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Schwimmender Umwälzbelüfter für Flüssigkeiten.
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Die Erfindung betrifft einen schwimmenden Umwälzbelüfter nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1, wie er beispielsweise aus der DE-OS 25 59 237 als bekannt
hervorgeht. Eine schwimmende Anordnung solcher Begasungsgeräte ist nicht nur bei
großflächigen Gewässern wie Seen, Teichen oder Gräben angezeigt, sondern auch bei
in Behältern gepufferten und behandelten Flüssigkeiten, bei denen mit starken Spiegelschwankungen
zu rechnen ist.
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Gerade beim Einbau von schwimmenden Umwälzbelüftern in Behältern bilden
sich aber in dem Raum zwischen dem Schwimmkörper und der Behälterwand Totzonen,
die von der Strömung bzw. Wirkung des Umwälzbelüfters nicht oder nur sehr schlecht
erreicht werden und in denen festere Schwimmdecken und Fäulnis sich bilden können,
die ihrerseits ungünstige Rückwirkungen auf den Behälterinhalt und die Schwimmfähigkeit
und Sauberkeit des Umwälzbelüfters haben.
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Der drehbeweglich fixierte Umwälzbelüfter nach der eingangs bereits
genannten DE OS 25 59 237 ist nur zum Einsetzen in groß flächigen Gewässern geeignet,
weil er exzentrisch um einen festen Mittelpunkt kreist und eine relativ große Wasserfläche
bestreicht.
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Zu seinem Antrieb ist um den Umwälzbelüfter herum unterhalb der Wasseroberfläche
ein Reflexionsschirm nach Art eines Parabolspiegels angeordnet, der einen in Richtung
der Öffnung des Parabolspiegels wirksamen Rückstoß erzeugt, der zur Aufrechterhaltung
der kreisenden Bewegung des Umwälzbelüfters ausgenützt wird. Ein solcher Rückstoßantrieb
versagt
aber in Fällen, in denen aus Platzgründen garkeine oder nur eine sehr geringe Exzentrizität
der Drehbewegung des Umwalzbelfifters relativ zu einem Fixpunkt zugelassen werden
kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ausgestaltung des zugrundegelegten
Umwälzbelüfters anzugeben, aufgrund der die Strömungs- und Begasungswirkung alle
Teile des Flüssigkeitsraumes gleichermaßen erreicht, ohne daß Beharrungen von Substratteilen
und örtlich teilweise mangelnde Begasung möglich sind und erzauch in beengten Platzverhältnissen,
also auch in Behältern, die im Grundriß kaum größer als die Grundfläche des schwimmenden
Umwälzbelüfters selber sind, einsatzfähig ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Dank der drehbaren Fixierung im Bereich der Rotationsachse
des Umwälzbelüfters selber und der Ausnutzung des Reaktionsmomentes des Motors zum
langsamen Verdrehen des schwimmenden Umwälzbelüfters werden die Schwimmkörper ständig
in Umfangsrichtung innerhalb der Flüssigkeit verlagert, so daß keine bleibend von
ihnen verdeckte Zwickelt von ihnen gebildet werden. Eine solche Drehung um die eigene
Achse des Umwälzbelüfters - ist auch in kleinen Behältern ohne weiteres erzielbar.
Die Drehung des Umwälzbelüfters kann unter Verwendung eines am Behältergrund aufliegenden
und am drehenden Schwimmrahmen befestigten Kratzerelementes wie z.B. einer Kette
ausgenutzt werden, um auch Bodensedimente aufzukratzen und sie stets in den Bewegungsprozess
zurückzuführen.
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Die Erfindung ist anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen Fig. 1 u. 2
Aufriß (Fig.1) und Grundriß (Fig.2? eines ersten Ausführungsbeispiels eines drehbar
fixierten Umwälzbelüfters mit Spannseilzentrierung, Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines um seine eigene Achse drehbaren Umwälzbelüfters ~ mittels Zentrierung an einer
auf und ab wippbaren Brücke, Fig. 4 Grundrißdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines drehbaren Umwälzbelüfters .mit Zentrierung mittels Führungskufen oder -rollen
an der Innenwand des runden Behälters und Fig. 5 zwei weitere Varianten mit einer
Zentrumsfixierung für die Drehung vom Boden des Behälters her.
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Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Umwälzbelüfter 1 ist auf einem
auf Schwimmkörpern 2 getragenen Rahmen 3 befestigt. Der Rahmen ist mit Standfüßen
23 über Bandagen an den tonnenförmigen Schwimmkörpern befestigt, derart, daß die
Eintauchtiefe T des Rotationskörpers - gemessen zwischen dem noch zu erörternden
Verteilschirm 10 und der Flüssigkeitsoberfläche 5 - trotz möglicher Füllstandsschwankungen
konstant ist. Der die zu begasende Flüssigkeit, z.B. Flüssigmist oder Abwasser,
aufnehmende Behälter 4 dient als Sammel- oder Pufferbehälter und ist als solcher
starken Füllstandsschwankungen unterworfen - angedeutet durch strichpunktierte Spiegellinien.Die
für eine konstante Eintauchtiefe sorgende schwimmende Anordnung des Rotationsbegasers
schafft aber gewisse Totzonen hinter den Schwimmkörpern.
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Der eigentliche Umwälzbelüfter besteht im wesentlichen aus dem stehend
am Rahmen 3 befestigten Antriebsmotor 6, der vertikalen Antriebswelle 8, dem unten
daran angeordneten, in einer horizontalen Ebene umlaufenden Rotor 7 und aus einem
die Antriebswelle umgebenden Ansaugerohr, welches oben frei in der Atmosphäre endigt
und am untergetauchten Ende spaltfrei in den horizontalen Verteilschirm 10 übergeht.
Der Rotor ist nach Art eines doppelflutigen radialen Kreiselpumpenrades beidseitig
beschaufelt, wobei die oberen, dem Ansaugerohr zugekehrten Schaufeln Luft und die
andere Beschaufelung Flüssigkeit ansaugt; Beide Medien werden am Rotoraustritt feinblasig
dispergiert und unter dem Schirm 10 weiträumig verteilt.
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Der Rotor bewirkt nicht nur eine Luftansaugung nach dem Injektorprinzip,
sondern auch eine energiearme aber sehr wirksame Behälterumwälzung.
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Aufgrund der ständigen Beschleunigung von Flüssigkeitsmasse in den
in Richtung des Pfeils 22 umlaufenden Rotor 7 wirkt auf den Umwälzbe--lSifter undauf
den Rahmen 3 ein in entgegengesetzter Drehrichtung (Pfeile 21) wirkendes Reaktionsmoment,
welches dem Betrage nach dem Rotorantriebsmoment entspricht.
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Am Aussenumfang des Verteilschirmes steigt ein feindisperser, breit
gefächerter Blasenschirm auf, der neben der Umwälzwirkung des Rotors selber ebenfalls
eine Schlepp- und Umwälzwirkung auf den Behälterinhalt ausübt. Im Beharrungszustand
stellt sich ein rotationssymmetrischer,
durch die Strömungspfeile
24 angedeuteter Strömungszustand mit zentrifugaler, oberflächennaher Strömung, äusserer
Fallströmung, bodennaher zentripetaler Strömung und axialer mittiger Aufwärtsströmung
im Rotorbereich ein.
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Um das Reaktionsmoment zum Verdrehen des Rahmens 3 ausnutzen zu können,
ist beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 oberhalb des Antriebsmotors
6 über eine bockartige, den Motor übergreifende Abstützung 12 ein vertikaler, mit
der Antriebswelle 8 im Grundriß deckungsgleicher, als Axialzentrierung wirksamer
Zentrierzapfen 11 angeordnet, der für eine Kabeldurchführung und aus Gewichtsgründen
hohl ausgebildet ist. Der Zentrierzapfen greift mit ausreichend bemessenem Spiel
in einem von aussen über Haltepfahl 13 und Spannseil 14 in einer Mittenposition
gehaltenen Zentrierring 16 ein, der zur Vermeidung von Quietschen oder Scheuern
auf seiner Innenseite mit Kunststoff ausgekleidet sein kann. Der Zentrierzapfen
ist so lang, daß er behinderungsfrei über den ganzen Füllstandsbereich hinweg axial
durch den Zentrierring hindurchgleiten kann. Eine gute Mittenausrichtung des Zentrierringes
und straffe Spannung der Spannseile 14 kann mittels Spannschlößer 15 bewirkt werden.
Wegen der drehenden Anordnung des Antriebsmotors ist am obersten Ende des Zentrierzapfens
ein Schleifringkopf 17 angeordnet mit einem stillstehenden, mit dem Stromzuführungskabel
18 verbundenen oberen Teil und einem unteren, sich mit dem Zentrierzapfen mitdrehenden
Teil, von dem aus ein Kabel durch das Innere des Zentrierzapfens hindurch zum Antriebsmotor
führt.
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Dank der geschilderten drehbaren Halterung des Umwälzbelüfters und
des schwimmenden Rahmens wird sich dieser bei Inbetriebnahme des Umwälzbelüfters
aufgrund des Reaktionsmomentes in langsame Drehung (Pfeile 21) versetzen. Die hinter
den Schwimmkörpern 2 liegenden Totzonen werden dadurch ständig örtlich in Umfangsrichtung
verlagert, so daß lückenlos jeder Flüssigkeitsraum am Aussenumfang des Behälters
von der Strömung und Begasung gleichermaßen erfaßt wird.
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An den Standfüßen 23 des Rahmens 3, die mit Rücksicht auf die schadlose
Absetzmöglichkeit des Umwälzbelüfters., beispielsweise bei Behälterentleerung, bis
unter die Unterkante des Rotors reichen, an zweien dieser Standfüße also ist eine
girlandenförmig bis auf den
Boden hängende und dort aufliegende
Kratzerkette 19 befestigt, die durch die Drehung des Rahmens in Pfeilrichtung 21
am Boden mitgeschleppt wird und etwaige Bodensedimente lockert, derart, daß sie
von der Bodenströmung fortgetragen und in den zirkulierenden Behälter inhalt zurückgeführt
werden können. Die Kette kann aus einem spezifis schweren Kunststoff bestehen; zur
Anpassung des Metergewichtes der Kette können Metallglieder eingefügt sein. Durch
ein an der Kette 19 aussermittig befestigtes Gewicht 20 ist bewirkt, daß die Kette
bei der Drehung entlang einer spiraligen Linie am Boden aufliegt und somit auf etwaige
Bodensedimente eine radial nach innen gerichtete Förderwirkung ausgeübt wird. Dadurch
gelangen diese in den Bereich einer sich zentripetal konzentrierenden und intensivierenden
sowie nach oben sich umlenkenden Strömung, die noch mehr geeignet ist, Sedimente
mit aufzunehmen und fortzutragen. Auch die Kratzerketten bringen also eine Homogenisierung
des Behälterinhaltes bis in kritisch Bereiche mit sich. Die homogene Zusammensetzung
des Behälterinhaltes auch bis in kritische Zonen hinein ist aber bei hochkonzentrierten
Substraten, die mittels eines Umwalzbelüfters der vorliegenden Art belüftet werden
müssen, besonders wichtig.
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Die in den Figuren 3 bis 5 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiele
von Umwälzbelüftern nach der Erfindung stimmen mit dem Ausführungsbeispiel nach
den Figuren 1 und 2 im wesentlichen überein, so daß insoweit auf die vorausgegangene
Beschreibung verwiesen werden kann.
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Nachfolgend soll lediglich noch auf die einzelnen Unterschiede eingegangen
werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist der Umwälzbelüfter durch
eine Bedienbrücke 25 zentriert, die am Behälterrand über ein ortsfeste Schwenklager
26 nach Art einer Wippe vertikal schwenkbar ist. Im Bereich der Behältermitte weist
die Brücke eine Führungsbuchse 27 auf, die.über ein Schwenklager 29 parallel zur
Schwenkachse 26 relativ zur Bedienbrücke verschwenkbar ist. Die Bedienbrücke liegt
mit ihrem freien, der Behältermitte zugekehrten Ende auf der den Antriebsmotor 6
übergreifenden Abstützung 12 auf, wozu dort ein Axiallager 28 vorgesehen ist. Wegen
der Axialbeweglichkeit der Führungsbuchsen 27 braucht der Zentrierzapfen 11' nur
sehr kurz zu sein. An seinem oberen Ende ist, wie beim bereits geschilderten Ausführungsbeispiel
ein Schleifrinz kopf 17 angebracht. Bei Füllstandsänderungen hebt oder senkt sich
die
Bedienbrücke wie durch strichpunktierte Linien angedeutet ist.
Es versteht sich, daß die Bedienbrücke über das ortsfeste Schwenklager 26 stabil
in radialer Richtung ausgerichtet sein muß. Die Bedienbrücke muß zumindest im Bereich
der Anlenkung dafür eine gewisse Mindestbreite aufweisen. Zwar bewegt sich beim
Auf- und Abschwenken der Bedienbrücke zwischen den Extremlagen das Schwenklager
29 der Führungsbuchse auf einem Kreisbogen, wodurch eine geringfügige Mittenverlagerung
der Drehachse für den Umwälzbelüfter eintritt. Diese Mittenverlagerung ist jedoch
so klein, daß sie vernachlässigt werden kann; es ist lediglich durch ein ausreichend
bemessenes Spiel zwischen der Behälterwand und den äussersten Teilen des Umwälzbelüfters
dafür zu sorgen, daß bei extremer Schräglage der Bedienbrücke nicht ein Wandkontakt
und somit eine Blockierung der Drehbewegung eintritt.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der drehbare Umwälzbelüfter
durch die Wandung des runden Behälters 4 zentriert. Hierzu sind an den Aussenenden
der sternförmig angeordneten Arme des Rahmens 3 horizontale Führungskufen 30 oder
- nach einer anderen Variante - horizontale Fürhungsrollen 31 vorgesehen. Zur Zuführung
der elektrischen Antriebsenergie für den Antriebsmotor 6 bzw. zur Halterung des
Stromzuführungskabels 18 ist am Behälterrand ein Galgen 32 vorgesehen, an dessen
radial sich erstreckenden Auslegern das Stromzuführungskabel 18 zum Schleifringkopf
17 geführt ist. Es kann zwischen der Führungsseite der Kufen 30 und der Innenseite
der Wand des Behälters 4 ohne weiteres ein größeres Spiel zugelassen werden; der
Umwälzbelüfter kann auch ohne exakte Führung sich frei um seine eigene Achse im
Behälter drehen.
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Sollte er irgendwann einmal seitlich abdriften und mit einem Arm bzw.
mit einem Führungselement die Wand berühren, so kann das Führungselement gemeinsam
mit der Innenwand die Führungsaufgabe übernehmen.
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Auch bei sehr starkem Größenunterschied zwischen dem Umkreis der Arme
des Rahmens 3 und dem Innendurchmesser des Behälters kann ein sicherer Betrieb des
sich frei um seine eigene llochachse drehenden U,-..wälzbeluf tersgewährleistet
werden. Bei Wandkontakt schreiten die Arme gewissermaßen nach Art eines kranz losen
Speicherrades die innere Kontur des runden Behälters ab, wodurch es ebenfalls zu
einer ständigen Ortsveränderung des Umwälzbelüfters und zu einer ständigen Verlagerung
der Totzonen hinter den Schwimmerkörpern 2 kommt.
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Auch bei den in Fig. 5 angedeuteten Ausführungsvarianten erfolgt die
Zentrierung des Umwälzbelüfters an Teilen, die an ihm ohnehin bereits vorhanden
sind, und zwar erfolgt die Zentrierung mittelbar oder unmittel bar an dem horizontal
sich erstreckenden kreisrunden Verteilschirm 10.
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Es sei zunächst auf die in vollen Linien dargestellte Variante eingegangen:
Auf der Unterseite des Verteilschirmes 10 ist ein dreiarmiger Zentrierkorb 33 vorgesehen,
dessen in der Mitte zusammenlaufende Arme einen Zentrierring 34 gleichachsig zur
Antriebswelle 8 tragen. Der Verteilschirm 10 ist durch mehrere auf seiner Oberseite
angebrachten, radial stehenden Aussteifungsrippen 37 versteift, so daß der Zentrierkorb
statisch eine tragfähige Basis hat. Durch den Zentrierring hindurch erstreckt sich
ein in der Behältermitte angebrachter vertikaler Zentrierzapfen 35, der aus einem
Umlenkkabel 36 hervorragt. Auch dank einer solchen Anordnung ist der schwimmende
Umwälzbelüfter drehbar in dem Behälter zentriert, Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig.4 wird das Stromzuführungskabel 18 über den Ausleger eines Galgens 32 zu
dem zentrisch oberhalb des Antriebsmotors 6 gehaltenen Schleifringkopf 17 geführt.
Bei der strichpunktiert angedeuteten Alternative, bei der der Zentrierkorb 33 und
der Zentrierzapfen 35 wegzudenken sind, sind auf einem konzentrisch zum Behälter
angeordneten, im Durchmesser etwas mehr als dem Durc-messer des Verteilschirmes
10 entsprechenden Kreis drei vertikale Zentrierstangen 38 vorgesehen, die vom Boden
her mit radialen Stützrippen 39 versteift sind. Bei dieser Anordnung wird die Zentrierung
unmittelbar durch den Aussenumfang des runden Verteilschirmes 10 und die Zentrierstangen
übernommen. Zwar wird durch den Zentrierkorb 33 bzw. durch die Zentrierstangen 38
die unter dem Verteilschirm 10 aus dem Rotor austretende Strömung etwas behindert,
jedoch sind die in der Fig.5 dargestellten Varianten einer Bodenzentrierung besonders
einfach und dabei trotzdem genau.
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