DE3427584A1

DE3427584A1 - Injektoreinrichtung

Info

Publication number: DE3427584A1
Application number: DE19843427584
Authority: DE
Inventors: Franz Eisele; Eugen Salomon
Original assignee: Franz Eisele & Soehne & C GmbH
Current assignee: Franz Eisele & Soehne & C GmbH
Priority date: 1984-07-26
Filing date: 1984-07-26
Publication date: 1986-02-06

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Injektoreinrichtung, vorzugsweise zur Begasung von Flüssigkeiten, mit einem einseitig in einer tiefen, napfförmigen Mischkammer angeordneten Schaufelrad.
Injektoreinrichtungen zur Begasung von Flüssigkeiten werden z.B. bei der Gülle zur aeroben Aufbereitung verwendet.
Durch das Einbringen eines sauerstoffhaltigen Gases, z.B.
Luft, werden die sauerstoffzehrenden Bakterien belebt und gefördert die zum Abbau der organischen Substanzen beitragen, wodurch der Düngewert erhöht, Schwimmdecken aufgelöst, und die unangenehmen Geruchsbelästigungen, insbesondere bei der Ausbringung, vermindert werden.
Injektoreinrichtungen zur Begasung von Flüssigkeiten mit einem unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Schaufelrad und einer Gaszufuhr über einen Ringspalt am Außendurchmesser des Schaufelrades sind bekannt.
Eine Ausführungsform wird z.B. in der DE-P 3007068.9 beschrieben. Dabei ist eine rotierende Förderscheibe mit radial verteilten Lamellen oder Rippen vorgesehen, die lediglich einige Millimeter über die Scheibenoberfläche vorstehen, sowie eine kreisringförmige Abdeckscheibe auf der der Flüssigkeit zugewandten Seite der Fòrderscheibe, die den Bereich der radial abströmenden Flüssigkeit gegen den äußeren statischen Flüssigkeitsdruck abschirmen soll.
Besonders bei hochviskosen Flüssigkeiten und Flüssigkeiten mit einem Trockensubstanzgehalt von mehr als 3 % ist dabei die Saugwirkung nur relativ gering, darüber hinaus ist bei langfaserigen Stoffteilen mit Verstopfungen zu rechnen.
Bei anderen Injektoren wiederum ist bei Eintauchtiefen über etwa 3,50 mtr. keine genügend große Ansaugwirkung mehr zu erzielen.
Becken und Behälter für solche Eintauchtiefen sind jedoch häufig anzutreffen, da die Wirtschaftlichkeit der Belüftung mit der Verweildauer der Gasbläschen in der Flüssigkeit zunimmt. Die bekannten Injektoren sind deshalb auf zusätzliche Gebläse angewiesen, die neben den Anschaffungskosten auch zusätzliche laufende Energiekosten bedingen.
Bekannte Belüftungsgeräte sind auch häufig pumpenähnlich ausgebildet, wobei sowohl axial, als auch radial durchströmte Pumpengehäuse mit Gas-Ansaugöffnungen im Saugbereich anzutreffen sind. Bei koaxialen Injektoren mit gegenüberliegender Ansaug- und Drucköffnung, sowie bei radialen Injektoren mit axialer Ansaugöffnung und radialer Drucköffnung muß bei langfaserigen Stoffteilchen immer mit Verstopfungen, z.B. durch Zopfbildung, durch trennende Wandungen und Kanten zwischen Ansaug- und Drucköffnung, sowie bei axialer Durchströmung auch durch das Schaufelrad, gerechnet werden. Bei Fremdkörpern besteht die Gefahr der Blockierung.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Saugwirkung auch bei hochviskosen Medgen und größeren Trockensubstanzgehalten erhalten bleibt, sowie langfaserige Stoffteile und auch Fremdkörper keine schädliche Auswirkung auf das Betriebsverhalten haben Dies wird dadurch gelöst, daß ein Schaufelrad ähnlich einem Pumpenlaufrad ausgebildet ist, der strömungsdurchflossene Raum aber keine geschlossene Begrenzung zwischen Saug- und Druckströmung aufweist.
Da jede Scherkante fehlt, ist der erfindungsgemäße Injektor auch vollkommen fremdkörperunempfindlich. Da keine geschlossene Begrenzung vorhanden ist, können sich langfaserige Stoffteile auch nicht festhängen, Verstopfungen sind ausgeschlossen.
Eine wirtschaftliche Belüftung verlangt darüber hinaus möglichst viele kleine Luftbläschen mit großer Phasengrenzfläche und Vermischung mit viel Flüssigkeit, damit diese Bläschen auf Abstand gehalten werden.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch gelöst, daß das Schaufelrad in einer napfförmigen Mischkammer einseitig angeordnet ist.
Dabei wird die Flüssigkeit axial im Zentrum des Schaufelrades angesaugt, über das rotierende Schaufelrad radial beschleunigt und mit dem im Radaußenbereich durch Injektorwirkung angesaugten Gas vermischt, durch die Mischkammer umgelenkt und etwa axial, die Saugströmung umhüllend, in entgegengesetzter Richtung wieder spiralförmig aus der Mischkammer gestoßen.
Durch die Rotation dieses Druckstrahls wird das Flüssigkeits-Gasgemisch mit dem Anteil der kleinen Luftbläschen infolge der geringeren Dichte durch Fliehkraftwirkungnach außen abgedrängt.
Der Anteil mit größeren Luftbläschen verbleibt in der Nähe der mit entgegengesetzter Axialkomponente im Druckströmungskern zuströmenden Flüssigkeit.
Im Scherfeld zwischen den Strömungen werden diese größeren Luftbläschen fein zerteilt, sowie durch den turbulenten Impulsaustausch zwischen dem schnelleren Druckstrahl außerhalb der Mischkammer und der langsameren Umgebung mit viel Flüssigkeit durchmischt und somit auf Abstand gehalten.
Eine mechanische Scherbeanspruchung der Flüssigkeit fördert bekanntlich den Stoffumsatz der Bakterien. Um jedoch eine Zerstörung der Bakterienstämme zu vermeiden, soll diese Scherbeanspruchung möglichst durch die Flüssigkeit selbst ausgelöst werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch bewerkstelligt, daß das Schaufelrad einem Anteil der im Schaufelbereich der Mischkammer befindlichen Flüssigkeit eine überlagerte Zirkulationsströmung erteilt, die gegenüber dem Nutzfluß des Injektors als hydraulische Kupplung wirkt.
Im Nachfolgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert werden: Fig. 1 Aggregat zur Begasung von Flüssigkeiten, mit erfindungsgemäßer Injektoreinrichtung, ausgeführt mit Tauchmotor inder Ansicht und teilweise im Schnitt.
Fig. 2 Injektoreinrichtung, gegenüber Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, aber immer noch kleiner als in Wirklichkeit, im Axialschnitt.
Fig. 3 und 4 Schaufelradanordnungen in der Mischkammer im Axialschnitt.
Fig. 5 Ausführungsform der Mischkammer im Axialschnitt.
Fig. 6 zeigt dabei die Seitenansicht der Fig. 5.
Fig. 7 Aggregat zur Begasung von Flüssigkeiten, mit erfindungsgemäßer Injektoreinrichtung, ausgeführt mit außerhalb der Flüssigkeit angeordnetem Antrieb.
In der Fig. 1 ist eine grundsätzliche Aufbaumöglichkeit des vollständigen Injektoraggregats veranschaulicht.
über den Tauchmotor 1 wird die Welle 2 angetrieben. Die Wellendurchführung zwischen Motor und Ansaugraum 3 mit damit verbundener Mischkammer ist über Gleitring- oder Radial-Dichtungen 4 abgedichtet. Am Boden der napfförmigen Mischkammer 5 ist dabei ein Schaufelrad 6 angeordnet. Der Ansaugraum 3 ist über eine Zuleitung 7, z.B.
mit der Atmosphäre verbunden.
Die wesentlichen gemeinsamen Merkmale aller Ausführungsbeispiele werden anhand der Fig. 2 beschrieben.
Bei Rotationsbeginn des Schaufelrades 6 stehen Ansaugraum 3 und Zuleitung bis zum Flüssigkeitsspiegel unter Flüssigkeit. Durch Pumpwirkung der auf der Radrückseite mit engem Spalt zum Boden der Mischkammer Xrotierenden Schaufeln 8 wird der gesamte Ansaugraum in die unter dem statischen Flüssigkeitsdruck stehende Mischkammer 5 ento leert. Gleichzeitig wird auf der Vorderseite des Rades Flüssigkeit axial im Zentrum des Schaufelrades 11 angesaugt, radial beschleunigt und axial als rotierender Druckstrahl 13 wieder ausgestoßen.
über den Ansaugraum 3 und die damit verbundene Zuleitung wird jetzt über die Radrückseite 10 Gas nachgesaugt und konzentrisch am Umfang des Rades durch Injektorwirkung mit der abströmenden Flüssigkeit vermischt. Durch eine überlagerte Zirkulationsströmung 12, die gegenüber dem Nutzfluß des Injektors als hydr. Kupplung wirkt, wird das Flüssigkeits-Gasgemisch noch in der Mischkammer mit weiterer Flüssigkeit vermischt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Boden der Mischkammer 14 etwa bündig mit der der Flüssigkeit zugewendeten Seite des über eine Welle 2 angetriebenen Schaufelrades 6.
Aufgrund der größeren Zirkulationsströmung wird dabei die Ansaugleistung über die Rückseite des Schaufelrades 10 in den Ansaugraum 3 etwas vermindert, durch vorwiegende hydr.
Kupplung jedoch eine schonende mechanische Beanspruchung der Flüssigkeit erreicht.
Fig. 4 zeigt eine besonders einfache Ausführungsform. Das über die Welle 2 angetriebene Schaufelrad 6 ist dabei mit geringem Abstand zum Boden der Mischkammer 14 angeordnet.
Uber eine konzentrische Öffnung im Mischkammerboden 10 wird aus dem Ansaugraum 3 Gas angesaugt und ebenfalls durch Injektorwirkung im Druckbereich des Schaufelrades mit FlAs sigkeit vermischt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist die Mischkammer der Injektoreinrichtung mit einer Ausrundung 16 vorgesehen, die im Radialschnitt zur Schaufelradachse gesehen, sowohl konzentrisch als auch spiralförmig ausgebildet sein kann.
Ausgehend von dieser Aus rundung kann/können ein oder mehrere axiale Kanäle 17 vorgesehen sein. Dadurch wird/ werden ein oder mehrere gebündelte Druckstrahlen erreicht.
In einer weiteren Ausbildung kann besonders bei vertikalem Einsatz des Injektors der axiale Kanal durch Erweiterung des axialen Kanals 18 zur Öffnung der Mischkammer hin schräg nach außen gezogen werden.
Eine weitere grundsätzliche Aufbaumöglichkeit des vollständigen Injektors veranschaulicht Fig. 7 Die erfindungsgemäße Injektoreinrichtung mit Mischkammer 5 und Schaufelrad 6 ist dabei an der Unterseite des Rohres 20 angeordnet. Das Schaufelrad wird über eine im Rohr geführte Welle 19 vom außerhalb des Flüssigkeitsspiegels vorgesehenen Motor 18 angetrieben.
Das angesaugte Gas 21 strömt dabei über den ringförmigen Spalt 23 zwischen Welle und Rohr auf die Rückseite des Schaufelrades. Das Injektoraggregat ist z.B. mit einem Halter 22 an der Behälterdecke befestigt.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung beschriebenen Merkmale und Ausführungsformen können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination zueinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Iniektoreinrichtung Patentansprüche 1. Injektoreinrichtung, vorzugsweise zur Begasung von Flüssigkeiten, mit einem unterhalb des Flüssigkeitspiegels angeordneten Schaufelrad, dessen eine Seite mit dem über einen Ansaugraum und eine Zuleitung angesaugten Gas und dessen andere Seite mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Schaufelrad gegenüber der Öffnung am Boden einer tiefen, napfförmigen Mischkammer angeordnet ist, wobei die gleichzeitig als Ansaug- und Druckstutzen wirkende Mischkammer in ihrer gesamten axialen Erstreckung durch keinerlei vollständig trennende Wandung unterteilt ist.
2. Injektoreinrichtung 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 Mantel der Mischkammer koaxial zur Schaufelradachse angeordnet ist.
3. Injektoreinrichtung 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 Mantel der Mischkammer exzentrisch zur Schaufelradachse angeordnet ist.
4. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mantel der Mischkammer in seiner axialen Erstreckung mindestens dem halben Schaufelraddurchmesser entspricht.
5- Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mantel der Mischkammer die Form eines Kegelstumpfes hat, dessen Scheitel dem Schaufelrad zugewandt ist.
6. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mantel der Mischkammer die Form eines Zylinders hat.
7. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Mantel zum Boden der Mischkammer hin ausgerundet ist.
8. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Anspürchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mischkammer als Tiefziehteil ausgebildet ist.
9. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß die Mischkammer in einem Axialschnitt gesehen im radialen Schaufelradbereich eine oder mehrere Ausrundungen aufweist.
10. Injektoreinrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , daß von der Ausrundung aus gehend im Querschnitt gesehen eine oder mehrere Ausrundungen des Mantels vorgesehen sind, deren axiale Erstreckung etwa der Mischkammerlänge entsprechen.
11. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auf der Rückseite des rotierenden Schaufelrades radiale oder spiralförmige Schaufeln angebracht sind, deren Abstand zur stillstehenden Wandung, vorzugsweise aus dem Boden der Mischkainmer gebildet, nicht größer als die Schaufelradhöhe selbst in Axialrichtung ist,
12. Injektoreinrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die auf der Schaufelradrückseite vorgesehenen Schaufeln in ihrer radialen Erstreckung nach innen bündig bis zur Radnabe geführt sind.