DE2643690C2

DE2643690C2 - Begasungseinrichtung

Info

Publication number: DE2643690C2
Application number: DE2643690A
Authority: DE
Inventors: Michael W. Littleton Col. Boex; Jack L. Cooley; David C. Ihrig
Original assignee: Sterling Drug Inc New York NY; Sterling Drug Inc
Current assignee: STWB Inc
Priority date: 1975-09-30
Filing date: 1976-09-28
Publication date: 1986-06-26
Also published as: US3992491A; FR2326224B1; SE7610747L; GB1567453A; DE2643690A1; SE436473B; JPS5243164A; BR7606426A; GB1567451A; CA1048015A; FR2326224A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Begasungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I.

Eine Begasungseinrichtung dieser Gattung zur Erzeugung feiner Gasblasen in einer Flüssigkeil durch Abscheren von Gasblasen ist aus der US-PS 36 50 513 bekannt. Diese bekannte Begasungseinrichtung hat verschiedene bauliche Merkmale, die sowohl seine Gesamtgröße als auch den Druck, unter dem das in die /u behandelnde Flüssigkeit einzuführende Gas dem Begasungsrührer zugeführt werden kann, sehr einschränken. Diese beiden Einschränkungen behindern sehr den Anwendungsbereich eines derartigen Begasungsrührers zum Gasblasenabscheren. Ein großer Durchmesser von z. B. 1,2 bis 3 m und ein Gasdruck von 0,7 bis 2,1 al über dein hydrostatischen Druck in der Tiefe, in der der Begasungsrührer arbeiten soll, sind nämlich sehr wünschenswert. Je größer der Durchmesser des Bcgasungsrührers ist, um so größer ist der potentielle Bereich der porösen Flächen am Begasungsrührer und urr so größer ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein erwünschter hoher Gasdurchsatz von z. B. 700 kg pro Tag erreicht werden kann. Betriebsüberdrücke von 0.7 bis 2,1 atü sind erforderlich. um die gewünschte Gasstromdichtc durch typische poröse Materialien wie keramisches Zicgelmaterial, die zum Einbau in einem Begasungsrührer geeignet sind, zu erzeugen.

Wenn eine offene, lichte Kammer wie sie in der vor-

b5 genannten US-PS beschrieben ist. z. B. mit einem Durchmesser von 2.1 m gebaut würde, würden sowohl die obere als auch die untere Wandung der Kammer einer Gesamtkraft von ca. 55 000 kp ausgcsel/i weiden.

wenn der Begasungsrührer bei einem Gasdruck von 1,4 at über dem umgebenden hydrosta.tischen Druck betrieben würde. Selbst ein Begasungsrührer mit Stahlplatten von 1,9 cm Dicke sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite der Kammer könnte einem derartigen Druck nicht standhalten, wenn keine inneren Stützen vorgesehen wären. Wenn die Konsiruktion verstärkt würde, um den angedeuteten Gasdruck auszuhalten, so wäre das resultierende Gewicht des Rührers so groß, daß die kritische Drehzahl der Welle d. h. die Drehzahl, bei der die erste harmonische Frequenz des rotierenden Körpers zu einer unerwünschten Schwingung führt, welche Drehzahl von der von der Welle gehalterten Masse abhängt, viel niedriger als die Drehzahl wäre, bei der eine Begasungseinrichtung betrieben werden sollte. Um ein derartiges Ergebnis zu vermeiden, müßte ein Begasungsrührer mit dem angedeuteten Aufbau mit bedeutend geringeren Abmessungen oder mit einem bedeutend niedrigeren Gasdruck betrieben werden, als es wünschenswert ist

Ein anderer Nachteil einer offenen, lichten Gaskammer, wie sie in der vorbezeichneten US-PS beschrieben ist, ist durch das große Gesamtvolumen der Kammer bedingt Wenn ein beliebiger Begasungsrührer aus irgendeinem Grund Innendruck verliert, wird die Gaskammer unvermeidlich geflutet Das in die Kammer während dieses Flutens einströmende Wasser muß als Teil der Masse des rotierenden Begasungsrührers angeschen werden, wenn die kritische Drehzahl der Rührerwelle zu ermitteln ist. Zwar wird der größte Teil des Wassers wahrscheinlich aus der Gaskammer ausgestoßen werden, wenn die Kammer wieder ihren Arbeitsdruck erreicht hat, jedoch kann in der Zwischenzeit ein erheblicher Schaden auftreten falls der Rührer gedreht und die kritische Wellendrehzahl während der Dauer des vorübergehenden starken Flütungszusiarids erreicht würde. Diese Schwierigkeit ist am größten bei einer inneren Gaskammer, die sich über das gesamte Volumen des Begasungsrührers erstreckt wie es bei der genannten US-PS der Fall ist

Kin anderer Nachteil des aus dieser US-PS bekanntgewordenen Begasungsrührers ist ausweislich deren Fig. 1 bis 6 dadurch bedingt, daß sich der Gasraum radial nach außen unter dem nicht porösen ringförmigen Umfang des dort gezeigten Begasungsrührers erstreckt Wenn der Gasraum wegen des eben beschriebenen Vcrlusts an Innendruck geflutet wird, kann bei erneuter Rotation des Begasungsrührers eine bestimmte Wassermenge nicht durch den porösen Teil der Wände des Gasraums aus geblasen werden, da sie durch Fliehkrafteinwirkung in den Raum unterhalb des nicht porösen, verjüngten Umfangs des Begasungsrührers gelangt und dort eingeschlossen bleibt. Die Gewichtszunahme des Begasungsrührers wegen des ständig eingeschlossenen Wassers hat einen dauernden Einfluß auf die kritische Drehzahl der Rührerwelle.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, den Begasungsrührer der eingangs erwähnten bekannton Gattung so zu verbessern, daß er auch für relativ große Durchmesser geeignet ist, ohne daß die Gefahr einer Flüssigkeitsansammlung im Gasraum besteht. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs I enthaltenen Merkmale.

Durch die Begrenzung der Gasräume auf dieses stark verringerte Volumen werden verschiedene wichtige Vorteile erzielt. Die Gesamtkraft, die auf die porösen Planen durch das in die Gasräume unter Druck eingeführte Gas ausgeübt wird, ist stark verringert, weshalb ein Begasungsrührer von bedeutend geringeier mechanischer Festigkeit und von bedeutend geringerem Gewicht für einen gewünschten großen Durchmesser verwendet werden kann, was eine angestrebte hohe Drehzahi gestattet Ein gegebenenfalls auftretendes unvermeidliches Fluten betrifft eine bedeutend geringere Wassermenge, so daß der Einfluß von vorübergehend eingeschlossenem Wasser auf die kritische Drehzahl der Rührerwelle sehr gering ist Außerdem wird ein dauernder Einschluß einer beliebigen Wassermenge am Umfang des Begasungsrührers vermieden, was weiter den Einfluß auf die kritische Wellendrehzahl vom in den Gasraum eingedrungenen Wasser klein hält

Es ist theoretisch denkbar, alle Innenräume in dem rotierenden Begasungsrührer mit Ausnahme der Gasräume wasserdicht zu machen, so daß kein Wasser in diese Räume einsickern und so das Gewicht des rotierenden Begasungsrührers erhöhen und damit seine kritische Wellendrehzahl beeinträchtigen kann. Aus praktischen Erwägungen ist es jedoch sr' -vierig, alle diese Räume wasserdicht auszubilden. Demgemäß werden in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung derartige Schwierigkeiten beim Begasungsrührer vermieden, indem im wesentlichen alle Räume radial nach innen zu den Gasräumen des Begasungsrührers. die nicht bereits von Konstruktionselementen des Rührers oder durch die Gaszuleitung eingenommen sind, mit einem leichten Werkstoff relativ niedriger Dichte im Vergleich zum Werkstoff der Hauptkonstruktionselen.-snte des Begasungsröhrers gefüllt sind, welcher Werkstoff im wesentlichen dem Eindringen von Wasser in irgendeinem von ihm eingenommenen Raum widersteht. Zusätzlich wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Winkelteil mit verjüngtem Querschnitt am Begasungsrührer radial außerhalb der porösen Platten befestigt, wobei sein dickster Abschnitt sich nahe den porösen Platten befindet, und dieser Winkeltei! wird auch aus einem Werkstoff relativ geringer Dichte, der zudem praktisch kein Wasser aufsaugt, hergestellt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht mindestens zwölf poröse Platten vor, so daß die theoretisch maximale Winkelbreite jeder porösen Plane etwas kleiner als 30° ist. Obwohl dies die Gesamtfläche der vorhandenen porösen Oberfläche zwischen zwei gegebenen Abständen von der Mitte des Begasungsrührers verringert, wird dadurch beträchtlich die Zuverlässigkeit des Rührers erhöht, nämlich die Gefahr einer Rißbildung in den porösen Platten (die typischerweise aus keramischem Ziegelmaterial gefertigt sind), die sonst wegen der größeren Spannungen in der Platte bei größeren Winkelbreiten auftreten würde, verringert. Z'isätzlich erlaubt die schmalere Winkelbreite jeder porösen PiiStte, daß die Platte ganz dünn gemacht werden kann, ohne daß sie zu zerbrechlich wird, was wiederum ermöglicht, die Sciieibe des Rührers viel dünner als sonst zu machen, so daß der Begasungsrührer ein besseres Betriebsverhaiten zeigt.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist jedesmal zweckmäßig, wenn aufgrund von Rissen oder anderer Schaden eine der porösen Platten des Rührers ausgetauscht werden muß. In diesem Fall ist eine Einrichtung vorgesehen, die am Rührer beide Seitenkanten jedes Plattenhalters, der eine poröse Platte trägt, lösbar sichert, mindestens rine der Seitenkanten des Plattenhalters, die anfangs in Richtung senkrecht zur Ebene des Rührers beweglich ist, wenn die Sicherungseinrichtung gelöst ist. Aufgrund eines derartigen Aufbaus können der Plattenhalter, seine zugehörigen porösen Platten an

der Ober- und Unterseite des Rührers und andere Elemente, die den zugehörigen Gasraum begrenzen, zusammen gleichzeitig aus der Ebene des Rührers auf Wunsch verschwenkt werden, und die andere Seitenkante des Plattenhalters kann dann vom Rührer gelöst werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Seitenkanten von zwei benachbarten Plattenhaltern anfangs gegensinnig senkrecht zur Ebene des Rührers beweglich. Die Befestigungseinrichtungen für diese Seitenkanten können eine Einrichtung aufweisen, die die betreffende Kante mit der Grundtragkonstruktion des Begasungsrührers verschraubt. Auf Wunsch können aber die Plattenhalter mit den betreffenden Seitenkanten so ausgebildet werden, daß sie sich auf entgegengesetzten Seiten von einem der radial verlaufenden Grundkonstruktionselemente des Rührers befinden, wobei die Plstienhalterkanten dieses Grundkonvnktionselement einschließen und miteinander anstatt mit dem Konstruktionselement verschraubt sind. Beim seiben Ausführungsbeispiel trägt die andere Seitenkante jedes Plattenhalters mehrere Vorsprünge, die in komplementäre öffnungen in der Grundtragkonstruktion des Rührers eingesetzt werden.

Alle diese erwähnten Merkmale fördern den Bau eines leicht zu unterhaltenden Hochleistungs-Begasungsrührers.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Begasungseinrichtiing, wobei ein Teil der Welle aus Platzgründen weggelassen ist;

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf den Begasungsrührer von Fig. 1, in teilweise weggebrochenem Zustand, wobei der verjüngte Außenabschnitt, die porösen Platten und die Halter der porösen Platten sowie die Rührflügel der Übersichtlichkeit wegen weggelassen sind;

F i g. 3 einen vergrößerten Teilschnitt 3-3 von F i g. 2:

F i g. 4 bis 6 weitere vergrößerte Teilschnitte 4-4, 5-5 bzw. 6-6 von Fig. 2;

F i g. 7 eine vergrößerte Draufsicht auf den Begasungsrührer von F i g. 1.

Fig.8 eine vergrößerte Draufsicht, teilweise in weggebrochenem Zustand, des Abschnitts 8 von Fig. 7;

F i g 9 eine vergrößerte Draufsicht des Abschnitts 9 von F i g. 2;

Fig. !0 und 1! vergrößerte Teüschnine des verjüngten ringförmigen Umfangs des Begasungsrührers von Fig. 7 bzw. 8. nämüch Schnitte 10-10. bzw. 11-11 von F ig. 8:

Fig. 12 eine vergrößerte Draufsicht des Plattenhalters, auf dem die poröse Platte von F i g. 8 liegt;

Fig. 13 einen weiteren vergrößerten Teilschnitt 13-13des Plattenhalters von Fig. 12;

Fig. 14 einen ähnlich vergrößerten Teiischnitt 14-14 des Plattenhalters von F i g. 12:

Fig. 15 einen vergrößerten Teiischnitt 15-15 von F i g. 8. der zeigt, wie benachbarte Plattenhalter wie in Fig. 12 bis 14 abgebildet, an einem radial verlaufenden eo Konstruktionsteil der Scheibe von F i g. 2 befestigt werden können;

F i g. 16 und 17 ähnlich F i g. 15 abgewandelte Ausf ührungsbeispiele der Befestigung der Halter der porösen Platten an einem radial verlaufenden Konstruktionsteil des Begasungsrührers von F i g. 2; und

F i g. 18 Schnittansicht der Speichen von F i g. 8;

Fig. 19 eine vergrößerte Ansicht des äußersten linken Abschnitts von F i g. 3.

Gesamtaufbau der Begasungseinrichtung

F i g. I zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Begasungseinrichtung 20 für Gasblascnabscherung. Die Einrichtung 20 hat einen scheibenförmigen Begasungsrührer 22. der durch mehrere Bolzen 24 an einem mittigen Ring 25 starr befestig! ist, der mil einer Hohlwelle 26 verschweißt ist. Die Hohlwelle 26, die um eine Achse 27-27 umläuft, wird über ein Untersetzungsgetriebe 28 von einem Elektromotor 30 angetrieben, die beide oberhalb des normalen Stands der Flüssigkeit angeordnet sind, in die der Begasungsrührer 22 eingetaucht wird. Der Elektromotor 30 ist vorzugsweise drehzahlregeibar.

Die Hohlwelle 26 ist weggebrochen gezeigt, um anzudeuten, daß der Begasungsrührer 22 sich normalerweise ca. 3,6 bis 4,2 m unterhalb des Spiegels der zu durchmischenden Flüssigkeit — z. B. in einem Belüftiingstank einer herkömmlichen Anlage zur Behandlung von aktiviertem Abwasserschlamm — befindet, in die feine Gasblasen durch Rotation des Begasungsrührers 22 einzuführen sind.

Eine Buchse 32 kann durch Spannbacken 37 und zugehörige Bolzen 38 an der Hohlwelle 26 in vorbestimmter Tiefe ir einer Zone zwischen zwei Anschlägen, nämlich einem unteren Anschlag 34 und einem oberen Anschlag 36, die von der Hohlwelle 26 getragen sind, befestigt werden. Die Buchse 32 trägt ihrerseits eine schraubenlinienförmige Schraube 40 zum Untertauchen einer Aufschwemmung, so daß bei Rotation der Hohlwelle 26 die Schraube 40 eine vorhandene »Aufschwemmung« in Form von durchmischten Luftblasen und suspendierten Feststoffteilchen auf der Oberfläche des flüssigen Inhalts des Tanks, in dem der Begasungsrührer 22 verwendet wird, unter die Flüssigkeiisoberfläche herunterdrückt.

Der Umlauf der Flüssigkeit unmittelbar über dem rotierenden Begasungsrührer 22 wird durch Rührflügel 42 auf der Oberseite desselben bewirkt. Eine ähnliche Bewegung der Flüssigkeit im Tank unmittelbar unterhalb des rotierenden Begasungsrührers 22 wird durch Rührflügel 44 hervorgerufen, die sich an der Unterseite desselben befinden. Auf diese Weise helfen die Rührflügel 42 und 44, die beide herkömmlichen Aufbau haben, in der Flüssigkeit des Tanks die in dieser suspendierten Feststoffteilchen in Suspension zu halten.

Der Begasungsrührer 22 gemäß F i g. I hat einen Außendurchmesser von ca. 2,1 m, was ungefähr dem !.Machen seiner maximalen Dicke im Gasblascnabschcrbereich entspricht. Der Umfang des Begasungsrührers 22 ist bei 46 bis auf eine Dicke von etwa 1,6 mm verjüngt.

Die Hohlwelle 26 bildet eine Hauptzuleitung 48. in welche das Gas. das in die zu behandelnde Flüssigkeit eingeleitet werden soll, eingeführt wird, und zwar über einen Drehanschluß 49, der an eine (nicht gezeigte) Druckgasquelle angeschlossen ist.

Tragkonstruktion

Die Grundtragkonstruktion des Begasungsrührers 22 ist am besten aus F i g. 2 ersichtlich. Eine Nabenplattc 50 hat Bolzenlöcher 52 zur Aufnahme von Bolzen, durch die sie an einem mittigen Ring 25 befestigt ist, der von der Welle 26 getragen ist. Die Nabenplatte 50 hat eine sich nach außen erstreckende Schulter 54. an der im Ausführungsbeispiel von Fig.2 sechs starre Speichen

56 befestigt sind, clic sich von dort radial nach außen erstrecken. F.inc gleiche Anzahl von starren Gaszuleitungen 58 ist ähnlich an der Nabenplatte 50 befestigt und erstreckt sich radial nach außen zwischen den Speichen 56. Die Speichen 56 und die Zuleitungen 58 können aus irgendeinem festen Werkstoff wie Stahl oder irgendeinem anderen stabilen Werkstoff gefertigt sein.

Eine größere Anzahl von Speichen 56 und Zuleitungen 58 kann verwendet werden, wenn z. B. die Dicke der porösen Platten verringert oder der Gesamtdurchmesscr des Rührers erhöht werden soll. Die Notwendigkeit, die Rißgefahr in den porösen Platten klein zu halten, kann dann starker wiegen als der Verlust an Gasdispersionsfläche wegen der größeren Anzahl von nicht porösen Flüchen /wischen der erhöhten Anzahl von Platten.

Eine kleinere Anzahl von Speichen 56 kann ebenfalls verwendet werden, obwohl für die Stabilität mindestens drei erforderlich sind. Gewünschtenfalls brauchen gesonderte hohle Zuleitungen 58 nicht verwendet zu werden. Der äußere Abschnitt der Speichen 56 versteift dann ausreichend den Begasungsrührer 22, während ihr innerer Abschnitt die radial vertaufenden Gasleitungen bilden kann.

Gemäß F i g. 4 hat jede Speiche 56 in diesem Ausführungsbcispiel einen äußeren quadratischen Querschnitt um eine ebene Ober- und Unterseite von beträchtlicher Fläche, an der eine Verkleidung 60 befestigt werden kann. Auf Wunsch kann das Innere jeder Speiche 56 mit einem leichten festen Werkstoff 62 ausgefüllt sein.

Gemäß F i g. 5 hat jede hohle Gaszuleitung 58 einen Kreis querschnitt und ist in diesem Ausführungsbeispiel von einer zusätzlichen starren, hohlen Speiche 64 mit äußerem quadratischen Querschnitt umgeben, die an der Nabenplatte 50 befestigt ist und von dieser sich radial nach außen erstreckt. Diese zusätzlichen Speichen, die aus Metall oder irgendeinem anderen festen Werkstoff bestehen, haben eine zusätzliche ebene Ober- und Unterseite beträchtlicher Fläche, an der die Verkleidung 60 befestigt werden kann. Jede Zuleitung 58 erstreckt sich über die hohle Speiche, in der sie angeordnet ist, nach außen, um einen äußeren plattentragenden Abschnitt zu ergeben, der in einer noch zu beschreibenden Weise hilft, die die Gasdiffusionsfläche bildenden Glieder zu tragen.

Eine kreisförmige Felge 66 ist am äußeren Ende der Speichen 56 und der hohlen Gaszuleitungen 58 befestigt, um diese Anordnung von radial nach außen verlaufenden Konstruktions-Grundteilen zu versteifen. Zusätzlich erstrecken sich Stege 68 zwischen jedem benachbarten Paar Speichen 56 und zusätzlicher hohler Speichen 64, die ungefähr auf drei Vierteln des Abstands von der Drehachse 27 zur kreisförmigen Felge 66 angeordnet sind. Die Stege 68 können U-Profil haben, wie in Fig.6 gezeigt ist, so daß zusätzliche ebene Deck- und Bodenflächen gewonnen sind, an denen die Verkleidung 60 befestigt werden kann.

Die Verkleidung 60 kann aus irgendeinem geeigneten Werkstoff wie rostfreiem Stahl mit einer Dicke von ca. 0,125 cm gefertigt sein. Die Verkleidung 60 ist ringförmig und erstreckt sich von der Nabenplatte 50 in ihrer Mitte nach außen bis zu ungefähr drei Vierteln des Abstands bis zur Felge 66, und zwar sowohl auf der Oberais auch auf der Unterseite des Begasungsrührer 22. Sie bedeckt die Anordnung der Speichen 56, der zusätzlichen Speichen 64, die die hohlen Zuleitungen 58 aufnehmen, und die Einrichtung zur Befestigung dieser radial verlaufenden Glieder an der Nabenplatte 50, so daß sie eine Ober- und Unterseite des Begasungsrührer 22 bildet.

Die bisher beschriebene Konstruktion ist im Querschnitt in F i g. 3 gezeigt, und zwar im Querschnitt 3-3 von Fig. 2. Der Querschnitt von F i g. 3 ist weggebrochen, um anzudeuten, daß ein großer Teil der kreisförmigen Verkleidung 60 mit der darunterliegenden Tragkonstruktion weggelassen ist. Das äußere Ende 67 jeder hohlen Gaszuleitung 58 ist durch eine geeignete Einrichtung geschlossen, z. B. die kreisförmige Felge 66 im vorliegenden Ausführungsbeispiel.

Poröse Platten

F i g. 7 ist eine Draufsicht auf den vollständigen Begasungsrührer 22 mit porösen Platten 70 und verjüngtem kreisringförmigen Umfangsabschnitt 72, jedoch ohne die Rührflügel 42, während die Befestigung der Platten 70 an dem Begasungsrührer 22 nur schematisch angedeutet ist.

Jede poröse Platte 70 hat die Form eines Sektors eines Kreisrings, wobei seine Seitenkanten 73 radial mit dem Rührer fluchten. Der Werkstoff, aus dem die porösen Platten 70 gefertigt sein können, kann irgendein poröser Werkstoff mit öffnungen kleiner als ca. 50 μιη sein. Bessere Ergebnisse werden mit porösen Platten erhalten, deren Öffnungen kleiner als ca. 25 μιη sind, und die maximale Porengröße im porösen Werkstoff, aus dem die Platten 70 gefertigt werden, beträgt vorzugsweise ca. 10 μηι. Die porösen Platten können z. B. aus poröser Keramik, porösem Sintermetall, porösem Sinterkunststoff, mikroporösem rostfreiem Stahlsieb od. dgl. gefertigt sein.

Eine Anzahl derartiger poröser Platten 70 wird von der vorher beschriebenen Anordnung der Speichen 56 und der radial verlaufenden Zuleitungen 58 an mindestens entweder der Oberseite oder der Unterseite des Begasungsrührers 22 getragen. Eine Platte befindet sich an der Ober- oder Unterseite des Rührers 22, und im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite des Rührers 22, zwischen jeder radialen Gaszuleitung 58 und den unmittelbar benachbarten Speichen 56, die an jeder Seite von ihr liegen.
Gemäß Fig.2 und 7 sind die porösen Platten 70 unmittelbar innerhalb der kreisförmigen Versteifungs-Felge 66 angeordnet.

Halter für die porösen Platten

F i g. 12 zeigt eine Draufsicht eines Halters 74 für poröse Platten, der hier zwei poröse Platten 70 trägt, nämlich eine an der Oberseite und eine an der Unterseite des Begasungsrührers 22.
Außerdem begrenzt der Plattenhalter 74 mit der oberen und der unteren porösen Platte 70. die von ihm getragen werden, einen Gasraum 76 unter jeder porösen Platte 70 an der Oberseite des Rührers. Da jede poröse Platte an der Oberseite des Rührers von einer schmalen Leiste 78 getragen ist, die um den Umfang des Halters 74 der porösen Platten verläuft, hat jeder Gasraum 76 unterhalb der porösen Platte 70 eine Fläche, die im wesentlichen nur gleich der Wirkfläche seiner porösen Platte 70 ist.

Fig. 13 und 14 sind Schnittansichten 13-13 bzw. 14-14 des Halters 74 der porösen Platten von F i g. 12. Gemäß Fig. 13 und 14 erstreckt sich eine Leiste 80 um den Boden des Umfangs des Plattenhalters 74 herum, ähnlich wie sich die Leiste 78 um den Plattenhalter an des-

sen Oberseite herum erstreckt.

Mehrere Tragfinger 82 springen von einer Schulter 84 nach innen vor, die durch die Leisten 78 und 80 begrenzt ist. Die Tragfinger 82 liegen unter den porösen Platten 70 an diesen an; gewünschienfalls kann zur weiteren Erhöhung dti Festigkeit dieser Anordnung vorgesehen sein, daß Teile der Tragfinger 82 an den porösen Platten durch ein peeignetes Bindemittel (Klebstoff) befestigt sind. Die Außenrandabschnitte jeder porösen Platte 70 sind in jedem Fall mit den Leisten 78 und 80 verklebt, ebenso wie mit den umgebenden Wänden 86 und 88, um eine gasdichte Kammer oder einen gasdichten Raum 76 zu ergeben.

Der Plattenhalter 74 kann aus irgendeinem geeigneten Werkstoff bestehen. Polyurethan hat sich als sehr zufriedenstellend erwiesen, da es ein fester Werkstoff ist, der jedoch biegsam genug ist, um Stoßbelastungen auszuhalten. Außerdem gibt er eine gute Haftverbin-UUMg mit puiüsen Plaüen aus einem typischen Material wie keramischem Ziegelmatcrial, außerdem absorbiert er gewöhnlich nur 1 Gew.-% Wasser, wenn er in eine wäßrige Flüssigkeit eingetaucht wird. Die Kriterien für die Wahl des Werkstoffs, aus dem der Plattenhalter 74 zu fertigen ist, umfassen Biegsamkeit, Festigkeit, Verträglichkeit mit der umgebenden Flüssigkeit, in der der Begasungsrührer zu verwenden ist, Dauerdeformationsfestigkeit, Verträglichkeit mit dem zum Zusammenbau des Gasraums 76 verwendeten Klebstoff. Wasserabsorption usw.

Gasräume

Jeder Gasraum 76 wird mit Druckgas gespeist, das zuerst über die Hauptzuleitung 48 und dann radial nach außen über die Zuleitungen 58 zu Öffnungen 90 an beiden Seiten der Zuleitung gefördert wird (Fig.3). Gemäß F i g. 2,8 und 9 erstrecken sich zwei Zweigzuleitungen 92 von den Öffnungen 90 in der hohlen Zuleitung 58 über Wirkverbindungen, die durch geeignete Rohrverbindungsstücke 94 gebildet sind. Die Öffnungen 90 befinden sich an einer Stelle, die etwas nach innen gegenüber dem verschlossenen äußeren Endabschnitt 67 der Zuleitung 58 versetzt ist.

Ein Rohrverbindungsstück 100 am anderen Ende jeder Zweigzuleitung 92 verbindet diese mit einem entsprechenden Gasraum 76 unter den porösen Platten 70, die sich benachbart zu und an entgegengesetzten Seiten der Gaszuleitung 58 befinden.

Befestigung der Halter für die porösen Platten

Jeder Halter 74 für poröse Platten ist an seinen Seiten- oder Radialkanten 102, 104 mit den Speichen 56 und den radial verlaufenden Zuleitungen 58 lösbar verbunden. Zu diesem Zweck — vgl. F i g. 12, 14 und 18 — trägt jede Seitenkante 102 zwei Vorsprünge 106. Für denselben Zweck, wie am besten aus Fig.3, 18 und 19 ersichtlich ist, hat jede Speiche 56 zwei komplementäre Öffnungen oder Schlitze 108 in jeder Seitenwand des Endabschnitts der Speiche.

Wenn jeder Plattenhalter 74 und seine zwei zugehörigen porösen Platten 70 in Arbeitsstellung um die äußeren Abschnitte des Begasungsrührers 22 herum angeordnet sind, befinden sich die Vorsprünge 106 in den zugehörigen Öffnungen 108, '.νιε in Fi g. 18 angedeutet ist. Fi g. 18 und 8 zeigen in Schnittansicht bzw. ir Draufsicht die Verkleidungsabschnitte 60a, die an der Ober- und Unterseite der Speichen 56 befestigt sind, um eine

im wesentlichen glatte Ober- und Unterseite in diesem Bereich des Begasungsrührers 22 zu ergeben.

Wie in Fig. 18 angedeutet ist, können kleine Spulten zwischen den fluchtenden Flächen des Vcrklcidungsicils 60;; und den benachbarten Plattenhaltern 74 vorgesehen sein. Für ein gutes hydrodynamisches Verhalten sollten diese Spalten nicht breiter als jeweils 0,17 cm sein, vorzugsweise nur 0. 08 cm, jedoch ist es normalerweise in der Praxis nicht notwendig, eine weitere Verringerung dieser Spalten auf einen beträchtlich kleineren Wert zu versuchen.

Die andere Seite des Plattenhalters 74. nämlich der Kantenabschnitt 104, ist an dem Begasungsrührer 22 so lösbar gesichert, daß sie anfangs in Richtung senkrecht zur Ebene des Rührers 22 verschiebbar ist, wenn die zugehörige Befestigungseinrichtung gelöst ist. Fig. 14 und 15 sowie F i g. 14 und 16 zeigen eine überhängende Flanschkonstruktion am Kantenabschnitt 104, die zwei »u_n^_Mnf:.._n υΛ_πι;^ΐΌ;*ηη At*r Bciesti^'jr!" bersuchbsrter Plattenhalter 74 an einer radialen Gas/.ulcitung 58 ergibt.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 15 umgeben Teile der Seitenkanten 104 von zwei benachbarten Plattcnhaltern 74 den Plattentragabschnitt (der im vorliegcnden Ausführungsbeispie! hohl ist) des äußeren Endes der radialen Zuleitung 58. Die Seitenflanschcn 104 vom benachbarten Plattenhalter 74 legen sich komplementär um die Zuleitung 58 und sind miteinander durch Schrauben 110 verschraubt. Der Flansch 104 am linken Plattcnhalter 74 in Fig. 15 fluchtet mit der Oberseite der Scheibe 22, während der Flansch 104 am rechten Plattcnhalter 74 mit der Unterseite der Scheibe 22 fluchtet.

Zum Ausbau und Auswechseln des Plattcnhaltcrs 74 und seiner zugehörigen Platten 70 links in F i g. 15 können die beiden lösbaren Befestigungscinriehtungen oder Schrauben 110 entfernt werden, wonach der Halter und seine zugehörigen Platten im Uhrzeigersinn aus der Ebene des Rührers 22 herausgeschwenkt werden können. Während dieses anfänglichen Schwcnkcns werden die Vorsprünge 106 in der anderen Seitenkante des Plattenhalters 74 etwas in komplementäre Öffnur jen 108 in der Speiche 56 verschwenkt. Nachdem der Plattenteller 74 um einen gewissen Abstand aus der Ebene des Rührers herausbewegt worden ist, können die Vorsprüngc 106 seitlich aus den Öffnungen 108 herausbcwegl werden, so daß die andere Seitenkante des Plaitcnhaltcrs vom Rührer gelöst wird.

Der Plattenhalter 74 auf der rechten Seite der hohlen Zuleitung 58 in Fig. 15 kann durch eine ähnliche anfängliche Gegenuhrzeigersinn-Schwenkung entfernt werden, worauf der Eingriff der Vorsprünge 106 in die komplementären Öffnungen 108 an der anderen Seitenkante des Plattenhalters gelöst wird.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 16 sind lösbare Befestigungen oder Schrauben 110 unmittelbar in den äußeren Endabschnitt 58a aus Vollmaterial der Zuleitung 58 eingeschraubt, um die einzelnen Flanschen 104 der Plattenhalter 74 zu sichern. Jeder Plattenhalter 74 kann aus seiner entsprechenden Stellung, in der er das Konstruktionsteil 58a umgibt, entfernt werden, indem seine zugehörigen lösbaren Befestigungsmittel oder Schrauben 110 entfernt werden und der Plattenhalter anfänglich im Gegenuhrzeigersinn verschwenkt wird, wonach der Eingriff der Vorsprünge 106 in die komplementären Öffnungen 108 in der Speiche 56 an der anderen Kante des Plattenhalters gelöst wird.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Befestigungseinrichtung der Plattenhaltcr ist in Fig. 17 abgebildet.

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Dei diesem Ausführungsbcispiel trügt eine Seitenkante jedes Plutlenhaltcrs 74 eine Schulte·· 112, die eine Leiste 114 sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite des Rührers ausbildet.

Schienen 116, die unmittelbar am äußeren Endü 78 aus Vollmaterial der Zuleitung 78 durch lösbare Befestigungsmittel oder Schrauben 110 befestigt sind, begrenzen die Schultern 112 an den Leisten 114 sowohl an der Ober- als auch an der Unterseite des Rührers.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kamn jeder Plattenhaller 74 mit seinen zugehörigen porösen Platten 70 auf Wunsch ausgebaut werden, indem die Schrauben 110 und die entsprechende umgreifende Schiene 116 entfernt werden. Die Seitenwände 11« jeder umgreifenden Schiene 116 sird etwas abgeschrägt, um ein Verschwenken des Plattcnhaliers 74 entweder im Gegenuhrzeigeroder im Uhrzeigersinn ?u erlauben, je nachdem, ob der Plattenteller durch Bewegen nach oben oder unten relativ zum Rührer ausgebaut werden soll.

Verjüngte Umfangsabschnitte

Die verjüngten Umfangsabschnitte 72 bilden einen Ringteil des Begasungsrührer 22 außerhalb der kreisförmigen Felge 66. Die Positionierung der verschiedenen Abschnitte, die zusammen den Ringteil 72 bilden, ist am deutlichsten aus Fig. 7 ersichtlich, während ihr Querschnitt und die Vorbindung miteinander sowie mit der Felge 66 am deutlichsten in F i g. 8,10 und 11 gezeigt sind.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht verjüngte Segmente auf Dauer miteinander durch Kunststoffsohle 120 verbunden. Die dadurch gebildete Ringeinhcil 72 von verjüngten Segmenten ist an der Felge 66 durch Schrauben 122 befestigt. Der dickste Abschnitt der verjüngten Segmente befindet sich nahe der porösen Platten 70.

Die ringförmigen verjüngten Segmente 72 sind vorzugsweise aus einem leichten Werkstoff mit relativ geringer Dichte im Vergleich zum Werkstoff der Speichen 56 und der Gaszuleitungen 58 gefertigt. Der Werkstoff sollte auch im wesentlichen kein Wasser absorbieren oder sonstwie aufnehmen. Polyurethan-Schaum hat sich als geeigneter Werkstoff für die verjüngten Segmente 72 erwiesen.

Füllereinsätze

Da es schwierig ist. die Verkleidung 60 an der Schuller 54 der Nabenplatte 50,den Speichen 56, den zusätzlichen Speichen 64 und den Stegen 68 mit wasserdichten Dichtungen zu befestigen, kann Flüssigkeit in die durch diese Bauteile gebildeten keilförmigen Räume einsikkern. Jede derartige Flüssigkeit führt zu den oben angeführten unerwünschten Ergebnissen. Dies wird durch Verwendung von Einsätzen 124 vermieden, die nach Form und Abmessungen alle Flaume zwischen der Ober- und der Unterseite des Begasungsrührers 22 radial innerhalb der Gasräume 76 mit Ausnahme der Räume, die durch die erwähnten Bauteile und die Hauptgaszuleitung des Rührers bereits eingenommen sind, ausfüllen (F ig. 2).

Jeder leichte Werkstoff mit relativ geringer Dichte im Vergleich zum Werkstoff der Speichen kann für die Füllereinsätze 124 verwendet werden, sofern er nur hinreichend widerstandsfähig gegenüber dem Eindringen von Wasser in den von ihm eingenommenen Raum ist. Geschäumtes Glas mit geschlossener Zellstruktur hat sich als besonders geeignet für die Herstellung der Einsalzt 124 erwiesen. Ein derartiger Glasschaum mit geschlossenen Zellen absorbiert nur sehr wenig Flüssigkeit. Außerdem erhöhen die Einsätze 124 aus derartigem Material die Widerstandsfähigkeit des Begasungsrührers 22 gegenüber Druckspannungen beim Eintau~hen dieses Rührers sogar in sehr beträchtlicher Tiefe der zu behandelnden Flüssigkeit, da ein derartiger kommerziell erhältlicher Glasschaum einem Druck von mehr als 7 at

ίο standhält.

Der Begasungsrührer gestattet eine sofortige hochwirksame Erzeugung von feinen Gasblasen zur Dispersion in einer Flüssigkeit, in die der Rührer eingetaucht ist. Die Zufuhr von Druckgas zur Hauptzuleitung 48, svenn der Begasungsrührer 22 um die Achse 27-27 rotiert, während sie in der Flüssigkeit eingetaucht ist, läßt das Gas über die Zuleitungen 58 und die Zweigzuleitungen 92 in den Gasraum 76 und von dort durch die porösen Platten 70 nach außen strömen. Dadurch werden Ireiwerdende Gasbiasen an der Oberfläche der porösen Platten 70 erzeugt, dip durch Scherkräfte abgeschert werden, die von der Flüssigkeit auf den Rührer bei dessen Rotation in ihr ausgeübt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Begasungseinrichtung (20) zum Einbringen eines Gases in eine Flüssigkeit mit einem Begasungsrührer (22), mit einer Hohlwelle (26), an der der Begasungsrührer koaxial befestigt ist, die eine Hauptzuleitung (48) für das in die Flüssigkeit einzuführende Gas bildet und die über einen Drehanschluß (49) an einer Druckgasquelle angeschlossen ist und mit kreissektorförmigen porösen Platten (70), die von einem Plattenhaiter (74) in der Nähe des Außenrandes an der Ober- und/oder Unterseite des Begasungsrührers gehalten sind, wobei der Plattenhalter mit den Platten einen Gasraum (76) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß den porösen Platten voneinander getrennte Gasräume (76) zugeordnet sind, deren Ausdehnungen in radialer Richtung und in Umfangsrichtung auf die Abmessungen der zugehörigen Platten im wesentlichen beschränkt sind, daß der Plattenhalter (74) durch mehrere, an der Hohlwelle befestigte starre Speichen (56) gehalten ist und daß das Gas über Gaszuleitungen (58) von der Hohlwelle zu den getrennten Gasräumen geführt wird.

2. Begasungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten der porösen Platten (70) und die Seitenkanten des Plattenhalters (74) radial verlaufen.

3. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, v-adurch gekennzeichnet, daß jede der porösen Platten (70) zwischen j-'der radialen starren Gaszuleitung (58) und der unmittelbar benachbarten Speiche (56) an jeder Seite oerse'nen angeordnet ist und die Form eines Ringsektors hat.

4. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß je eine von zwei Zweigzuleitungen (92) an jeder Seite jeder Gaszuleitung (58) vor dem geschlossenen äußeren Ende der Gaszuleitung (58) angeordnet ist. wobei ein eine poröse Platte tragender Abschnitt (70) am äußeren Ende jeder Gaszuleitung (58) frei bleibt, während das freie Ende jeder Zweigzuleitung (92) in den Gasraum (76) mündet.

5. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (56), die Gas/.uleitungen (58) und die Befestigung der Gaszuleitungen (58) an der Hohlwelle (26) an ihrer Ober- und Unterseite durch eine scheibenförmige Verkleidung (60) abgedeckt sind, die sich zwischen der Hohlwelle (26) und den porösen Platten (70) erstreckt.

6. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß alle freien Räume zwischen der Ober- und der Unterseite des Begasungsrührers (22) radial innerhalb der Gasräume (76) im wesentlichen mit einem leichter, wasserabstoßenden Material (124) von relativ geringer Dichte im Vergleich zum Werkstoff der Speichen (56) ausgefüllt sind.

7. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche I bis 6. gekennzeichnet durch einen Ring (72), der radial außerhalb der porösen Platten (70) an den Speichen (56) und Gaszuleitungen (58) befestigt ist und aus einem leichten, wasserabstoßenden Werkstoff relativ geringer Dichte im Vergleich zum Werkstoff der Speichen (56) besteht und einen sich radial nach außen verjüngenden Querschnitt hat.

dessen dickster Teil nahe den porösen Platten (70) angeordnet ist.

8. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Scitenkanten (102,104) jedes Plattenhalters (74) an den Speichen (56) und Gaszuleitungen (58) lösbar befestigt sind, wobei mindestens eine der Seitenkantcn (102, 104) anfangs in eine Richtung senkrecht zur Ebene des Begasungsrührers (22) beweglich ist,

to wenn ihre zugehörige Befestigungsvorrichtung (MO) gelöst ist

9. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seitenkante des Plattenhalters (74) mit einer Speiche (56) kuppelbar ist, während die andere Seitenkante (104) des Plattenhalters (74) einen Vorsprung trägt, der mit einer der Gaszuleitungen (58) verschraubbar ist.

10. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Seitenkante des Plattenhalters (74) mehrere Vorsprünge (IÖ6) aufweist, die in komplementäre Öffnungen (108) in einer Speiche (56) einsetzbar sind.

11. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Befcstigungsvorrichtung (110) jeden sich nach außen hin erstreckenden Flansch (104) eines Plaitenhaltcrs (74) mit dem unmittelbar benachbarten Plattenhaiter lösbar verbindet.

12. Begasungseinrichtung nach einem der Ansprüehe 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine gleiche Anzahl starrer Speichen (56) und starrer Gaszuleitungen (58) in Umfangsrichiung des Bcgasungsrührers (22) abwechselnd angeordnet sind.