CH615836A5

CH615836A5 - Apparatus for restricting foam in a liquid vessel

Info

Publication number: CH615836A5
Application number: CH498676A
Authority: CH
Inventors: Hubert Fuchs
Original assignee: Hubert Fuchs
Priority date: 1975-04-22
Filing date: 1976-04-21
Publication date: 1980-02-29
Also published as: DE2517661A1; FR2308396A1; DE2517661C2; AT343581B; ATA295376A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung so zu verbessern, dass die beschriebenen Nachteile nicht mehr auftreten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist zunächst erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Schaummesserflügel propellerartig geschränkt ausgebildet sind. Mit dieser Massnahme wird erreicht, dass der Schaum nicht — wie bisher — lediglich zerschlagen wird, sondern gleichzeitig angesaugt wird. Ausserdem wird das aus dem Schaum freigegebene Abgas hinter die Schaummesserebene weggedrückt. Die Schränkung kann entsprechend der Steifheit des jeweils anfallenden Schaums verschieden hoch, also in verschieden steilem Winkel und mit verschieden breiter Blattfläche eingesetzt werden.

Um ein Festsetzen von faserigem Gut an den Schaummesserflügeln zu verhindern, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Aussenkanten der Schaummesserflügel die Form einer um die Drehachse als Zentrum angeordneten Spirale haben. In zweckmässiger Ausgestaltung

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

615 836

dieses Merkmals der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Spiralkrümmung entsprechend der in Polarkoordinaten aufgetragenen Formel rx = i\/q gewählt ist, wobei q etwa zwischen 180 und 310° liegt. Mit dieser Massnahme wird erreicht, dass faseriges Gut sich nicht an den Schaummesserflügeln festsetzen kann, sondern infolge der Zentrifugalkräfte weggeschleudert wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der Radius der Schaummesserflügel und die Antriebsanordnung derart dimensioniert sind, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Schaummesserflügel kleiner als 30 m/sec ist. Dieser Massnahme liegt folgende Erkenntnis zugrunde. Bei dem Betrieb der Schaummesserflügel gibt es bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit eine kritische Geschwindigkeit. Wird diese kritische Geschwindigkeit überschritten, setzt statt einer Schaumverdichtung eine zusätzliche Schaumbildung ein. Ausserdem nimmt in diesem Bereich die Aerosolbildung überhand.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass im Abstand zu dem Drehumfang der Schaummesserflügel wenigstens im Bereich oberhalb der Drehachse eine nach Art eines Schutzbleches gestaltete und nach unten offene Leiteinrichtung vorgesehen ist. Diese Massnahme dient einerseits dazu, den durch die Ventilatorwirkung der Schaummesserflügel entstehenden Luftstrom gerichtet zusammenzufassen. Gleichzeitig dient die Leiteinrichtung als Spritzschutz. Der untere Halbkreis zwischen Wasseroberfläche und Antriebsgehäuse kann frei durchströmt werden.

Zur weiteren Unterstützung der Schaumströmung kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung um eine horizontale Achse schwenkbar und in wenigstens mehreren Schwenkstellungen feststellbar angeordnet ist. Somit kann die Vorrichtung so aufgehängt werden, dass ihr Luftstrom und die Wasserströmung gleichzeitig sind und zusammenwirken. Dadurch wird die Schaumströmung wirkungsvoll unterstützt.

Bei der gesteuerten Schaumentwicklung, Schaumumwälzung und Schaumzerstörung kommt es häufig zu so intensiven Gasaustauschvorgängen im Schaum, dass beispielsweise der vorhandene Sauerstoff restlos aufgezehrt wird oder im Wasser vorhandene Kohlensäure in hohen Konzentrationen ausgetrieben wird. Um das ausgetriebene Gas, welches feucht und/ oder aggressiv ist, von Antriebseinrichtung fernzuhalten, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung ein Motor ist, auf dessen Wellenstumpf die Schaummesserflügel angebracht sind, und der Motor eine Ummantelung aufweist und an der Ummantelung eine Zuluftleitung und eine Abluftleitung angeschlossen sind. Das Einlassgitter des Motorventilators wird über die Zuluftleitung von ausserhalb der Abgaszone mit Frischluft versorgt. Die angeheizte Kühlluft wird über die Abluftleitung am Abtriebsende des Motors vorzugsweise nach oben abgeführt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei einem mit einer Abdeckung versehenen Flüssigkeitsbehälter ein nach oben weisendes Ableitungsrohr mit einem den Aussendurchmesser der Abluftleitung übersteigenden Innendurchmesser vorgesehen ist und die Abluftleitung in das Ableitungsrohr einmündet. Dieser Massnahme liegt folgende Überlegung zugrunde. Die angeheizte Kühlluft hat eine sehr geringe Wassersättigung und eine gewisse Übertemperatur, also im Vergleich zu ihrer Umgebung ein verhältnismässig geringes Raumgewicht und damit eine gewisse Steigfähigkeit. Anderseits ist in vielen Fällen das von den Schaummesserflügeln freigeschlagene Abgas aus dem Schaum sauerstoffarm und wassergesättigt. Die erfindungsgemäss vorgesehene Massnahme dient dazu, Abgas und Kühlluft zu mischen, wenn beispielsweise Geruchsbelästigungen durch Ammoniak oder dergleichen aus dem Abgas entstehen können. Infolge der Ejektorwirkung der Kühlluft wird eine Verwirbelung und

Durchmischung des Abgases mit der Kühlluft und gegebenenfalls weiterer Frischluft erreicht.

In zweckmässiger Ausgestaltung dieser Massnahme kann weiterhin vorgesehen sein, dass in der Zuluftleitung und/oder der Abluftleitung ein Zusatzgebläse vorgesehen ist. Dadurch wird die beschriebene Ejektorwirkung weiter verstärkt.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft eine Dichtanordnung zur Abdichtung der die Schaummesserflügel tragenden Welle durch das Gehäuse der Antriebsanordnung bzw. durch die Ummantelung. Die hierfür bisher verwendeten Dichtringe wurden von Haaren, Fasern, mineralischem Schlamm usw. unterwandert, zerschlissen und zerstört. Gleiche Erscheinungen treten bei der Verwendung von Gleitlagern auf. Zur Behebung dieses Nachteils ist zweckmässigerweise vorgesehen, dass die Dichtung eine an den Schaummesserflügeln 8 angeordnete Laufbuchse 14 und eine ortsfest angebrachte Standbuchse 15 aufweist, die sich nach Art einer Labyrinthdichtung überlappen, und dass innerhalb der Standbuchse 15 die Welle 7 von einer schraubenförmig gewundenen Fläche 19 umgeben ist. Diese Dichtung, die eine Kombination aus Labyrinth-, Spiral- und Zentrifugaldichtung darstellt, ist in sich reibungsfrei und weist den Vorteil auf, dass in zahlreichen Fällen aus sich ansetzenden Fasern selbsttätig eine zusätzliche Dichtung aufgebaut wird.

In zweckmässiger Ausgestaltung dieses Merkmals der Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Standbuchse an einem in einem für einen Luftdurchsatz ausreichend dimensionierten Abstand zu dem Gehäuse der Antriebsanordnung angeordneten Flansch angebracht ist und zwischen dem Flansch und der Welle ein für den gleichen Luftdurchsatz vorgesehener Ringspalt vorgesehen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand des in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Schaumbegrenzung in einem Flüssigkeitsbehälter,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Dichtung zwischen der die Schaummesserflügel tragenden Welle und dem Motorgehäuse.

Ein Flüssigkeitsbehälter 1 weist oberhalb der Flüssigkeit 2 Schaum 3 auf. Der Behälter 1 ist mittels einer Abdeckung 4 abgedeckt. An einer seitlichen Halterung an der Behälterwand 1 ist in einer Ummantelung 5 ein Antriebsmotor 6 angebracht, durch dessen Gehäuse nach aussen eine Welle 7 geführt ist, die Schaummesserflügel 8 aufweist. Die Aussenkanten der Schaummesserflügel 8 haben die Form einer um die Drehachse als Zentrum angeordneten Spirale. Die Anordnung ist dabei derart, dass der Motor 6 horizontal angeordnet ist und dementsprechend die Schaummesserflügel 8 vertikal angeordnet sind und in den Schaum 3 eintauchen. Die Schaummesserflügel 8 sind propellerartig geschränkt ausgebildet. Die Umfangsgeschwindigkeit der Schaummesserflügel ist so ausgewählt,

dass sie nicht grösser als 30 m/sec ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Antriebsmotor mit einer Drehzahl zwischen 900 und 1000 U./min gewählt wird und die Schaummesserflügel einen Durchmesser von höchstens 50 cm haben. Im Abstand zu dem Drehumfang der Schaummesserflügel 8 ist wenigstens im Bereich oberhalb der Drehachse eine nach Art eines Schutzbleches gestaltete und nach unten offene Leiteinrichtung 9 vorgesehen.

Die beschriebene Anordnung arbeitet derart, dass bei Drehung der Schaummesserflügel der Schaum zerschlagen und verdichtet wird und Tropfen verdichteten Schaums in einem etwa halbkreisförmigen vertikalen Bereich nach unten in den Schaum hineingeschleudert werden. Durch den senkrecht stehenden Bereich der Schaumstörung und den tief in den Schaum hinein zusätzlich wirkenden Spritzeffekt entsteht

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

615 836

im Schaum ein Dichte-Gefälle, das diesen in den Zerstörungsbereich hineinfliessen lässt. Durch propellerartige Schränkung der Schaummesserflügel 8 wird erreicht, dass der Schaum nicht nur zerschlagen, sondern gleichzeitig angesaugt wird und ausserdem hinter der Ebene der Schaummesserflügel 8 das aus dem Schaum 3 freigegebene Abgas weggedrückt wird. Es versteht sich, dass die Schränkung entsprechend der Steifheit des jeweils anfallenden Schaums verschieden hoch, also in verschieden steilem Winkel und mit verschieden breiter Blattfläche ausgebildet sein kann. Auf diese Weise wird es ermöglicht, im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung Schaum jeder beliebigen Art zu zerstören. Dadurch, dass die Schaummesserflügel spiralig ausgebildet sind, wird erreicht, dass faseriges Gut wie Menschenhaare, Textilfasern usw. sich nicht an den Schaummesserflügeln festsetzen, dort Unwuchten bilden und die Vorrichtung zerstören können. Besonders zweckmässig ist es, wenn die Spiralform nach der in Polarkoordinaten aufgetragenen Formel rx = r/r/ ausgebildet wird, wobei der Winkel <f etwa zwischen 180 und 310° liegt. Die Leiteinrichtung 9 dient einerseits als Spritzschutz und zum anderen dazu, den durch die Schaummesserflügel 8 entstehenden Luftstrom nach unten zu lenken und den unteren Halbkreis zwischen der Flüssigkeitsoberfläche und der Ummantelung des Motors 6 frei durchströmen zu lassen.

Weiterhin ist vorgesehen, dass an der Ummantelung 5 des Motors 6 eine Zuluftleitung 10 und eine Abluftleitung 11 angeschlossen ist. Die Zuluftleitung 10 schliesst mit ihrem unteren Ende dicht mit dem Motorventilator ab, derart, dass die Zuluft lediglich durch den Motor 6 geführt wird. Die Zuluftleitung ist durch das Gehäuse 1 nach aussen geführt und wird von dort mit Frischluft versorgt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass in der Zuluftleitung 10 ein Zusatzgebläse 12 angeordnet ist. Die durch die Motorwärme angeheizte Kühlluft wird durch die Abluftleitung 11 abgeführt. Die Anordnung ist nun so, dass die Abluftleitung 11 in ein nach oben weisendes Ableitungsrohr 13 mündet, welches sich an die Abdeckung 4 anschliesst. Der Innendurchmesser des Ableitungsrohres 13 ist wesentlich grösser als der Aussendurchmesser der Abluftleitung 11. Die Funktionsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Die angeheizte Kühlluft hat eine sehr geringe Wassersättigung und eine gewisse Übertemperatur, also im Verhältnis zu ihrer Umgebung ein relativ geringes Raumgewicht und damit eine gewisse Steigfähigkeit. Anderseits ist in vielen Fällen das von den Schaummesserflügeln 8 freigeschlagene Abgas aus dem Schaum sauerstoffarm und wassergesättigt. Wenn Geruchsbelästigungen durch beispielsweise Ammoniak oder dergleichen aus dem Abgas entstehen können, kann mittels der erfindungsgemässen Vorrichtung das Abgas und die Kühlluft gemischt werden. Dies erfolgt selbsttätig durch die Ejektorwirkung der in das Ableitungsrohr 13 einmündenden Kühlluft, deren Lut't-strom durch gegebenenfalls vorgesehene Zusatzgebläse 12 verstärkt sein kann. Auf diese Weise wird eine Verwirbelung und Durchmischung des Abgases mit der Kühlluft und gegebenenfalls weiterer Frischluft erreicht.

In Fig. 2 ist schematisch eine Dichtung dargestellt, mittels derer die Welle 7 am vorderen Gehäuseende 6a des Gehäuses des Motors 6 abgedichtet ist. Diese Dichtung weist eine an den Schaummesserflügeln 8 angeordnete Laufbuchse 14 auf, die nach Art einer Labyrinthdichtung eine ortsfest angeordnete Standbuchse 15 überlappt. Die Standbuchse 15 ist an einem Flansch 16 angeordnet, der im Abstand 17 zu dem Motorgehäuse 6a angeordnet ist und der zur Welle 7 hin einen für den gleichen Luftdurchsatz vorgesehenen Ringspalt 18 aufweist. Die Welle 7 ist von einer schraubenförmig gewundenen Fläche 19 umgeben. Die Anordnung ist dabei so, dass der gezeigte Teil der Welle 7 als Ansatz der Messerflügel 8 ausgebildet ist, der auf die eigentliche Motorwelle 7a aufgesteckt ist und dort mittels einer Schraube 20 befestigt ist.

Die Funktion der Dichtung ist wie folgt: Gegebenenfalls bis zu dem Motorgehäuse 6a vorgedrungene Schaumpartikeln werden von der mit der Welle 7 mitlaufenden Schraubenfläche 19 nach aussen transportiert. Gleichzeitig werden Schaumpartikeln von der Schraubenfläche 19, die eine hierzu entsprechende Dimensionierung aufweist, gegen die Innenwand der Standbuchse 15 geschleudert. Durch die Bewegung der Schraubenfläche und durch die Wirkung eines durch den Abstand 17 und den Ringspalt 18 durchtretenden, vom Motor 6 herrührenden Luftstromes werden die Partikeln bis an das messerseitige Ende der Laufbuchse 15 befördert, und zwar einerseits durch den Luftstrom. An den Schaummesserflügeln wird dieser Luftstrom mit den aufgenommenen Schaumpartikeln durch die von den Sehaummesserflügeln aus in Richtung auf den Motor weisende und die Standbuchse übergreifende, mit den Schaummesserflügeln umlaufende Laufbuchse 14 umgelenkt. Die Dichtung stellt somit eine Kombination aus einer Labyrinthdichtung, einer Spiraldichtung und einer Zentrifugaldichtung dar, welche in sich reibungsfrei ist und in zahlreichen Fällen aus sich ansetzenden Fasern eine zusätzliche Dichtung selbst aufbaut. Eine derartige Dichtung ist für Schäume mit einem Wassergehalt von unter 50% bestens geeignet, da in der Praxis Spaltweiten zwischen der Schraubenfläche 19 und der Standbuchse 15 sowie der Standbuchse 15 und der Laufbuchse 14 in der Grössen-ordnung von 1 mm vorhanden sein können, ohne dass hierdurch die Dichtwirkung verringert wird.

4

5

10

15

20

25

30

35

40

45

S

2 Blatt Zeichnungen

Claims

615 836

1. Vorrichtung zur Schaumbegrenzung bei in einem Flüssigkeitsbehälter auf einer Flüssigkeit schwimmendem Schaum mit quer zum Flüssigkeitsspiegel über eine Antriebsanordnung drehbar angeordneten Schaummesserflügeln zur mechanischen Zerstörung der Schaumblasen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaummesserflügel (8) propellerartig geschränkt ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkanten der Schaummesserflügel (8) die Form einer um die Drehachse als Zentrum angeordneten Spirale haben.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralkrümmung in Polarkoordinaten nach der Formel rx = v1kf gewählt ist, wobei (f zwischen 180 und 310° liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Schaummesserflügel (8) und die Antriebsanordnung derart dimensioniert sind, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Schaummesserflügel (8) kleiner als 30 m/sec ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand zu dem Drehumfang der Schaummesserflügel (8) wenigstens im Bereich oberhalb der Drehachse eine nach Art eines Schutzbleches gestaltete, nach unten offene Leiteinrichtung (9) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung um eine horizontale Achse schwenkbar und in wenigstens mehreren Schwenkstellungen feststellbar angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung ein Motor (6) ist, auf dessen Wellenstumpf (7) die Schaummesserflügel (8) angebracht sind, und der Motor (6) eine Ummantelung (5) aufweist und an der Ummantelung eine Zuluftleitung (10) und eine Abluftleitung (11) angeschlossen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mit einer Abdeckung (4) versehenen Flüssigkeitsbehälter (1) ein nach oben weisendes Ableitungsrohr (13) mit einem den Aussendurchmesser der Abluftleitung (11) übersteigenden Innendurchmesser vorgesehen ist und die Abluftleitung (11) in das Ableitungsrohr (13) einmündet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuluftleitung (10) und/oder der Abluftleitung (11) ein Zusatzgebläse (12) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die die Schaummesserflügel tragende und durch das Gehäuse der Antriebsanordnung bzw. die Ummantelung geführte Welle im Bereich des Durchgangs durch das Gehäuse bzw. die Ummantelung eine Dichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine an den Schaummesserflügeln (8) angeordnete Laufbuchse (14) und eine ortsfest angebrachte Standbuchse (15) aufweist, die sich nach Art einer Labyrinthdichtung überlappen, und dass innerhalb der Standbuchse (15) die Welle (7) von einer schraubenförmig gewundenen Fläche (19) umgeben ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Standbuchse (15) an einem in einen für einen Luftdurchsatz ausreichend dimensionierten Abstand (17) zu dem Gehäuse (6a) der Antriebsanordnung angeordneten Flansch (16) angebracht ist und zwischen dem Flansch (16) und der Welle (7) ein für den gleichen Luftdurchsatz vorgesehener Ringspalt (18) vorgesehen ist.

Bei der Bearbeitung von Flüssigkeiten wird im Zusammenwirken mit Gasen vielfach eine Schaumentwicklung hervorgerufen. Diese macht sich insbesondere dann kritisch bemerkbar, wenn — wie es vielfach der Fall ist — Bakterien in der Flüssigkeit zum Wachstum gebracht werden und dabei grössere Mengen Eiweiss entstehen. Zur Bekämpfung oder Begrenzung der Schaumbildung sind physikalisch-chemisch wirkende Mittel bekannt, die auf Fettbasis aufgebaut sind. Diese Substanzen sind von guter Wirksamkeit, weisen aber verschiedene Nachteile auf. So stellten sie in der überwiegenden Zahl aller Fälle einen zusätzlichen Verschmutzungsfaktor der Flüssigkeit bzw. des Wassers dar. Weiterhin sind sie in vielen Fällen nur in hoher Konzentration wirksam und damit unwirtschaftlich. Ausserdem sind sie geeignet, bei dem Sauerstoffaustausch Wasser-Bakterienzelle einen Störfaktor darzustellen.

Weiterhin sind Vorschläge bekanntgeworden, die Schaumentstehung mit rein mechanischen Mitteln zu unterbinden oder zu begrenzen. Diese Vorrichtungen sind meist als kombinierte Schaumbegrenzer und Schöpfwerke ausgebildet. Sie drehen sich um eine vertikal angeordnete Achse und befördern den zusammengestrichenen Schaum über eine Kante in ein zweites Gefäss. Zudem sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei denen also Schaummesserflügel quer zum Flüssigkeitsspiegel bzw. zur Schaumoberfläche drehbar angeordnet sind. Diese Anordnung weist gegenüber den bekannten Einrichtungen den Vorteil auf, dass durch die Schaummesserflügel Tropfen verdichteten Schaums in einem etwa halbkreisförmigen Bereich nach unten in den Schaum hineingeschleudert werden und somit die Wirkungsweite der Schaummesserflügel wesentlich vergrössern. Durch den senkrecht stehenden Bereich der Schaumzerstörung und den tief in den Schaum hinein zusätzlich wirkenden Spritzeffekt entsteht im Schaum ein Gefälle, das diesen in die Zerstörungsebene hineinfliessen lässt.

Beim Betrieb dieser bekannten Vorrichtung haben sich jedoch einige Nachteile herausgestellt. So ist in manchen Fällen der Schaum so steif, dass die erwünschte Fliessbewegung nicht von selbst in Gang kommt. Weiterhin weist der zu bearbeitende Schaum, z. B. aus dem Schlamm von Kläranlagen, häufig faseriges Gut wie Menschenhaare, Textilfasern usw. auf, die insofern eine Gefahr darstellen, als sie sich an den Schaummesserflügeln festsetzen, Unwuchten bilden und die Maschinen zerstören können. Weiterhin treten manchmal Geruchsbelästigungen auf. Schliesslich ist bei der bekannten Vorrichtung von Nachteil, dass kein ausreichender Schutz der Vorrichtung gegen feuchte und/oder aggressive Gase, welche aus dem Wasser ausgetrieben werden können, vorhanden ist. Schliesslich treten Probleme bei der Abdichtung des Antriebsmotors der Welle der Schaummesserflügel gegenüber dem Schaum auf. Die üblichen Dichtringe werden leicht von Haaren, Fasern, mineralischem Schlamm usw. unterwandert, zerschlissen und zerstört. Gleiche Probleme treten bei Verwendung der üblichen Gleitlager auf.