DE2021731A1

DE2021731A1 - Vertikalachsiger Beluefterkreisel zum Belueften von Fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2021731A1
Application number: DE19702021731
Authority: DE
Inventors: Kaelin Joseph Richard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-05-19
Filing date: 1970-05-04
Publication date: 1970-11-26
Also published as: YU127370A; ZA703337B; BE750557A; HU167131B; CA996924A; RO58402A; CH495293A; FI49595B; DE2021731C3; DE2021731B2; BG17003A3; FI49595C; CS187308B2; AT295425B; JPS4917462B1; IL34534A0; LU60938A1; SU593654A3; SE354640B; GB1306555A

Description

Patentanwälte Dld/HGM

Dr -Ing. Wilhelm Mchel Dipl-Ing. Wclföüng Beicliel

6 Frankiuri a. M. 1 Josef Richard Kaelin, Parkstraße 13 Buochs (Nidwalden)

Vertikalachsiger Belüfterkreisel zum Belüften von Flüssigkeiten

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vertikalachsigen Belüfterkreisel zum Belüften von Flüssigkeiten, insbesondere ■ von zu klärenden-Abwässern, mit einem mindestens einen Schaufelkranz tragenden, von einer unteren Saugseite nach einer oberen Ausstosseite divergierenden RotQrkörper»

Die bekannten Belüfterkreisel können in zwei grosse Gruppen eingeteilt werden, nämlich in sogenannte offene und sogenannte geschlossene Belüfterkreisel. Die offenen Belüfterkreisel | Sind mit einem Flügelrad eines Rührwerkes vergleichbar, während ' die geschlossenen Belüfterkreisel mit einem axial saugenden Radialpumpenrad vergleichbar sind. Charakteristisch für die Güte : eines Belüfterkreisels ist seine spezifische Eintragsie-istung, \ d.h. die Menge der in die Flüssigkeit eingetragenen Luft je für i den Antrieb des Kreisels geschluckten mechanischen. Leistungseiri- ' heit. - - ■ ■,'■'■■■■; " .■/ . ■ ■/ ' ^: _ ^;;

Die bisher -höchsten spezifischen Eintragsleistungen wurden mit geschlossenen Kreiseln erreicht, Käs jedoch mit einigen Rachteilen erkauft worden musste» Zunächst bedarf ein geschlossener Kreisel eines höheren Aufwandes zu seiner Herstellung und im

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t immune: seiner Drehzahl auf die Zusam-

Betrieb einer genauen Abstimmung seiner Drehzahl auj mensetzung der zu belüftenden Flüssigkeit. Ausserdem ist ein geschlossener Kreisel sehr anfällig auf Verstopfung durch in der zu belüftenden Flüssigkeit vorhandene Feststoffe, insbesondere faserige Feststoffe.

Aus diesem Grunde vermochten die geschlossenen Kreisel die offenen bisher nicht ganz zu verdrängen, obwohl der grösste Nachteil in ihrer verhältnismässig bescheidenen spezifischen Eintragsleistung besteht, während sie aber kaum auf Verstopfung anfällig sind.

• Von den bekannten offenen Belüfterkreiseln ist der sogenannte "Vortair"-Kreisel zu nennen, der im wesentlichen aus einem flachen, runden Scheibenkörper aufgebaut ist, an dessen einer Seite eine lotrechte Antriebswelle befestigt ist, während die andere, der Flüssigkeit zugekehrte und in dieser eingetauchte Seite einen Schaufelkranz trägt. Die Schaufeln des Schaufelkranzes verlaufen gerade radial oder gerade und um einen Winkel gegenüber der radialen Richtung angestellt oder aber auch leicht» gekrümmt, wobei die Flächen der Schaufeln rechtwinklig auf der Fläche des Scheibenkörpers stehen. Dieser "Vortair"-Kreisel hat eine ausgesprochene Oberflächenwirkung, denn er vermag nur in sehr beschränktem Masse die Flüssigkeit anzusaugen. Er kräuselt praktisch nur die Oberfläche des Flüssigkeitsspiegels und dementsprechend ist auch seine spezifische Eintragsleistung bescheiden.

Um diesem Mangel etwas abzuhelfen, sind die sogenannten "Simcar"-Kreisel bekannt geworden, die im Gegensatz zu den ge- ■ nannten "Vortair"-Kreiseln einen kegeligen, von unten nach oben divergierenden Rotorkörper besitzen, auf dessen äusserer Mantelfläche ein Schaufelkranz befestigt ist. Die Schaufeln sind dabei im Vergleich zu den Schaufeln des "Vortair"-Kreisels erheblich länger; sie erstrecken sich bis in unmittelbare Nähe der Drehach-

se und manchmal über die Grundfläche des kegeligen Rotorkörpers

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hinaus, wobei sie etwa in Richtung der Mantellinien des Kegels verlaufen. Damit erhält der ⁿSimcarⁿ-Kreisel eher die Wirkung eines Radialpumpenrades mit geringer Förderhöhe und grosser Förderleistung. Seine spezifische Eintragsleistung ist gegenüber den "Vortair"-Kreiseln erheblich grosser, auch ist eine gewisse Tiefenwirkung erreicht, wenngleich sowohl die spezifische Eintragsleistung und besonders die Tiefenwirkung kaum mit jener der geschlossenen Kreisel vergleichbar ist.

Die Erfindung bezweckt nun einen Belüfterkreisel der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Kennwerte jene eines, geschlossenen Belüfterkreisels zum mindesten erreichen, der aber bezüglich Verstopfungsgefahr mit den offenen Kreiseln vergleichbar ist.

Zur Erreichung dieses Zweckes ist der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegt, einen Belüfterkreisel derart auszugestalten, dass die vom Kreisel geförderte Flüssigkeit während der Förderung möglichst intensiv und grossflächig mit offener Luft in Berührung bleibt, dass aber die Strömungswege im Sinne einer hohen Förderleistung ausgestaltet sind, wobei gleichzeitig Ansatzpunkte für das Hängenbleiben faseriger Feststoffteile, die beim Betrieb die Verstopfung des Kreisels begünstigen würden, auf ein Mindestmass beschränkt sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der vorgeschlagene Belüfterkreisel dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln ein T-förmiges Profil aufweisen, wobei die freie Längskante des Steges des T-Profils an dem Rotorkörper befestigt ist.

Zweckmässig ist der Querbalken des T-Profils in Richtung der peripheren Druckseite zunehmend breiter. Ebenso vorteilhaft ist die Eintrittskante der Schaufeln als saugseitige Verlängerung des Steges des T-förmigen Profils ausgebildet, die in ihrer Höhe in axialer Richtung stetig abnimmt und tangential in die Fläche des Rotorkörpers übergeht. Falls der Kreisel ausschliess-

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lieh aussen beschaufelt ist, kann der Rotorkörper als geschlossener, hohler Nabenkörper ausgebildet sein und somit als Schwimin-körper dienen, auf den im Betrieb eine Auftriebskraft wirksam ist, die mindestens einen Teil der nach unten wirkenden Kräfte kompensiert und somit eine erhebliche Verminderung der Lagerbelastung des Kreisels mit sich bringt.

Besonders zweckmässig sind die beiden über den Steg des T-Profils vorstehenden Abschnitte des Querbalkens ungleich breit, wobei der unter dem breiteren Abschnitt des Querbalkens liegende Uebergang vom Steg in den Rotorkörper einen grösseren Verrundungsradius aufweisen kann als der Uebergang auf der andern Seite des ■k Steges.

Der Querbalken des T-förmigen. Profils kann auch in einem von 90 abweichenden Winkel auf dem Steg sitzen, so dass die Gesamtheit der Schaufeln an dem Kreisel ein sozusagen "geschupptes" Aussehen besitzen.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt :

Fig. 1 einen Belüfterkreisel, teils im Axialschnitt, teils in Seitenansicht,

. ■ . ■ ■

Fig. 2 den Belüfterkreisel der Fig. 1 von der Saugseite her gesehen,

Fig. 3 und 4 je einen halben Axialschnitt von Ausführungsvarianten des Kreisels nach Fig. 1, und die

Fig. 5 bis 7 schematische Teilansichten verschiedener Schaufelformen und verschiedener Beschaufelungen von der peripheren Druckseite her gesehen.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Belüfterkreisel,! weist einen Rotorkörper 2 auf, der eine von einer unteren Saugseite 3 ■nach einer oberen, peripheron Druckseite A divergierenden Leit-

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wand 5 besitzt, die mit einem Schaufelkranz 6 besetzt ist. .

Der Rotorköerper 2 ist aus einem zur Drehachse 7 koaxialen Tragrohr 8 aufgebaut, das obernends einen Befestigungsflanseh 9 für eine nicht näher dargestellte Antriebswelle trägt. Das untere Ende des Rohres 8 ist mit einem etwa kegelförmigen Stopfen 9 verschlossen, der mit seinem Rand 12 in das Rohr 8 übergreift. An der Aussenflache des Stopfens 9 ist die Leitwand 5 befestigt, die die Form einer von unten nach oben divergierenden Rotationsfläche mit nach aussen konkaver Erzeugenden hat.

Am oberen Abschnitt des Rohr.es 8 ist ein kegel stumpf formig vom Rohr 8 abstehender Befestigungsring 10 vorgesehen, der zur ' Befestigung einer oberen Abschlusswand 11 dient, die sich bis zum Umfang der Leitwand 5 erstreckt und dort mit dieser verbunden ist.

Damit bildet die Leitwand 5, mit der Abschlusswand 11 ei--·- nen vom Rohr 8 durchragten, geschlossenen Hohlkörper, der im vorliegenden Fall mit einer Füllung 13, z.B. aus geschäumtem Kunststoff versehen ist und einen praktisch unversenkbaren Schwimmkörper bildet. :

Die Leitwand 5 und die Abschlusswand 11 können ohne grosse Schwierigkeit aus gezogenem Blech, 8.By aus Aluminium hergestellt (| und mit einem Metallrohr 8 zum Rotortkörper 2 zusammengefügt werden. Es wird im vorliegenden Falle jedochbevorzugt, .die Leitwand 5 und die Abschlusswand 11 aus Kunststoff anzufertigen. Als geeignet hat sich die Bauweise aus glasfaserverstärktem Polyesterharz erwiesen, die sich auch in kleineren Stückzahlen rationell her- stellen lässt. Als Füllung 13 eignet sich besonders ein in situ · schaumbares Styrol-Polymer oder Copolymer oder ein .in situ schäumbarer Kunststoff auf Polyurethanbasis. · . .

Der Schaufelkranz 6 besteht aus einzelnen Schaufeln 14 - hier zwölf -, die vgl. Fig. 2,.etwa strahlenförmig von der Saugseite 3 bis zur peripheren Druckseite 4 verlaufen. Die Schaufeln 14 besitzen ein T-förmiges Profil, wobei der Querbalken oder das .'

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Joch 15 des T-förmigen Profils auf der Leitwand 5 entfernteren Längskante des einen Teil der Schaufel 14 bildenden Steges 16 befestigt ist. Die Breite dieses Joches 15 nimmt - von der Druckseite 4 her,gesehen - von einem Höchstwert mit zunehmender Annäherung an die Drehachse 7 ab, um etwa nach zwei Dritteln der gesamten Länge der Schaufeln 14 vollkommen zu verschwinden. Mit anderen Worten beginnt die Schaufel 14 - diesmal von der Saugseite 3 her gesehen *> zuerst mit einer mit dem Steg 16 fluchtenden Verlängerung 17, aus- der sich bei zunehmender Entfernung von der Achse 7 das T-Profil immer ausgeprägter ausbildet.

Die Gesamtheit der Joche 15 bildet somit eine Art ^stäusserer Leitwand", wie dies etwa bei Kreis.elpumpenrädern üblich ist, doch ist diese äussere Leitwand zwischen den einzelnen Stegen 16 durchgehend, d.h. über die ganze Länge der Schaufeln 14 geschlitzt. Mit 18 ist in Fig. 2 ein solcher Schlitz bezeichnet.

Die Höhe der Verlängerung 17 des Steges 16 nimmt von der Saugseite her gesehen von null auf einen Höchstwert zu. An dieser Stelle beginnt sich der Querbalken oder das Joch 15 auszubilden, wobei zugleich die Höhe des Steges 16 wieder abnimmt.

Aus dem vorstehend Gesagten ist klar ersichtlich, dass der beschriebene Kreisel in seiner Wirkung sehr nahe an ein Pumpenrad kommt, d.h* eine ausgeprägte Pumpwirkung hat und mithin eine grössere Eintragsleistung gewährleistet als ein herkömmlicher "offener" Kreisel. Gleichseitig sind aber keine Stirnkanten vorhanden, die quer zur Durchströmrichtung stehen und somit Ansatzpunkte für Verstopfungskeime bilden könnten_ä denn allfällig an der Saugseite hängen bleibende faserige Feststoffe werden durch die Flüssigkeitsströmung selbst längs den, fliehenden Kanten mitgerissen und wieder ausgestossen, ohne dass sie den Keim für eine Verstopfung bilden könnten,

Ausserdem ist klar ersichtlich, dass die im Betrieb des Kreisels längs der Schaufeln 14 geförderte Flüssigkeit dank den Schlitzen 18 stets in unmittelbarer Berührung mit der Aussenluft

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steht, womit Gewähr für eine gute Durchlüftung gegeben ist« Es versteht sich, dass der dargestellte Kreisel grundsätzlich in beiden Drehrichtungen angetrieben werden kann. Wird der in Fig. 1 dargestellte Kreisel in Richtung des in Fig. 2 angegebenen Pfeiles angetrieben, so ist dessen Förderleistung etwas kleiner, da die Schaufeln in ihrer Längsrichtung gekrümmt sind. Da jedoch.die, in Drehrichtung gesehene, vorlaufende Längskante des Joches 15 weiter über den Steg 16 vorsteht* als die nachlaufende Kante des Joches (vgl. Fig. 1), ist die Differenz der drehrichtungsabhängigen Förderleistungen , obwohl messbar, nicht verhängnisvoll.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante erkennt man die Leitwand 5, das Tragrohr 8 mit den Bestandteilen 9, 10 und 12 sowie die obere Abdeckwand 11« Der wesentliche Unterschied gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 besteht darin, dass die geschäumte Kunststoffüllung 13 nicht den gesamten Hohlraum einnimmt, der von der Leitwand 5 und Abdeckwand 11 umschlossen ist. Die Füllung 13 nimmt nur *<ien unteren Teil dieses Hohlraumes ein. In der Abdeckwand 11 sind ingleichmässigen 'Winkelabständen durchgehende Oeffnungen 19 ausgebildet und in der Leitwand 5 entsprechende Oeffnungen 20. Diese Oeffnungen 19 und 20 bilden zusammen einen zusätzlichen Luftdurchlass, durch den in Richtung des Pfeiles L weitere Luft angesaugt wird, die von der von den Schaufeln 14 geförderten Flüssigkeit mitgerissen wird. -

Aehnlich ist die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ausgebildet. Der Unterschied gegenüber der Fig. 3 besteht darin, dass die Abdeckwand 11 nicht mehr vorhanden ist. Die Füllung 13 ist hier lediglich durch eine Ringscheibe 21 abgedeckt, die nicht nur die Füllung 13 gegen aussen abdichtet, sondern auch die Leitwand 5 inbezug auf das Rohr 8 zentriert und mechanisch verspannt, da die Ringscheibe 21 sowohl an ihrem inneren als auch an ihrem äusseren Umfang mit dem Rohr 8 bzw. der Leitwand 5 verbunden, z.B. verklebt ist. In Fig. 4 sind in der Leitwand 5 wiederum Oeffnungen 20 vorgesehen, die der Zufuhr zusätzlicher Luft dienen.

Anhand der Fig. 5 bis 7 sollen noch einige Schaufelformen 0;0-9JB&<8.M'6 1 3

besprochen werden. 8

Die Schaufelform nach Fig. 5 besitzt gewissermassen ein asymmetrisch auf den Steg 16 aufgesetztes Joch 15. Auf der Seite des Steges 16, an der das Joch 15 weiter über den Steg 16 vorsteht, weist dessen Uebergang in die Leitwand 5 einen ausgeprägten Krümmungsradius r, auf, der wie sich erwiesen hat, beim Betrieb des Kreisels in Richtung des Pfeiles (Fig. 5) einen besonders günstigen Einfluss auf die Förder- und Eintragscharakteristik des Kreisels hat.

Die in Fig. 6 angegebene Schaufelform ist aus der Fig. 5 entstanden, indem das Joch 15 aus der rechtwinkligen Lage zum Steg 16 um einen Anstellwinkel 23 ausgebogen wurde, wobei dem Steg 16 selbst auf dessen einen Seite ein kreisbogenförmiges Profil mit dem Krümmungsradius r_p gegeben wurde, so dass von der Leitwand 5 bis zu der der Leitwand zugekehrten Seite des Steges 15 ein stufenloser Uebergang entsteht.

In Fig. 7 ist eine Ansicht eines Abschnittes der peripheren Druckseite eines Kreisels dargestellt, der sowohl innen als auch aussen beschaufelt ist. Bei einem solchen Kreisel besteht die Leitwand 5 aus einem hohlen kegelstumpf, dessen innere und äussere Mantelfläche beschaufelt ist. Diese Bauweise erfordert allerdings technisch einen gewissen Aufwand, speziell was die Ankoppelung des Antriebes betrifft. Andererseits kann durch die doppelte Beschaufelung die Förderleistung ganz erheblich gesteigert, oder bei gleichbleibender Eintragsleistung der Kreisel Meiner ausgebildet werden.

Man erkennt in: Fig. 7 einen Teil der Leitwand 5, die man sich in diesem Falle als Mantel eines unten offenen Kegelstumpfοή vorzustellen hat. Die äussere Mantelfläche trägt einen Kranz von Schaufeln 14, die ähnlich aufgebaut sind, wie die Schaufeln der Fig. 6. An der inneren Mantelfläche ist nochmals ein Kranz von Schaufeln 24 vorgesehen, die von der Druckseite her längs der .in-

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neren Mantelfläche bis etwa zur unteren Öeffnung des Kegelstumpfes der Leitwand 5 verlaufen. Die Schaufeln 24 besitzen ein ähnliches Profil wie die Schaufeln 14 der Fig. 6 und7, nämlich ein T-förmiges Profil mit einem Steg 26 und einem asymmetrisch unter einem Anstellwinkel aufgesetzten Joch 25.

Die obersten Kanten der Joche 25 können untereinander mit einem Ring (nicht dargestellt) verbunden sein, an dem ein Tragstern (nicht dargestellt) befestigt ist, an welchem seinerseits die Antriebswelle angreift..

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Claims

Patentansprüche:

Vertikalachsiger Belüfterkreisel zum Belüften von · Flüssigkeiten, insbesondere von zu klärenden Abwässern, mit einem mindestens einen Schaufelkranz tragenden, von einer unteren Saugseite nach einer oberen Ausstosseite divergierenden Rotorkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln ein T-förmiges Profil aufweisen, wobei die freie Längskante des Steges des T-förmigen Profils an dem Rotorkörper befestigt ist.

2» Belüfterkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das T-förmige Profil asymmetrisch ist, wobei das Joch einen breiteren und einen schmäleren Abschnitt aufweist.

3. · Belüfterkreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln längsgekrümmt sind, wobei der breitere Abschnitt des Joches die konkave Seite des Steges überspannt.

4. Belüfterkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Joches des T-förmigen Profils von Null aus nach der Ausstosseite hin stetig zunimmt.

5. Belüfterkreisel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Steges des T-förmigen Profils von der Saugseite her gesehen von Null aus bis zu einem Höchstwert zunimmt, an welcher Stelle das Joch des T-förmigen Profils von Null aus nach der Ausstosseite hin stetig zunimmt, während die Höhe des Steges wieder stetig abnimmt.

6. Belüfterkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper ein Rotationskörper ist, dessen Erzeugende ein Bogen einer Ellipse ist, deren längere Achse in einer zur Drehachse des Kreisels rechtwinkligen Ebene verläuft-,

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7. Belüfterkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper als Schwimmkörper ausgebildet ist.

8k Belüfterkreisel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorkörper als hohler Mantel eines kegelstumpfartigen Rotationskörpers ausgebildet ist, dessen innere und äussere
Mantelfläche je einen Schaufelkranz tragen.

9. Belüfterkreisel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch des T-förmigen Profils unter einem Anstellwinkel auf dem Steg sitzt, wobei die freie Seitenkante des breiteren
Abschnittes des Joches weiter entfernt ist vom Rotorkörper als die λ freie Seitenkante des schmäleren Abschnittes.

10. Belüfterkreisel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der Uebergang des Steges in den Rotorkör.per auf der konkaven Seite der Schaufel einen grösseren Krümmungsradius aufweist· als der Uebergang des Steges in den Rotorkörper auf der konvexen
Seite der Schaufel.

11. Belüfterkreisel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg an der dem.breiteren Abschnitt des Joches zugeordneten Seite ein kreisbogenförmiges Profil aufweist.

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