DE2714308C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Umwälzen und Belüften einer Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Einrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 20 06 313 bekannt. Bei dieser Einrichtung ist der Rotor als flache Scheibe mit an der Unterseite befindlichen radialen Rippen ausgebildet. Die Frei­ räume zwischen den Rippen bilden dabei nach unten offene Kanäle. Die Flüssigkeit wird bei Betrieb des Rotors radial beschleunigt und erzeugt im Zentrum der Scheibe einen gewissen Unterdruck. Durch die an dieser Stelle versehene Bohrung kann die durch die Hohl­ welle angesaugte Luft unterhalb der Scheibe austreten und von da in die Flüssigkeit gelangen. Die Breitenwirkung, die sich mit einer solchen relativ einfachen Einrichtung erzielen läßt, ist begrenzt. Für größere Behälter ist eine solche Einrichtung daher nicht zufrie­ denstellend einsetzbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine verbesserte Einrichtung zum Umwälzen und Belüften von Flüssigkeiten bereitzu­ stellen, die vor allem so beschaffen sein soll, daß eine intensive Vermischung der Flüssigkeit mit Luft mit einer ausreichenden Brei­ tenwirkung erzielbar ist, und zwar unter Verwendung von bewährten, wartungsarmen maschinentechnischen Aggregaten.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor einen mit der Spitze nach unten zeigenden kegelförmigen Mantel aufweist, in dessen Innerem sich eine zentrale Luftkammer befindet, in welche die Austrittsöffnung der Welle mündet, daß die Förderkanäle auf der Außenseite des Mantels angeordnet sind, daß jeder Förderkanal zu­ nächst im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet ist, wobei er in Drehrichtung offen und etwa auf dem letzten Drittel des kegelför­ migen Mantels bis zu seinem Ende geschlossen ist, und daß am Ein­ gang des geschlossenen Bereiches jedes Förderkanals ein Wasserstrahl- Ejektor angeordnet ist, der aus einer Treibdüse, wenigstens einer Ansaugöffnung für die Luft und einem Fang- und Mischraum besteht, wobei die Ansaugöffnung mit der zentralen Luftkammer in Verbindung steht.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Rotors sind in den Unteransprüchen 2, 3 und 4 beschrieben.

Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Rotor erzeugen die rotieren­ den Wasserstrahl-Ejektoren einen wirksamen Unterdruck, durch den über die Hohlwelle und die zentrale Luftkammer Außenluft angesaugt wird, die in den Fang- und Mischräumen mit der Flüssigkeit vermischt wird, die danach aus den freien Auslaßöffnungen der Förderkanäle in die umgebende Flüssigkeit ausgeschleudert wird. Hierbei entsteht in den einzelnen Förderkanälen ein starker Ansaugdruck, so daß die Flüssigkeit aus den Auslaßöffnungen relativ weit in die umgebende Flüssigkeit ausgeschleudert wird.

Da für den Antrieb des Rotors in der Regel ein schnellaufender Motor benutzt wird, ist die Zwischenschaltung eines Untersetzungsgetrie­ bes nicht zu vermeiden. Dabei ist es vorteilhaft, für den Antriebs­ motor und das Übersetzungsgetriebe eine zusammenhängende Ummante­ lung vorzusehen, wodurch auf einfache Weise die Möglichkeit besteht, die entstehende Verlustwärme einzufangen und zusammen mit der zuge­ führten Außenluft der Flüssigkeit zuzuführen. Dies ist vor allem während der kalten Jahreszeit von Vorteil, denn durch die Zufuhr erwärmter Luft wird die Gefahr einer Unterkühlung der zu klärenden Flüssigkeiten wie beispielsweise Abwässer verringert.

Bei einer solchen Ausgestaltung kann es ferner zweckmäßig sein, auf der Verbindungswelle zwischen dem Antriebsmotor und dem Unterset­ zungsgetriebe ein Ventilatorrad anzuordnen, wodurch eine zusätzliche Verdichtung und damit eine axiale Beschleunigung der zugeführten Luft erreichbar ist.

Nach der Installation einer solchen Einrichtung an einem Belüftungs­ becken kann es notwendig sein, die Höhenlage des Rotors gegenüber der Welle zu verändern, um so eine möglichst gute Anpassung an die am jeweiligen Einsatzort vorliegenden Verhältnisse zu erreichen. Um eine solche Veränderung möglichst kurzfristig durchführen zu können, ist es vorteilhaft, die Rotorabdeckung durch eine Spannbe­ festigung mittels Reibungsschluß an der Welle derart lösbar zu be­ festigen, daß eine axiale Verschiebung des Rotors möglich ist.

Weiter kann es zweckmäßig sein, in der Welle unmittelbar oberhalb des Flüssigkeitsspiegels Bohrungen vorzusehen, die von einem oben offenen, unten an der Wellenwandung befestigten Auffangtrichter umgeben sind. Dadurch besteht die Möglichkeit, auf einfache Weise eine etwa auf der Flüssigkeitsoberfläche sich bildende Schaumschicht abzusaugen, um so einer unerwünschten Ausbreitung derselben früh­ zeitig entgegenwirken zu können. Der dabei angesauge Schaum gelangt mit der einströmenden Luft in die Fang- und Mischräume des Rotors und kann durch Mischung mit der Flüssigkeit beseitigt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 schematisch einen senkrechten Schnitt eines Belüftungsbeckens und die Anordnung einer er­ findungsgemäßen Belüftungseinrichtung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Be­ lüftungseinrichtung, wobei einzelne Teile in einem Axialschnitt und der Belüftungsrotor in einem Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 3 dargestellt sind,

Fig. 3 in einem größeren Maßstab eine Draufsicht des Belüftungsrotors mit einem Teilschnitt im Be­ reich eines Förderkanals,

Fig. 4 eine Seitenansicht des unteren Abschnittes einer abgewandelten Ausführungsform einer Be­ lüftungseinrichtung und

Fig. 5 einen Schnitt der Belüftungseinrichtung nach Fig. 4 entlang der Linie I-I der Fig. 4.

Wie aus der Darstellung in Fig. 1 hervorgeht, wird die erfindungsgemäße Belüftungseinrichtung im Zentrum eines Belüftungsbeckens an einer Brücke so angeordnet, daß sich der Belüftungsrotor unterhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform enthält die Belüftungseinrichtung einen Elektromotor 7 mit einer Schallschutzhaube 1, ein Untersetzungsgetriebe 16 und einen Belüftungsrotor. Die gesamte Belüftungseinrichtung wird in eine Brücke 14 eingehängt, die sowohl aus Beton als auch aus Stahl bestehen kann. Mit Hilfe einer Grund­ platte 13 ist eine Ausrichtung der Belüftungseinrichtung möglich. Der Belüftungsrotor kann einen Durchmesser bis zu 4 m haben.

Die Schallschutzhaube 1, die unterhalb der Abdeckung Lufteinlaßschlitze 3 aufweist, umschließt den Elektro­ motor 7 und eine Kupplungslaterne 10. An seiner Ober­ seite ist der Elektromotor 7 mit einem Ventilator 5 ausge­ rüstet, der zur Ansaugung der Luft in das Ventilatorge­ häuse 4 dient, welches auf der Oberseite ein Luftgitter mit Eintrittsöffnungen 2 aufweist. An der Unterseite des Ventilatorgehäuses 4 befindet sich ein Ringspalt 6, aus dem die angesaugte Luft austritt, um dann axial an der Mantelfläche des Elektromotors 7 mit einer Vielzahl von Kühlrippen 8 vorbeizuströmen.

Die Antriebswelle des Elektromotors 7 ist mit dem Unter­ setzungsgetriebe 16 durch eine elastische Kupplung 11 verbunden. Im Bereich der Kupplungslaterne 10 sind mehre­ re über den Umfang verteilte Löcher 9 in etwa Handgröße für die Ausführung von Wartungsarbeiten enthalten. Auf der getriebeseitigen Kupplungshälfte 11 ist ein weiterer Ventilator 12 angeordnet, der die Aufgabe hat, die in die Schallschutzhaube 1 angesaugte Luft durch die Löcher 9 der Kupplungslaterne 10 in den Innenraum 15 des Untersetzungs­ getriebes einzuleiten. Das Untersetzungsgetriebe 16 ist so ausgebildet, daß das Innengehäuse rotiert, während es außen von einem feststehenden Gehäuse 34 umgeben ist, welches entweder schalldämmend ausgebildet ist oder eine schalldämmende Beschichtung aufweist.

Die Antriebswelle des Untersetzungsgetriebes ist über eine Flanschverbindung 19 mit der aus einer Hohlwelle be­ stehenden vertikalen Rotorwelle 22 des Belüftungsrotors verbunden. An der Unterseite des feststehenden Gehäuses 34 des Untersetzungsgetriebes 16 tritt eine Anzahl paral­ lel zur Rotorwelle 22 verlaufender Rohrleitungen 17 aus, die mit einer Ringkammer 20 verbunden sind. Für die Durch­ führung von Wartungsarbeiten sind die Rohrleitungen 17 mit Verschraubungen 18 ausgestattet, während die Ring­ kammer 20 zweigeteilt ist. Die feststehende Ringkammer 20 ist in Richtung auf die Rotorwelle 22 geöffnet, so daß die in die Ringkammer 20 einströmende Luft durch über den Um­ fang der Rotorwelle 22 verteilte Öffnungen 19 a in das Innere der Rotorwelle 22 einströmen kann. Um einen Luft­ austausch zwischen der Umgebung und der Ringkammer 20 zu verhindern, sind entsprechende Abdichtungen 21 vorge­ sehen.

Die Rotorwelle 22 ist an ihrem unteren Ende in eine mitti­ ge Öffnung einer Rotorabdeckung 23 eingesetzt und mit dieser drehfest verbunden. Unterhalb der Rotorabdeckung 23 befindet sich ein kegelförmiger Mantel 28, an den sich im Bereich der Kegelspitze ein Rohrstück 31 mit einem obe­ ren Deckel 30 anschließt. Die Rotorabdeckung 23, der kegel­ förmige Mantel 28 und der Deckel 30 begrenzen eine zen­ trale Luftkammer 27, die - abweichend von der Darstellung in Fig. 2 - zu einem Großteil ausgeschäumt sein kann. Der kegelförmige Mantel 28 enthält auf der Außenseite von der Rotormitte zum Rotorumfang verlaufende Förderkanäle 29, die im mittleren Bereich des Belüftungsrotors in Dreh­ richtung offen sind. Etwa auf dem letzten Drittel des kegelförmigen Mantels 28 ist die offene Seite der Förder­ kanäle bis zum Rotorumfang mit einer Abdeckung 25 a ver­ schlossen (vgl. Fig. 3). Am Eingang dieser geschlossenen Förderkanäle ist ein Wasserstrahl-Ejektor angeordnet, der aus einer Treibdüse 26, wenigstens einer Ansaugöffnung 24 und einem Fang- und Mischraum 25 besteht. Durch die ge­ schlossene Ausbildung der Förderkanäle ist sichergestellt, daß die Strömung im Anschluß an die Treibdüse 26, d. h. im nachgeschalteten Fang- und Mischraum 25, nicht beein­ trächtigt wird.

An der Unterseite des Belüftungsrotors befindet sich ein Flügelrad 32, welches als Strömungsumlenk- und Förderein­ richtung dient. Dieses Flügelrad 32 arbeitet in Verbin­ dung mit einem fliegend gelagerten, nicht rotierenden Gegenrad (siehe Fig. 4) als Zerkleinerer grober Ver­ schmutzungen und dient dazu, Verstopfungen im Bereich der Wasserstrahl-Ejektoren zu verhindern.

Ein Ausführungsbeispiel einer Zerkleinerungseinrichtung mit einem fliegend gelagerten Gegenrad ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Wichtige Bestandteile dieser Ein­ richtung sind zwei Scherelemente. Ein Scherelement wird von den Leitblechen 44 des Flügelrades 32 gebildet, wäh­ rend das andere Scherelement feststeht und im wesent­ lichen die Form eines Speichenrades hat, welches aus einem Innenring 49, radial verlaufenden Scherblättern 51 und einem Außenring 45 besteht (Fig. 5). Das nicht ro­ tierende Scherelement ist mit Hilfe eines Bolzens 42 und eines Gleitlagers 43 am Rohrstück 31 des Flügelrades 32 in axialer Richtung kraftschlüssig gelagert, wobei durch das Gleitlager 43 der Belüftungsrotor in seiner Drehung nicht beeinträchtigt wird.

Um zwischen den aufeinandergleitenden Scherkanten einen vorgegebenen Anpreßdruck aufrechtzuerhalten, ist eine Spanneinrichtung vorgesehen. Zu dieser Spanneinrichtung gehört ein am Bolzen 42 befestigter Querriegel 47, an dem die Enden einer Vielzahl von Gummifedern 48 befestigt sind. Der vorstehend erwähnte Innenring 49 ist ein Rohr­ stück ausreichender axialer Länge, welches am freien Ende ein Außengewinde mit einer Überwurfmutter 53 aufweist. Diese Überwurfmutter dient zur Lagerung eines Schrauben­ bolzens 52, an dessen Ende ebenfalls ein Querriegel sitzt, an dem die anderen Enden der Gummifedern 48 befestigt sind. Mit Hilfe der auf dem Schraubenbolzen gelagerten Mutter kann die Spannung der Gummifedern 48 erhöht und damit der Anpreßdruck zwischen den Scherelementen verstärkt werden. Das überstehende Ende des Schraubenbolzens 52 ist mit­ teils einer Kappe 54 abgedeckt, durch die gleichzeitig die Strömungsumlenkung gefördert wird.

An dem feststehenden Scherelement ist eine Platte 55 ange­ bracht, deren Plattenebene parallel zur Drehachse ver­ läuft und die als Strömungsstabilisator dient. An der Platte 55 greift eine Seilbefestigung 50 an, durch die eine Drehung des unteren Scherelementes verhindert wird.

Die Darstellung in Fig. 4 zeigt eine Einrichtung zur Ab­ saugung einer an der Flüssigkeitsoberfläche befindlichen Schaum- und Schwimmschicht. Diese Einrichtung besteht aus einem die Rotorwelle 22 umgebenden Trichter 35, der am unteren Ende an der Wellenwandung befestigt ist. In der Rotorwelle 22 sind unmittelbar oberhalb des Flüssigkeits­ spiegels Bohrungen 36 enthalten, durch die der auf der Oberfläche der Flüssigkeit befindliche Schaum 37 angesaugt wird.

Fig. 4 zeigt ferner eine lösbare Befestigung des Belüf­ tungsrotors an der Rotorwelle 22, die eine axiale Ver­ schiebung des Belüftungsrotors zur nachträglichen Höhen­ einstellung ermöglicht. Zu diesem Zweck sind ein Spann­ satz 38 und eine Höhenverstellnabe 39 vorgesehen, die mit­ tels Gewindebolzen 40 mit der Rotorabdeckung 23 in Verbin­ dung steht. Durch Lösen des Spannsatzes 38 kann die Rotor­ welle 22 innerhalb der Höhenverstellnabe 39 axial verscho­ ben werden. Neben dieser Grobeinstellung kann mit Hilfe der Gewindebolzen 40 zusätzlich eine Feinregulierung der Höheneinstellung vorgenommen werden. Zur Erzielung einer einwandfreien Abdichtung der Rotorwelle 22 in der mittigen Öffnung der Rotorabdeckung 23 ist eine entsprechende Dichtung 41 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der Belüftungseinrichtung ist folgende:

Das in den Förderkanälen 28 des Belüftungsrotors befind­ liche Wasser wird infolge der durch Rotation erzeugten Zentrifugalkraft in Richtung auf den Rotorumfang ge­ schleudert. Gleichzeitig wird durch die Ansaugöffnung des Flügelrads 32 Wasser aus dem Belüftungsbecken in die För­ derkanäle 28 nachgesaugt. Das innerhalb der Förderkanäle 28 strömende Wasser gelangt in die Wasserstrahl-Ejektoren, wird dort unter Druckabfall in der Treibdüse 26 beschleu­ nigt und in den nachfolgenden Fang- und Mischraum 25 ein­ gespritzt, wo eine innige Vermischung des Wassers mit der aus der zentralen Luftkammer 27 durch die Ansaugöffnungen 24 angesaugten Luft erfolgt. Der Luftstrom und der Ansaug­ druck sind durch die Form der Treibdüsen 26 bestimmt. Das im Fang- und Mischraum 25 entstehende Luft-Wassergemisch wird anschließend mit hoher Geschwindigkeit in das Be­ lüftungsbecken ausgeworfen.

Wie die Darstellungen der Fig. 1 und 2 zeigen, wird das am Rotorumfang austretende Luft-Wassergemisch infolge der Saugwirkung des Belüftungsrotors entlang den Seiten­ wänden des Belüftungsbeckens abwärts zur Beckensohle ge­ führt und schließlich von der Beckenmitte wieder durch den Belüftungsrotor angesaugt. Der Belüftungsrotor er­ zeugt auf diese Weise im Innern des Belüftungsbeckens einen Kreislauf, der in Fig. 1 durch Pfeile und Strö­ mungslinien angedeutet ist. Dieser Kreislauf wird als Wasserkreislauf bezeichnet.

Neben dem vorstehend erläuterten Wasserkreislauf zeichnet sich die Belüftungseinrichtung nach der Erfindung durch einen besonderen Luftkreislauf aus, der in Fig. 2 sche­ matisch dargestellt ist.

Die für das Belüftungsverfahren erforderliche Luft wird durch die Luftschlitze 3 der Schallschutzhaube 1 mit Hilfe des Ventilators 5 des Elektromotors 7 aus der Umgebung angesaugt, durch den Ringspalt 6 des Ventilatorgehäuses 4 geleitet und strömt anschließend an den Kühlrippen 8 des Elektromotors 7 entlang, wobei die Verlustwärme des Motors aufgenommen wird. Durch die Löcher 9 der Kupplungs­ laterne 10 strömt die Luft in den Zwischenraum 15 zwi­ schen dem Innengehäuse und dem Außengehäuse 34 des Unter­ setzungsgetriebes 16. Die Strömungsverluste werden dabei durch den im Bereich der Kupplung zwischen dem Elektro­ motor 7 und dem Untersetzungsgetriebe 16 befindlichen Ventilator 12 gedeckt. Die an den Kühlrippen 8 des Elektromotors 7 erwärmte Luft wird beim Durchströmen des Untersetzungsgetriebes 16 weiter erwärmt, bevor sie durch die Rohrleitungen 17 in die Ringkammer 20 strömt. Von die­ ser Ringkammer 20 tritt die Luft in die Rotorwelle 22 ein und erreicht schließlich die zentrale Luftkammer 27 des Belüftungsrotors. Unter der Saugwirkung der Wasserstrahl- Ejektoren gelangt die Luft in die Fang- und Mischräume 25 und wird gemeinsam mit dem durch die Förderkanäle 29 zuströmenden Wasser in das Belüftungsbecken ausgestoßen. Nach einer von den hydraulischen Verhältnissen abhängigen Aufenthaltszeit wird die Luft schließlich teilweise wie­ der an die Umgebung abgegeben.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Umwälzen und Belüften einer Flüssigkeit, insbesondere von Abwasser, mit einer vertikal angeordneten, antreibenden Welle, die hohl ausgebildet ist und die ober­ halb der Flüssigkeitsoberfläche eine Eintrittsöffnung und unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche eine Austrittsöffnung für die Luft aufweist, mit einem an dem Ende der Welle befestig­ ten Rotor, der sich im Betrieb unterhalb der Flüssigkeits­ oberfläche befindet, und mit in dem Rotor angeordneten Förderkanälen, die von der Mitte zum Umfang des Rotors verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen mit der Spitze nach unten zeigenden kegelförmigen Mantel (28) aufweist, in dessen Innerem sich eine zentrale Luftkammer (27) befindet, in welche die Austrittsöffnung der Welle (22) mündet, daß die Förderkanäle (29) auf der Außenseite des Mantels (28) angeordnet sind, daß jeder Förderkanal (29) zunächst im Querschnitt etwa U-förmig ausgebildet ist, wobei er in Drehrichtung offen und etwa auf dem letzten Drittel des kegelförmigen Mantels (28) bis zu seinem Ende geschlossen ist, und daß am Eingang des geschlossenen Bereiches jedes Förderkanals (29) ein Wasser­ strahl-Ejektor angeordnet ist, der aus einer Treibdüse (26), wenigstens einer Ansaugöffnung (24) für die Luft und einem Fang- und Mischraum (25) besteht, wobei die Ansaugöffnung (24) mit der zentralen Luftkammer (27) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Luftkammer (27) von der Innenseite des kegelförmigen Mantels (28) und einer oberen Rotorabdeckung (23) begrenzt ist, wobei die Rotorabdeckung (23) mit einer mittigen Öffnung auf das Ende der Welle (22) aufgesetzt und mit dieser drehfest und luftdicht verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Förderkanal im Bereich des Fang- und Mischraumes (25) gegenüber der Drehachse der Welle etwa rechtwinkelig verläuft.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebsmotor (7) und ein Unter­ setzungsgetriebe (16) koaxial am äußeren Ende der Welle (22) angeordnet sind und von einer Ummantelung umschlossen sind, die am äußeren Ende des Antriebsmotors (7) Luftein­ trittsöffnungen (3) enthält und am innern Ende mit dem Innenraum der Welle (22) in Verbindung steht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung im Bereich des Antriebsmotors (7) aus einer Haube (1) und im Bereich des Untersetzungsgetriebes (16) aus einem äußeren Getriebegehäuse (34) besteht.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Welle in ihrer Wandung in gleicher axialer Höhe aufeinanderfolgende Boh­ rungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (19 a) von einer luftdicht an die Hohlwelle anschließenden, feststehenden Ringkammer (20) umgeben sind und die Ring­ kammer (20) über Leitungen (17) mit dem vom Getriebegehäuse (34) umschlossenen Raum (15) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Verbindungswelle zwischen dem Antriebsmotor (7) und dem Untersetzungsgetriebe (16) ein Ventilatorrad (12) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorabdeckung (23) durch eine Spannbefestigungsvorrichtung (38) mittels Reibungsschluß an der Welle (22) derart befestigt ist, daß eine axiale Verschiebung des Rotors zwecks Höheneinstellung möglich ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Luftkammer (27) wenigstens teilweise mit Kunststoffschaum ausgefüllt ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Welle (22) unmittelbar oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche Bohrungen (36) enthalten sind, die von einem oben offenen, unten an der Wellenwandung befestigten Auffangtrichter (35) umgeben sind.