Pierwszenstwo: 27.Y.1969 (P. 133 840) 28.Y.1968 Szwajcaria Opublikowano: 29.XII.1973 68547 KI. 85c,5 MKP C02c 1/10 Twórca wynalazku i wlasciciel patentu: Joseph Richard Kaelin, Buochs, Nidwalden (Szwaj¬ caria) Wirnik powierzchniowo napowietrzajacego urzadzenia do mieszania i napowietrzania cieczy, zwlaszcza w oczyszczalniach scieków Przedmiotem wynalazku jest wirnik powierzch¬ niowo napowietrzajacego urzadzenia do mieszania i napowietrzania cieczy w zbiornikach, zwlaszcza w oczyszczalnikach scieków, czesciowo zanurzony w cieczy i obracajacy sie w plaszczyznie pozio¬ mej, w którym znajduja sie, ograniczone górna powierzchnia, pierscieniowo uksztaltowana jego dolna powierzchnia oraz pewna iloscia w przy¬ blizeniu promieniowo ulozonych lopatek — kana¬ ly dla przetlaczania i mieszania cieczy w zbiorni¬ ku, przy czym te kanaly sa tak zakrzywione w plaszczyznie pionowej, ze ciecz wplywajaca do nich od dolnej powierzchni wirnika zmienia swój kie¬ runek w przyblizeniu o 90°, zmierzajac do wylo¬ tów tych kanalów, przewidzianych na bocznej po¬ wierzchni wirnika, posiadajacych wieksza sred¬ nice od srednicy pierscieniowego wlotu cieczy — w dolnej plaszczyznie wirnika.Znane tego rodzaju wirniki urzadzen powierz¬ chniowo napowietrzajacych posiadaja kanaly do przetlaczania cieczy, które sa ograniczone przez zewnetrzne sciany obudowy wirnika, przy czym te kanaly w plaszczyznie osiowej, miedzy wlotem i wylotem, sa zakrzywione koliscie. Wirniki te sa napedzane za pomoca silnika, który jest zamoco¬ wany na konstrukcji nosnej, nad zbiornikiem do napowietrzania.Silnik napedzajacy z przymocowanym do niego wirnikiem do napowietrzania ma znaczny ciezar, a sila skierowana ku dolowi obciaza elementy 2 konstrukcyjne podtrzymujace silnik z zamocowa¬ nym do niego wirnikiem, a poza tym obciazenie konstrukcji wzrasta poprzez dzialanie sily ssania, które wytwarza wirujacy wirnik. Z tych wzgle- 5 dów konstrukcja nosna musi miec mocna budo¬ we.Podczas pracy tego wirnika, wskutek zakrzy¬ wienia kolowego obwodu jego zewnetrznych scian, przeplywajaca przez kanaly tego wirnika ciecz 10 unosi sie do góry, w wyniku czego strumien cieczy jest turbulentny, co wywoluje zwiekszenie tarcia cieczy na zewnetrznych scianach wirnika, a wiec powoduje odpowiednie straty energii.Stosowanie tego rodzaju wirników urzadzen po- 15 wierzchniowo napowietrzajacych wymaga z jednej strony, aby byly one mozliwie jak najlzejsze, co pozwala na uzycie lzejszych i mniej skomplikowa¬ nych konstrukcji nosnych, na których te urzadze¬ nia sa zawieszone nad zbiornikiem, a takze wobec 2o niewielkich obciazen pionowych pozwala na znacz¬ ne zwiekszenie trwalosci lozysk mechanizmu na¬ pedu. Z drugiej strony wymagane jest równiez male zuzycie energii przez urzadzenie, co mozna osiagnac przez staranne i korzystne opracowanie 25 kanalów przelotowych w wirniku, wskutek czego osiaga sie dobre warunki przeplywu cieczy przez wirnik, dobre wymieszanie zawartosci zbiornika oraz znaczne zmniejszenie strat na tarcie.Dla spelnienia tych wymagan, zgodnie z wyna- 90 lazkiem, zewnetrzna obwodowa powierzchnia za- 68 54768 3 nurzonej w cieczy czesci wirnika uksztaltowana jest stozkowo i w ten sposób miedzy przestrzenia zakrzywiona obrotowa powierzchnia ograniczajaca od dolu kanaly przelotowe w wirniku a zewnetrz¬ na powierzchnia obwodowa wirnika tworzy sie szczelna przestrzen o ksztalcie pierscienia.Przestrzen pierscieniowa wraz z obudowa wy¬ woluje powstanie wyporu wirnika. Korzystne jest przy tym wypelnienie tej przestrzeni lekkim, spienionym sztucznym tworzywem, co pozwala na zwiekszenie sztywnosci wirnika, a jednoczesnie za¬ bezpiecza przed wtargnieciem cieczy do przestrze¬ ni wewnatrz podstawy wirnika. Wskutek zastoso¬ wania tego rodzaju konstrukcji podstawy wirni¬ ka, ciezar wirnika tyfiz z dodatkowa sila osiowa, powstajaca przy fucha urzadzenia wskutek prze¬ plywu cieczy jest czesciowo lub calkowicie skom¬ pensowany przez wypór wirnika.Powstaly w ten sposób wypór wirnika równo¬ wazy bowiem czeSciówo lub calkowicie zarówno jego ciezar jak i skierowana w dól sila osiowa, wywolana przez zjawisko ssania przy przeplywie cieczy przez kanaly wirnika, co zmniejsza obcia¬ zenie oraz sile tarcia w lozyskach i podnosi w ten sposób sprawnosc mechaniczna urzadzenia.Ponadto stozkowe uksztaltowanie zewnetrznej powierzchni zanurzonej w cieczy czesci wirnika zmniejsza zawirowania powstajace w cieczy wsku¬ tek obrotu wirnika, co wplywa na znaczne obni¬ zenie oporów tarcia podczas ruchu wirnika.Podczas ruchu znanego wirnika i przeplywu cie¬ czy przez jego kanaly zasysane jest do tych kana¬ lów powietrze atmosferyczne i podczas cyrkulacji cieczy przez kanaly nastepuje zmieszanie dodat¬ kowych ilosci powietrza z ciecza, a dzieki temu zostaje podwyzszona zawartosc tlenu w cieczy. W znanych urzadzeniach doplyw powietrza atmosfe¬ rycznego do kanalów wirnika przeprowadza sie przez, wydrazony wal wirnika, lub przy pomocy rur, których wloty znajduja sie w obrebie zakrzy¬ wienia kanalów, w przyblizeniu posrodku miedzy wlotem i wylotem kanalów. Na wlocie przewodów doprowadzajacych powietrze, szybko przeplywaja¬ ca ciecz, wskutek dzialania sily odsrodkowej wy¬ woluje zjawisko zasysania, a dzieki temu na za¬ sadzie wodnej pompy strumieniowej, powietrze z przewodu zostaje porwane i w kanalach miesza sie z przeplywajaca ciecza.Zasysanie powietrza na wlocie przewodów do¬ prowadzajacych powietrze, wskutek znacznych predkosci przeplywajacego strumienia cieczy przez kanaly jest duze i przez to osiaga sie istotne zwiekszenie zawartosci powietrza w cieczy. Nato¬ miast duza predkosc przeplywu cieczy mozna osiagnac jedynie przy zwiekszonych obrotach wir¬ nika napowietrzajacego. Jednak zwiekszenie ilosci obrotów wirnika powoduje podniesienie zuzycia energii, a wiec podwyzszenie kosztów eksploatacji.Nastepna korzystna cecha wynalazku wynika z zalozenia, ze najkorzystniejszym polozeniem, w którym nalezy doprowadzac powietrze do prze¬ plywajacej w kanalach cieczy jest punkt kanalu, w którym predkosc przeplywajacej cieczy jest naj¬ wieksza, a wiec bezposrednio przed wylotem cie¬ czy z kanalów na zewnetrznym obwodzie obraca- 547 4 jacego sie wirnika, a nie tak jak w wyzej dmó-= wionym znanym urzadzeniu, posrodku miedzy wlo¬ tem i wylotem kanalu.Wirnik wedlug wynalazku od góry zamkniety 5 jest pokrywa, która rozciaga sie miedzy piasta a górna krawedzia wylotów kanalów, przy czym pod pokrywa znajduje sie komora o ksztalcie pierscie¬ nia, która z jednej strony laczy sie atmosfera po¬ przez otwory w pokrywie, a z drugiej strony z ka- 10 nalami w poblizu ich wylotów. Wskutek zasysania wywolywanego przez przeplywajaca kanalami ciecz, w komorze pierscieniowej powstaje podcis¬ nienie i dlatego powietrze atmosferyczne jest za¬ sysane przez otwory w pokrywie i z komory do- 15 staje sie do kanalów, w poblizu ich wylotu, a dzieki temu powietrze zostaje wymieszane z cie¬ cza.Przy takim rozwiazaniu okazalo sie, ze prawi¬ dlowe napowietrzenie cieczy uzyskuje sie przy 20 predkosci przeplywu cieczy w wirniku od 2,5—5,5 m/s, co zapewnia odpowiednie podniesienie zawar¬ tosci tlenu w cieczy.Ponadto w odmianie wirnika wedlug wynalazku wyloty powietrza w sciance znajduja sie na boku 25 kanalu, wzdluz lopatki z wkleslo zakrzywiona po¬ wierzchnia.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny zbiornika cieczy 30 wraz z zainstalowanym w nim urzadzeniu do po¬ wierzchniowego napowietrzenia wedlug wynalaz¬ ku, fig. 2 — wirnik urzadzenia wedlug wynalazku w przekroju osiowym, fig. 3 — inny przyklad wy¬ konania wirnika urzadzenia wedlug wynalazku w 35 przekroju osiowym, fig. 4 — widok z góry wirnika z fig. 3, przy czym czesc górnej powierzchni wir¬ nika zostala zdjeta, fig. 5 — czesciowy widok zewnetrzny rozwiniecia bocznej powierzchni wir¬ nika z fig. 4 w kierunku strzalki a, fig. — 6 — 40 przekrój osiowy innej odmiany wirnika urzadze¬ nia wedlug wynalazku, fig. 7 — widok z góry z czesciowo zdjeta górna powierzchnia wir¬ nika z fig. 6, fig. 8 — widok rozwiniecia bocznej powierzchni wraz z otworami wylotowymi wirnika 45 z fig. 5 w kierunku strzalki b.Zbiornik cieczy 1, przedstawiony na fig. 1 mo¬ ze posiadac dowolny ksztalt, okragly, kwadratowy lub prostokatny. Nad zbiornikiem umieszczona jesi konstrukcja nosna 2, korzystnie posiadajaca 50 postac, mostka, na której umieszczony jest wirnik 3 urzadzenia do powierzchniowego napowietrzania wedlug wynalazku. Wirnik 3 osadzony jest na pio¬ nowym wale 4, który moze byc obracany w do¬ wolnym kierunku przez silnik 5 za pomoca prze^ 55 kladni 6.Jak to zostalo pokazane na fig. 2, wirnik 3 wy¬ konany najkorzystniej z tworzywa sztucznego, na przyklad poliestru wlóknem szklanym w ksztalcie bryly symetrycznie obrotowej. Wirnik 3 sklada 60 sie z cylindrycznej piasty 7, za pomoca której mo¬ cowany jest do pionowego walu napedowego 4. Do piasty 7 zamocowana jest górna, kolowa pokry¬ wa 8. Do piasty 7 zamocowana jest równiez za¬ krzywiona przestrzennie kolowo lub eliptycznie, 65 symetrycznie obrotowa wewnetrzna górna scianka68 547 6 wirnika 9 polaczona na obwodzie z pokrywa 8.Pomiedzy górna wewnetrzna scianka 9 wirnika 3 a jego dolna pierscieniowa scianka wewnetrzna 10 umieszczone sa lopatki 11, dzielace przestrzen mie¬ dzy sciankami 9 i 10 na pewna ilosc kanalów przelotowych 12 i jednoczesnie laczace ze soba obie scianki 9 i 10 wirnika 3. Lekko zakrzywione lopatki 11 przebiegaja w kierunku w przyblizeniu promieniowym od krawedzi wejsciowej w dolnej czesci wirnika 3 do krawedzi wyjsciowej na ze¬ wnetrznej najdalej od osi odsunietej powierzchni wirnika 3. Ponizej otworów wylotowych 16 ka¬ nalów przeplywowych 12 wirnika 3 znajduje sie zewnetrzna scianka 13 wirnika 3, uksztaltowana w postaci stozka, która podczas pracy urzadzenia, jak to jest pokazane na fig. 1, jest zanurzona w cieczy.Zewnetrzna scianka 13 wirnika 3 wraz z jego dolna, wewnetrzna scianka pierscieniowa 10 two¬ rza zamknieta szczelnie przestrzen 14, która ko¬ rzystnie moze byc wypelniona lekkim, spienio¬ nym tworzywem sztucznym. W tym celu w we¬ wnetrznej sciance 13 wirnika 3 moze byc wyko¬ nany otwór, przez który wprowadza sie skladniki spienionej masy sztucznego tworzywa a po za¬ konczeniu procesu spieniania otwór ten szczelnie sie zamyka.Urzadzenie wedlug wynalazku, przedstawione na fig. 1, dziala w sposób nastepujacy: Wirnik 3 zamocowany na wale napedowym 4 zostaje zawie¬ szony na takiej wysokosci, zaleznej od poziomu 15 cieczy w zbiorniku 7, aby otwory wylotowe 16 ka¬ nalów przelotowych 12 znajdowaly sie bezposred¬ nio ponad poziomem 15 cieczy. Kanaly przelotowe 12 wypelniaja sie wiec ciecza równiez do poziomu 15. Po wlaczeniu silnika 5 i nadaniu obrotów wir¬ nikowi 3 zapelniajaca kanaly 12 ciecz pod dzia¬ laniem sily odsrodkowej zostaje przetloczona przez kanaly 12 i wyrzucona poza obreb wirnika w kie¬ runku promieniowym przez otwory 16. Powoduje to powstanie podcisnienia w dolnej czesci 17 wir¬ nika 3, wskutek czego ciecz zostaje zasysana i w sposób ciagly wyrzucana w opisany juz sposób przez otwory 16. Tego rodzaju obieg trwa do chwili zatrzymania wirnika 3 i powoduje ciagle mieszanie cieczy zawartej w zbiorniku 1. Jedno¬ czesnie wskutek obrotu wirnika 3 cala zawartosc zbiornika 3 zostaje wprawiona w ruch wirowy o predkosci oczywiscie znacznie mniejszej od pred¬ kosci ruchu wirnika 3.Jak to jest przedstawione na fig. 2, zewnetrzne czesci kanalów 12 na odcinku c przebiegaja nie poziomo a z lekkim nachyleniem do plaszczyzny poziomej, powstalym wskutek zaokraglenia scia¬ nek 9 i 10 wirnika i wynoszacym 5° do 6°, a naj¬ korzystniej okolo 5,5°. Zassana przez wirnik 3 od- dolu ciecz, wyrzucana w sposób ciagly przez otwo¬ ry 16 jest rozpryskiwana wachlarzowato ponad po¬ wierzchnia zawartosci zbiornika 1 az do jego scian.Ciecz, odrzucana przez wirnik 3 w kierunku scia¬ nek zbiornika 1 splywa nastepnie w kierunku dna zbiornika i kieruje sie do jego centrum, skad jest znów zasysana przez wirnik 3; jednoczesnie wspom¬ niany wyzej ruch obrotowy calej zawartosci zbior¬ nika 1 wywolany obrotem wirnika 3 powoduje, ze kazda czastka zawartosci zbiornika 1 przeplywa torem srubowym przez zbiornik 1, co sprzyja do¬ kladnemu wymieszaniu jego zawartosci.Ruchowi dosrodkowemu zawartosci zbiornika 1 5 sprzyja uksztaltowanie czesci 18 jego scian bocz¬ nych. W srodkowej czesci zbiornika 1 ciecz do¬ staje sie w strefe ssania wirnika 3, i spiralna struga unoszona jest do wejsciowej czesci 17 wir¬ nika 3, po czym przeplywa kanalami 12 i przez 10 otwory 16 ponownie zostaje wyrzucona na ze¬ wnatrz. Czesc cieczy znajduje sie w centralnej strefie zbiornika,, która nie zostanie zassana przez wirnik 3, napotyka na jego stozkowa scianke ze¬ wnetrzna 13, oplywa ja i napotyka na powierzchni 15 strugi cieczy wytryskiwanej z otworów 16 wirni¬ ka 3, z którymi laczy sie i odplywa w kierunku scianek zbiornika 1. W ten sposób cala zawartosc zbiornika 1 wprawiona jest w ruch i znajduje sie w ciaglym obiegu. 20 Rozdzielenie za pomoca lopatek 11 wyrzucanej z kanalów 12 cieczy na poszczególne strumienie, a takze wyrzucanie jej przez wirnik 3 ponad po¬ wierzchnie 15 cieczy w zbiorniku 1 stwarza do¬ skonale warunki do jej napowietrzenia.. Podczas 25 obrotu wirnika 3, kazda jego krawedz wytwarza dodatkowo fale o niewielkiej wysokosci na po¬ wierzchni 15 cieczy w zbiorniku 1, które biegna kolejno do scian zbiornika 1. W ten sposób zo¬ staje dodatkowo zwiekszona powierzchnia cieczy 30 w zbiorniku 1, co sprzyja dyfuzji powietrza, zwla¬ szcza tlenu do wewnatrz zawartosci zbiornika 1.Wirniki w jednych ze znanych urzadzen napo¬ wietrzajacych, posiadaly dolne zewnetrzne po¬ wierzchnie ksztaltowane ta sama przestrzennie za- 85 krzywiona, pierscieniowa scianka, ograniczajaca kanaly przelotowe 12 od dolu. W wirniku 3 urza¬ dzenia wedlug wynalazku scianka ta przykryta jest stozkowa scianka 13. Jak to juz zostalo wska¬ zane wyzej, wskutek zakrzywienia zewnetrznej po- 40 wierzchni znanych dotychczas wirników, przy ich obrocie powstawaly znaczne zawirowania przyscien¬ ne, stwarzajace turbulencyjna warstwe przyscien¬ na, zwiekszajaca tarcie cieczy o scianki wirnika i zapotrzebowanie energii na jego poruszenie. Oslo- 45 niecie tej zakrzywionej scianki stozkowa oslona 13 zmniejsza do minimum powierzchnie styku wirnika z ciecza i eliminuje turbulencje na tej sciance, a zatem i straty tarcia zostaja zmniej¬ szone do mozliwego minimum. Badania praktycz- 50 ne wykazaly w istocie, ze scianka stozkowa 13 o prostej tworzacej, wykonana zgodnie z wynalaz¬ kiem, oraz nachylenie osi otworów wyjsciowych 16 kanalów 12 pod katem 5° do 6° do poziomu pozwala na uzyskanie o wiele wyzszej sprawnosci, 55 niz w przypadku znanych rozwiazan. W tych sa¬ mych warunkach pracy w urzadzeniu z wirni¬ kiem wedlug wynalazku uzyskano o okolo 15°/o wyzsze napowietrzenie, wyrazone w kG 02/godzine, a jednoczesnie o 15°/o zostala podwyzszona wydaj- 60 nosc energetyczna urzadzenia, wyrazona w kG 02/kWh.Dalsza zaleta wynalazku wynika z wytworzenia duzej pustej przestrzeni 14 pomiedzy sciankami 10 i 13. Obecnosc tej przestrzeni powoduje przy za- e5 nurzónym wirniku 3 powstanie duzej sily wyporu,6&54? 8 znacznie zmniejszajacej obciazenie konstrukcji, na której zawieszone jest urzadzenie, co umozliwia wykonanie tych konstrukcji jako lzejszych i oszczedniejszych. Jednoczesnie fakt powstania sily w3'poru na zanurzonym wirniku znacznie ulatwia jego montaz, który moze byc dokonany przy ply¬ wajacym wirniku. Przykladowo wirnik o srednicy 3 metry wazy okolo 450 kG. Dodatkowe sily osio¬ we powstale w wyniku przetlaczania cieczy przez wirnik przy jego ruchu dochodza do 500 kg, co daje w sumie pionowe obciazenie walu napedowe¬ go sily 950 kg. W wirniku tej wielkosci realne jest uzyskanie miedzy sciankami 10 i 13 takiej wiel¬ kosci wypelnionej spienionym tworzywem sztucz¬ nym komory, której wypór wynosic bedzie rów¬ niez okolo 950 kg, a wiec calkowicie zrównowazy obciazenie pionowe walu napedowego, prawie zu¬ pelnie wyeliminuje obciazenie lozysk i wskutek tego do minimum zmniejszy tarcie w lozyskach.W efekcie spowoduje to równiez znaczne zwie¬ kszenie trwalosci urzadzenia.W przykladzie wykonania wynalazku, przedsta¬ wionym na fig. 3 do 5, wirnik 3 sklada sie, po¬ dobnie jak w przykladzie poprzednim, z kolowej pokrywy & i pewnej liczby kanalów 12 zbiegaja¬ cych sie u otworu wlotowego 17 do wirnika 3, przez które ciecz zasysana przez otwór wlotowy 17 zostaje wytloczona na zewnatrz w kierunku promieniowym. Kanaly przelotowe 12 ograniczone sa lopatkami 11 oraz górna wewnetrzna, kolowo zakrzywiona i symetrycznie obrotowa scianke 9 i dolna wewnetrzna, kolowo lub eliptycznie za¬ krzywiona i symetrycznie obrotowa scianke 10.Powierzchnie obu scianek 9 i 19 przy wyjsciu z wirnika sa do siebie równolegle i nachylone pod katem okolo 5° do poziomu. Dolna scianka we¬ wnetrzna 10 jest okryta stozkowa scianka ze¬ wnetrzna 13, która tworzy pusta, szczelna prze¬ strzen 14 pomiedzy sciankami 10 i 13, wypelniona spienionym tworzywem sztucznym. W pewnej od¬ leglosci od pokrywy 8 wirnika 3 przewidziana jest pozioma scianka 20, zamocowana równiez do pia¬ sty 7 oraz na zewnetrznej krawedzi do górnej we¬ wnetrznej scianki 9 wirnika 3, tworzac w ten spo¬ sób pierscieniowa przestrzen 21. Pokrywa górna 8 posiada w tym przypadku kilka otworów 22, la¬ czacych przestrzen 21 z otaczajaca atmosfera.W sciance wewnetrznej 9 wirnika 3 w kazdym z kanalów 12 jest równiez wykonany waski, po¬ dluzny otwór 23, przylegajacy do wkleslej strony lopatki 11 i posiadajacy te sama krzywizne. W ten sposób kazdy kanal 12 polaczony jest poprzez otwór 23, przestrzen 21 i otwory 22 z otaczajaca atmosfera.Podczas pracy urzadzenia wirnik 3 moze obracac sie w dowolnym kierunku, zgodnie ze strzalkami di ena fig. 4. Przy obrocie wirnika 3 w kierunku strzalki d, krzywizna lopatek 11 jest jak gdyby wspólbiezna z kierunkiem obrotów. Taki kieru¬ nek obrotów nazwany zostal „ciagnacym" w prze¬ ciwienstwie do „pchajacego" kierunku obrotów zgodnie ze strzalka e, przy którym krzywizna lo¬ patek 11 jest jak gdyby przeciwbiezna do kierun¬ ku obrotów. Przy „ciagnacym" kierunku obro¬ tów zgodnie ze strzalka d, krawedzie lopatek 11 powoduja stosunkowo nieznaczne zawirowania strumieni, wyplywajacej z kanalów 12 cieczy.Ciecz z kanalów 12 dociskana Jest do wypu¬ klych lopatek 11 i wytryskuje z wirnika stycz- 5 nie do tych powierzchni, podczas gdy przeplyw1 cieczy wzdluz wkleslej powierzchni lopatek 11 jest o wiele mniej intensywny. Daje to w efekcie o wiele slabsze napowietrzenie wytryskujacej z ka¬ nalów 12 cieczy. 10 Przy „pchajacym" kierunku obrotów wirnika zgodnie ze strzalka e, turbulencja cieczy w kana¬ lach 12 znacznie sie zwieksza, w wyniku stalego przecinania strumienia cieczy krawedziami lopa¬ tek 11, co powoduje zwiekszenie napowietrzenia 15 cieczy. Ponadto przy obrocie wirnika w kierunku strzalki e ciecz w kanalach 12 plynie glównie po wkleslej stronie lopatek 11 w sasiedztwie otwo¬ rów 23 w sciance 9, co przy duzej predkosci cie¬ czy powoduje dodatkowe zasysanie powietrza z 20 przestrzeni 21 poprzez otwory 22 i dodatkowe, znaczne napowietrzenie na zasadzie rozpylacza.Przy obrocie wirnika 3 zgodnie ze strzalka e, napowietrzanie cieczy jest wiec bardziej inten¬ sywne niz przy jego ruchu w kierunku przeciw- 25 nym w wyniku turbulencyjnego dzialania lopatek 11 i dodatkowego napowietrzania przez otwory 23.Intensywnosc napowietrzania przy ruchu wirnika w kierunku e jest dwukrotnie wyzsza niz przy ruchu w kierunku d, oczywiscie przy wiekszym 30 zuzyciu energii. Kierunek ruchu wirnika 3 dobiera sie w zaleznosci od potrzeby.W przykladzie wykonania wirnika, przedstawio¬ nam na fig. 6 do 8, wirnik 3 zbudowany jest po¬ dobnie do wirnika przedstawionego na fig. 3 do 35 5, z ta róznica, ze przestrzen 21 polaczona jest z kanalem 12 duzymi otworami, pozostalymi w wyniku przerwania scianki 9 po jej polaczeniu ze scianka 20 ograniczonymi jedynie krawedziami 11* lopatek 11. 40 W tej odmianie wykonania wirnik 3 równiez moze byc obracany w obu kierunkach d i e. Po¬ niewaz jednak przestrzen 21 laczy sie z kanalami 12 na calym obwodzie, róznice w stopniu napo¬ wietrzenia cieczy w zaleznosci od kierunku obro^ 45 tu beda nieznaczne. PL PLPriority: 27.Y.1969 (P. 133 840) 28.Y.1968 Switzerland Published: 29.XII.1973 68547 IC. 85c, 5 MKP CO2c 1/10 Inventor and patent owner: Joseph Richard Kaelin, Buochs, Nidwalden (Switzerland) Rotor of a surface aerating device for mixing and aerating liquids, especially in sewage treatment plants. The subject of the invention is the rotor of a surface aeration device mixing and aerating liquids in tanks, especially in wastewater treatment plants, partially immersed in the liquid and rotating in a horizontal plane, which includes a limited upper surface, an annularly shaped lower surface and a certain amount in approximation to radially arranged blades - channels for transferring and mixing the liquid in the tank, the channels being so curved in the vertical plane that the liquid flowing into them from the lower surface of the rotor changes its direction by approximately 90 °, aiming at the outlets of these channels, provided on the side surface of the rotor, having a greater diameter The diameter of the liquid inlet ring - in the lower plane of the impeller. Known impellers of surface-aerating devices have channels for transferring liquids, which are limited by the outer walls of the rotor housing, these channels in the axial plane, between the inlet and the outlet, they are curved spikes. These rotors are driven by a motor which is mounted on the support structure above the aeration tank. The driving motor with the aeration rotor attached to it has a considerable weight, and the downward force loads the structural components supporting the motor with the attached to it with the impeller, and the load on the structure increases by the action of the suction force generated by the rotating impeller. For these reasons, the supporting structure must have a strong structure. During the operation of this rotor, due to the curvature of the circular circumference of its outer walls, the liquid 10 flowing through the channels of this rotor rises upwards, as a result of which the liquid stream is turbulent, which increases the friction of the liquid on the outer walls of the rotor, and thus causes corresponding energy losses. The use of such rotors of surface-aerating devices requires, on the one hand, that they are as light as possible, which allows the use of lighter and less complicated structures load-bearing devices, on which these devices are suspended above the tank, and in view of low vertical loads, allow for a significant increase in the durability of the bearings of the thrust mechanism. On the other hand, a low energy consumption of the device is also required, which can be achieved by careful and advantageous design of the passageways in the rotor, whereby good liquid flow conditions through the rotor are achieved, good mixing of the contents of the tank and a significant reduction of friction losses. According to the invention, the outer peripheral surface of the liquid-immersed part of the rotor is conically shaped and thus between the curved rotational space delimiting the passageways in the rotor at the bottom and the outer circumferential surface of the rotor are formed between them. The airtight space in the shape of a ring. The annular space together with the housing creates buoyancy of the rotor. It is advantageous to fill this space with a light, foamed plastic material, which allows to increase the rigidity of the rotor, and at the same time prevents liquid from entering the space inside the rotor base. As a result of the use of this type of rotor base design, the rotor weight with the additional axial force produced by the flow of the liquid in the device is partially or completely compensated for by the displacement of the rotor. Partly or wholly both its weight and the downward axial force caused by the suction effect as the liquid passes through the rotor channels, which reduces the load and friction force in the bearings and thus increases the mechanical efficiency of the device. In addition, the conical shape of the immersed external surface in the liquid part of the rotor, it reduces the swirls created in the liquid as a result of the rotation of the rotor, which significantly reduces the frictional resistance during the movement of the rotor. During the movement of the known rotor and the flow of liquid through its channels, atmospheric air is sucked into these channels and as the liquid circulates through the channels, additional amounts of p are mixed air from the liquid, and thus the oxygen content of the liquid is increased. In known devices, the supply of atmospheric air to the channels of the rotor is conducted through the hollow shaft of the rotor, or by means of pipes, the inlets of which are located within the curvature of the channels, approximately in the middle between the inlet and outlet of the channels. At the inlet of the air supply lines, the rapidly flowing liquid causes a suction effect due to the centrifugal force, and as a result, on the principle of a water jet pump, air from the line is entrained and mixed with the flowing liquid in the channels. Due to the high velocity of the flow of the liquid flowing through the channels, it is large and thus a significant increase in the air content of the liquid is achieved. On the other hand, the high flow velocity of the liquid can only be achieved with increased speed of the aeration impeller. However, an increase in the rotational speed of the rotor increases the energy consumption and thus increases the operating costs. Another advantageous feature of the invention results from the assumption that the most advantageous position in which air should be fed to the liquid flowing in the channels is the point of the channel where the velocity of the flowing liquid is the largest, that is, immediately before the exit of the liquid from the channels on the outer circumference of the rotor, and not, as in the above-mentioned, known device, in the middle between the inlet and the outlet of the channel. a cover is closed at the top, which extends between the hub and the upper edge of the channel outlets, under the cover there is a ring-shaped chamber, which on one side connects the atmosphere through openings in the cover and on the other side - 10 places near their departures. As a result of the suction caused by the liquid flowing through the channels, a negative pressure is created in the annular chamber and therefore the atmospheric air is sucked through the openings in the cover and from the chamber enters the channels, close to their outlet, and thus the air is mixed with the liquid. With this solution, it turned out that the correct aeration of the liquid is achieved at a liquid flow velocity in the rotor from 2.5-5.5 m / s, which ensures a proper increase in the oxygen content in the liquid. of the rotor according to the invention, the air outlets in the wall are located on the side of the channel, along the blade with a concave curved surface. The subject of the invention is illustrated in the exemplary embodiment in the drawings, in which Fig. 1 shows a cross-section of the liquid reservoir 30 with its installed in to the device for surface aeration according to the invention, Fig. 2 - rotor of the device according to the invention in axial section, Fig. 3 - another line Figure 4 shows a top view of the rotor in Figure 3, with a part of the top surface of the rotor removed, Figure 5 is a partial external view of the development of the side surface of the rotor 4 in the direction of arrow a, FIGS. 6-40 is an axial section of another variant of the rotor of the apparatus according to the invention, FIG. 7 is a top view with a partially removed upper surface of the rotor of FIG. 6, FIG. 8, a view of the development of the side surface with the outlet openings of the rotor 45 of FIG. 5 in the direction of the arrow b. The liquid reservoir 1 shown in FIG. 1 may be of any shape, round, square or rectangular. Above the reservoir is its support structure 2, preferably having the form of a bridge, on which the rotor 3 of the device for surface aeration according to the invention is arranged. The rotor 3 is mounted on a vertical shaft 4 which can be rotated in any direction by the motor 5 by means of a gear 6. As shown in Fig. 2, the rotor 3 is preferably made of plastic, for example polyester with glass fiber in a symmetrically rotating body shape. The rotor 3 consists of a cylindrical hub 7 with which it is attached to the vertical drive shaft 4. An upper, circular cover 8 is attached to the hub 7. A circular or elliptical curved shape is also attached to the hub 7. 65 symmetrically rotating inner upper wall 68 547 6 of the rotor 9 connected on the circumference with the cover 8. Between the upper inner wall 9 of the rotor 3 and its lower ring-shaped inner wall 10 there are blades 11, dividing the space between walls 9 and 10 for a certain number of through-channels 12 and simultaneously connecting both walls 9 and 10 of the rotor 3. Slightly curved blades 11 extend in an approximately radial direction from the entry edge in the lower part of the rotor 3 to the exit edge on the outermost axis of the retracted surface of the rotor 3. Below the outlet openings 16 of the flow channels 12 of the impeller 3 there is an outer wall 13 of the impeller 3, shaped as a cone, which after while the device is in operation, as shown in Fig. 1, it is immersed in the liquid. The outer wall 13 of the rotor 3 together with its lower, inner annular wall 10 form a sealed space 14, which can preferably be filled with a light, lather. With some kind of plastic. To this end, an opening may be made in the inner wall 13 of the rotor 3 through which the components of the foamed mass of plastic material are introduced, and after the foaming process is completed, this opening is tightly closed. The device according to the invention, shown in Fig. 1, It operates as follows: The rotor 3 mounted on the drive shaft 4 is suspended at such a height depending on the liquid level 15 in the tank 7 that the outlet openings 16 of the through channels 12 are directly above the liquid level. The through-channels 12 thus fill with liquid also to level 15. After the motor 5 is turned on and the rotor 3 rotates, the liquid that fills the channels 12 under the action of centrifugal force is forced through the channels 12 and throws out radially outside the rotor through the holes. 16. This creates a vacuum in the lower part 17 of the impeller 3, whereby the liquid is sucked in and continuously ejected in the manner already described through the holes 16. This type of circulation continues until the impeller 3 stops and causes the liquid contained in the tank 1 to mix continuously. At the same time, due to the rotation of the rotor 3 inches, the contents of the reservoir 3 are made to rotate at a speed that is, of course, much lower than that of the rotor 3. slight inclination to the horizontal plane, caused by the rounding of the walls 9 and 10 of the rotor and amounting to 5 ° to 6 °, and the most 5.5 degrees. The liquid sucked in by the rotor 3 from the bottom and continuously ejected through the openings 16 is sprayed fan-shaped over the surface of the contents of the tank 1 up to its walls. The liquid, thrown by the rotor 3 towards the walls of the tank 1, then flows towards the bottom of the tank and goes to its center, from where it is again sucked by rotor 3; At the same time, the above-mentioned rotation of the entire contents of the tank 1 caused by the rotation of the rotor 3 causes that each part of the contents of the tank 1 flows through the screw path through the tank 1, which favors a thorough mixing of its contents. The central movement of the contents of the tank 1 5 is favored by the shaping of the parts. 18 of its side walls. In the central part of the reservoir 1, the liquid enters the suction zone of the rotor 3, and the spiral stream is lifted to the inlet part 17 of the rotor 3, after which it flows through the channels 12 and through the openings 16 is again ejected outward. A part of the liquid is located in the central zone of the tank, which will not be sucked by the rotor 3, meets its conical outer wall 13, flows around it and meets on the surface 15 a stream of liquid ejected from the holes 16 of the rotor 3, with which it connects and flows towards the walls of the tank 1. In this way, the entire contents of the tank 1 are moved and in continuous circulation. The separation of the liquid ejected from the channels 12 by means of the blades 11 into individual streams, as well as its ejection by the rotor 3 above the liquid surfaces 15 in the tank 1 creates perfect conditions for its aeration. During the rotation of the rotor 3, each of its edges in addition, it produces waves of low height on the surface 15 of the liquid in the tank 1, which run successively to the walls of the tank 1. In this way, the surface of the liquid 30 in the tank 1 is additionally increased, which promotes air diffusion, especially oxygen inside the tank 1. the contents of the reservoir 1. The rotors in one of the known ventilating devices had lower outer surfaces shaped by the same spatially curved, ring-shaped wall, delimiting the passageways 12 from the bottom. In the rotor 3 of the device according to the invention, this wall is covered by a conical wall 13. As has already been indicated above, due to the curvature of the outer surface of the previously known rotors, considerable wall swirls were produced during their rotation, creating a turbulent layer of walls. ¬ on, increasing the friction of the liquid against the walls of the rotor and the energy demand for its movement. By cutting this curved wall, the conical skirt 13 minimizes the rotor's contact surfaces with the liquid and eliminates turbulence in this wall, and therefore friction losses are kept to a minimum. Practical tests have shown, in fact, that the straight-line conical wall 13 made according to the invention and the inclination of the axis of the exit holes 16 of the channels 12 at an angle of 5 ° to 6 ° to the horizontal allows a much higher efficiency to be obtained, 55 than in the case of known solutions. Under the same operating conditions, in the device with a rotor according to the invention, the air entrainment was about 15% higher, expressed in kg O 2 / hour, and at the same time the energy efficiency of the device was increased by 15%, expressed in kG 02 / kWh. A further advantage of the invention results from the creation of a large void 14 between the walls 10 and 13. The presence of this space causes a high buoyancy force when rotor 3 is submerged, 6 & 54? 8 significantly reducing the load on the structure on which the device is suspended, which allows to make these structures lighter and more economical. At the same time, the fact that the pore force is created on the submerged rotor significantly facilitates its assembly, which can be performed with the rotor floating. For example, a rotor with a diameter of 3 meters weighs approximately 450 kg. The additional axial force resulting from the forcing the liquid through the rotor as it moves, amounts to 500 kg, which gives a total vertical load of the drive shaft to 950 kg. In a rotor of this size it is feasible to obtain between the walls 10 and 13 such a size of the chamber filled with foamed plastic, the displacement of which will be also about 950 kg, so it will completely balance the vertical load on the drive shaft, it will almost completely eliminate the load. the bearing and thus minimize friction in the bearings. As a result, it will also significantly increase the service life of the device. In the embodiment of the invention shown in Figs. 3 to 5, the rotor 3 is folded, similar to the previous example. from a circular cover & a number of channels 12 converging at the inlet 17 into the rotor 3, through which the liquid sucked through the inlet 17 is forced out in a radial direction. The passageways 12 are limited by blades 11 and the upper inner, circularly curved and symmetrically rotating wall 9 and the lower inner, circular or elliptically curved and symmetrically rotating wall 10. The surfaces of both walls 9 and 19 at the exit of the rotor are parallel and inclined to each other. at an angle of approximately 5 ° to the horizontal. The lower inner wall 10 is covered with a conical outer wall 13 which forms a hollow, sealed space 14 between walls 10 and 13, filled with foamed plastic. A horizontal wall 20 is provided at a distance from the cover 8 of the rotor 3, also attached to the hub 7, and on the outer edge to the upper inner wall 9 of the rotor 3, thus forming a ring-shaped space 21. Top cover 8 it has, in this case, several openings 22, connecting the space 21 with the surrounding atmosphere. In the inner wall 9 of the rotor 3, each of the channels 12 is also provided with a narrow, oblong opening 23, adjoining the concave side of the blade 11 and having the same curvature. . Thus, each channel 12 is connected via an opening 23, space 21 and openings 22 to the surrounding atmosphere. During operation of the device, the rotor 3 can turn in any direction according to the arrows d and ena fig. 4. When rotating the rotor 3 in the direction of the arrow d , the curvature of the blades 11 is as if coincident with the direction of rotation. Such a direction of rotation has been called "pulling" as opposed to "pushing" in the direction of rotation according to arrow e, in which the curvature of the paddles 11 is as if opposite to the direction of rotation. With the "trailing" direction of rotation in the direction of arrow d, the edges of the blades 11 cause a relatively slight turbulence of the fluid flowing from the channels 12. The liquid from the channels 12 is pressed against the convex blades 11 and spouts from the rotor tangentially to these the surface, while the flow of the liquid along the concave surface of the blades 11 is much less intense. This results in much less aeration of the liquid ejecting from the channels 12. With the "pushing" direction of rotation of the impeller as shown by the arrow e, the turbulence of the liquid in the channel As a result of the constant intersection of the liquid stream with the edges of the vanes 11, the liquid 12 is considerably increased, thereby increasing the aeration of the liquid. Moreover, when the rotor rotates in the direction of the arrow, the liquid in the channels 12 flows mainly on the paste side of the blades 11 in the vicinity of the holes 23 in the wall 9, which, at a high speed of the liquid, causes additional air suction from the space 21 through the holes 22 and additional, significant aeration by means of a sprayer. When the rotor 3 is rotated according to the arrow e, the aeration of the liquid is therefore more intense than when it moves in the opposite direction due to the turbulent action of the blades 11 and additional aeration through the holes 23. the rotor in the e direction is twice as high as in the d direction movement, obviously with more energy consumption. The direction of movement of the rotor 3 is selected depending on the need. In the embodiment of the rotor shown in Figs. 6 to 8, the rotor 3 is constructed similarly to the rotor shown in Figs. 3 to 35, with the difference that 21 is connected to the channel 12 by large openings, remaining due to the breaking of the wall 9 after its connection to the wall 20 limited only by the edges 11 * of the blades 11. 40 In this embodiment, the rotor 3 can also be rotated in both directions d e. the space 21 connects with the channels 12 along its entire circumference, the differences in the degree of aeration of the liquid depending on the direction of rotation will be insignificant. PL PL