DE1230399B - Device for gassing liquids - Google Patents

Device for gassing liquids

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DE1230399B DEW32758A DEW0032758A DE1230399B DE 1230399 B DE1230399 B DE 1230399B DE W32758 A DEW32758 A DE W32758A DE W0032758 A DEW0032758 A DE W0032758A DE 1230399 B DE1230399 B DE 1230399B
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Description

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren um eine im wesentlichen lotrechte Achse umlaufenden Strömungskörpern, die ein Unterdruckzonen erzeugendes Querschnittsprofil aufweisen und bei welchen im Bereich der Unterdruckzonen Gaszuführungen .vorgesehen sind.Device for gassing liquids The invention relates to a Device for gassing liquids, consisting of several around one essentially vertical axis revolving flow bodies that create a vacuum zone Have cross-sectional profile and in which in the area of the negative pressure zones gas feeds .are provided.

. Viele verfahrenstechnische Prozesse erfordern die Mischung von Gasen mit Flüssigkeiten. Das Gas wird entweder in die Flüssigkeit eingeblasen oder die Flüssigkeitsoberfläche mittels geeigneter Einrichtungen oder Verfahren so aufgerissen, daß eine Vermischung zwischen Flüssigkeitströpfchen und Gas eintritt, Zum Einblasen des Gases ist eine relativ große Verdichtern leistung erforderlich. Im zweiten Fall ist die Gaseintragung gering. Zudem erfordert die Aufwirbelung der Flüssigkeit Energie. . Many engineering processes require gases to be mixed with liquids. The gas is either blown into the liquid or the liquid surface is torn open by means of suitable devices or processes in such a way that the liquid droplets and gas mix. To blow in the gas, a relatively large compressor power is required. In the second case, the gas input is low. In addition, the whirling up of the liquid requires energy.

Zur Verringerung des Energieaufwandes und Eintragung des Gases in fein verteilter Form sind Voriichtungen bekannt, bei denen Strömungskörper in der Flüssigkeit rotieren. Diese sind so geformt, daß sich an bestimmten Stellen Unterdrücke bilden, und gerade hier wird dann das Gas durch Bohrungen oder Schlitze nachgesaugt, wobei die Gaszufuhr in die rotierenden Strömungskörper durch die hohle Antriebswelle hindurch erfolgt.To reduce the energy consumption and to enter the gas in finely divided form devices are known in which flow bodies in the Rotate liquid. These are shaped in such a way that there are negative pressures at certain points form, and it is here that the gas is sucked in through holes or slits, the gas supply into the rotating flow body through the hollow drive shaft takes place through.

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art bewegen sich die Strömungskörper auf Kreis- oder Zy- linderflächen, je nachdem, ob sie auf einer Scheibe oder einem Zylinder angeordnet sind. Im ersten Fall ändert sich die Geschwindigkeit und damit der erzielbare Unterdruck mit dem Abstand von der Drehachse. Hierdurch entsteht der Nachteil, daß nicht in allen Punkten der Kreisfläche die gleiche Luftmenge zugeführt wird oder es muß, wenn man den Unterdruck auch an den inneren Radien groß genug macht, die Luftzufuhr an den äußeren Radien gedrosselt werden. Letztere Maßnahme bedeutet jedoch einen Verlust, da der vorhandene Unterdruck nicht voll zur Gaszuführung,ausgenutzt wird und andererseits auch die übergeschwindigkeit der Strömungskörper einen zusätzlichen Strömungswiderstand verursacht.In the known devices of this type, the flow bodies move on circular or cylinder surfaces, depending on whether they are arranged on a disk or a cylinder. In the first case, the speed and thus the attainable negative pressure changes with the distance from the axis of rotation. This has the disadvantage that the same amount of air is not supplied to all points of the circular area or that the air supply to the outer radii has to be throttled if the negative pressure is also made large enough at the inner radii. The latter measure, however, means a loss, since the existing negative pressure is not fully utilized for the gas supply and, on the other hand, the overspeed of the flow bodies also causes additional flow resistance.

Bei den auf Zylinderflächen sich bewegenden Strömungskörpern bleiben zwar die Geschwindigkeit und damit der erzielte Unterdruck konstant, in allen zu der Flüssigkeitsoberfläche nicht gleich entfernten Punkten der Zylinderfläche wird jedoch die Gaseintragung verschieden sein, gleichgültig, ob die Drehachse horizontal oder vertikal liegt. Es besteht also zum Teil Gasüberschuß und zum Teil Gasmangel. Eine intensive Umwälzung kann zwar eine Vergleichmäßigung des Gasgehalts bewirken. Es kann jedoch nicht vermieden werden, daß der Gasüberschuß bereits wieder nach der Flüssigkeitsoberfläche hin abgeschieden wurde, ehe eine Vermischung mit lösungsfähigen Teilchen stattfand.Stay with the flow bodies moving on cylinder surfaces although the speed and thus the achieved negative pressure constant, in all too the liquid surface is not equal to distant points of the cylinder surface however, the gas input may be different, regardless of whether the axis of rotation is horizontal or is vertical. So there is partly an excess of gas and partly a lack of gas. An intensive circulation can bring about an equalization of the gas content. However, it cannot be avoided that the gas excess is already back the liquid surface was deposited before mixing with soluble ones Particle took place.

-Die vorstehend beschriebenen Nachteile der bekannten Vorrichtungen werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Strömungskörper als Erzeugende eines Drehkörpers ausgebildet und angeordnet sind, bei dem die einzelnen Punkte der Erzeugenden mit zunehmendem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche einen ebenfalls zunehmenden Ab- stand von der Drehachse aufweisen. Hierdurch wird erreicht, daß an allen öffnungen in den Strömungskörpern, durch welche Gas zugeführt wird, die im wesentlichen gleiche Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Strömungskörper und der Flüssigkeit herrscht. Dadurch ist nicht nur eine gleichmäßige Gasdosierung möglich, sondern es wird auch das Minimum an Energieaufwand für die Gaseintragung erzielt. Das Gas kann entweder durch den Unterdruck an den Strömungskörpern selbst angesaugt oder durch einen Zusatzdruck eingeblasen werden. Im ersteren Fall braucht überhaupt keine Verdichtungsleistung für das Gas, im zweiten Fall nur eine relativ geringe aufgewandt zu werden.-The above-described disadvantages of the known devices are according to the invention avoided in that the flow bodies are designed as generatrix of a rotating body and arranged in which the individual points of the generatrix with increasing distance from the liquid surface having a likewise increasing distance from the axis of rotation. This ensures that at all openings in the flow bodies through which gas is supplied, there is essentially the same pressure difference between the interior of the flow body and the liquid. This not only enables even gas metering, but also achieves a minimum of energy expenditure for gas input. The gas can either be sucked in through the negative pressure on the flow bodies themselves or blown in through an additional pressure. In the first case, no compression power at all needs to be expended for the gas, in the second case only a relatively small one.

Da die zur Erzeugung eines bestimmten Unterdrucks erforderliche Geschwindigkeit der Wurzel aus der Flüssigkeitstiefe proportional ist, soll der Drehkörper vorzugsweise ein nach unten offenes Paraboloid sein. Letzteres kann dadurch angenähert werden, daß seine Mantelfläche durch eine oder mehrere Kegelflächen gebildet wird, deren Erzeugende eine oder mehrere Geraden sind. Weiterhin kann die Mantelfläche des Paraboloids durch eine oder mehrere Kugelflächen angenähert werden, deren Erzeugende ein oder mehrere Kreisbogen sind. Die Strömungskörper sollen nicht nur die Gaseintragung erleichtern bzw. ermöglichen, sondern auch für eine Umwälzung der Flüssigkeit sorgen. Zu diesem Zweck können Strömungskörper mit symmetrisch profiliertem Querschnitt einen gewissen Anstellwinkel zur Umfangsrichtung bekommen bzw. kann ihre Profilskelettlinie zusätzlich gewölbt sein.Since the speed required to generate a certain negative pressure is proportional to the root of the depth of the liquid, the rotating body should preferably be a paraboloid that is open at the bottom. The latter can be approximated in that its outer surface is formed by one or more conical surfaces, the generatrix of which is one or more straight lines. Furthermore, the lateral surface of the paraboloid can be approximated by one or more spherical surfaces, the generators of which are one or more circular arcs. The flow bodies should not only facilitate or enable the introduction of gas, but should also ensure that the liquid is circulated. For this purpose flow body can get a certain angle to the circumferential direction with symmetrically profiled cross-section or can their profile skeleton line additionally be arched.

Durch die letztbeschriebenen Maßnahmen wird vorwiegend eine Umwälzströmung parallel zur Drehachse erzeugt. Um jedoch auch einen Flüssigkeitstransport quer zur Drehachse zu bekommen, werden die Anstellwinkel der Strömungskörper zur Umfangsrichtung während jeder Umdrehung zwischen zwei Extremwerten geändert.As a result of the measures described last, there is predominantly a circulating flow generated parallel to the axis of rotation. However, it is also about a transverse liquid transport To get to the axis of rotation, the angles of incidence of the flow bodies are to the circumferential direction changed between two extreme values during each revolution.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt.In the drawing, embodiments of the device according to the Invention shown.

Ab b. 1 zeigt eine mögliche Ausführungsform der Strömungskörper im Querschnitt. Das Profil ist symmetrisch zur Skelettlinie 1. Die Stirnseite 2 ist so abgerundet, daß sich an der Stelle größter Dicke die Unterdruckspitze einstellt. From b. 1 shows a possible embodiment of the flow body in cross section. The profile is symmetrical to the skeleton line 1. The end face 2 is rounded so that the vacuum peak occurs at the point of greatest thickness.

Hier befinden sich auch die Bohrungen bzw. Schlitze 3 für die Gaszufuhr. Das Gas wird durch einen hohlen Holm4 über die ganze Länge des Strömungskörpers gleichmäßig verteilt.The bores or slots 3 for the gas supply are also located here. The gas is evenly distributed over the entire length of the flow body through a hollow spar4.

Gemäß A b b. 2 kann man die Profildicke unmittelbar nach Erreichen des größten Wertes auch sprunghaft verkleinern. Man erreicht dies dadurch, daß man in einem geringen Abstand vor dem mit Bohrungen oder Schlitzen 3 versehenen Holm 4 des Strömungskörpers einen Schild 5 anordnet. An dessen Kanten 6 bzw. in dem Raum zwischen diesen und dem Hohn 4 herrscht der größte Unterdruck gegenüber dem Druck in der ruhenden Flüssigkeit, so daß an dieser Stelle das Gas zugeführt wird.According to A b b. 2 the profile thickness can also be reduced by leaps and bounds immediately after the largest value has been reached. This is achieved by arranging a shield 5 at a short distance in front of the spar 4 of the flow body provided with bores or slots 3 . At its edges 6 or in the space between these and the scorn 4 there is the greatest negative pressure compared to the pressure in the stationary liquid, so that the gas is supplied at this point.

Ab b. 3 zeigt einen Strömungskörper im Querschnitt mit einer gewölbten Profilskelettlinie 1 und mit einem Anstellwinkel zur Umfangsrichtung. From b. 3 shows a flow body in cross section with a curved profile skeleton line 1 and with an angle of attack to the circumferential direction.

In A b b. 4 ist die Gesamtanordnung mehrerer Strömungskörper auf einer gemeinsamen, rotierenden, vertikalen Welle im Aufriß und in A b b. 5 im Grundriß dargestellt. Ein Becken 7 oder ein Kanal ist mit der zu begasenden Flüssigkeit gefüllt. An den Trägern 8 ist eine Lagerung 9 der Antriebswelle 10 befestigt, die durch einen Getriebemotor 11 angetrieben wird. Mit der Welle sind Traversen oder eine Scheibe 12 gekuppelt, welche die Strömungskörper 13 tragen. Zur Versteifung können deren untere Enden an einem Ring 14 befestigt sein.In A b b. 4 is the overall arrangement of several flow bodies on a common, rotating, vertical shaft in elevation and in A b b. 5 shown in plan. A basin 7 or a channel is filled with the liquid to be gassed. A bearing 9 of the drive shaft 10 , which is driven by a geared motor 11 , is fastened to the carriers 8. Cross members or a disk 12, which carry the flow bodies 13, are coupled to the shaft. Their lower ends can be fastened to a ring 14 for stiffening purposes.

Die theoretische Mittellinie eines jeden Strömungskörpers - unter der Voraussetzung, daß in jedem Punkt der Mantelfläche des durch die rotierende n Strömungskörper 13 erzeugten Drehkörpers der erzielte Unterdruck gleich der über dem betrachteten Punkt stehenden Flüssigkeitssäule ist - würde eine in der Wasseroberfläche beginnende, nach unten offene Parabel 15 sein. Um eine gewisse Druckdifferenz für die Gaszufuhr zu bekommen, wird man die Strömungskörper 13 auch in der Wasseroberfläche bereits mit einer bestimmten Geschwindigkeit betreiben. Es findet also eine Verschiebung des Parabelanfanges nach oben statt. Da unter diesen Umständen der in die Flüssigkeit eintauchende Teil der Strömungskörper 13 nicht mehr so stark gekrümmt ist, kann man die Mittellinie durch eine oder mehrere Geraden bzw. Kreisbogen ersetzen. Es ist nicht unbedingt notwendig, daß der Parabelexponent 2,0 beträgt. Man wird ihn den Eigenschaften des gewählten Profils sowie dem Einfluß -der mit der Flüssigkeitstiefe sich ändernden Vorrotation anpassen.The theoretical center line of each flow body - provided that at every point on the surface of the rotating body generated by the rotating flow body 13 the negative pressure achieved is equal to the liquid column above the point in question - would be a downwardly open parabola beginning in the water surface Be 15. In order to obtain a certain pressure difference for the gas supply, the flow bodies 13 will already be operated at a certain speed in the water surface. So there is a shift of the start of the parabola upwards. Since under these circumstances the part of the flow body 13 which is immersed in the liquid is no longer so strongly curved, the center line can be replaced by one or more straight lines or arcs. It is not absolutely necessary that the parabola exponent be 2.0. It will be adapted to the properties of the selected profile and the influence of the pre-rotation, which changes with the depth of the liquid.

Der Zweck der Erfindung, nämlich die Erzeugung einer gleichmäßigen, von der Eintauchtiefe unabhängigen Druckdifferenz zwischen dem Inneren der Strömungskörper 13 - wobei sich innen Gas befindet - und der umgebenden Flüssigkeit wird mit symmetrischen Profilen nach den Ab b. 1 und 2, deren Skelettlinie 1 in Umfangsrichtung liegt, erreicht. Wenn* man der Profilskelettlinie 1 einen Anstellwinkel gegen die Umfangsrichtung gibt (Ab b. 3) bzw. sie zusätzlich wölbt, so wird hierdurch eine Strömungskomponente senkrecht zur Umfangsrichtung, d. h. parallel zur Drehachse, erzeugt. Es entsteht also eine intensive Umwälzströmung, die für die Durchmischung der Flüssigkeit und zur Steigerung der Gasausnutzung von großer Bedeutung ist.The purpose of the invention, namely the generation of a uniform pressure difference, independent of the immersion depth, between the interior of the flow bodies 13 - with gas inside - and the surrounding liquid is provided with symmetrical profiles according to Ab b. 1 and 2, the skeleton line 1 of which lies in the circumferential direction, is reached. If * the profile skeleton line 1 is given an angle of incidence against the circumferential direction (from b. 3) or it is additionally arched, a flow component is thereby created perpendicular to the circumferential direction, i. H. parallel to the axis of rotation. This creates an intense circulating flow, which is of great importance for the mixing of the liquid and for increasing the gas utilization.

In Ab b. 6 ist eine beispielsweise Ausführung gezeigt, bei der zwei Reihen von Strömungskörpern 16 und 17 konzentrisch zueinander angeordnet sind-. Beide drehen sich unabhängig voneinander und zwar die innere Reihe 16 mit einer höheren Drehzahl als die äußere 17. Zur Aufhebung des durch die eine Reihe erzeugten Dralles, kann sich die andere gegenläufig drehen. Dadurch wird die Relativgeschwindigkeit zwischen Strömungskörper und Flüssigkeit vergrößert und damit auch die eingetragene Gasmenge#.In Ab b. 6 shows an example of an embodiment in which two rows of flow bodies 16 and 17 are arranged concentrically to one another. Both rotate independently of one another, namely the inner row 16 at a higher speed than the outer 17. To cancel the twist generated by one row, the other can rotate in opposite directions. This increases the relative speed between the flow body and the liquid and thus also the amount of gas # entered.

Eine Anordnung zur Erzeugung einer Strömungsgeschwindigkeit senkrecht zur Drehachse der Strömungskörper zeigen die Ab b. 7 im Aufriß und A b b. 8 im Grundriß. Die Mittellinie der Strömungskörper 18 ist hierbei vorzugsweise eine Gerade. Die Strömungskörper sind um ihre Mittellinie drehbar. Die Drehbewegung wird in bekannter Weise mittels einer Kurbel 19 erzeugt. Der Kurbelzapfen 20 greift unter Zwischenschaltung einer Rolle 21 in eine kreisrunde Führungsnut 22 ein, deren Mittelpunkt exzen# trisch zur Drehachse der Strömungskörper eingestellt und die auch axial verschoben werden kann. Die Exzentrizität e (F i g. 8) kann in jeder beliebigen Richtung eingestellt werden. Daraus resultiert eine Änderung der Anstellwinkel über dem Umfang und eine in Richtung der Exzentrizität e verlaufende Querströmung, wie A b b. 8 zeigt. Durch die axiale Verschiebung der Führungsnut 22 kann die Größe der Extremwerte der Anstellwinkel geändert werden.An arrangement for generating a flow velocity perpendicular to the axis of rotation of the flow bodies is shown in Fig. B. 7 in elevation and A b b. 8 in plan. The center line of the flow bodies 18 is preferably a straight line. The flow bodies can be rotated around their center line. The rotary movement is generated in a known manner by means of a crank 19 . The crank pin 20 engages with the interposition of a roller 21 in a circular guide groove 22, the center of which is set eccentrically to the axis of rotation of the flow body and which can also be moved axially. The eccentricity e ( FIG. 8) can be adjusted in any direction. This results in a change in the angle of attack over the circumference and a cross-flow running in the direction of eccentricity e, such as A b b. 8 shows. Due to the axial displacement of the guide groove 22, the size of the extreme values of the angle of attack can be changed.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, bestehend aus mehreren um eine im wesentlichen lotrechte Achse umlaufenden Strömungskörpern, die ein Unterdruckzonen erzeugendes Querschnittsprofil aufweisen, und bei welchen im. Be7 reich der Unterdruckzonen Gaszuführungeli vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper (13) als Erzeuegende eines Drehkörpers ausgebildet und angeordnet sind, bei dem die einzelnen Punkte der Erzeugenden mit zunehmendem Abstand von der Flüssigkeitsoberfläche einen ebenfalls zunehmenden Abstand von der Drehachse aufweisen. Claims: 1. Device for gassing liquids, consisting of a plurality of flow bodies revolving around an essentially vertical axis, which have a cross-sectional profile that generates negative pressure zones, and in which im. Be7 region of the negative pressure zones Gaszuführeli are provided, characterized in that the flow bodies (13) are designed and arranged as generating ends of a rotating body, in which the individual points of the generating units have an increasing distance from the axis of rotation with increasing distance from the liquid surface. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper ein nach unten offenes Paraboloid (15) ist. - 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2" dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Paraboloids durch eine oder mehrere Kegel' flächen angenähert ist, deren Erzeugende eine oder mehrere Geraden sind. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche des Paraboloids durch eine oder mehrere Kugelflächen angenähert ist, deren Erzeugende ein oder mehrere Kreisbogen sind. 5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung von symmetrisch profilierten Strömungskörpern (13) diese in bekannter Weise einen Anstellwinkel zur Umlaufrichtung haben. 6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilskelettlinie (1) der Strömungskörper (13) gewölbt ist (A b b. 3). 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Profildicke der Strömungskörper sich an der dicksten Stelle (Ab b. 2) sprunghaft verkleinert (in Strömungsrichtung gesehen) und unmittelbar in der Sprungstelle sich Schlitze für die Gaszufuhr befinden. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Strömungskörpern (16, 17) konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die innere Reihe (16) einen kleineren Durchmesser hat als die äußere (17) und mit höherer Drehzahl gleich- oder gegensinnig umläuft. 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlaufgeschwindigkeit der Strömungskörper in bekannter Weise während des Betriebes oder im Stillstand veränderbar ist. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Strömungskörper zur Umfangsrichtung während des Betriebes oder im Stillstand veränderbar ist. 11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel jedes einzelnen Strömungskörpers (18) zur Umfangsrichtung während jeder Umdrehung zwischen zwei Extremwerten veränderbar ist, wobei die Extremwerte in ihrer Größe und peripheren Lage durch die Größe und Richtung der Exzentrizität (e) eines Nutringes (22) zur Antriebswelle (10) ebenfalls veränderbar sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1071024, 1083 771; österreichische Patentschriften Nr. 198 734, 211284.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotating body is a downwardly open paraboloid (15) . - 3. Device according to claims 1 and 2 ", characterized in that the lateral surface of the paraboloid is approximated by one or more conical surfaces, the generatrices of which are one or more straight lines. 4. Device according to claims 1 and 2, characterized in that that the outer surface of the paraboloid is approximated by one or more spherical surfaces whose generatrix are one or more circular arc. 5. device according to claims 1 to 4, characterized in that with the use of symmetrical profiled flow bodies (13), this in known manner, an angle of attack 6. Device according to claims 1 to 5, characterized in that the profile skeleton line (1) of the flow bodies (13) is curved (A b b. 3) 7. Device according to claims 1 to 6, characterized that the profile thickness of the flow body at the thickest point (Ab b. 2) is reduced by leaps and bounds (seen in the direction of flow) and directly in the S There are slots for the gas supply. 8. Device according to claims 1 to 7, characterized in that two rows of flow bodies (16, 17) are arranged concentrically to one another, the inner row (16) having a smaller diameter than the outer (17) and the same at a higher speed - or running in opposite directions. 9. Device according to claims 1 to 8, characterized in that the speed of rotation of the flow body can be changed in a known manner during operation or at a standstill. 10. Device according to claims 1 to 9, characterized in that the angle of attack of the flow body to the circumferential direction can be changed during operation or at a standstill. 11. Device according to claims 1 to 10, characterized in that the angle of attack of each individual flow body (18) to the circumferential direction can be changed between two extreme values during each revolution, the extreme values in their size and peripheral position being determined by the size and direction of the eccentricity ( e) a grooved ring (22) for the drive shaft (10) can also be changed. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1071 024, 1083 771; Austrian patent specifications No. 198 734, 211284.
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