DE2559236A1

DE2559236A1 - Einrichtung zur begasung von fluessigkeit

Info

Publication number: DE2559236A1
Application number: DE19752559236
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: Verkleinerung der einzutragenden
Gasblasen.
Einrichtung zur Begasung von Flüss igkeit.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit, mit einem völlig in die Flüssigkeit eingetauchten, angetriebenen, förderwirksamen 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 doppelflutigen, radial durchströmten Pumpen bzw. Gebläserades einen Radscheibenkörper mit auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Förderschaufeln 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 flüssigkeitsseitig deckungsgleich angeordnet sind und welches Tauchrohr auf der gasfördernden Stirnseite des Rotors unter Einhaltung eines möglichst engen Spaltes zwischen Tauchrohrkante und axialen Schaufelstirnkanten endigt.
Bei diesen, beispielsweise durch die DT - PS 1732485 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 diesen ohne dessen Hebung kräftig umwälzen . Durch die Eintauchtiefe kommt auch ein für den Gasübergang in die Flüssigkeit günstiger, feinblasiger Gaseintrag und eine wesentlich längere Kontaktzeit 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 und 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 vorhandenen organischen 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 tWasser-,Seite radiale Förderschaufeln angeordnet sind. Diese sollen das flüssige Medium umwälzen und in dieses Gas unterschiedlichster Zusammensetzung oder 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 an dem zwischen dem Saugrohrende und der Radscheibe des Rotors gebildeten Saugspalt einen Unterdruck und saugt dadurch das in dem Ansaugt rohr befindliche Gas an und verteilt dieses in dem Flüssigkeitsstrom.
Angestrebt wird, das einzutragende Gas möglichst feinblasig mit der Flüssigkeit in Kontakt zu bringen. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die bekannten Umwälzbelüfter in dieser Hinsicht zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die axiale Erstreckung der gasfördernden Schaufeln zumindest im radialen Bereich der Tauchrohrendkante wesentlich geringer ist als die axiale Erstreckung der flüssigkeitsfördernden Schaufeln. Aufgrund der geringen Spalthöhe, durch die das Gas in die Flüssigkeit eintreten muss, ist die Gaseintrittsgeschwindigkeit erhöht und eine für die Luftblasengröße wesentliche, relevante Abmessung reduziert. Aufgrund dieser beiden Einflüsse wird die Luft wesentlich feinblasiger eingetragen als mit größerer Spalthöhe. Angestrebt wird eine radiale Luftaustrittsge schwindigkeit im Bereich der Aussenkontur des Radscheibenkörpers von etwa IW###0'm'7s#orzugsweise##vön 2O--#-25-ln--ßsT Um die Förderwirkung des Rotors gasseitig zu verbessern und um einen am Umfang möglichst gleichmäßigen Gasaustritt zu erzeugen, ist es zweckmäßig, wenn die axiale Erstreckung der gasfördernden Schaufeln radial von außen nach innen eine zunehmende Höhe aufweist, Der Schaufelkanalquerschnitt wird dadurch - über seine radiale Erstreckung gesehen - hinsichtlich der Fläche etwa gleichbleibend gestaltet.
Aufgrund des engen Austrittsspaltes wird ein gewisser Austrittswiderstand erzeugt, der einer Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit entgegenwirkt. Um diesen unerwünschten, aber nicht völlig vermeidbaren Einfluß wenigstens teilweise zu kompensieren, ist es zweckmäßig, wenn das dem Rotor zugekehrte Ende strömungsgünstig ausgebildet, vorzugsweise trompetenartig in Richtung auf den Ausstrittsspalt erweitert ist. Aufgrund einer strömungsgünstigen Umlenkung von der axialen Strömungsrichtung im Tauchrohr zu der radialen Austrittsrichtung wird das dafür erforderliche Druckgefälle sehr stark gegenüber bekannten Einrichtungen reduziert, In diese Richtung zielt auch die Maßnahme, den Radscheibenkörper auf der Gasseite - im Radialschnitt gesehen - strömungsgünstig, vorzugsweise einer Hyperbelform angenähert zu konturieren.
Einer feinen Blasenbildung ist es förderlich, wenn auf der gasfördernden Stirnseite des Radscheibenkörpers des Rotors zwischen den radial überstehenden Schaufeln weitere Schaufeln angeordnet sind, die sich radial höchstens so weit wie der Radscheibenkörper selber erstrecken. Die Schaufel zahl auf der Gasseite des Rotors soll höher als die auf der Flüssigkeitsseite sein, aber lediglich die mit den Schaufeln auf der Flüssigkeitsseite deckungsgleich angeordneten Schaufeln der Gasseite sind radial über den Umfang des Radscheibenkörpers hinaus verlängert.
Ein guter Gasdurchsatz und eine hohe Gasaustrittsgeschwindigkeit und eine feine Blasenbildung können begünstigt werden, wenn der Aussendurchmesser des Radscheibenkörpers kleiner ist als der größte Durchmesser des Tauchrohres an seinem, dem Rotor zugekehrten Ende oder größer ist als der Durchmesser einer mit ihm verbundenen, dem Rotor zugekehrten Trennscheibe, Manschette oder dergleichen, zwischen Gas bzw. Rotor einerseits und Flüssigkeit andererseits.
Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen 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 die 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 (Spaltweite h) am Rotor, das dem Motor zugekehrte Ende des Rohres 3 endigt frei in der Atmosphäre, so dass Luft ungehindert angesaugt werden kann. Der Rotor 6 weist oberhalb und unterhalb einer im Radialschnitt strömungsgünstig gestalteten Radscheibe Schaufeln auf, von denen die oberen (8) Luft und die unteren (9) Flüssigkeit fördern. Die Schaufeln 9 der Flüssigkeitsseite und die deckungsgleich mit ihnen angeordneten Schaufeln 8 der Gasseite - es ist von diesen jede zweite -erstrecken sich radial über die Aussenkontur der Radscheibe hinaus. Wenigstens in dem über die Radscheibe überstehenden Bereich sind die Flüssigkeitsschaufeln mit den Luftschaufeln deckungsgleich angeordnet und bilden in diesem Bereich gewissermaßen eine einheitliche Schaufel.
Aufgrund der Drehung des Rotors wird axial an der Beschaufelung Flüssig.
keit angesaugt (Pfeile 10), im Rotor beschleunigt und radial in einer Tellerströmung (Pfeile 15) aus dem Rotor geworfen. Beim Vorbeistreichen der Flüssigkeit am äusseren Rand der Radscheibe 7 wird - unterstützt durch die Förderwirkung der Luftschaufeln 8 - aus dem Rohr 3 Luft durch Injek torwirkung angesaugt und mit der Flüs#sigkeit feinblasig dispergiert.
Zu einer feinen Blasenbildung trägt die geringe Spalthöhe h zwischen Rohrende und Radscheibenkörper und die gleichzeitig damit einhergehende Geschwindigkeitserhöhung bei. Zum Ausgleich für Strömungsverlust ist aufgrund der trompetenartigen Aushalsung des Tauchrohrendes und aufgrund der hyperbolischen Konturierung des Radscheibenkörpers zumindest auf der Gasseite der Übergang in die Radialrichtung besonders strömungsgünstig gestaltet, was einer guten Luftbeschleunigung förderlich ist. Luftseitig sind doppelt so viele Schaufeln wie auf der Flüssigkeitsseite angeordnet durch Zwischenschalten von verkürzten Schaufeln 8 a. Diese tragen zu einer Verbesserung der Förderwirkung auf der Luftseite und zu einer Erhöhung der Luftaustrittsgeschwindigkeit bei. Der größte Durchmesser D der trompetenförmigen Aushalsung des Tauchrohres ist größer als der Aussendurchmesser d des Radscheibenkörpers. Hierdurch kommt die Injektorwirkung der flüssigen Rotoraustrittsströmung besonders gut zur Geltung. Da mit einer Verringerung der Blasengröße bei gleicher Gaseintragsmenge die Kontaktflächen Gas/Wasser vergrössert werden, können auch größere Mengen der in dem eingetragenen Gas enthaltenen wirksamen Bestandteile,wie CO2 im Rauchgas oder # 2 in der Luft, die die gewünschten chemischen oder biochemischen Reaktionen ausführen, von der umgewälzten Flüssigkeit aufgenommen werden.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Einrichtung zur Begasung von Flüssigkeit mit einem völlig in die Flüssigkeit eingetauchten, angetriebenen, förderwirksamen Rotor, der auf der dem Flüssigkeitsspiegel zugekehrten Seite über ein Tauchrohr Gas, vorzugsweise Luft, und auf der gegenüberliegenden Rotorseite Flüssigkeit aus der Umgebung des Rotors ansaugt und beide Medien am Rotoraustritt dispergiert, welcher Rotor nach Art eines doppelflutigen, radial durchströmten Pumpen- bzw. Gebläserades einen Radscheibenkörper mit auf beiden gegenüberliegenden Stirnseiten angeordneten Förderschaufeln 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 flüssigkeitsseitig deckungsgleich angeordnet sind und welches Tauchrohr auf der gasfördernden Stirnseite des Rotors unter Einhaltung eines möglichst engen Spaltes zwischen Tauchrohrkante und axialen Schaufelstirnkanten endigt, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (h) der gasfördernden Schaufeln (8, 8a) zumindest im radialen Bereich der Tauchrohrendkante wesentlich geringer ist als die axiale Erstreckung (H) der flüssigkeitsfördernden Schaufeln (9).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der gasfördernden Stirnseite des Radscheibenkörpers (7) des Rotors (6) zwischen den radial überstehenden Schaufeln (8) weitere Schaufeln (8a) angeordnet sind, die sich radial höchstens so weit wie der Radscheibenkörper (7) selber erstrecken.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung (h) der gasseitigen Schaufelkanäle so bemessen ist, dass aufgrund des gesamten resultierenden gasseitigen Schaufelkanal-Quer -schnittes sich am Rotoraustritt eine Gasgeschwindigkeit von etwa 15 - 30 mls, vorzugsweise etwa 20 - 25 m/s ergibt.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der gasfördernden Schaufeln (8, 8a) radial von aussen nach innen eine zunehmende Höhe aufweist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Rotor (6) zugekehrte Ende des Tauchrohres (3) strömung günstig ausgebildet, vorzugsweise trompetenartig in Richtung auf den Austrittsspalt erweitert ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Radscheibenkörper (7) des Rotors (6) auf der Gasseite - im Radialschnitt gesehen - strömungsgünstig vorzugsweise einer Hyperbelform angenähert konturiert ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser (d) des Radscheibenkörpers kleiner ist als der größte Durchmesser (D) des Tauchrohres (3) an seinem dem Rotor (6) zugekehrten Ende oder größer als der Durchmesser einer mit ihm verbundenen, dem Rotor (6) zugekehrten Trennscheibe, Manschette oder dergleichen, zwischen Gas bzw. Rotor (6) einerseits und Flüssigkeit andererseits.