eintrittskante 132 vertikal einströmende Flüssigkeit befindet sich im Becken in einer kontinuierlichen Kreislaufbewegung. Die oben radial gegen die Beckenwand strömende Flüssigkeit wird durch die schrägen Wandteile 144 nach abwärts umgelenkt. Gleichzeitig wird der Beckeninhalt infolge des sich drehenden Rotors in eine langsame Drehbewegung versetzt, so dass sich die Flüssigkeitsteilchen längs einer schraubenförmigen Bahn nach unten bewegen und durch die Schrägfläche 146 der Beckenwand nach einwärts gegen den zentralen Leitkegel 147 umgelenkt werden.
Dieser ist mit schraubenlinienförmigen Leitflügeln 148 versehen, welche zusammen mit dem Kegel die am Boden des Beckens radial einwärts strömende Flüssigkeit vertikal nach oben umlenken und in den Ans aug- bereich des Rotors bringen, wobei die Flüssigkeit in einem durch den. Leitkegel 147 zentrierten zylindrischen Wirbel 149 zum Rotoreinlass 132 aufsteigt.
Die Ausführungsbeispiele von Belüftungsrotoren gemäss Fig. 38 bis 41 zeigen in senkrechter Schnittansicht verschiedene Varianten der Zumischung von Luft zu der den Rotor durchströmenden Flüssigkeit. In Fig. 38 gelangt die Luft, ähnlich wie mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde, durch ein zentrales Rohr 36 durch die Öffnungen 51 zu einem Ringraum 45, der gegen die Leitkanäle 42 hin offen ist. Im Bereich der Schaufelkante 52 an der Öffnung des Ringraumes 45 gegen die Leitkanäle 42 hin erweitert sich der Leitkanal 42, so dass an dieser Stelle ein Unterdruck im Leitkanal entsteht, durch den Luft aus dem Rohr 36 in den Leitkanal angesogen und mit der durch den Kanal strömenden Flüssigkeit vermischt wird.
Während im Beispiel nach Fig. 4 die den Leitkanal begrenzende Rotorwand 40 zwischen n dem Ringraum 45 und dem untern Ende des Rotors im Achsialschnitt eine kreisförmige Krümmung aufweist, ist die entsprechende Rotorwand in Fig. 38 als gerade Kegelfläche 150 ausgebildet. Die Endkante 117 der Rotorschaufeln besitzen ein Zickzackprofil.
Im Beispiel nach Fig. 39 sind an das zentrale, mit der Aussenluft in Verbindung stehende Rohr 36 eine Anzahl radial gerichtete Röhren 151, angeschlossen. Die Anzahl der Röhren 151 entspricht der Anzahl der durch wenigstens annähernd radial gerichteten Schaufeln 152 unterteilten Leitkanäle des Rotors. Die Röhren 151 durchdringen die Rotorringwand 38 und erstrecken sich in das Innere jedes Leitkanals 42. Wenn bei drehendem Rotor Idie Flüssigkeit unter Wirkung der Fliehkraft mit grosser Geschwindigkeit durch die Leitkanäle 2 strömt, wirkt die am Röhrenaustritt 153 vorbeiströmende Flüssigkeit im Sinne einer Wasserstrahlpumpe und saugt durch die Röhren 151 Luft aus dem Rohr 36 an, die mit der Flüssigkeit fortgerissen und mit dieser vermischt wird, so dass am Rotoraustritt 154 ein Wasser-Luftgemisch ausgestossen wird.
Bei dieser Rotorkonstruktion wird die angesaugte Luft bis ungefähr in die Mitte des Leitkanals 2 zwischen den Rotorringwänden 38 und 42 geführt. Die Röhren 151 können beliebigen Querschnitt, kreisförmig, oval oder rechteckig, besitzen.
In der Ausführungsform nach Fig. 40 wird die mit der Flüssigkeit zu vermischende Luft durch ein oben offenes Rohr 155 angesaugt, das durch die Rotorwände 27 und 38 hindurch in das Innere der Leitkanäle 42 geführt ist. Das in den Leitkanal dringende Rohrende ist in die Fliessrichtung der durch den Kanal strömenden Flüssigkeit abgebogen, so dass der Rohraustritt 156 gegen den Auslass 157 des Rotors gerichtet ist. Durch die mit grosser Geschwindigkeit durch den Schaufelkanal 42 strömende Flüssigkeit wird am Rohraustritt 156 Luft angesaugt, welche sich mit der Flüssigkeit mischt und zusammen mit ihr zum Rotor ausgestossen wird.
Das über die Rotorwand 37 nach aussen hervorragende Ende des Rohres 155 kann in die Drehrichtung des Rotors umgebogen sein, und das Eintrittsende des Rohres kann eine trichterförmige Erweiterung aufweisen, so dass bei Drehung des Rotors Luft zusätzlich zur Saugwirkung noch in das Rohr hineingedrückt wird.
Fig. 41 zeigt eine Variante, bei welcher wie in Fig. 4 und 38 Luft durch ein zentrales Rohr 36 zugeführt wird, welches unten über Öffnungen 51 mit dem gegen die Schaufelkanäle 42 hin offenen Ringraum 45 verbunden ist. Wie schon früher beschrieben, erweitert sich der Schaufelkanal 42 im Bereich der Schaufelkante 52 auf der Höhe des Ringraumes 45, so dass an dieser Stelle in der infolge Fliehkraftwirkung durch die Schaufelkanäle 42 gegen den Rotorauslass 158 geschleuderten Flüssigkeit ein Unterdruck gebildet wird, durch den Luft aus dem Rohr 36 angesaugt wird und sich mit dem Flüssigkeitsstrom vermischt. Die Schaufeln des Rotors sind in einen unteren Schaufelteil 159 und einen oberen Schaufelteil 160 unterteilt, und zwischen den beiden Schaufelteilen befindet sich in den Schaufelkanälen eine schaufelfreie Zwischenzone 161.
Der untere Schaufelteil 159 erstreckt sich bis auf die Höhe der Ringwand 43 des Ringraumes 45. Infolge der unmittelbar nach der Eintrittsstelle von Luft in die Schaufelkanäle gebildeten schaufelfreien Zone 161 entsteht an dieser Stelle eine Turbulenz in dem durch die Schaufelkanäle geführten Flüssigkeitsstrom, wodurch eine intensivere Vermischung der angesaugten Luft mit der Flüssigkeit erreicht wird. Die schaufelfreie Zone 161 kann sich um den ganzen Umfang des Rotors erstrecken, oder es können nur einzelne des im allgemeinen etwa 12 Schaufeln aufweisenden Schaufelkranzes aus zwei getrennten, durch eine schaufelfreie Zone unterbrochenen Schaufelteilen bestehen.