Anlage zur Wasserbelüftung
Es sind Anlagen zum Belüften von Wasser in einem Belüftungsbecken bekannt, beispielsweise bei Abwasserkläranlagen, welche einen in der Mitte des Flüssigkeitsbeckens in die Flüssigkeit eintauchenden Rotor aufweisen, der durch radiale Schaufeln gebildete Leitkanäle besitzt. Bei drehendem Rotor wird die im Belüftungsbecken befindliche Flüssigkeit auf der Unterseite des Rotors in die Leitkanäle angesaugt, infolge Fliehkraft angehoben und durch die Leitkanalauslässe in radialer Richtung über den Flüssigkeitsspiegel im Becken ausgeworfen. Durch das Ansaugen der Flüssigkeit von unten und das Ausschleudern derselben auf den Flüssigkeitsspiegel im Belüftungsbecken bildet sich ein ständiger Kreislauf der Flüssigkeit im Becken.
Die Aufteilung der vom Rotor durch die Leitkanäle desselben geförderten Flüssigkeit in einzelne Flüssigkeitsstrahlen, die auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in Becken ausgestossen werden, entsteht eine Turbulenz, die eine innige Berührung der zu den Leitkanälen ausgestossenen Flüssigkeit mit der Luft bewirkt und das Eintragen von Luftsauerstoff in die in ständigem Kreislauf befindliche Flüssigkeit bewirkt.
Dieses Eintragen von Luftsauerstoff in die zu reinigende Flüssigkeit kann dadurch erhöht werden, dass in die Leitkanäle des Rotors mit der Aussenluft oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Becken in Verbindung stehende Luftleitungen münden, durch welche die mit grosser Geschwindigkeit durch die Leitkanäle fliessende Flüssigkeit injektorartig, dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe entsprechend, Luft ansaugt, die sich mit der durch die Leitkanäle geförderten Flüssigkeit vermischt.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Anlage zur Wasserbelüftung, bzw. Reinigen von Gewässern im allgemeinen, wie Flüssle, Seen, Teiche usw. zu schaffen, unter Verwendung eines an sich bekannten, um eine vertikale Achse drehbaren, als Schaufelkörpr ausgebildeten Belüftungsrotors.
Die erfindungsgemässe Anlage zur Wasserbelüftung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor in einer für die Betriebsweise notwendigen Eintauchtiefe an einem über dem Wasserspiegel befindlichen, nicht rotierenden Traggestell aufgehängt ist, an welchem Stützstreben befestigt sind, die sich unter einem Winkel zur Rotorachse schräg nach unten und aussen in die Flüssigkeit erstrecken und an ihrem in die Flüssigkeit eintauchenden Teil mit Schwimmkörpern verbunden sind.
Bevorzugt können dabei die radialen Schaufeln des Schaufelkörpers in vertikaler Ebene gekrümmte Flüssigkeitsleitkanäle bilden, durch die von unten eintretende, um 900 nach auswärts umgelenkte und am äusseren Umfang des Rotors in horizontaler Richtung wieder austretende Flüssigkeit hindurchströmt und dabei aus im Bereich der Umlenkung mündenden Luftkanälen Aussenluft ansaugt, mit der sie sich vermischt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rotor statisch bestimmt unterstützt durch Anordnung von drei umfangsmässig um 1200 versetzte Stützstreben, die am Traggestell des Rotors angelenkt und an ihren unter der Wasserlinie befindlichen Enden mit je einem Schwimmkörper flexibel verbunden sind.
Diese Verbindung kann vorteilhaft aus mehreren am Aussenmantel des Schwimmkörpers einerseits sowie am Stützstrebenende andererseits angelenkten Draht- oder Gummiseilen bestehen.
Die Schwimmkörper selbst können in bevorzugter Ausführungsform eine Kugelgestalt aufweisen und ihre Aussenhaut aus einem Kunststoff, wie Polyester, hergestellt sein, die aus zwei Halbkugelschalen gefertigt ist, in denen ein Schaumstoff erzeugt wird, der auch wasserabstossend ist und infolge geschlossener Kavernen den Schwimmkörper auch bei eventueller Beschädigung der Aussenhaut unsinkbar macht.
Zur Veränderung der Eintauchtiefe des Rotors ist der Winkel zwischen Rotorachse und Stützstrebe zu verändern, d. h. die Stützstreben sind mehr oder weniger geneigt zu fixieren. Zu diesem Zweck sind die Stützstreben vorteilhaft mit dem Rotortraggestell jeweils über ein Drehgelenk verbunden und in der Schwenkebene ist am Traggestell ferner ein Gewindestab angelenkt, durch den der Winkel zwischen Rotor achse und Stützstrebe durch Schraubverbindung mit dieser fest einstellbar ist.
Zur Verankerung der freischwimmenden Belüf- tungsanordnung können vorzugsweise an den Schwiminkörpern angelenkte Ankerseil vorgesehen sein.
Ein Ausführungsbeispiel dieser erfindungsgemässen Anordnung zum Belüften von Gewässern ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung der Anordnung im Betriebszustand;
Fig. 2 einen Teil der Anordnung in Seitenansicht ;
Fig. 3 eine Draufsicht zu Fig. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht des Rotors
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist,-besitzt die Anordnung einen Belüftungsrotor 1, welcher von einem Motor 2 über ein Getriebe 3 angetrieben wird.
Der Rotor 1 ist mit der senkrechten Antriebswelle 4 drehfest verbunden, jedoch axial verstellbar angeordnet.
Unterhalb des Getriebes 3 dringt die Rotorwelle 4 durch eine Tragkonsole 5 in Form eines gleichseitigen Dreiecks, an deren drei Ecken die Stützstreben -6-mit- tels je eines Drehgelenkes 7 angelenkt sind. Der Gelenkzapfen dieses Drehgelenkes ruht in zwei parallel zueinander und mit ihrer Schmalseite auf der Tragkonsole angeschweissten Laschen 8, die an ihrem dem Drehgelenk 7 gegenüberliegenden Ende einen weiteren Drehzapfen tragen, der in seiner in der Schwenkebene der Stützstrebe liegenden Mitte mit einem Gewindestab 9 verbunden ist.
Dieser Gewindestab ist durch eine Öffnung auf der Mittelachse der Stützstrebe hindurchgeführt und ermöglicht durch Veränderung zweier an der Stützstrebe beidseitig anliegender Kontermuttern 10 längs des Gewindestabes eine unterschiedliche Einstellung der Neigung der Stützstrebe gegenüber der Tragkonsole bzw. der Rotorachse und damit der Eintauchtiefe des Rotors. Die Kugelgestalt aufweisenden, aus Polyester bestehenden Schwimmkörper 12 sind mittels mehrerer an der Aussenhaut angelenkter Drahtoder Gummiseile 13 oder ähnlicher nicht starrer Verbindungselemente flexibel mit dem unteren, unter der Wasserlinie befindlichen Ende jeder Stützstrebe verbunden, und zwar derart, dass das Stützstrebenende auf der durch die Auftriebskraft des Schwimmkörpers gebildeten Senkrechten liegt.
Innerhalb der Schwinun- körper befindet sich ein Schaumstoff 14, der die Schwimmkörper unsinkbar macht.
Zur Verankerung der gesamten Belüftungsanord- nung mit dem Boden oder Ufer sind an den Schwinim- körpern angelenkte Ankerseile 15 vorgesehen. Die unter Wasser befindlichen Enden der Stütz streb en 6 können derart miteinander verbunden sein, dass die aus Seilen oder Stäben bestehende Verbindung 16 eine Dreiecklinie bildet. Über ein Kabel 17 wird der den Rotor treibende Motor mit Strom versorgt.
Die die Eintauchtiefe des Rotors verändernde mechanische Verstellvorrichtung an der Tragkonsole, durch die mittels Gewindestab und Drehzapfen die Neigung der Stützstreben gegenüber der Rotorachse verstellt wird, kann auch durch eine elektro-mechanisch oder hydraulisch betätigbare Vorrichtung ersetzt sein.
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch den am Traggestell 5 aufgehängten Rotor 1. Wie ersichtlich, ist der Zwischenraum zwischen den beiden Ringscheiben 17, 18 des Rotors durch etwa radiale Schaufeln 19 (Fig. 2) in gekrümmte Leitkanäle 20 aufgeteilt. Während des Betriebes des Rotors wird das Wasser von unten angesaugt, vom drehenden Rotor infolge Fliehkraftwirkung in den Kanälen 20 angehoben und am oberen, äusseren Ende 21 der Kanäle in radialer Richtung ungefähr auf der Höhe des Wasserspiegels ausgestossen. Eine Luftleitung 22, die oben am Rotor mit der Aussenluft in Verbindung steht, mündet in jeden Leitkanal 20. Da bei drehendem Rotor das Wasser mit hoher Geschwindigkeit durch die Leitkanäle fliesst, wird an den Mündungen der Luftleitung 22 in die Leitkanäle 20 vom vorbeiströmenden.
Wasser im Sinne einer Wasserstrahlpumpe Luft angesaugt und mit dem Wasser in den Leitkanälen vermischt. Eine weitere Vermischung mit Luft erfolgt infolge Turbulenz am Auslassende der Leitkanäle des Rotors, so dass mit dieser Anlage ein hoher Sauerstoffeintrag in das zu reinigende Wasser erhalten wird.
Die äussere Ringscheibe 17 des Rotors bildet im senkrechten-Schnitt ein Teilstück einer Ellipse, deren längere Achse ungefähr horizontal etwas oberhalb des Eintrittsendes 23 des Rotors verläuft, und deren kürzere Achse vom -Rotorauslass 21 etwa senkrecht nach unten gerichtet ist, so dass der engste Durchflussquerschnitt des Rotors auf der Höhe der grossen Achse dieser Ellipse, etwas oberhalb des Einlasses 23 des Rotors liegt. Eine derartige Form der äusseren Ringscheibe des Rotors ergibt einen äusserst günstigen Wirkungsgrad inbezug auf Förderleistung und Energieaufwand.
System for water aeration
Systems for aerating water in an aeration basin are known, for example in sewage treatment plants, which have a rotor which is immersed in the liquid in the middle of the liquid basin and which has guide channels formed by radial blades. When the rotor rotates, the liquid in the aeration basin is sucked into the guide channels on the underside of the rotor, lifted as a result of centrifugal force and ejected through the guide channel outlets in a radial direction above the liquid level in the basin. By sucking in the liquid from below and hurling it out onto the liquid level in the aeration basin, a constant circulation of the liquid is formed in the basin.
The division of the liquid conveyed by the rotor through the guide channels of the same into individual liquid jets, which are ejected into basins at the height of the liquid level, creates a turbulence that causes the liquid discharged to the guide channels to come into intimate contact with the air and the entry of atmospheric oxygen into causes the liquid in constant circulation.
This introduction of atmospheric oxygen into the liquid to be cleaned can be increased by the fact that air lines which are connected to the outside air above the liquid level in the basin open into the guide channels of the rotor, through which the liquid flowing through the guide channels at high speed is injector-like, the principle of a The water jet pump sucks in air, which mixes with the liquid conveyed through the guide channels.
The object of the invention is to create a system for water aeration or purification of bodies of water in general, such as rivers, lakes, ponds, etc., using a per se known, rotatable about a vertical axis and designed as a shovel body.
The system according to the invention for water aeration is characterized in that the rotor is suspended at an immersion depth necessary for the mode of operation on a non-rotating support frame located above the water level, on which support struts are attached, which extend obliquely downwards and outwards at an angle to the rotor axis extend into the liquid and are connected to floating bodies at their part immersed in the liquid.
Preferably, the radial blades of the blade body can form curved fluid ducts in the vertical plane through which fluid entering from below, deflected outwards by 900 and exiting in the horizontal direction at the outer circumference of the rotor, flows through and sucks in outside air from air ducts opening in the area of the deflection with which it mingles.
In a preferred embodiment, the rotor is statically supported by the arrangement of three circumferentially offset support struts by 1200, which are hinged to the support frame of the rotor and flexibly connected to a float at their ends located below the waterline.
This connection can advantageously consist of several wire or rubber ropes articulated on the outer jacket of the floating body on the one hand and on the support strut end on the other hand.
The floating bodies themselves can have a spherical shape in a preferred embodiment and their outer skin can be made of a plastic such as polyester, which is made of two hemispherical shells in which a foam is produced that is also water-repellent and, due to closed caverns, the floating body even if there are Damage to the outer skin makes it unsinkable.
To change the immersion depth of the rotor, the angle between the rotor axis and the support strut must be changed, i. H. the support struts are to be fixed more or less inclined. For this purpose, the support struts are advantageously connected to the rotor support frame each via a swivel joint and a threaded rod is also articulated in the pivot plane on the support frame, through which the angle between the rotor axis and support strut can be fixed by screwing with this.
Anchoring ropes articulated to the floating bodies can preferably be provided for anchoring the free-floating ventilation arrangement.
An embodiment of this arrangement according to the invention for aerating bodies of water is shown in the drawing. Show it:
1 shows a diagrammatic representation of the arrangement in the operating state;
2 shows part of the arrangement in side view;
Fig. 3 is a plan view of Fig. 2;
4 is a sectional view of the rotor
As can be seen from the drawing, the arrangement has a ventilation rotor 1 which is driven by a motor 2 via a gear 3.
The rotor 1 is non-rotatably connected to the vertical drive shaft 4, but is axially adjustable.
Below the gear 3, the rotor shaft 4 penetrates through a support bracket 5 in the form of an equilateral triangle, at the three corners of which the support struts -6-are articulated by means of a swivel joint 7. The pivot pin of this swivel joint rests in two parallel to each other and with their narrow side welded on the support bracket brackets 8, which carry a further pivot pin at their end opposite the swivel joint 7, which is connected to a threaded rod 9 in its center in the pivot plane of the support strut.
This threaded rod is passed through an opening on the central axis of the support strut and enables the inclination of the support strut relative to the support bracket or the rotor axis and thus the immersion depth of the rotor to be set differently by changing two lock nuts 10 lying on both sides of the support strut along the threaded rod. The floating bodies 12, which have a spherical shape and are made of polyester, are flexibly connected to the lower end of each support strut, which is located below the waterline, by means of several wire or rubber ropes 13 or similar non-rigid connecting elements articulated to the outer skin, in such a way that the support strut end on the buoyancy force of the floating body is formed perpendicular.
Inside the vibrating body there is a foam material 14 which makes the floating body unsinkable.
Anchoring ropes 15 articulated to the floating bodies are provided for anchoring the entire ventilation arrangement to the ground or bank. The ends of the support struts 6 located under water can be connected to one another in such a way that the connection 16 consisting of ropes or rods forms a triangular line. The motor driving the rotor is supplied with current via a cable 17.
The mechanical adjustment device on the support bracket, which changes the immersion depth of the rotor and which adjusts the inclination of the support struts with respect to the rotor axis by means of a threaded rod and pivot pin, can also be replaced by an electro-mechanically or hydraulically actuated device.
4 shows a cross section through the rotor 1 suspended on the support frame 5. As can be seen, the space between the two annular disks 17, 18 of the rotor is divided into curved guide channels 20 by approximately radial blades 19 (FIG. 2). During the operation of the rotor, the water is sucked in from below, raised by the rotating rotor as a result of centrifugal force in the channels 20 and expelled at the upper, outer end 21 of the channels in the radial direction approximately at the level of the water level. An air line 22, which is connected to the outside air at the top of the rotor, opens into each guide channel 20. Since the water flows through the guide channels at high speed when the rotor is rotating, the air flowing past the air line 22 at the mouths of the air line 22 into the guide channels 20.
Water sucked in air in the sense of a water jet pump and mixed with the water in the guide channels. Further mixing with air takes place as a result of turbulence at the outlet end of the guide channels of the rotor, so that with this system a high amount of oxygen is introduced into the water to be cleaned.
The outer annular disk 17 of the rotor forms in vertical section a part of an ellipse, the longer axis of which runs approximately horizontally slightly above the inlet end 23 of the rotor, and the shorter axis of which is directed approximately vertically downwards from the rotor outlet 21, so that the narrowest flow cross section of the rotor is at the level of the major axis of this ellipse, slightly above the inlet 23 of the rotor. Such a shape of the outer ring disk of the rotor results in an extremely favorable degree of efficiency in terms of delivery rate and energy consumption.