DE6603126U - Einrichtung zum eintragen von gasen in fluessigkeiten. - Google Patents

Description

A 86

PASSAVANT - WERKE

6209 Michelbacher Hütte
b. Mioheibaeh / Nassau

Einrichtung zum Eintragen
von Gasen in Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Eintragen von jGasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Abwasserbelüftung, mit einem teilweise in die Flüssigkeit eintauchenden, um eine horizontale Achse umlaufenden Rotor mit in ihrer Stellung relativ zum Rotorradius beweglichen, vorzugsweise plattenförmigen Gaseintragelementen·

Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art sind die Gaseintrageleraente in einer solchen Weise beweglich angeordnet, daß sie während des Durchganges durch die Flüssigkeit immer

etwa senkrecht zur Flüssigkeitsoberfläehe stehen. Auf diese Weise wird neben dem Eintragen des Sauerstoffes in das Abwasser vor allem eine sehr stark ausgebildete horizontal gerichtete Strömung in der Nähe der Wasseroberfläche bewirkt. Für den Gaseintrag ist jedoch die Ausbildung einer Strömung der Flüssigkeit an der Oberfläche, in deren Erzeugung die Hauptaufgabe der

bekannten Rotoren besteht, von viel geringerer Bedeutung als i

die Wirkung der Gaseintragelemente beim Auftreffen auf die Oberfläche. Die Menge des beim Auftreffen eingetragenen Sauerstoffes ist wegen der erzeugten Turbulenz u.dgl. sehr groß, wenn die Gaseintragelemente beim Eintauchen etwa parallel zur Oberfläche stehen, wie dies bei den bekannten Rotoren mit starr angeordneten Gaseintragelementen der Fall ist; sie bleibt dagegen minimal, wenn, wie bei den bekannten Rotoren mit beweglichen Gaseintragelementen, die Elemente etwa senkrecht in die Flüssigkeit eintauchen. Die Gaseintragelemente geben dabei nur während des Eintauchens und eines kurzen, darauf folgenden Teiles ihres Durchganges durch die Flüssigkeit Sauerstoff an das Abwasser ab, während ein großer Teil des mitgerissenen Gases sich nicht von den Elementen löst, sondern wieder an die Oberfläche zurück transportiert wird. Da die Gaseintragelemente dieser Rotoren während ihres Durchganges durch die Flüssigkeit senkrecht zur Wasseroberfläche stehen, ist ihr Strömungswiderstand zwar geringer als derjenige der Rotoren mit starren, radialen Schaufeln; da aber die Elemente doch noch sehr lange eine Lage senkrecht zur Bewegungsrichtung einnehmen, sind der Strömungswiderstand und damit der zum

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Betrieb des Rotors erforderliche Energieaufwand noch groß.

Diese Nachteile werden bei der Einrichtung nach der Erfindung dadurch vermieden, daß mindestens einige der Gaseintragelemente mit der Rotordrehbewegung so periodisch steuerbar sind, daß ihr Strömungswiderstand beim Eintauchen größer ist als während des anschließenden Durchganges durch die Flüssigkeit. Beim Eintritt in die Flüssigkeit ist also der Strömungswiderstand der Gaseintragelemente in Bewegungsrichtung groß, wodurch eine entsprechend große Turbulenz in der Flüssigkeit erzeugt wird. Auf diese Weise wird sehr viel Gas in die Flüssigkeit mit hineingerissen. Später nimmt der Strömungswiderstand ab. Die Gasblasen können sich dann leicht von den Elementen ablösen und werden nicht unmittelbar aus der Flüssigkeit wieder heraustransportiert, wie dies zum Teil bei den bekannten Rotoren der Fall ist. wesentlich ist dabei vor allem, daß der zum Antrieb des Rotors erforderliche Energieaufwand sehr gering ist.

Selbst gegenüber den bekannten Rotoren mit verstellbaren Schaufeln, deren Energieverbrauch im Betrieb ja schon erheblich niedriger liegt als der von Rotoren mit starren Schaufeln, wird der Energieaufwand erheblich verringert, da die Gaseintragelemente nur kurze Zeit während und nach dem Auf treffen auf die Flüssigkeit sober fläche senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung stehen. Eine horizontale Strömung wird nur in der erforderlichen Stärke ausgebildet. Darüber hinaus wird der Gaseintrag gegenüber den bekannten Rotoren mit beweglichen Schaufeln auf das Maß erhöht, das gewShnlich nur mit Rotoren

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mit starren, radial gerichteten Schaufeln erzielt werden kannte.

Geht man andererseits davon aus, daß die Stärke der horizontal ^ gerichteten Strömung der zu belüftenden Flüssigkeit in einem bestimmten Bereich liegen soll, wie es beispielsweise bei der Abwasserbelüftung der Fall ist, so ergibt sich, daß die Umfangsgeschwindigkeit der bekannten Rotoren nicht beliebig erhöht werden kann. Dagegen kann man, ohne die horizontale Strömung ungünstig zu beeinflussen, den erfiiidungsgemaßen Rotor mit einer erheblich höheren Umfangsgeschwindigkeit laufen lassen und damit die Turbulenz in der Flüssigkeit erheblich steigern, wodurch sehr viel mehr Gas in die Flüssigkeit eingetragen wird.

Insgesamt zeigt sich also, daß der auf den Energieaufwand bezogene Gaseintrag, d.h. die sogenannte Ökonomie in Gramm Sauerstoff pro Kilowattstunde (g Og/KWh), bei Verwendung eines erfindungsgeraäßen Rotors größer ist als bei Verwendung der bisherigen Einrichtungen, wodurch wirtschaftlicher gearbeitet werden kann.

In erster Linie werden die Gaseintragelemente selbst, und zwar vornehmlich alle Elemente, verstellbar ausgebildet. Für manchen Anwendungsfall ist es jedoch auch denkbar, daß nur ein Teil der Gesamtzahl der Gaseintragelemente periodisch verstellbar ist. Des weiteren besteht die Möglichkeit, die einzelnen Gaseintragelemente aus Je einem an der Rotorwelle fest angeordneten und je einem verstellbaren Abschnitt zu bilden.

Vorzugsweise sind die Gaseintragelemente so steuerbar,

daß sie beim Eintritt in die Flüssigkeit etwa senkrecht und beim Austritt aus der Flüssigkeit etwa parallel zu ihrer Bewegungsrichtung stehen. Eine derartige Steuerung schafft Eodingungen, unter denen die Menge des eingetragenen Gases ein Maximum und der zum Betrieb des Rotors erforderliche Energieaufwand ein Minimoa werden.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht in der Möglichkeit, nunmehr die Intensität der Flüssigkeitsströmung unabhängig vom Gaseintrag beeinflussen und verändern zu können, dadurch daß gemäß der Erfindung die periodische Steuerung der Gaseintragelemente hinsichtlich des seitlichen Verlaufes und/oder der Art und Größe zusätzlich einstellbar ausgebildet wird· So können die Gaseintragelemente z.B. in dem vor dem Austritt aus der Flüssigkeit liegenden Bewegungsabschnitt je nach Einstellung während verschieden langer Zeiträume eine bewegungsparallele Lage einnehmen oder aber einen mehr oder weniger großen spitzen Winkel mit der Bewegungsrichtung einschließen. Es ist damit möglich, den Gaseintrag und die Flüssigkeitsbewegung unabhängig voneinander zu verändern,, Bisher konnte man dagegen durch Variieren der Drehzahl und/oder der Eintauchtiefe den Gaseintrag und die

nur

Flüssigkeitsströmung Innerhalb bestimmter Relationen beeinflussen.

Vorzugsweise ist die Steuerung der Gaseintragelemente von der Wirkung der Flüssigkeitskräfte gegen die Wirkung der Fliehkräfte und/oder von Kraftspeichern, beispielsweise von Federn, abhängig. Eine entsprechende Ausbildung der Gasein-

tragelemente sorgt hierbei dafür, daß die Elemente während ihrer Bewegung außerhalb der Flüssigkeit von den Fliehkräften senkrecht zur Bewegungsrichtung gestellt werden. Beim Du_chgang durch die Flüssigkeit wirken die Flüssigkeitskräfte bei konstanter Drehzahl in Abhängigkeit vom Rotorradius auf die Gaseintragelemente, d„h_o die Kräfte auf die außen liegenden Teile der Elemente sind größer als die auf die innen liegenden Teile, wodurch sich die Elemente selbsttätig in eine Lage parallel zur Bewegungsrichtung klappen. Die Wirkung der Fliehkräfte als Reaktionskräfte gegen die Flüssigkeitskräfte kann auch durch Kraftspeicher* beispielsweise Federn, ersetzt werden. In beiden Fällen ist der Bauaufwand verhältnismäßig gering.

Es ist jedoch besonders vorteilhaft, für das periodische Steuern der Gaseintragelemente eine selbsttätige Steuerung, vorzugsweise eine von der Rotordrehbewegung abhängige mechanisch« Steuerung vorzusehen, beispielsweise mittels Nocken, Exzentern, Bremsen od.dgl. Der in diesem Falle etwas größere Bauaufwand rechtfertigt sich dann, wenn eine exakte Steuerung mit genauer zusätzlicher Einstellbarkeit erforderlich ist. Außerdem ermöglicht eine solche Ausbildung des Rotors die vorher erwähnte zusätzliche Steuerung der Größe, Art und/oder des zeitlichen Verlaufes der periodischen Verstellbewegung. Je nach aufzubereitender Flüssigkeit kann mit unterschiedlichen Eintritts- und Austrittswinkeln der Gaseintragelemente in die Flüssigkeit oder aus der Flüssigkeit gearbeitet werden.

Vorteilhafterweise sind die Gaseintragelemente um zur Rotorwelle parallele Achsen verschwenkbar, vorzugsweise um einen

Sehwenkwinke.l von etwa 90°. Auf diese Weise kann dann sowohl eine zur Bewegungsrichtung senkrechte Lage für hohen Gaseintrag als auch eine zur Bewegungsrichtung parallele Lage für geringe Flüssigkeitsförderung der Gaseintragelemente erreicht werden« Zur Begrenzung der Schwenkbewegung können vorzugsweise Anschläge vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist es, daß Je eine Reihe von Gaseintragelementen auf einer zur Rotorwelle parallelen Schwenkachse befestigt sind. Dabei bestehen die Gaseintragelemente nach einer bevorzugten Ausführungsform in an sich bekannter Weise aus ebenen und/oder gekrümmten, vorzugsweise rechteckigen und in einem Abstand von der Rotorwelle endenden Platten·

Auch ist es vorteilhaft, die Gaseintragelemente radial oder angenähert radial und in dieser Radialrichtung verschiebbar anzuordnen. Wenn sich die Gaseintragelemente in ihrer radial äußersten Stellung befinden, was in der Regel beim Eintauchen der Fall ist, üben sie die größte Wirkung auf die Flüssigkeit aus und bewirken dann den größten Gaseintrag. Anschließend werden diese Elemente radial einwärts verschoben, so daß ihre Wirkung mit abnehmendem Durchmesser ebenfalls abnimmt,

Besonders vorteilhaft 1st es dabei, daß die Gaseintragelemente drehbar auf einer exzentrisch zur Rotorachse liegende Welle befestigt und in Schlitze eines zur Rotorachse konzentrischen und etwa zylindrischen oder prismatischen Nabenkörpers einschiebbar sind* Bei vollkommen eingezogener Stellung üben die Gaseintragelemente auf die Flüssigkeit keinerlei Wirkung aus.

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Umgekehrt können auch die Gaseintragelemente starr an der Rotorachse befestigt sein und durch exzentrisch umlaufende Abdeckwände in periodischen Zeiträumen mehr oder weniger jpgen die Flüssigkeit abgedeckt werden«

Auf den beiliegenden Zeichnungen sind einige Ausführungsformen •Ines Belüftungsrotors zur Abwasserreinigung beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 zeigt einen Teillängsschnitt der Ausführungsform !lach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht einer zweiten Ausführungsjtersu

Fig. 4 zeigt einen Teillängsschnitt der Ausführungsform ■ach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Stirnansicht einer dritten Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt der Ausführungsform nach Fig. 5.

Die Ausführungsform des Belüftungsrotors nach Fig. 1 und 2 weist eine Rotorwelle 1 mit zwei stirnseitigen Scheiben 2 auf, in denen Sehwenkaehsen 3 von Lufteintragelementen 4 in Form von Schaufeln drehbar gelagert sind. Jede Schwenkachse ist mit einer Feder 5 versehen, die sich in einem stirnseitigen Schlitz 6 der Schwenkachse 3 sowie an einem an der Scheibe 2 befestigten Ansehlag 7 abstützt und die Snhaufein stets in die

radiale, mit 4¹ bezeichnete Lage zu verschwenken sucht, in der ein auf der Schwenkachse 3 befestigter Hebel 8 an dem Anschlag amliegt.

Bei Belüftungsbetrieb dreht sich der Belüftungsrotor in Richtung des Pfeiles 9* so daß beim Eintauchen der Schaufeln 4 in die Flüssigkeitsoberfläche 10 trotz symmetrischer Anordnung der Schaufeln 4 an ihren Schwenkachsen 3 der Staudruck der Flüssigkeit auf den radial äußeren Schaufelbereich größer ist als auf den achsnahen Bereich, da der Staudruck mit jäem Quadrat des Radius¹ zunimmt. Die Schaufeln 4 werden infolgedessen während des Flüssigkeitsdurchganges entgegen den Kräften der Federn 5 aus der Lage 4' über die Zwischenstellungen 4^tT und 4'^f! in die Stellung 4¹''^f verschwenkt, die zur Bewegungsrichtung etwa parallel ist und somit eine nur geringe Flüssigkeitsfortbewegung ergibt. Außerdem werden infolge dieser

die
Sehaufelversteilungen in das Wasser eingetragenen Luftblasen nicht unmittelbar wieder an die Wasseroberfläche befördert. Nach dem Austritt aus der Flüssigkeit und dem Aufhören des Flüssigkeitsstaudruckes drücken die Federn 5 die Schaufeln wieder in ihre Lage 4¹ zurück. Insgesamt ergibt sich somit infolge des fast radialen Eintauchens der Schaufeln und ihrer anschließenden mehr oder weniger bewegungsparallelen Lage ein großer Sauerstoffeintrag bei zugleich geringem Energieaufwand für die Wasserforfbewegung. Wenn der Schwerpunkt in den radial äußeren Teil der Schaufeln verlegt wird, können die Rückstellfedern fortgelassen werden, da die Schaufeln dann aufgrund der Fliehkräfte während ihrer Bewegung außerhalb der Flüssigkeit in eine Stellung senkrecht zur Bewegungsrichtung geschwenkt werden»

Dadurch kann der Aufbau des Rotors weiter vereinfacht werden, jedoch muß der Nachteil in Kauf genommen werden., daß die Gewichts- und Fliehkraftbelastungen gegenüber einer Ausführungsform mit Rückstellfedern anwachsen.

Der Belüftungsrotor nach Fig. 3 und 4 weicht von der vorbeschriebenen Ausführung insofern ab, als die Lufteintragschaufeln 4a zylindiiseh gewölbt sind, derart, daß das Schaufelprofil in der Stellung 4a^tltf, d.h. in der Stellung für geringsten Bewegungswiderstand im Wasser, einem Kreisbogen mit in der Rotorachse liegendem Mittelpunkt entspricht. Diese gewölbte Schaufelform ergibt- in der Stellung 4a^I!ft einen noch geringeren Flüssigkeitswiderstand und demzufolge eine geringere Flüssigkeitsförderung als bei der Ausführung nach Fig. 1 und 2.

Ferner ist gemäß Fig.3 und 4 eine zwangsläufige mechanische Steuerung für die periodische Bewegung der Schaufeln 4a vorgesehen, die aus einem ortsfesten, runden und exzentrisch zur Welle 1 angeordneten Nocken 11 besteht, auf dem sich ein Steuerstern JL2 dreht. Arme 13 dieses Steuersternes sind über Lenker 14 mit den Schwenkachsen 3 der Schaufeln 4a gekuppelt. Aufgrund der exzentrischen Lage des Steuernockens 11 ergibt sich somit beim Rotieren des Belüftungsrotors ein Verschwenken der Schaufeln in die Stellungen 4a*, 4a¹¹, 4a^lft _J 4a^ttl! u.dgl., so daß eine fast gleiche periodische Schaufelverstellung erreicht wird wie Taei dem in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel.

Die Anordnung der Schaufeln 4a und ihrer Schwenkachsen 3 ist hier außerdem so getroffen, daß die Schaufeln in der Stellung

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4a^ltM auf einem kleineren Durchmesser liegen als in der Stellung 4a* für den Eintauchzeitpunkt. Durch diese Maßnahme wird das Verhältnis zwischen Umfangsgeschwindigkeit und horizontaler Flüssigkeitsförderung ebenfalls beeinflußt.

Der ortsfeste Steuernocken 11 kann außerdem mittels eines Hebels 15 etwa von Hand um die Rotorachse 1 gemäß Pfeil 16 um begrenzte Winkelbeträge verschwenkbar sein. Auf diese Weise läßt sich die bewegungsparallele Schaufelstellung 4a^ltft in der Rotordrehrichtung oder entgegengesetzt dazu verstellen, wodurch sich die Flüssigkeitsförderung praktisch unabhängig vom Lufteintrag verändern läßt. Auf diese Weise kann eine Anpassung des Rotors an verschiedene Gegebenheiten, resultierend aus der Art des jeweils zu behandelnden Abwassers, vorgenommen werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 hat eine in Richtung des Pfeiles 9 angetriebene Rotornabe 20 eine prismatische Fern». Die sich mit dem Rotor drehenden Schaufeln 4b je einer Schaufelreihe ragen durch einen Schlitz 21 der Rotornabe 20 hindurch und sind außerdem zu einem kammartigen Element 22 zusanunenge* faßt. Dieses Element 22 ist auf einer normalerweise stillstehenden und exzentrisch zur Rotorwelle 1 angeordneten Kurbelwelle 2j5 drehbar gelagert., so daß bei jeder Rotordrehung die Elemente 22 und die Schaufeln 4b radial auswärts und anschließend wieder radial einwärts verschoben werden, In der Stellung 4b* ergeben dann die Schaufeln, da sie weit aus dem Nabenkörper herausragen und außerdem auf großem Bewegungsradius liegen, eine große Einwirkung auf die Flüssigkeit, d.i»« einen großen Jiufteintrag im Zeitpunkt des Eintauchens., wogegen die Schaufeln ia den

Stellungen 4b'^! und 4b''^T nur wenig aus der Rotornabe herausragen und daher nur eine geringe horizontale Flüssigkeitsbewegung erzeugen. Mittels eines Hebels 24 kann die ortsfeste Kurbelwelle um die geometrische Rotorachse um begrenzte Winkelbeträge verschwenkt werden, wobei in gleicher Weise wie nach Fig. 5 u¹¹^. 4 die auf die Flüssigkeit wirkungslose Schaufelstellung 4b¹ " in Drehrichtung oder entgegengesetzt dazu verstellt werden kann.

Claims (11)

-B- -a- 4- anspr-üciie

1. Einrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiter, insbesondere zur Abwasserbelüftung, mit einem teilweise in Jxe Flüssigkeit eintauchenden, um eine horizontale Achse umlaufenden Rotor mit in ihrer Stellung relativ zum Rotorradius beweglichen, vorzugsweise plattenförmigen Gaseintragelementen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Gaseintragelemente (4, 4a, 4b) mit der Rotordrehbewegung so periodisch steuerbar sind, daß ihr Strömungswiderstand beim Eintauchen größer ist als während des anschließenden Durchganges durch die Flüssigkeit.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragelemente (4, 4a) so steuerbar sind, daß sie beim Eintritt in die Flüssigkeit etwa senkrecht und beim Austritt aus der Flüssigkeit etwa parallel zu ihrer Bewegungsrichtung stehen.

J5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Steuerung der Gaseintragelemente hinsichtlich des zeitlichen Verlaufes und/ oder der Art und Größe zusätzlich einstellbar ausgebildet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Steuerung der Gaseintragelemente \ (4) von der Wirkung der Flüssigkeitskräfte gegen die Wirkung

' der Fliehkräfte und/oder von Kraftspeichern, beispielsweise

von Federn (5) abhängig ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bl^ 4, dadurch g e k e η η zeichnet, daß für das periodische Steuern der Gaseintragelemente (4aj 4b) eine selbsttätige Steuerung, vorzugsweise eine von der Rotordrehbewegung abhängige mechanische Steuerung, vorgesehen ist, beispielsweise mittels Nocken (11), Exzentern (12), Bremsen od.dgl.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragelemente (4,4a) um zur Rotorwelle (1) parallele Achsen (3) verschwenkbar sind, vorzugsweise um einen Schwenkwinkel von etwa 90° .

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Schwenkbewegung Anschläge (7) vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Je eine Reihe von Gaseintragelementen (4,4a) auf einer zur Rotorwelle parallelen Schwenkachse (3) befestigt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragelemente (4,4a) in an sich bekannter Weise aus ebenen und/oder gekrümmten, vorzugsweise rechteckigen und in einem Abstand von der Rotorwelle endenden Platten bestehen.

10. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragelemente (4b) radial oder angenähert radial und in dieser Radialrichtung

verschiebbar angeordnet sind.

11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseintragelemente drehbar auf einer , exzentrisch zur Rotorachse (1) liegenden Welle (23) befestigt | und in Schlitze (2-1 ^ eines ,zur Botoraehsg /l) korizenfci?±schen ι

i und etwa zylindrischen oder prismatischen Nabenkörpers (20) ;]

einschiebbar sind. '