FI64125C - Vattenoxidationsanordning foer vattendrag - Google Patents

Description

64125

Vedenhapetuslaite vesistöjä varten. - Vattenoxidations-anordning för vattendrag.

Keksinnön kohteena on vedenhapetuslaite vesistöjä varten, jossa pystysuuntaisen pohjavesiputken yläpäässä olevaan astiaan on sijoitettu pyöritettävä linkoroottori, jonka veden-ottoelimet ovat veden pinnan alapuolella ja jonka vedenlin-koamiselimet ovat veden pinnan yläpuolella.

Fl-patenttijulkaisussa 35966 on esitetty laite, jossa pohjavesiputken yläpäähän on sijoitettu vedenjohtoputki, jonka alapäässä on potkuri veden pumppaamiseksi putken yläpäässä pyöritettävään linkoroottoriin. Linkoroottori on kokonaisuudessaan veden pinnan yläpuolella, jolloin mainitun potkurin pyöritysenergiaa tarvitaan veden nostamiseksi linkoroottoriin.

Tämän lisäksi tarvitaan energiaa kehänopeuden antamiseksi linkoroottorissa ulkokehälle virtaavalle vedelle ennen sen purkautumista linkoroottorin kehäraosta. Tällä periaatteella toimiva vedenhapetuslaite vaatii hapetustehokkuuteen nähden niin suuria käyttöenergiamääriä, ettei laitteen käyttö ole osoittautunut taloudellisesti kannattavaksi, mistä syystä tällaisia vedenhapetuslaitteita ei toistaiseksi käytetä ainakaan mainittavassa määrin esim. järvivesien hapettamiseen.

AT-patenttijulkaisussa 281706 on esitetty vedenhapetuslaite, jossa linkoroottorin ulkokehällä on osittain vedenpinnan alapuolelle ulottuvat, roottorin aksiaalisuunnassa nähtynä tan-gentiaaliset putket, jotka toimivat sekä vedenottoeliminä että suihkutussuuttimina. Tällöin vesi saadaan suihkutetuksi ilman, että sille annetaan linkoroottorin kehänopeutta, jolloin energian kulutusta saadaan pienennetyksi. Kuitenkin suihkutettu vesi, huolimatta törmäyslevyn käytöstä, palaa suhteellisen nopeasti ja yhtenäisenä vesimassana takaisin vesistöön, toisin sanoen suihkutetun vesimassan hapetusaika on lyhyt ja hapetukselle alttiina oleva pinta-ala on pieni. Jos tätä yritettäisiin korjata esim. pienentämällä suihkutusputkia tai asentamalla niihin pienireikäisiä suuttimia, olisi seurauksena 64125 2 olennainen virtausvastuksen kasvaminen ja tehon hukkakulutus.

Jos hapetustehon lisäämiseksi linkoroottoria pyöritetään suurehkolla nopeudella, aiheuttavat roottorin ulkokehällä veteen pistävien putkien päät voimakasta virtausvastusta ja pyörtei-lyä, mikä aiheuttaa hukkatehoa, jota ei voida käyttää hyväksi suihkujen synnyttämisessä.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu vedenhape-tuslaite, jossa tehokkaiden hapetussuihkujen synnyttämiseen tarvittava linkoroottorin pyöritysenergian tarve on minimoitu.

Tämän tarkoituksen saavuttamiseksi on keksinnön mukainen ve-denhapetuslaite tunnettu siitä, että vedenlinkoamiselimissä on ensimmäinen virtausvyöhyke, jossa virtaus tapahtuu olennaisesti säteittäin linkoroottorin keskialueelta sen ulkokehälle, ja toinen virtausvyöhyke, jossa virtaus tapahtuu olennaisesti tangentiaalisesti, jolloin mainittu toinen virtausvyöhyke on muodostettu siten, että vedenlinkoamiseiimien ulkokehälle on järjestetty suihkutussuuttimia, joiden purkautumis-suihkut on suunnattu oleellisesti tangentin suunnassa pyörimissuuntaan nähden taaksepäin.

Keksinnön mukaisissa vedenlinkoamiselimissä virtaus tapahtuu ensin linkoroottorin keskialueelta sen ulkokehälle, jolloin ulkokehälle saadaan syntymään keskipakovoiman aiheuttama staattinen paine, jota käytetään hyväksi veden suihkuttani! -seksi tangentiaalisista suihkutussuuttimista. Tällöin suihkujen reaktiovoima antaa takaisin sen työn, joka tarvittiin veden kehänopeuden antamiseen ja mainitun staattisen paineen synnyttämiseen ensimmäisessä virtausvyöhykkeessä. Ideaalitapauksessa saadaan tällöin takaisin suihkujen purkautumis-energiana lähes kaikki se työ, joka tehtiin mainitun ulko-kehänopeuden antamiseksi vedelle ja joka on varastoituna keskipakovoiman aiheuttamana paine-energiana roottorin ulkokehällä. Vaikka tällöin vedenlinkoamismatka linkoamiselimis-tä ulospäin pieneneekin, ei sillä ole olennaista merkitystä hapetustehokkuuden kannalta, koska vesi saadaan suihkutus- li 3 64125 suuttimista pisaroitetuksi siten, että suuri pinta-ala tulee kosketukseen ilman kanssa.

Laite kuluttaa siis mahdollisimman vähän hukkaenergiaa ja olennaisesti kaikki käyttöenergia tulee käytetyksi hyväksi veden siirtämiseksi hienojakoisina suihkuina, pisaroina ja/tai sumuna astiasta sitä ympäröivään järveen, selkeytys- tai puhdistus-altaaseen tms.

Seuraavassa keksinnön eräitä suoritusesimerkkejä selostetaan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön erään suoritusmuodon mukaista vedenhapetuslaitetta pystyleikkauksessa.

Kuvio 2 esittää pystyleikkauksena keksinnön mukaisen vedenha-petuslaitteen pohjavesiputken yläpäässä olevaa astiaa siihen sovitettuine linkoroottoreineen.

Kuvio 3 esittää päältäpäin nähtynä kuvion 2 mukaisen linkoroot-torin suoritusmuotoa ja kuvio 4 esittää pystyleikkauksena toisen suoritusmuodon mukaista linkoroottoria.

Mikäli laitetta käytetään järvivesien hapettamiseen, on laitteen runko 1 ankkuroitu veden pinnalle kelluvaksi. Mikäli laitetta käytetään biologisissa vedenpuhdistamoissa hapetetun raakaveden syöttämiseen, voidaan runko 1 ankkuroida myös kiinteisiin allasrakenteisiin. Astia 2 on ripustettu runkoon 1 laakereilla 3 ja astiaan 2 on kiinnitetty halutun pituinen pohjavesiputki 4, joka avautuu astiaan 2 sopivimmin seulan tai muun suodattimen läpi. Pohjavesiputken 4 pituus valitaan käyttökohteen mukaan sellaiseksi, että se ulottuu lähelle pohjaa.

Astiaan 2 on sovitettu yleisellä viitenumerolla 5 merkitty linkoroottori, joka on ripustettu akselin 6 päähän. Linkoroot- 4 64125 toriin 5 kuuluu keskisylinteri 7 sekä putkimaiset, säteittäin ulkonevat veden1inkoamiseiimet 8. Linkoamisputkien 8 sisäpäät avautuvat keskisylinteriin 7 vedenpinnan tason alapuolella.

Jotta putket 8 eivät pyöriessään leikkaisi vettä, on niiden alapuolelle sylinteriin 7 kiinnitetty ylöspäin avautuva kar-tiovaippa 9, joka ulottuu vedenpinnan yläpuolelle. Tällainen kartiopinta pyörii vedessä ilman mainittavaa pyörimisvastusta. Keskisylinterin 7 alapäässä on aukot, joihin liittyy pyörimissuuntaan avautuvat imukourut 10. Lisäksi, mutta ei väittämättä, keskisylinteriin 7 voi olla järjestettynä potkuri 11, jonka lapakulma muuttuu keskipakoissäätölaitteiston 12 avulla pyörimis nopeude s ta ri ippuvai sesti .

Linkoamisputkien 8 yläpuolelle on keskisylinteriin 7 kiinnitetty toinen kartiovaippa 13, jonka yläpinnalla on säteittäisiä 1inkoamissäivekkeitä 14, joilla voi olla poikkileikkauksessaan esim. kourumainen muoto.

Akseli 6 on pyörivästi laakeroitu runkoon nivelellä 15, joka pyorimislaakeroinnin lisäksi muodostaa ristikääntönivelen siten, että li nkoroottori.n pyörimisakselin suunta voi määräytyä vapaasti ympäröivistä rakenteista riippumatta. Tällä voidaan eliminoida suurella nopeudella pyörivän 1inkoroottorin hyrrä-voimien vaikutus tukirakenteisiin. Akselia 6 pyöritetään va-paavaihteen 16 välityksellä voimansairtolaitteistolla 17, joka esitetyssä tapauksessa saa käyttövoimansa tuulivoimakoneel-ta 18. Tällainen tuuli voimakone on tunnettu esim. hakijan aikaisemmasta suomalaisesta patenttihakemuksesta n:o 800809.

Tässä tuulivoimakoneessa on pystysuuntaisen pääakselin ympäri pyörivään vaakasuuntaiseen runkovarteen järjestetty pystyakse-leiden ympäri pyörivät siipipinnat, joiden pyörimisliike on siten pakko-ohjattu, että siipipintojen pyörimisnopeus on puolet runkovarren pyörimisnopeudesta, jolloin mainitun pakko-ohjauksen aikaansaava elin (ei. esitetty) on kytketty tuulen suuntaa tunnustelevan elimen ohjaamaksi siten, että siipipin-nat, jotka pääakselin vastakkaisilla puolilla ovat pääasiallisesti kohtisuorassa toisiaan vastaan, ovat määrätyssä kulmassa tuuif-n suun·-aan nährlfn. Tä ! 1 .i i so 1 1 a t un I i vo i niukon··»· i 1 a saadaan li 5 64125 halvalla rakenteella suuria vääntömomentteja jo suhteellisen pienillä tuulennopeuksilla. Vapaakytkin 16 mahdollistaa sen, että linkoroottori 5 voi jäädä pyörimään vaikka tuulivoima-kone vaihtelevalla tuulella välillä pysähtyisikin. Lisäksi voimansiirtolaitteiston välityssuhde on valittu sellaiseksi, että linkoroottori saavuttaa hyvin suuria pyörimisnopeuksia, vaihdellen muutamasta sadasta muutamaan tuhanteen r/min.

Kuviossa 2 suuremmassa mittakaavassa esitetty roottorilinko eroaa edellisestä vain siinä, että keskisylinterissä ei ole potkuria 11 säätölaitteistoineen 12. Nivelessä 15 on esitetty ristikääntönivel. Veden virtausta laitteen toimiessa on havainnollistettu nuolilla.

Kuviosta 3 ilmenee vielä tarkemmin imukourujen 10 muoto sekä linkoamisputkien 8 ja linkoamissiivekkeiden 14 sijoittaminen. Lisäksi näkyy linkoamisputkien 8 ulkoapäin sijoitetut suihku-tussuuttimet 19.

Kuviossa 4 on esitetty linkoroottorin 5' yksinkertaisin suoritusmuoto. Siinä on kartiovaipan 13' yläpintaan kiinnitetty linkoamissiivekkeet 14' ja kartiovaipassa olevien aukkojen kohdalla on pyörimissuuntaan avautuvat imukourut 10'. Linkoroottorin 5' ulkokehälle voidaan asentaa suihkutussuuttimet, joiden tehtävänä on kääntää virtaus tangentiaalisesti taaksepäin.

Laitteen toiminta on seuraava.

Tuulivoimakoneen 18 tai muun käyttömoottorin pyörittämänä lin-koroottorille 5 annetaan huomattavan suuri pyörimisnopeus. Tämän vaikutuksesta alkaa linkoamisputkien 8 tyvipäissä oleva vesi siirtyä keskipakovoiman vaikutuksesta kohti linkoputkien 8 ulkopäitä. Astiasta 2 tulee jatkuvasti uutta vettä tilalle ja astia 2 täyttyy sitä mukaa pohjavesiputken 4 kautta. Keskipakovoiman aikaansaama suuri paine työntää veden suihkutus-suuttimista 19 hienojakoisina suihkuina, pisaroina ja/tai su- 64125 6 muna. Tämä paineella tapahtuva suihkutus toisaalta edistää roottorin 5 pyörimistä vähentäen siten tehontarvetta. Suihku-voimat siis kompensoivat sitä tehonkulutusta, joka tarvitaan kohti ulkokehää siirtyvän veden kehänopeuden lisäämiseen.

Näin ollen tällä järjestelyllä tehon kulutus on minimissään. Kuitenkin tuulivoimakonetta 18 käytettäessä saattaa aika ajoin tehoa olla käytettävissä huomattavasti suurempia määriä. Toisaalta tehoa tulisi tällöin käyttää tuulivoimakoneen 18 jarruttamiseen sen ylikierrosten estämiseksi. Linkoamisroottorin 5 pyörimisnopeuden pyrkiessä kasvamaan, kohottavat imukourut 10 ja mahdollisesti järjestetty potkuri 11 vettä keskisylin-terissä 7 siten, että vesi virtaa keskisylinterin 7 yläreunojen yli tai sen yläosassa olevista aukoista kartiovaipan 13 päälle. Tällöin kourumaiset siivekkeet 14 linkoavat veden kar-tiovaipalta 13. Täten saadaan tehokkaasti käytetyksi hyväksi tuulivoimakoneen 18 antama ylimääräinen teho myös kovalla tuulella .

li

Claims (4)

7 64125

1. Vedenhapetuslaite vesistöjä varten, jossa pystysuuntaisen pohjavesiputken (4) yläpäässä olevaan astiaan (2) on sijoitettu pyöritettävä linkoroottori (5, 5'), jonka vedenotto-elimet (7, 10) ovat veden pinnan alapuolella ja jonka veden-linkoamiselimet (8; 13, 14) ovat veden pinnan yläpuolella, tunnettu siitä, että vedenlinkoamiselimissä (8; 13, 14} 13', 14') on ensimmäinen virtausvyöhyke, jossa virtaus tapahtuu olennaisesti säteittäin linkoroottorin keskialueelta sen ulkokehälle, ja toinen virtausvyöhyke, jossa virtaus tapahtuu olennaisesti tangentiaalisesti, jolloin mainittu toinen virtausvyöhyke on muodostettu siten, että vedenlinkoamis-elimien ulkokehälle on järjestetty suihkutussuuttimia (19), joiden purkautumissuihkut on suunnattu oleellisesti tangentin suunnassa pyörimissuuntaan nähden taaksepäin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vedenhapetuslaite, tunnettu siitä, että vedenlinkoamiseliminä on siivekkeitä (14; 14'), jotka on kiinnitetty linkoroottorin (5, 5') lautas-maisen tai kartiomaisen osan (13; 13') yläpintaan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen vedenhapetuslaite, tunnettu siitä, että vedenottoelimet ovat lautasmaisen tai kartiomaisen linkoroottorin (5') alapintaan kiinnitettyjä, pyörimissuuntaan avautuvia imukouruja (10'), jotka siirtävät vettä linkoroottorin (5') alapuolelta sen yläpinnalle.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen vedenhapetuslaite, tunnettu siitä, että linkoroottorissa (5) on erilaisilla korkeustasoilla olevia linkoamiselimiä (8, 14), jolloin pienemmällä pyörimisnopeudella vesi linkoutuu vain alempien linkoamiselimien (8) kautta ja suuremmalla pyörimisnopeudella vesi linkoutuu myös ylempien linkoamiselimien (14) avulla. 641 25 8