DE1709076B1

DE1709076B1 - Ventilation rotor for liquids, especially for waste water

Info

Publication number: DE1709076B1
Application number: DE19571709076
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Josef Muskat
Original assignee: Passavant Werke AG and Co KG
Current assignee: Aqseptence Group GmbH
Priority date: 1957-04-10
Filing date: 1957-04-10
Publication date: 1970-10-29
Also published as: BE566459A; CH385120A; FR1204507A

Description

Die Erfindung betrifft einen Belüftungsrotor für Flüssigkeiten, insbesondere für Abwasser, bestehend aus einer horizontalen Welle und darauf über ihre ganze Länge radial oder annähernd radial angeordneten, gleichartigen, stabförmigen Belüftungsflügeln, die teilweise in die Flüssigkeit tauchen und durch ihre Profilform beim Durchlauf durch die Flüssigkeit Saugwirbel hervorrufen.The invention relates to a ventilation rotor for liquids, in particular for sewage, consisting of a horizontal shaft and on it over its whole Length of radially or approximately radially arranged, similar, rod-shaped ventilation blades, which are partially immersed in the liquid and due to their profile shape when passing through create suction vortices through the liquid.

Die Entwicklung derartiger Belüftungsrotoren geht zurück auf die sogenannten Belüftungsbürsten, die entweder als Borstenwalzen oder als Belüftungsbürsten mit federnden Metallelementen ausgebildet sind. Ihr Arbeitsprinzip besteht darin, die Oberfläche der Flüssigkeit aufzureißen und Flüssigkeitströpfchen in die Luft zu versprühen, die dann den Luftsauerstoff aufnehmen.The development of such ventilation rotors goes back to the so-called Ventilation brushes, either as bristle rollers or as ventilation brushes with resilient metal elements are formed. Its working principle is that the Tear surface of the liquid and liquid droplets into the air spray, which then absorb the oxygen in the air.

Mit dem oben beschriebenen bekannten Belüftungsrotor wird von, diesem Arbeitsprinzip abgewichen und ein anderer Weg zur Belüftung von Flüssigkeiten eingeschlagen. Die biegesteifen Belüftungsflügel dienen nicht mehr zum Versprühen der Flüssigkeit, sondern vielmehr zur Erzeugung sehr starker Saugwirbel, durch die Luft in die Flüssigkeit hineingezogen wird. Dabei sind die Belüftungsflügel als Stäbe mit winkligem oder gewölbtem Profil ausgebildet. Die Profilstäbe erhöhen auf Grund ihrer Profilform die Wirbelbildung und führen außerdem zu einem Zerreißen des Wassers, was den Kontakt mit der eingesaugten Luft erhöht und die Belüftung intensiviert. Gegenüber den früheren Belüftungsbürsten ist der Sauerstoffeintrag bei diesen Belüftungsrotoren erheblich höher und erfolgt bei erheblich besserem Wirkungsgrad. Jedoch wurde insoweit nicht von der Bauart der Belüftungsbürsten abgewichen, als die Profilstäbe relativ schmale Elemente sind, die mit erhöhter Drehzahl durch die Flüssigkeit bewegt werden. Die erhöhte Drehzahl führt zu erheblichen Lagerbelastungen und damit zu einer relativ geringen Betriebssicherheit. Abgesehen davon ist die Herstellung der Profilstäbe schwierig und mit großen Kosten verbunden, was sich auch bei Reparaturen bemerkbar macht.With the known ventilation rotor described above, this Deviated from the working principle and adopted a different way of aerating liquids. The rigid ventilation blades are no longer used to spray the liquid, but rather to generate very strong suction vortices, through the air into the liquid is drawn into it. The ventilation blades are designed as rods with angled or curved profile formed. The profile bars increase due to their profile shape the vortex formation and also lead to the rupture of the water, which makes contact increased with the sucked in air and the ventilation intensified. Compared to the earlier With ventilation brushes, the entry of oxygen into these ventilation rotors is considerable higher and takes place with significantly better efficiency. However, so far was not deviated from the design of the ventilation brushes when the profile rods were relatively narrow Are elements that are moved through the liquid at increased speed. the increased speed leads to considerable bearing loads and thus to a relative low operational reliability. Apart from that, the production of the profile bars difficult and associated with high costs, which is also noticeable in repairs power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Belüftungsrotor der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem vor allem noch bessere Ergebnisse hinsichtlich des Sauerstoffeintrags und des Wirkungsgrades erzielt werden und der darüber hinaus bei geringeren Herstellungs- und Reparaturkosten äußerst betriebssicher arbeitet. Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung darin, daß die Belüftungsflügel als flache rechteckige Belüftungssehaufeln ausgebildet sind, deren Breite etwa 2 bis 10 cm beträgt, wobei das Verhältnis der Breite der Lücke zwischen zwei Belüftungssehaufeln zur Breite der Belüftungsschaufeln selbst etwa 0,5 bis 1,5 ist und bei Einhaltung einer Umfangsgeschwindigkeit des Rotors zwischen 2,2 bis 4,4 m/sec bei hoher Umfangsgeschwindigkeit schmale Belüftungssehaufeln mit großen Lücken und bei niedriger Umfangsgeschwindigkeit breite Belüftungssehaufeln mit kleinen Lükken vorgesehen sind.The invention is based on the object of creating a ventilation rotor of the type mentioned above, with which, above all, even better results are achieved with regard to the oxygen input and the degree of efficiency and which moreover works extremely reliably with lower manufacturing and repair costs. The solution to this problem is, according to the invention, that the ventilation blades are designed as flat, rectangular ventilation blades, the width of which is approximately 2 to 10 cm, the ratio of the width of the gap between two ventilation blades to the width of the ventilation blades themselves being approximately 0.5 to 1 , 5 and if a circumferential speed of the rotor between 2.2 and 4.4 m / sec is maintained at a high circumferential speed, narrow ventilation blades with large gaps and at low circumferential speeds wide ventilation blades with small gaps are provided.

Es wurde gefunden, daß ein derartig ausgebildeter Belüftungsrotor gegenüber Belüftungsrotoren mit den bekannten Profilstäben tatsächlich erheblich bessere Werte des absoluten Sauerstoffeintrags und des auf den Energiebedarf bezogenen Sauerstoffeintrags liefert. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Luft von den Beläftungsschaufeln. zusätzlich in die Flüssigkeit eingeschlagen wird, und daß es auf Grund der Anpassung der rechteckigen Belüftungsschaufeln in ihrer Breite und in ihrem gegenseitigen Abstand an die Umfangsgeschwindigkeit zu einem sehr starken Zerreißen des Wassers an den eingetauchten Umfangsrändern der Belüftungsschaufeln kommt. Dies führt zu einer starken schäumenden Turbulenz und zur Erzeugung dünner Wasserfilme und großer Kontaktflächen, die den Absorbtionsvorgang des Sauerstoffs in diesen Filmen begünstigen.It has been found that such a designed ventilation rotor compared to ventilation rotors with the known profile rods actually considerable better values of the absolute oxygen input and that related to the energy demand Oxygen entry supplies. This is probably due to the fact that the air from the ventilation blades. is additionally wrapped in the liquid, and that it is due to the adaptation of the rectangular ventilation blades in their width and in their mutual distance to the peripheral speed to a very strong one Tearing of the water at the submerged peripheral edges of the aeration vanes comes. This leads to a strong foaming turbulence and the production of thinner Films of water and large contact areas that prevent the oxygen from being absorbed favor in these films.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei dem Belüftungsrotor nach der Erfindung in dem Betriebsbereich, in dem der Wirkungsgrad ein Maximum erreicht, die Menge des eingetragenen Sauerstoffs auf einen Wert steigt, der mit dem bekannten Belüftungsrotor nur in einem Betriebsbereich erzielt werden kann, der dem abfallenden Teil der Wirkungsgradkurve entspricht. Daher kann man mit Umfangsgeschwindigkeiten arbeiten, die erheblich unter denen des bekannten Belüftungsrotors liegen. Dies führt zu einer Erhöhung der Betriebssicherheit, da die Lager des Belüftungsrotors nach der Erfindung weniger stark belastet werden. Im übrigen können die hier verwendeten flachen rechteckigen Belüftungsschaufeln sehr einfach und billig hergestellt sowie ohne weiteres bei einer Reparatur ersetzt werden.Another advantage is that after the ventilation rotor the invention in the operating range in which the efficiency reaches a maximum, the amount of oxygen introduced increases to a value that corresponds to the known Ventilation rotor can only be achieved in an operating range that corresponds to the sloping one Part of the efficiency curve corresponds. Therefore one can with peripheral speeds work that are significantly below those of the well-known ventilation rotor. this leads to an increase in operational safety, since the bearings of the ventilation rotor are less stressed according to the invention. Otherwise, the ones used here flat rectangular ventilation blades made very easily and cheaply as well can easily be replaced during a repair.

Mit dem Belüftungsrotor nach der Erfindung kommt ein Arbeitsprinzip zur Anwendung, das sich grundsätzlich sowohl von dem der Belüftungsbürsten als auch von dem der Belüftungsrotoren mit den bekannten Profilstäben unterscheidet. War man bisher, ausgehend von den Belüftungsbürsten, der Auffassung, daß der Sauerstoffeintrag je Belüftungsflügel mit zunehmender Flügelbreite abnimmt, so wurde nun überraschenderweise festgestellt, daß gerade das Umgekehrte der Fall ist. Der Erfindung liegt also eine Entwicklung zugrunde, die der Tendenz der bisherigen Rotorentwicklung entgegengesetzt ist. Ab- weichend von der bisherigen Bestrebung, die Belüftungsflügel möglichst schmal zu halten bzw. in einzelne Elemente aufzugliedern, werden hier breitere, rechteckige Platten verwendet, deren Abmessungen und deren axiale Abstände voneinander zur Erziehing eines optimalen Sauerstoffeintrags und eines optimalen Wirkungsgrades innerhalb eines Bereichs der Umfangsgeschwindigkeit an diese angepaßt sind. Dieser Anpassung liegt folgende Beziehung zugrunde: Hierbei ist Zb die Breite der Belüftungssehaufeln in m, Lb die Lückenbreite in m und v die Umfangsgeschwindigkeit des Belüftungsrotors in m/sec.With the ventilation rotor according to the invention, a working principle is used which fundamentally differs both from that of the ventilation brushes and from that of the ventilation rotors with the known profile rods. If up to now, based on the ventilation brushes, one was of the opinion that the oxygen input per ventilation wing decreases with increasing wing width, it has now surprisingly been found that precisely the opposite is the case. The invention is therefore based on a development which is contrary to the tendency of previous rotor developments. To keep Differing from the previous aspiration, ventilation wing as narrow as possible or broken down into individual elements are wider here uses rectangular plates, their dimensions and their axial distances from one another to Erziehing an optimal oxygen input, and an optimal efficiency within a range of the peripheral speed are adapted to this. This adjustment is based on the following relationship: Here, Zb is the width of the ventilation blades in m, Lb is the gap width in m and v is the circumferential speed of the ventilation rotor in m / sec.

Vorzugsweise sind die Abstände der Belüftungsschaufeln voneinander auf dem Belüftungsrotor einstellbar. Hierdurch kann der Belüftungsrotor nach der Erfindung ohne weiteres an unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten angepaßt werden.The distances between the ventilation blades are preferably one from another adjustable on the ventilation rotor. This allows the ventilation rotor after the Invention can be easily adapted to different peripheral speeds.

In den Zeichnungen ist in den F i g. 1 und 2 eine Ausführungsform eines Belüftungsrotors nach der Erfindung dargestellt, und zwar in teilweise geschnittener Seitenansicht und im Querschnitt. Außerdem sind in vier Schaubildern die Ergebnisse von Vergleichsversuchen wiedergegeben.In the drawings, FIG. 1 and 2 show an embodiment of a ventilation rotor according to the invention, namely in a partially sectioned side view and in cross section. In addition, the results of comparative tests are shown in four graphs.

Entsprechend den F i g. 1 und 2 sind auf einer Welle 1 sowohl entlang ihrer Länge als auch am Umfang Belüftungsschaufeln 2 mit Hilfe von Klemmleisten 3 befestigt. Die Kl#mmleisten 3 werden mittels Schrauben 4 gegen die Welle 1 festgezogen und halten die Belüftungsschaufeln 2 mit ihren Seiten 5 unter Reibschluß fest. Die Belüftungsschaufeln 2 sind flach und rechteckig mit der angegebenen Breite b ausgebildet. In axialer Richtung liegen sie um die Lückenbreite 1 voneinander entfernt. Das Verhältnis der Breite b der Belüftungsschaufeln zur Lückenbreite 1 beträgt hier 1: 1. According to the F i g. 1 and 2 are attached to a shaft 1 both along its length and on the circumference ventilation blades 2 with the aid of clamping strips 3. The terminal strips 3 are tightened against the shaft 1 by means of screws 4 and hold the ventilation blades 2 with their sides 5 with a frictional connection. The ventilation blades 2 are flat and rectangular with the specified width b . In the axial direction, they are spaced apart from one another by the gap width 1. The ratio of the width b of the ventilation blades to the gap width 1 is 1: 1 here.

--Die-von---der---Eintauchtiefe -abhängige-mittlere Bogenlängecc soll nach Möglichkeit dem 0,5- bis 1,5fachen der Breite b der Belüftungsschaufeln entsprechen.The average arc length cc, which is dependent on the immersion depth, should, if possible, correspond to 0.5 to 1.5 times the width b of the ventilation blades.

Den vier Schaubildern liegen Messungen zugrunde, die mit einem Belüftungsrotor nach der Erfindung von 50 cm Durchmesser bei einer Eintauchtiefe von 13 cm durchgeführt wurden. Sämtliche Messungen fanden unter gleichen Bedingungen im gleichen Becken statt.The four diagrams are based on measurements that were carried out with a ventilation rotor according to the invention with a diameter of 50 cm and an immersion depth of 13 cm. All measurements took place under the same conditions in the same pool.

Schaubild 1 zeigt die Abhängigkeit des Sauerstoffeintrags, bezogen auf einen Meter Länge des Belüftungsrotors, d. h. den Wert g 02/in in Abhängigkeit von der Tourenzahl in U/min. Die Breite der Belüftungselemente betrug 5 cm bei einer Lückenbreite von 5 cm, 3 cm und 7,5 cm. Man sieht aus den durch die Messungen erhaltenen Kurven, daß der Wert g 0.,/m mit steigender Tourenzahl ansteigt und daß er für die Lückenbreite von 7,5 cm ungünstiger liegt als für Lückenbreiten von 5 und von 3 cm. Für niedrige Tourenzahlen ist die geringere Lückenbreite von 3 cm günstiger, für hohe Tourenzahlen aber das Verhältnis der Breite der Belüftungsschaufeln zur Lückenbreite von 1: 1. Diagram 1 shows the dependency of the oxygen input, based on a meter length of the ventilation rotor, i.e. H. the value g 02 / in depending on the number of revolutions in rpm. The width of the ventilation elements was 5 cm with a gap width of 5 cm, 3 cm and 7.5 cm. It can be seen from the curves obtained by the measurements that the value g 0.1 / m increases with increasing number of revolutions and that it is less favorable for a gap width of 7.5 cm than for gap widths of 5 and 3 cm. The smaller gap width of 3 cm is more favorable for low numbers of revolutions, but the ratio of the width of the ventilation blades to the gap width of 1: 1 for high numbers of revolutions.

Das Schaubild 2 zeigt die Abhängigkeit des Wirkungsg' rades, d. h. des Sauerstoffeintrags, bezogen e auf den Energiebedarf, angegeben in 902/kWh von der Tourenzahl in U/min bei den gleichen Breiten der Belüftungsschaufeln und den gleichen Lückenbreiten wie im Schaubild 1. Aus dem Schaubild 2 geht hervor, daß der Wirkungsgrad für das Verhältnis der Breite der Belüftungsschaufeln zur Lückenbreite von 5 : 7,5 wiederum ungünstiger ist als für die beiden anderen Verhältnisse. Während aber der Wirkungsgrad bei dem Verhältnis von 5: 3 bei niedrigen Tourenzahlen höher liegt und flacher ansteigt als bei dem Verhältnis 5: 5, erfolgt der Abfall bei letzterem Verhältnis nach Überschreiten des Maximums, das bei etwa 95 bis 98 U/min liegt, bedeutend --flacher. Es ist demnach vorteilhaft, den Belüftungsrotor mit Umdrehungszahlen zwischen 90 bis 100 U/min und dem Verhältnis von Breite der Belüftungsschaufeln zur Lückenbreite von 5: 3 bis 5: 5 zu betreiben.Diagram 2 shows the dependency of the degree of efficiency, i. H. oxygen input, based e to the energy requirement, indicated in 902 / kWh of the number of revolutions in U / min at the same widths of the ventilation vanes and the same gap width as in Figure 1. From Figure 2 it can be seen that the efficiency of the ratio of The width of the ventilation blades for the gap width of 5: 7.5 is again less favorable than for the other two ratios. While the efficiency at the ratio of 5: 3 is higher at low speeds and rises less than at the ratio 5: 5, the decrease in the latter ratio occurs significantly after the maximum, which is around 95 to 98 rpm, is exceeded - flatter. It is therefore advantageous to operate the ventilation rotor at speeds of between 90 and 100 rpm and the ratio of the width of the ventilation blades to the gap width of 5: 3 to 5: 5.

Im Schaubild3 sind die Werteg0./ni für eine Breite der Belüftungsschaufeln von 5#m bei einer Lückenbreite von 5cm, für eine Breite der Belüftungsschaufeln von 3 cm bei einer Lückenbreite von 5 cm sowie für eine Breite der Belüftungsschaufeln von 7 cm bei einer Lückenbreite von 7 cm -in Ab- hängigkeit von der Tourenzahl gezeigt. Der Wert g0.IM ist, wie man daraus ersieht, für das Verhältnis i.- 5 am günstigsten.In Figure 3 the values are g0./ni for a width of the ventilation blades of 5 # m with a gap width of 5 cm, for a width of the ventilation blades of 3 cm with a gap width of 5 cm and for a width of the ventilation blades of 7 cm with a gap width of 7 cm -in dependence shown by the number of revolutions. As can be seen from this, the value g0.IM is the most favorable for the ratio i.- 5.

Im Schaubild 4 sind die Werte g0./kWh für die Verhältnisse nach Schaubild 3 eingetragen. Das Optimum des Wirkungsgrades liegt bei dem Verhältnis von 5: 5 bei etwa 95 U/min.Figure 4 shows the values g0./kWh for the ratios according to Figure 3 . The optimum efficiency is at the ratio of 5: 5 at around 95 rpm.

Die vier Schaubilder zeigen der Übersichtlichkeit wegen nur einige aus den Messungen herausgegriffene Kurven und lassen erkennen, das hohe g 02/M-Erträge -und Wirkungsgradwerte bei niedrigen Tourenzahleirerzielt werden. Sie zeigen auch, daß man die Optima bei dem Verhältnis der Breite der Belüftungsschaufeln zur Lückenbreite von 5 - 5 cm erreicht.For the sake of clarity, the four diagrams show only a few curves selected from the measurements and show that high g 02 / M yields and efficiency values are achieved at low revs. They also show that the optimum is achieved with the ratio of the width of the ventilation blades to the gap width of 5 - 5 cm.

Andere Eintauchtiefen liefern analoge Resultate mit der Feststellung, daß die Eintauchtiefe von 13 cm besonders vorteilhaft ist.Other immersion depths provide similar results with the statement that the immersion depth of 13 cm is particularly advantageous.

Die Ausbildung des Belüftungsrotors nach der Erfindung gestattet eine erhebliche Variationsbreite hinsichtlich seiner Abmessungen und damit eine hervorragende Anpassung an vorliegende Betriebsbedingungen. Es wurde gefunden, daß unter Einhaltung folgender Werte sehr gute Ergebnisse im Hinblick auf eine hohe Turbulenz und eine mäßige bis mittlere Zirkulation des Beckeninhalts erzielt werden konnten: Verhältnis des Durchmessers des Belüftungsrotors zur Breite der Belüftungsschaufeln 6: 25; Abstand von der Außenkante der Belüftungsschaufeln bis zur Beckensohle etwa das 3- bis 5fache des Durchmessers des Belüftungsrotors; Abstand bis zur gegenüberliegenden Beckenkante etwa das 6- bis 10fache des Durchmessers des Belüftungsrotors; nasser Querschnitt des Belüftungsbeckens 15- bis 55mal größer als der Querchnitt des Belüftungsrotors.The design of the ventilation rotor according to the invention allows a considerable range of variation in terms of its dimensions and thus an excellent adaptation to the operating conditions present. It has been found that, if the following values are maintained, very good results with regard to high turbulence and moderate to medium circulation of the basin contents could be achieved: ratio of the diameter of the ventilation rotor to the width of the ventilation blades 6:25 ; Distance from the outer edge of the ventilation blades to the bottom of the basin about 3 to 5 times the diameter of the ventilation rotor; Distance to the opposite edge of the pool about 6 to 10 times the diameter of the ventilation rotor; Wet cross-section of the aeration basin 15 to 55 times larger than the cross-section of the aeration rotor.

Claims

Claims: 1. Ventilation rotor for liquids, especially for waste water, consisting of a horizontal shaft and on it over its entire length radially or approximately radially arranged, rod-shaped ventilation blades of the same type, which are partially immersed in the liquid and due to their profile shape when passing through the liquid, suction eddies characterized in that the ventilation blades are designed as flat, rectangular ventilation blades, the width of which is approximately 2 to 10 cm, the ratio of the width of the gap between two ventilation blades to the width of the ventilation blades themselves being approximately 0.5 to 1, 5 and while maintaining a circumferential speed of the rotor between 2.2 to 4.4 m / sec at high circumferential speed narrow ventilation blades with large gaps and at low circumferential speed wide ventilation blades with small gaps are provided.

2. Ventilation rotor according to claim 1, characterized in that the distances between the ventilation blades are adjustable from one another on the ventilation rotor.