DE2229833B2

DE2229833B2 -

Info

Publication number: DE2229833B2
Application number: DE2229833A
Authority: DE
Inventors: Peter Jacobus Voorschoten Collet (Niederlande)
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-06-19
Publication date: 1974-07-04
Also published as: GB1386258A; DE2229833A1; BE785172A; DE2229833C3; IT960441B; CH553000A; FR2142989A1; NL7108614A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, mit einem um eine lotrechte Achse mit vergleichsweise hoher Drehzahl umlaufend angetriebenen und in die Flüssigkeit von oben her eingetauchten Rotor von vergleichsweise kleinem Außendurchmesser, der mit axial ansaugenden und im wesentlichen radial ausschleudernden Flüssigkeits- bzw. Gasförderschaufeln ausgestattet ist, außerdem mit einem die Antriebswelle koaxial umgebenden und mit einem Gasraum verbundenen Gaszufuhrrohr sowie mit einem koaxial zu der Antriebswelle unter dem Rotor angebrachten Flüssigkeitsansaugrohr, weiterhin mit zwei unmittelbar ober- bzw. unterhalb des Rotors flanschartig am Gaszufuhrrohr bzw. Flüssigkeitsansaugrohr angesetzten ebenen Kreiisringplatten.

Es; sind bereits rotationssymmetrische Oberflächenbelüfter für die Beimengung von Sauerstoff in Abwasser oder verschmutzte Tagewässer bekannt, die mittels biologischer Oxydation gereinigt werden sollen. Außer der Zufuhr von Luft bezweckt dieser Mischer das Abwasser in Bewegung zu halten, um zu vermeiden, daß sich aktiver Schlamm niederschlägt.

Dßr dabei vorgesehene und an einer vertikal angebrachten Antriebsachse befestigte Rotor hat eine gewisse Ähnlichkeit mit dem Kreisel einer Zentrifugalpumpe. Wenn der Mischer in Betrieb ist, befindet sich die nach oben gerichtete schaufellose Seite des Rotors gerade unter dem Wasserspiegel. Die Abwasser werden an der Unterseite des drehenden Rotors in axialer Richtung zu einem Zentralraum gesaugt und .am Umfang des Rotors in einer mehr oder weniger horizontalen Richtung weggeschleudert. Luft wird durch das Wasser hindurchgetrieben, sei es durch die turbulente Bewegung der Wasseroberfläche, sei es durch dns Niederspritzen des über die Wasseroberfläche' ausgeworfenen Wassers. Der Durchmischungswirkungsgrad ist dabei relativ gering.

Um diesen Wirkungsgrad zu verbessern, ist bei bestimmten Ausführungsformen dieser Mischer vorgesehen, durch einen zwischen den Schaufeln erzeugten

ίο Unterdruck mittels im Rotor angebrachter Löcher oder mittels einer hohl ausgeführten Rotorachse Luft aus der Atmosphäre anzusaugen. Um jedoch bei diesem Mischvorgang eine gute Lösung des Sauerstoffs im Wasser zu erreichen, muß die Luft mit einer großen Menge Wasser gemischt werden. Dies läßt sich nur mit langsam drehenden Rotoren mit großem Durchmesser erreichen. Als typisches Beispiel sei ein Oberflächenbelüfter mit einer Antriebsleistung von 1,5 bis 2 PS erwähnt, dessen Rotor einen Durchmesser von 75 cm und eine Betriebsdrehzahl von 110 Umdrehungen pro Minute hat. Es ist also für die heute üblicherweise als Antriebseinheit verwendeten Elektromotoren eine bedeutende Drehzahluntersetzung zwischen Motor und Rotor erforderlich. Eine derartige Anlag-3 in ihrer Gesamtheit hat daher den Nachteil, daß sie trotz eines vergleichsweise bescheidenen Wirkungsgrads teuer ist, ein großes Gewicht hat und darüber hinaus schwer zu handhaben ist.
Aus der deutschen Patentschrift 9?0 844 ist eine

i)o Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten bekannt, bei der ein Schleuderrad zwischen zwei aufrecht und koaxial zueinander stehenden und beiderseits offenen Rohren zur Zuführung von Flüssigkeit einerseits und von Gas andererseits angeordnet ist, wobei im Flüs-

■15 sigkeitszufuhrrohr außerdem eine Förderschraube zur Aufwärtsförderung der Flüssigkeit vorgesehen ist. Oberhalb bzw. unterhalb des Schaufelrads sind kurz gehaltene flanschartige Kreisringplatten vorgesehen.

Die Notwendigkeit der Förderschraube im Flüssigkeitszufuhrrohr läßt erkennen, daß das Schaufelrad an sich zu wenig Ansaugkraft für die Flüssigkeit hat, um relativ zur angesaugten Gasmenge ausreichend hohe Flüssigkeitsmengen auszuwerfen. Das vom Schleuderrad ausgeworfene Flüssigkeits-Gas-Gemisch gelangt außerdem fast sofort in die umgebende Flüssigkeit, und ein Teil der kleineren Gasbläschen wird in die relativ schnell in Vertikalrichtung zirkulierende Flüssigkeit mitgerissen, ohne daß ein Aus-So trag der Gasbläschen in einem großen Flüssigkeitsbereich erfolgt.

Weiter ist aus der britischen Patentschrift 1 221 022 eine ähnliche Vorrichtung bekannt, bei der ein Schaufelrad über radial und stationär angeordnete Diffusorplatten nur Luft in die Flüssigkeit hineindrückt. Die Vorrichtung ist ebenfalls mit nicht am Schaufelrad anschließendem Fiüssigkeitszufuhrrohr mit darin angeordneten Flüssigkeitsförderschaufeln versehen, die eine weitgehend getrennte Flüssigkeitszirkulation bewirken.

Aus der belgischen Patentschrift 541188 ist schließlich noch eine Vorrichtung ebenfalls zum Begasen von Flüssigkeiten bekannt, bei der das Von einem Schaufelrad ausgeworfene Flüssigkeits-Gas-Gemisch entweder teils durch aus rotierenden» teils aus feststehenden und unterbrochenen Tangentialschaufeln bestehenden Stoßteilen gehemmt wird bzw. von einer kreisförmigen zunächst konisch verengten

und dann konisch auslaufenden und dadurch eine Da die fast horizontalen Wunde die spiraligen Saugwirkung ausübenden Mündung umgeben ist. Flüssigkeitsstrablen gerade frei lassen, geht von der Beide genannten Ausführungsmöglichkeiten bezwek- zwischen diesen Wänden von der Flüssigkeit übertraken die Feinverteilung der Luftblasen in der Flüssig- genen kinetischen Energie nur ein geringer Teil keit. Es ist dort auch eine Ausführungsform vorge- 5 durch Reibungsverluste verloren,
schlagen, bei der die vom Rotor ausgeschleuderte Durch den Druckaufbau an der Vorder- und Flüssigkeit einen Kreisraum von mehrfach größerem Rückseite der jeweiligen Flüssigkeitsstrahlen wird die Durchmesser durchläuft als es dem Rotor entspricht. Ausdehnung des einzelnen Strahls in Axialrichtung, Einerseils aber schließt dieser Kreisraum nicht ober- also in Richtung der Begrenzungswände allmählich und unterhalb des Schleuderrohrs an und anderer- io größen Um die dadurch auftretenden größeren Reiseits wird durch die in diesem Raum angebrachte bungsverluste zu verhindern, kann es vorteilhaft sein, Verengung und die dort auftretende Saugwirkung, wenn der vertikale Abstand zwischen den Kreisring-Reibung und Turbulenz bewirkt, daß die ausge- platten vom Zentrum aus in Radialrichtung allmähschleuderten FlüssigLeJtsmengen sehr rasch an Tan- Hch zunimmt.

gentialgeschwindigkeit verlieren, so daß der von der 15 Versuche haben gezeigt, daß sich mit der erfin-

Flüssigkeitsgasmischung zurückgelegte Weg im freien dungsgemäßen Begasungsvorrichtung je Einheit er-

Flüssigkeitsraum nur relativ kurz ist. forderlicher Antriebsleistung eine erhebliche Verbes-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine serung des Mischungswirkungsgrads gegenüber den

Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten nach der bisher bekannten Vorrichtungen dieser Art erreichen

im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten 20 läßt.

Gattung so zu verbessern, daß der Anteil des wirk- Die erfindungsgemäße Begpsungsvorrichtung hat sam eingemischten Gases erhöht, d. h. der Mi- noch folgenden weiteren Vorteil: Ein Teil der Enerschungswirkungsgrad wesentlich verbessert wird. Die gie, die nötig ist, um den Druck des in die Flüssigkeit Vorrichtung soll außerdem im Vergleich zu den ein- einzubringenden Gases zu steigern, wird durch die gangs erwähnten Begasungsapparaten vereinfacht 25 cl;n Rotor verlassenden Flüssigkeitsstrahlen infolge und in vergleichsweise leichter Ausführung herstell- der Druckdifferenz zwischen der Vorder- und Rückbar sein. seite eines jeden Strahls dem Gas übertragen. Diese

Diese Aufgabe wird bei einer Verrichtung nach Form der Energieübertragung bedeutet einen erheb-

der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß Hch größeren Verdichtungswirkungsgrad und macht

dadurch gelöst, daß die Kreisringplatten einen mehr- 30 es daher möglich, den Rotor in größerer Tiefe unter

fach größeren Außendurchmesser aufweisen als der den Flüssigkeitsspiegel einzubringen als dies bei den

Rotor, und daß der freie Querschnitt des Gaszufuhr- bekannten rotationssymmetrischen Mischern bisher

rohrs größer gehalten ist als der kleinste freie Quer- möglich ist. Dadurch wird die Mischung und demzu-

schnitt des Flüssigkeitsansaugrohrs. folge auch der Wirkungsgrad der Gasaufnahme wci-

Für eine gegebene Antriebsleistung wird die An- 35 ter verbessert.

wendung eines Rotors mit kleinem Durchmesser und Schließlich hat die mögliche Verwendung eines einer Vergrößerung der Umfangsgeschwindigkeit kleinen, schnell drehenden Rotors noch den Vorteil, Vorteile bieten. Die Drehzahluntersetzung kann her- der sich aus der Senkung des Reaktionsmoments für abgesetzt oder sogar ganz eingespart sverden. Die ro- eine gegebene Antriebsleistung ergibt. Der Flüssigtierenden Teile werden also billiger, und die Vorrich- 40 keit wird dadurch eine geringere Rotationsbewegung tung läßt sich infolge des geringeren Gewichts leich- erteilt, was besonders bei der Anwendung der Begater handhaben. sungsvorrichtung nach der Erfindung in einem zylin-

Weiter hat die Anwendung des durch fast horizon- drischen Behälter der Flüssigkeitsströmung zugute tale Wände begrenzten Raums rund um den Rotor kommt. Meistens werden in solchen Behältern Leitden wesentlichen Vorteil, daß die durch den Rotor 45 oder Bremswände angebracht, um die Rotationsbeweweggeschleuderten Flüssigkeitsstrahlen mit dem ein- gung zu unterdrücken, wofür die erwähnte britische geschlossenen und zum Teil in der Flüssigkeit aufge- Patentschrift 1 221022 ein Beispiel gibt. Dies bringt lösten Gas erst in einem großen Durchmesser der eine Erhöhung der Konstruktionskosten mit sich und freien Flüssigkeitsmasse zur Mischung freigegeben hat einen unnötigen Energieverlust zur Folge. Diese werden. Das Ausscnleudern der Flüssigkeit erfolgt in 50 Leit- oder Bremswände entfallen bei dem der erfinsogenannten spiraligen Flüssigkeitsbändern, die sich dungsgemäßen Begasungsvorrichtung zugrunde Heim Rotorraum nahezu reibungslos entwickeln und senden Mischungsprinzip.

dabei das Ges allmählich enger einschließen und zu- Die Erfindung soll im folgenden an Hand in der

sammendrücken, ähnlich wie dies bei Zentrifugal- Zeichnung dargestellten bcispielsweisen Ausfüh-

Flüssigkeitsbänderkompressoren der Fall ist, wie sie 55 rungsform näher erläutert werden. Es zeigt

etwa in der deutschen Offenlegungsschrift 2 008 562 Fig. 1 die Seitenansicht einer Flüssigkeits-Bega-

beschrieben sind, wobei dort allerdings wegen der sungsvorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung

wesentlich höheren Drücke eine erheblich andere und

Konstruktion vorliegt. Auf größerem Durchmesser F i g. 2 die Unteransicht eines Teils des Rotors

zerfallen die Flüssigkeitsbänder teilweise und wird 60 nach Fig. 1.

das gebildete Flüssigkeits-Gas-Gemisch durch die im Die in F i g. 1 dargestellte Begasungsvorrichtung

Gemisch noch vorhandene kinetische Energie in die weist ein T-agegestell 1 auf, an dem ein Antriebsmo-

umgebende Flüssigkeit hineingetrieben. Der wesent- tor 2 angebracht ist, dessen Antriebsachse 3 direkt

lieh bessere Mischungswirkungsgrad ergibt sich also mit der Achse 4 eines Rotors S verbunden ist. Rund

dadurch, daß die Gasmengen eine relativ lange Spi- 65 um den Rotor S ergibt sich an der Unterseite ein

talbahn in gutem Kontakt mit den begrenzenden Raum 6, der durch eine kreiseingförmige Platte 7 be-

Flüssigkeitsbände'1? durchlaufen, bevor sie in die grenzt ist, die im Zentrum mit einem Flüssigkeitsan-

Flüssigkeitsmasse ausgeschleudert werden. saugrohr 8 ausgestattet ist und an der Oberseite

durch eine kreisringförmige Platte 9 begrenzt ist, die an der Oberseite im Zentrum mit einem Gaszufuhrrohr 10 versehen ist. Das mit dem Traggestell 1 fest verbundene Gaszufuhrrohr 10 umgibt die Rotorachse konzentrisch und ist über dem Flüssigkeitsspiegel 13 mit Gaszufuhröffnungen 11 ausgestattet.

Die Schaufeln 12 des Rotors 5 sind üblicherweise derart dimensioniert, daß die Flüssigkeit axial angesaugt und am Rotorumfang in fast horizontaler Richtung — wie erwähnt — in Form spiraliger Strahlen weggeschleudert wird, wobei die zwischen den Schaufeln strömende Flüssigkeit keinen Kontakt mit den stationären Kreisringplatten 7,9 hat.

Gas wird durch das Gaszufuhrrohr 10 als Folge des zwischen den Schaufeln 12 herrschenden Unterdrucks angesaugt. Infolge der durch die Flüssigkeitsstrahlen dem Gas übertragenden kinetischen Energie wird der Druck dieses Gases etwas erhöht. Diese Drucksteigerung gemeinsam mit der Ausstoßwirkung der aus dem durch die Kreisringplatten 7,9 begrenzten Raum tretenden Flüssigkeit reicht aus, um zu vermeiden, daß die umgebende Flüssigkeitsmasse in diesen Raum eindringen kann.

Die Konstruktion der Schaufeln 12 zeigt in Unteransicht der in F i g. 2 wiedergegebene Teil des Rotors 5.

In einem erprobten Ausführungsbeispiel hatte der Rotor 3 bei einer Antriebsleistung von 1,5 bis 2PS einen Durchmesser von 19 cm und eine Drehzahl von ίο 1500 U/min. Dabei erübrigt sich eine Drehzahluntersetzung. Der Durchmesser der Kreisringplatten 7 und 9 betrug 75 cm.

Die rotationssymmetrische Begasungsvorrichtung

nach der Erfindung eignet sich besonders zur Abwasserbelüftung und infolge des geringen Gewichts und der guten Handhabung der Vorrichtung insbesondere auch zur Belüftung von Tagewasser.

Bei der Anwendung der beschriebenen Ausführungsform als Belüfter betrug die Sauerstoffaufnahao meleistung etwa 4 kg Sauerstoff je Stunde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Begasen von Flüssigkeiten, :tnit einem um eine lotrechte Achse mit vergleichsweise hoher Drehzahl umlaufend angetriebenen und üi die Flüssigkeit von oben her eingehauchten Rotor von vergleichsweise kleinem Außendurchmesser, der mit axial ansaugenden und im wesentlichen radial ausschleudernden Flüssigkeit- bzw. Gasförderschaufeln ausgestattet ist, außerdem mit einem die Antriebswelle kouxial umgebenden und mit einem Gasraum verbundenen Gaszufuhrrohr sowie mit einem koaxial zu der Antriebswelle unter dem Rotor angebrachten Flüssigkeitsansaugrohr, weiterhin mit zwei unmittelbar ober- bzw. unterhalb des Rotors llanscharfig am Gaszufuhrrohr bzw. Flüssigkeitsansaugrehr angesetzten ebenen Kreisringplatten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisringplatten (7, 9) einen mehrfach größeren Außendurchmesser aufweisen als der Rotor (5), und daß der freie Querschnitt des Gaszufuhrrohrs (10) größer gehalten ist als der kleinste freie Querschnitt des Flüssigkeitsansaugrohrs (8).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vertikale Abstand zwischen den Kreisringplatten (7, 9) vom Zentrum aius in Rauialrichtung allmählich zunehmend vorgesehen ist.