DE3427174A1

DE3427174A1 - Belueftungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3427174A1
Application number: DE19843427174
Authority: DE
Inventors: Hajime Ito; Koichi Mizuta; Eiichi Muto; Hidemi Nagakawa
Original assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Current assignee: Hitachi Kiden Kogyo Ltd
Priority date: 1983-08-02
Filing date: 1984-07-24
Publication date: 1985-02-14

Description

Belüftungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Belüftungsvorrichtung zur Zuführung und Dispergierung von Luft oder eines anderen gasförmigen Materials in verschiedene Flüssigkeiten, wie Schmutzwasser usw., die eíne r Rührung unterworfen sind.
Geräte, mittels welchen eine Flüssigkeit gerührt wird während Luft oder ein anderes gasförmiges Material in der Flüssigkeit dispergiert wird durch den Einsatz eines negativen Drucks, der durch die Drehung eines Rührflügels erzeugt wird, sind beispielsweise bekannt aus der US-PS 4,303,221 und der US-PS 3,584,840. Diese Geräte sind jedoch hinsichtlich ihrer Tiefe beschränkt, in welcher die Flüssigkeit gerührt werden kann, sowie hinsichtlich der Tiefe, in welcher die Luft eingeblasen werden kann. Dementsprechend können diese Vorrichtungen das Aufrühren im Bodenbereich eines Belüftungstankes nicht vollständig ausführen, mit dem Ergebnis, daß Verunreinigungen, wie schinutziger Schlamm, sich am Boden des Tankes ansammeln, während gleichzeitig der Schaum größer wird und aufperlt, bevor er den Boden erreicht, mit dem Ergebnis, daß eine hinreichende Luftzufuhr nicht erzielt werden kann. Aufgrund dieser Nachteile ist eine zufriedenstellende Belüftung von diesen Vorrichtungen nicht zu erwarten.
In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der aufgezeigten Nachteile, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sowohl ein aufgerührt er Wasserstrom entsteht und in die Flüssigkeit eingetragener Schaum den Bodenbereich des Tankes erreicht, so daß eine gleichmäßige Rührung über den ganzen Tank bewirkt wird, während andererseits ein Absinken von Feststoffen, die wirkungsvoll belüftet werden sollen, verhindert wird.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.
Mittels der erfindungsgeinäßen Belüftungsvorrichtung gelingt es, das gasförmige Material der Flüssigkeit zum Aufrühren und Dispergieren zuzuführen. Bei der Belüftungsvorrichtung sind eine Mehrzahl von Belüftern schräg unter einem bestimmten Winkel in bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche in dem Belüftungstank installiert, während sie sich andererseits auch senkrecht im wesentlichen im mittleren Teil des Tankes befinden können. Ein Zugohr ist unterhalb des Rührflügels des Belüfters vorgesehen. Der Innendurchmesser des Zugrohres ist 1,5 - 3,5 mal größer als der Aussendurchinesser des Rührflügels,und die Länge beträgt 300 mm bis 2000 mm. Der Abstand zwischen dem Gehäuse des Belüfters und dem Zugrohr sollte mehr als O mm betragen.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgeinäßen Belüftungsvorrichtung, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt bzw. zeigen im einzelnen: Fig. 1 die Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Belüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 die Vorderansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung, Fig. 3 die Draufsicht auf eine Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Belüftungsvorrichtung, Fig. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung, bei welcher zie Menge des eingeführten Gases eingestellt werden kann, Fig. 5 jeweils unterschiedliche Ausführungsformen bis 7 der erfindungsgemä#en Belüftungsvorrichtung und, Fig. 8 graphische Darstellungen der Leistungsfähigkeit der erfindungsgeinäßen Belüftungsvorrichtung.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Belüftungstank mit der erforderlichen Form und Kapazität. Im mittleren Bereich des Tankes ist ein Rahmen 2 vorgesehen, an welchem ein Belüfter 3 in dein Tank aufgehängt ist. Der Belüfter 3 umfaßt einen Antriebsmotor 31, an welchen eine hohle Rührantriebswelle 32 direkt oder indirekt angeschlossen ist, einen am unteren Ende der Welle 32 gehaltenen Rührflügel 33, sowie ein Gehäuse 34, das den Motor und die Welle umschließt. Eine schraubenförmige Bewegung wird erzielt durch den Antrieb des Motors über die Rührwelle 32, wodurch ein negativer Druck in der Flüssigkeit erzeugt wird, während die Flüssigkeit gerührt wird. Der negative Druck, zusammen mit dem Flüssigkeitsstruflel, ziehen die Luft oder andere gasförmige Materialien in die Flüssigkeit. Sowohl der Strudel als auch die Luft oder das andere gasförmige Material werten gerührt und vermischt, und der Schaum aus Luft oder dem anderen gasförmigen material wird durch die Arbeit des Rührflügels zerkleinert und dispergiert. Die hohle Rührwelle besitzt eine Lufteinlaßöffnung an ihrem oberen Ende oberhalb der Oberfläche ses Wassers und eine Luftispergieröffnung im Bereich des Rührflügels.
Ein im Querschnitt im wesentlichen rundes Zugrohr 4 ist mit Hilfe einer Klammer 5 an dem Rahmen 2 aufgehängt. Dieses Zugrohr ist so eingestellt, daßes sich unterhalb der Wasseroberfläche befindet und unterhalb ies Rührflügels 33. In den Zeichnungen befindet sich der Rührflügel 33 bis zu einem gewissen Ausmaß innerhalb des Zugrohres.
Wie sich aus den Fig. 2 und 4 ergibt, kann das Zugrohr 4 an seinem oberen und unteren Ende eine trichterförmige Ausbildung besitzen, um ein wirkungsvolles Einströmen und Abströmen der Flüssigkeit sicherzustellen. Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform wird die hohle Antriebswelle 32 dicht von einem Gehäuse 34 umschlossen, und der Rührflügel 33 ragb aus dem vorderen Ende des Gehäuses 34 hervor. Ein zinlau mengensteuerventil 6 ist an dem Gehäuse vorgesehen, in zer Nähe des Einlasses der hohlen Antriebswelle, und die Menge des durch den Sog in die Flüssigkeit eingezogenen gasförmigen Materials kann durch dieses Ventil gesteuert werden.
Bei den in den Fig. 5 bis 7 dargestellten Ausführungsformen ist der Belüfter in dem erforderlichen Winkel in bezug auf die Oberfläche des Wassers in den Belüftungstank 1 einem stellt, und das Zugrohr 4 ist unterhalb des Belüfters angeordnet, so daß eine ausreichende Geschwindigkeit des strömenden Fluids im Bodenbereich des Tankes aufrechterhalten werden kann, während der Schaum den Bodenbereich des Tankes zu erreichen vermag.
Der vurchmesser und die Länge des Zugrohres 4 werden nach der Form des Tankes bestimmt und hierbei im besonderen nach der Wassertiefe H. Vorzugsweise bestimmt man den Durchmesser b des Zugrohres so, daß er 1,5 mal bis 3,5 mal größer ist als der Durchmesser d des Rührflügels, während die Länge L in einem Bereich von 300 mm bis 2000 mm liegt. Der Abstand 1 zwischen dem unteren Ende des Gehäuses 34 und dem oberen Ende des Zugrohres 4 sollte mehr sein als O mm (d.h., die beiden Teile sollten nicht miteinander in Berührung stehen).
Hinsichtlich des Durchmessers und der Länge des Zugrohres, wie auch des Raumes zwischen dem Zugrohr und dem Gehäuse, sind verschiedene Experimente ausgeführt worden, in welcher Weise der Wasserstrom zu führen ist und der Schaum mit dein Rührflügel gerührt werden muß, um zu erzielen, da5 sie den Boden des Tankes erreichen, wobei die obigen Bedingungen sich als optimal herausgestellt haben, hinsichtlich der Wellenleistung, des Leitungawirkungagrades, der durchschnittlichen Geschwindigkeit der im Bodenbereich fließenden Flüssigkeit usw.
Bei der Belüftungsvorrichtung mit dem oben erläuterten Aufbau dreht sich mit dein Starten des Motors 31 der Rührflügel 33 durch die an den Rotor angeschlossene Antriebswelle und erzeugt einen Wirbelstrom in der Flüssigkeit innerhalb des Zugrohres. Dieser Wirbelstrom der Flüssigkeit, #.h. der Strudel, erzeugt einen negativen Druck innerhalb er Fl#ssIgkeit, wodurch das gasförmige Material von der Einlaßöffnung der hohlen Antriebswelle angesaugt wird, durch das Innere der Welle abströmt und über die Dispergieröffnung in die Flüssigkeit freigegeben wird. Zu dieser Zeit entsteht aus dem Schaum ein solcher mit mikroskopisch kleinen Blasen durch die Einwirkung der Schraube oder durch den Strudel. Der Wirbelstrom der Flüssigkeit fließt mit einer hohen Geschwindigkeit durch das Zugrohr 4 abwärts, erreicht den Bodenbereich des Belüftungstankes, fließt zur Wasseroberfläche auf und strömt in das obere Ende des Zugrohres. Auf diese Weise wird ein Wirbelstrom in dem Tank in Richtung der Pfeile erzeugt, d.h., daß die Flüssigkeit in dem Tank innerhalb und außerhalb des Zugrohres verwirbelt wird, wobei das gesamte Innere des Tankes gleichmäßig gerührt wird. Zu dieser Zeit wird das von dem Belüfter eingesaugt gasförmige Material in Schaum verwandelt, der durch den Strom innerhalb des Zugrohres mikronisiert wird, wobei sich der Auflösungswirkungsgrad des Sauerstoffes verbessert. Wenn ein DO-(gelöster Sauerstoff)-Sensor in dem Belüftungstank installiert ist, läßt sich die Einführmenge des gasförmigen Materials leicht regulieren.
Die Fig. 8 zeigt den Wirkungsgrad der Sauerstoffauflösung in bezug auf den Durchmesser des Zugrohres, wobei die Kurve a die Darstellung für eine Länge des Zugrohres von 300 mm und die Sberlappungslänge des Belüftergehäuses und des Zugrohres gleich 25 mm ist, während die Kurve b die Darstellung für eine Länge des Zugrohres von 300 mm und eine Uberlappungslänge von Belüftergehäuse und Zugrohr von 75 mm ist. Aus dieser graphischen Darstellung wird ersichtlich, da3 das Anpassen eines Zugrohres den Wirkungsgrad der Sauerstoffauflösung stark verbessert.
Die Fig. 9 und 10 zeigen jeweils einen gemessenen Wert, wenn die Belüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Motorkapazität von 3,7 kW bzw. 100 W betrieben wird. Der Innendurchmesser des Zugrohrs D sollte 1,5 mal bis 3,5 mal, vorzugsweise 2 - 3 mal so groß sein wie der Außendurchmesser des Rührflügels <9, wie dies in den Fig. 9 und 10 angegeben ist. Die Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Länge des Zugrohres und der durchschnittlichen Geschwindigkeit des im Bodenbereich fließenden Fluids. Hinsichtlich der Länge des Zugrohres L ist 1000 mm - 1500 mm optimal gegenüber Werten von 300 mm - 2000 mm.
Die Fig. 12 zeigt die Beziehung des Abstandes zwischen dem Gehäuse und dem Zugrohr auf den Leistungswirkungsgrad. Gemäß dieser Darstellung sollte der Abstand zwischen dem Belüftergehäuse und dem Zugrohr mehr als O mm betragen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung eines im Querschnitt kreisförmigen Zugrohres unterhalb eines Rührflügels innerhalb einer Belüftungsvorrichtung zum Rühren eines Fluids und zum Einbringen eines gasförmigen Materials erreichen der gerührte Fluid strom und der eingesaugte Schaum den Bodenbereich des Tankes, worauf sie aufsteigen und in das obere Ende des Zugrohres einströmen, wodurch ein Wirbelstrom erzeugt wird und dabei gleichzeitig ein gleichmäßiger Lüftungseffekt auf den Tank als ganzes bewirkt wird.
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Claims

Belüftungsvorrichtung Ansprüche: Belüftungsvorrichtung mit einem Rührflügel zur Erzeugung einer abwärts gerichteten Strömung sowie einer Luftdispergieröffnung unterhalb einer Antriebswelle zur Dispergierung der Luft in den abwärts fließenden Strom, g e -g e k e n n z e i c h n e t d u r c h ein abwärts gerichtetes Zugrohr (4) zur Einmischung des durch die dispergierte Luft gebildeten Schaumes in den von der Oberfläche der Flüssigkeit abwärts fließenden Fluidstrom.
2. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, P a e u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß 6er Innendurchmesser des Zugrohres (4) 1,5 - 3,5 mal größer ist als der Aussendurchmesser des Rührflügels (33).
3. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a 6 u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Länge des Zugrohres (4) 300 mm - 2000 mm beträgt.
4. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, 8 a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Abstand zwischen dem Zugrohr (4),und dem Gehäuse (34) des Belüfters (3) mehr als O mm beträgt.
5. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Belüfter in den Belüftungstank (1) aufgehängt ist und sich das Zugrohr unterhalb des Rührflügels (33) befindet.
6. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Belüfter (3) in einem bestimmten Winkel zur Oberfläche der Flüssigkeit in dem Belüftungstank (1) installiert ist uni das Zugrohr (4) sich unterhalb des Rührflügels (33) des Belüfters (3) befindet.
7. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t , daß der Belüfter (3) senkrecht in den Belüftungstank (1) aufgehängt ist und sich das Zugrohr (4) unterhalb des Rührflügels (33) des Belüfters (3) befindet.
8. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Belüfter (3) in einem Rahmen (2) auf dem Belüftungstank (1) gehalten ist, während ras Zugrohr (4) mittels Klammern (5) an dem Rahmen (2) befestigt ist.