DE2559234A1

DE2559234A1 - Einrichtung zur begasung von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2559234A1
Application number: DE19752559234
Authority: DE
Inventors: Franz Prof Dr Ing Poepel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-12-30
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1977-07-14

Description

Kennwort: Formfaktor
Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit, mit einem völlig in die Flüssigkeit untergetauchten, angetriebenen, fördern wirksamen Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Gas, vorzugsweise Luft und auf der gegenüberliegenden Seite Flüssigkeit aus der Umgebung des Rotors ansaugt und beide Medien im Rotoraustritt dispergiert, welcher Rotor nach Art eines doppeiflutigen, radial durchströmten Pumpen bzw. Gebläserades einen Radscheibenkörper mit auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Förderschaufeln für Gas bzw. Flüssigkeit aufweist, wobei die Schaufeln sich radial über die Aussenkontur des Radscheibenkörpers hinaus erstrecken und zumindest in diesem Bereich gas- und flüssigkeitsseitig decktmgsgleich angeordnet sind.
Bei diesen, beispielsweise durch die DT-PS 1782485 bekannten Einrichtungen handelt es sich - im Gegensatz zu den in vielen Bauformen bekannten, im Bereich des Flüssigkeitsspiegels arbeitenden Oberflächenbelüftern - um Umwälzorgane, die unterhalb der Oberfläche des Flüssigkeitskörpers arbeiten, in diesen Gas eintragen und ohne Hebung desselben kräftig umwälzen. Durch die Eintauchtiefe kommt auch e in für den Gasübergang in die Flüssigkeit günstiger, feinblasiger Gaseintrag und ein wesentlich längerer Kontakt des Gases mit der Flüssigkeit zustande.
Umwälzbelüfter sollen Wasser, Abwasser, Abwasserschlamm, Flüssigmist und Substrate mit großem Gehalt an organischen Stoffen, also flüssige Medien mit gelösten und suspendierten Stoffen unterschiedlichster Zusammensetzung umwälzen und mit Luft oder anderen Gasen anreichern, um in dem geförderten Flüssigkeitsstrom physikalische, chemische oder biochemische Reaktionen auszulösen und durchzuführen, z. B. Ausschäumen kolloidaler und suspendierter Stoffe, Neutralisieren von Alkalien durch Begasung mit Rauchgas, Entkarbonisieren von sauren Wässern, Oxidierung und damit Abbau der in den flüssigen Medien vorhandenenorganischen Stoffe durch exotherm verlaufende Reaktionen.
Die bisher ausgeführten Umwälzbelüfter bestehen normalerweise aus einem in die Flüssigkeit eintauchenden, stumpf oder in einem horizontalen Flansch endigenden Ansaugerohr, unter dem sich bei geringem Spalt zum Ansaugerohrende der Belüftungsrotor befindet. Dieser ist mit einem oberhalb des Ansaugerohres angebrachten Motor durch eine Welle verbunden und wird von ihm angetrieben. Der Rotor besteht normalerweise aus einer Platte, an der an der oberen (Luft-) und unteren (Wasser-) Seite radiale Förderschaufeln angeordnet sind. Diese müssen das flüssige Medium umwälzen und in dieses Gas unterschiedlichster Zusammensetzung und Luft eintragen. Bisher wurden die Umwälzbelüfter als Wasserstrahlpumpen mit ringförmigem Saugspalt aufgefasst. Der von dem sich drehenden Rotor radial nach aussen geförderte, tellerartige Wasserstrom erzeugt beim Vorbeifließen in dem zwischen dem Saugrohrende und der Radscheibe des Rotors gebildeten Saugspalt einen Unter, druck und saugt dadurch das in dem Ansaugerohr befindliche Gas an und verteilt dieses in dem Flüssigkeitsstrom.
Je tiefer ein Umwälzbelüfter eintaucht, um so mehr Sauerstoff geht an die Flüssigkeit über, bedingt durch die längere Kontaktzeit beider Medien. Mit zunehmender Eintauchtiefe steigt jedoch die Leistungsaufnahme je angesaugter Luftmenge stark an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angesaugte Luft- bzw. Gasmenge je Einheit der aufgenommenen Antriebsleistung bei irgendeinem vorgegebenen Wert der Eintauchtiefe (spezifische Antriebsleistung) zu reduzieren.
Dies kann erfindungsgemäß auf unterschiedliche Weise geschehen. Die nachfolgend erörterten Maßnahmen gehen alle in diese Richtung. Der angestrebte Effekt wird vergrössert, wenn möglichst viele der Maßnahmen, vorzugsweise wenn alle Maßnahmen gemeinsam angewandt werden.
Eine der Möglichkeiten, die spezifische Antriebsleistung zu reduzieren, liegt darin, dass der Spitzendurchmesser der Schaufeln möglichst groß bemessen ist, jedoch höchstens so groß, dass bei der gewählten Antriebsdrehzahl die Umfangsgeschwindigkeit den Wert von etwa 40 m/ s nicht überschreitet und dass die axiale Erstreckung der Schaufelspitzen möglichst klein, jedoch nicht kleiner als etwa 2 - 2, 5 cm vorzugsweise etwa 3, 5 cm bemessen ist.
Hiermit soll gesagt werden, dass das Verhältnis des Flfigelspitzendurchmessers zur axialen Flügelerstreckung an deren Spitzen möglichst groß innerhalb der vertretbaren Grenzen sein soll. Der Plügels pi t zendurchmes ser soll bis an die Kavitationsgrenze gesteigert und die axiale F#lügelerstreckung bis an die vertretbaren Grenzen einer vernünftigen Kanalbildung reduziert werden. Dieser Maßnahme liegt die Beobachtung zugrunde, dass von der Tellerströmung nur ein Teil, und zwar die der Luftansaugseite zugekehrten, oberen Flüssigkeitsschichten saugwirksam im Sinne der Injektion sind, hingegen die tieferliegenden Flüssigkeitsschichten innerhalb der Teller -strömung keinen nennenswerten Beitrag zu einer Luftansa'#0rn#-.ng leisten und in dieser Hinsicht wirkungslos beschleunigt und zSirkuliert werden. Grundgedanke der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist, den im Sinnc der Injektion sa ugwirks amen Anteil der insgesamt geförderten Tellerströmung möglichst groß zu machen und möglichst wenig Flüssigkeft als tote t>lasse, die nicht saugwirksam ist, zu beschleunigen. Bei vorgegebenem ERaddurchmesser kann dies dann erreicht werden, wenn die zur Teller strömung beschleunigte Flüssigkeitsschicht innerhalb vernünftiger Grenzen möglichst dünn ist. Die Saugwirkung ist am größten, wenn die Geschwindigkeit, bis zu dei die fl#ektionsflüssigkeit beschleunigt wird, innerhalb vernünftiger Gren#en möglichst groß ist.
Die spezifische Antriebsleistung bei der Erhöhung der Eintauchtiefe kann auch dadurch reduziert werden, dass die Schaufelzahl auf der flüssigkeitsbenetzten Seite des Rotors so groß ist, dass - bei der gewählten Antriebszahl - das Zeitintervall zwischen dem Durchgang zweier benachbarter Schaufeln an einem feststehenden Punkt etwa 5 - 10 ms, vorzugsweise etwa 7 - 8 ms beträgt.
Diese Lehre läuft darauf hinaus, eine relativ große Schaufel zahl vorzusehen.
Vorteilhaft ist hierbei ausserdem noch, dass die Abhängigkeit der spezifischen Antriebsleistung und der Ansaugeleistung von der Eintauchtiefe weniger groß ist.
Weiterhin kann in dem oben aufgezeigten Sinne eine Verbesserung erzielt werden, wenn die Schaufeln in an sich bekannter Weise spiralförmig nach rückwärts gekrümmt sind und einen Austrittswinkel von 30 -« 45 ° bilden. Durch diese Schaufelausführung wird überdies die Abhängigkeit der Ansaugeleistung von der Eintauchtiefe stark ermässigt, jedenfalls stärker als bei den beiden anderen erfindungsgemäßen Maßnahmen.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels noch erläutert; es zeigt: Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Umwälzbelüfters, Fig. 2 eine axiale, gasseitige Ansicht auf den Rotor.
Die Belüftungseinrichtung 1 ist auf einer von Profilträgern gebildeten Brücke 2 in der Mitte eines nicht dargestellten runden oder quadratischen Behälters für zu belüftende Flüssigkeit gehalten. Die Einrichtung selber besteht aus einem Tauchrohr 3, mit einer konzentrisch darin angeordneten Welle 4, einem Antriebsmotor 5 und einem Rotor 6. Das Tauchrohr endigt -trompetenartig erweitert - mit geringem Spalt am Rotor; das dem Motor zugekehrte Ende des Rotors 3 endigt frei in der Atmosphäre, so dass Luft ungehindert angesaugt werden kann. Der Rotor 6 weist oberhalb und unterhalb einer strömungsgünstig gestalteten Radscheibe 7 Schaufeln auf, von denen die oberen (8) Luft und die unteren (9) Flüssigkeit fördern. Der Aussendurchmesser der Radscheibe 7 ist kleiner als der Aussendurchmesser der trompetenförmigen Ausmündung des Tauchrotors. Die Schaufeln erstrecken sich radial über die Aussenkontur der Radscheibe hinaus. Wenigstens in dem über die Radscheibe überstehenden Bereich sind die Flüssigkeitsschaufeln mit den Luft schaufeln deckungsgleich ausgebildet und bilden in diesem Bereich gewissermaßen eine einheitliche Schaufel.
Aufgrund der Drehung des Rotors wird axial an der Beschaufelung Flüssigkeit angesaugt (Pfeil 10), im Rotor beschleunigt und radial in einer Teller strömung aus dem Rotor ausgeworfen (Pfeile 11). Beim Vorbeistreichen der Flüssigkeit am äusseren Rand der Radscheibe 7 wird - unterstützt durch die Förderwirkung der Luftschaufeln 8 - aus dem Rohr 3 Luft durch Injektorwirkung angesaugt und mit der Flüssigkeit feinblasig dispergiert. Erfindungsgemäß ist die Gesamthöhe H an deren Austrittsbereich im Vergleich zum Spitzendurchmesser der Schaufeln sehr klein; das D/H-Verhältnis ist also sehr groß gestaltet. Hierdurch wird eine relativ dünne Wasserschicht mit entsprechcnd wcmg Energieaufwand beschleunigt. Die Spaltbreite h, an der Luft hinzutritt, steht in einem günstigen Verhältnis zu der Höhe H der Teller strömung am Rotoraustritt.
Der Rotor ist mit einer relativ hohen Zahl von acht Schaufeln versehen, wordurch die Durchlaufzeiten der Schaufeln an einem Festpunkt relativ kurz werden. Die Schaufeln sind spiralig gekrümmt und haben einen relativen Austrittswinkel

Claims

Patentansprüche Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit mit einem völlig in die Flüssigkeit untergetauchten, angetriebenen, förderwirksamen Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Gas, vorzugsweise Luft, und auf der gegenüberliegenden Rotor seite Flüssigkeit aus der Umgebung des Rotors ansaugt und beide Medien am Rotoraustritt dispergiert, welcher Rotor nach Art eines doppelflutigen, radial durch strömten Pumpen- bzw. Gebläserades einen Radschcibcnkörper mit auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Fö rde rs chaufeln für Gas bzw. für Flüssigkeit aufweist, wobei die Schaufeln sich radial über die Aussenkontur des Radscheibenkörpers hinaus erstrecken und zumindest in diesem Bereich gas- und ftüssigkeitsseitig deckungsgleich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzendurehmesser (D) der Schaufeln (8, 9) möglichst groß bemessen ist, jedoch höchstens so groß, dass bei der gewählten Antriebsdrehzahl die Umfangsgeschwindig keit den Wert von etwa 40 m/s nicht überschreitet und dass die axiale Erstreckung (H) der Schaufelspitzen möglichst klein, jedoch nicht kleiner als etwa 2 - 2, 5 cm vorzugsweise 3, 5 cm bemessen ist.
2. Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelzahl auf der flüssigkeitsbenetzten Seite des Rotors (6) so groß ist, dass -bei der gewählten Antriebsdrehzahl - das Zeitintervall zwischen dem Durchgang zweier benachbarter Schaufeln (8, 9) an einem feststehenden Punkt etwa 5 - 10 ms vorzugsweise etwa 7 - 8 ms beträgt.
3. Einrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (8, 9) in an sich bekannter Weise spiralförmig nach rückwärts gekrümmt sind und einen Austrittswinkel (ß) von etwa 40 - 45 ° bilden.