DE2029908A1

DE2029908A1 - Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE2029908A1
Application number: DE19702029908
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing 2000 Hamburg Gramelt Stefan 4200 Oberhausen Lachnit
Original assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Current assignee: Deutsche Babcock and Wilcox AG
Priority date: 1970-06-18
Filing date: 1970-06-18
Publication date: 1971-12-23
Also published as: ZA713963B; CH541519A; GB1329485A; FR2099206A5

Description

16. Juni 1970 Tpat/1584/Y/Ob

Einrichtung zum Belüften τοη Flüssigkeiten (Zusatzanmeldung zu P 19 64 125.9)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten mit mindestens einer um eine"Achse im Bereich der Flüssigkeitsoberfläche oder in einem freien Flüssigkeitsstrahl rotierenden Schaufel, bei der gemäß der Hauptanmeldung P 19 64 125.9 die Schaufel längs einer Kanalachse einen Kanal bildet und die Kanalachse eine radiale und axiale Steigung hat, derart, daß die Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeit an der Schaufel größer ist als deren absolute Austrittsgeschwindigkeit. Die Schaufel ist also als Kanal mit grundsätzlich konvexem Hohlprofil geformt, und die Kanallängsachse weist eine kleine Radial- und Axialsteigung auf, so daß die Relativgeschwindigkeit der Flüssigkeit an der Schaufel größer ist als deren absolute Austrittsgeschwindigkeit.

In der genannten Hauptanmeldung wird als Ausführungsbeispiel ein vorzugsweise aus Grauguß hergestellter Rotor beschrieben. Diese Herstellungsweise hat den Nachteil, daß für verschiedene Rotortypen mit unterschiedlichen Wurfweiten und Wurfhöhen, unterschiedlichen Schaufelvolumina oder unterschiedlichen Schleppverhältnissen (Menge des von den Schaufeln geförderten Wassers im Verhältnis zur Menge des zwischen die rotierenden Schaufeln geratenden Wassers) jeweils eine neue aießform erfor'derlich ist, in der nur eine Rotortype gegossen werden kann. Für die Ferti-

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gung eines breiten, auch für verschiedene Fördermedien geeigneten Typenprogrammes yon Rotoren ist also sowohl die Herstellung als auch die dauernde Lagerhaltung einer Vielzahl τοη Gießformen erforderlich, was sich auf die Herstellungskosten nachteilig auswirkt«,

Der vorliegenden Erfindung liegen Erkenntnisse zugrunde, die auf einer systematischen Analyse der Eigenschaften des Rotors gemäß der Hauptanmeldung beruhen. Anhand der Figur 1, die einen Schnitt durch einen Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Hauptanmeldung zeigt, ist ersichtlich, daß die kanalförmigen Schaufeln - unabhängig von ihrer Bauart_t ihren Leistungsdaten und ihrem Verhältnis zwischen Kanalquerschnitt und Kanalachsenlänge - aus drei Hauptteilen bestehen?

a) Dem oberen Profilschenkel 6₉ der über dem Wasser bzw* an der Oberseite des Wurfstrahles läuft»

b) Dem mittleren Profilschenkel 7, der das Wasser durchschneidet und der infolge der radialen Kanalachsensteigung den radialen Auswurf der Flüssigkeit aus der Schaufel bewirkt. Außerdem stellt der Profilschenkel 7 die Verbindung zu dem unterhalb der Wasseroberfläche laufenden unteren Profilschenkel 8 dar. Eine im Rahmen der Erfindung denkbare Bauweise mit vollkommen geschlossenem Kanalprofil würde zwei solcher mittlerer Profilschenkel aufweisen, die die Wasser= oberfläche durchschneiden,, Dar bzw«, die mittleren Profilschenkel halten das Schaufelunterteil fern von eindringender Luft in ungestörter Wasserströmung»

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c) Dem unteren Profilschenkel 8, der nahe dem Wasserspiegel 9, jedoch in ausreichendem Abstand darunter, läuft. Er fördert das Wasser luftfrei in Übereinstimmung mit der Kanalachse in erster Linie nach oben. Außerdem hat dieser untere Profilschenkel außer der Funktion der Kanalwandung zugleich die Aufgabe eines hydrodynamischen Flügelteils mit entsprechender Zirkulations- bzw. Auftriebserzeugung.

Obwohl bereits durch den Gegenstand der Hauptanmeldung eine wesentliche Vereinfachung der Herstellung von Belüftungseinrichtungen gegenüber Rotoren der herkömmlichen Bauart (mit einem Durchmesser von einem bis mehreren Metern und einer Vielzahl Blechschaufeln) erzielt wurde, soll durch diese Zusatzerfindung die Aufgabe gelöst werden, eine weitere Vereinfachung und Kostensenkung bei der Herstellung von Rotoren gemäß der Hauptanmeldung ■-■insbesondere bei der Herstellung von Rotoren mit verschiedenen Eigenschaften - ζμ erreichen»

Diese Aufgabe kann bei einer Einrichtung zum Belüften von Flüssigkeiten gemäß der Hauptanmeldung P 19 64 125.9 insbesondere aufgrund der Erkenntnis, daß der untere, unter Wasser laufende Profilsöhenkel der Kanalschaufel als Auftrieb erzeugendes, kavitationsfreies Flügelelement wirkt, dadurch gelöst werden, daß die Flächengröße und/oder der Anstellwinkel und/oder das Seitenverhältnis des unteren Profilschenkels zur Einstellung der Förderleistung des Rotors veränderbar sind.

Bei einem Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Hauptanmeldung kann also eine Senkung der Förderleistung in einfacher .

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Weise dadurch erfolgen, daß der untere Profilschenkel -gekürzt wird, wodurch eine Anpassung eines Grundmodelles an verschiedene, z.B. vom Kunden gewünschte Förderleistungen erfolgen kann.

Um die dabei entstehenden Nacharbeiten am Rotor zu vermeiden, wird im Rahmen der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, daß die Schaufeln gebildet werden von der konischen Außenfläche eines kegelähnlichen oder Kegelkörpers und von daran gehalterten Blechstreifen*

Mn Rotor dieser Art kann in einfacher Weise hergestellt werden, da sowohl der Kegelkörper als auch die Schaufeln aus abwickelbaren Blechteilen bestehen» Durch Veränderung der Länge oder Breite der Blechstreifen, des Winkels zwischen dem Kegelkörper und der Schaufel, des Winkels zwischen der Drehachse und der Erzeugenden des Kegelkörpers oder der axialen bzw. radialen Steigung der Schaufel lassen sich außerdem sehr einfach eine Vielzahl von Rotortypen herstellen«

Da bei diesem Rotor die Form der Blechstreifen beliebig gewählt werden kann, ist eine Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe auch dadurch möglich, daß unabhängig von den Abmessungen des unteren Profilschenkels der mittlere, radial werfende Profilschenkel in seiner Erstreckung längs der Kanalachse veränderbar ist.

Eine derartige Veränderung des radial fördernden mittleren Profilschenkels kann insbesondere dadurch erzielt werden, daß er als koaxial zur Drehachse orientierte Zylinderfläche ausgebildet ist und den als Kegel ausgebildeten oberen Profilschenkel '

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höhenverstellbar beweglich durchdringt. Dadurch ist es möglich, auch während des Betriebes des Rotors eine Änderung der Förderleistung zu bewirken. ■

Schließlich besteht eine besonders einfache Maßnahme zur Veränderung der Förderleistung bzw, Fördereigenschaften eines Rotors gemäß der Erfindung darin, daß die Auftrieb erzeugenden unteren Profilschenkel an der Unterkante der radial fördernden Profilschenkel während des Betriebes oder im Stillstand anstellwinkelveränderbar angeordnet sind.

Wird ein direkt von einem Elektromotor mit 950 U/min angetriebener Rotor für die biologische Reinigung von Abwässern verwendet, dann ist es bei einem mit einem Kegelkörper versehenen Rotor zweckmäßig, daß der Winkel zwischen der Drehachse des Rotors und der Erzeugenden des Kegelkörpers ca. 55° beträgt. Bei diesem Wert werden die für die biologische Abwasserreinigung zulässigen Wurfweiten erzielt, bei der die Flockenbildung noch nicht gestört ist.

Der Winkel zwischen der Außenfläche des Kegelkörpers und der Schaufel beträgt je nach der gewünschten von den Schaufeln geförderten Menge und Strahldivergenz ca. 35 - 125 .·■

Weitere Vorteile und Einzelheiten sollen anhand der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Rotor gemäß dem Ausführungsbeispiel der Hauptan-

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Fig. 2 einen Rotor, bei dem die Schaufeln von einem Kegelkörper und daran gehalterten Blechstreifen gebildet werden;

Figo 3 einen Rotor wie in Figo 2_$ jedoch mit tief gezogenen kegelähnlichem Körper;

Fig. 4 einen Rotor mit höhenversteilbaren mittleren und unteren Profiisohenkeln;

Fig. 5 einen Rotor mit anstellwinkelTerstellbarem unteren Profilschenkel;

Fig. 6a einen Rotor wie in Fig* 2₉ jedoch mit anders geformten Blechstreifen und

Fig. 6b eine Draufsicht auf die Unterseite eines Rotors nach Fig., 6a_o

Der in der Figo 1 dargestellte Rotor 1 besteht aus der Scheibe 2, mit der die Drehachs© 3 verbunden ist₃ und den kanalförmigen Schaufeln 4, die die Kanalachsen 5 umgeben« Die Schaufeln 4 setzen sich jeweils zusammen aus dem oberen Profilschenkel 6₉ dem mittleren radial werfenden Profilechenkel 7 und dem unteren, axial nach oben uerfenden Profilechenkel 8_O Die Wasseroberfläche ist mit 9 baseiehneto

Beim Rotor naeh, der Figur 2 werden die oberen., strömungetechnisch weniger wirksamen Profilsehenkel 6 vom zusammenhängenden Kegelkörper 10 und di© alitieren und untaren Profilschenkel 7 bzw, 8 werden von geknickten Blechstreifen gebildet» Dadurch ergibt sich ein© einfach© und koetenaparende Bauweise, bei der

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zur Einstellung der Förderleistung lediglich verschiedene Blechstreifen notwendig sind.

Beim Rotor nach der Figur 3 besteht der die oberen Profilschenkel 6 bildende Körper 10 aus einem tiefgezogenen runden Blechstück, was fertigungstechnisch einfacher herzustellen ist als das Formen eines Kegelkörpers. Als Träger für die mittleren und unteren Profilschenkel ist jeder einem Kegel ähnelnder Rotationskörper denkbar, dessen Form in etwa eine Berührungsfläche an das Rotationshyperboloid bildet, das vom rotierenden Austrittsvektor des Wasserstrahls erzeugt wird.

Die Figuren 4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen der untere bzw, mittlere Profilschenkel verändert werden kann,- In der Figo 4 sind die unteren Profilschenkel 8 um die Achsen 11 drehbar an der Unterkante der mittleren Profilschenkel 7 gehaltert, wodurch eine Veränderung des „Anstellwinke „3^?1 iler unteren als Flügelelement wirkenden Profilschenkel 8 bewirkt werden kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 5 durchdringen die mittleren Profilschenkel 7 den Kegelkörper 10 und sind relativ zur Drehachse 3 mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Vorrichtung 12 höhenverstellbar angeordnete Eine Höhenverstellung bewirkt sowohl eine Änderung der*Schaufelvolumina als auch eine Veränderung der Fläche der radial nach außen werfenden mittleren Profilschenkel 7, wodurch ebenfalls die Leistungsparameter des Rotors verstellt werden können.

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Der in den Figuren 6a und 6b dargestellte Rotor besteht aus dem sich um die Achse 3 drehenden Kegelkörper 10 und den daran mit axialer und radialer Steigung befestigten, nicht geknickten Blechstreifen 13 und 14» Auch dadurch werden Schaufeln mit radial und axial ansteigender Kanalachse 5 gebildet, wobei die Förderleistung eines derartigen Rotors durch Veränderung des Winkels οό zwischen dem Kegelkörper 10 und den Blechstreifen 13 und 14 und des Winkels £ zwischen der Drehachse 3 und der Erzeugenden des Kegelkörpers verändert werden kann₀

Der Rotor 1 besteht vorzugsweise aus Stahlblech. Zur Vermeidung von Korrosionen, insbesondere bei säurehaltigen Abwässern, kann aber auch ein anderer Werkstoff, ζ,Β» glasfaserverstärkter Kunststoff zur Herstellung des Rotors verwendet werden

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Claims

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PA T E If T A If S P R ti G H E

yEinrichtung zum Belüften τοη Flüssigkeiten mit mindestens einer um eine Achse im Bereich der Flüssigkeitsobe rf lache oder in einem freien Flüssigkeitsstrahl rottenden Schaufel, "bei der gemäß der Hauptanmeldung P 19 64 125,9 die Schaufel längs einer Kanalachse einen Kanal bildet und die Kanalachse eine radiale und axiale Steigung hat, derart, daß die RelatiYgeschwindigkeit der Flüssigkeit an der Schaufel größer ist als deren absolute Austrittsgesehwindigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß die Flächengröße und/oder der Anstellwinkel und/oder das Seitenverhältnis des weiteren, unter Wasser laufenden, als Auftrieb erzeugendes kaYitationsfreies Flügelelement wirkenden Profilschenkels (8) zur Einstellung der Förderleistung des Rotors (1) veränderbar sind.

2.'Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Profilschenkel (8) kürzer als der obere Profilschenkel 6 ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch getennz. e ichne.t·, daß die Profilschenkel (6) bis (δ) gebildet werden γοη der konischen Außenfläche eines kegelahnlichen oder Kegelkörpers (tO) und γοη daran gehalterten Blechstreifen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß unabhängig γοη den Abmessungen des unteren Pro-

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filschenkels (8) der mittlere«, radial werfende Prof ils ohenkel (7) in seiner Erstreckung längs der Kanalachse (5) veränderbar ist ο

5. Einrichtung nach Anspruch 4₉ dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Profilschenkel (7) als koaxial zur Drehachse (3) orientierte Zylinderfläche ausgebildet ist und den als Kegel (10) ausgebildeten oberen Profilschenkel (6) höhenverstellbar durchdringt.

6» Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Auftrieb erzeugenden unteren Profilschenkel (8) an der Unterkante der radial fördernden Profilschenkel (7) während des Betriebs oder im Stillstand anstellurinkelversteilbar angeordnet sindo

7, Einrichtung nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel B zwischen der Drehachse (3) des Ro-

tors (D und der Erzeugenden des Kegelkörpers (10) ca_o 55-70 beträgt.

3» Einrichtung nach Anspruch 7₅ dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel q6 zwischen der Außenfläche des Kegelkörpers (10) und den Blechstreifen ca₀ 35 - 125° beträgt_o

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche₉ dadurch gekennzeichnet , daß unterhalb des Rotors (1) eine gehäuselose Axialpumpe, um die gleiche Achse (3) wie der Hotor (D drehbar, angeordnet ist„

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10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor aus Kunststoff bestehtβ

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