SE412011B - Anordning vid apparater for inblandning och losning av gaser i vetskemassor, vilka av ett axialpumpshjul uppfordras genom en vertikal stigledning - Google Patents

Description

7803691-0 2 behandlade vätskan ofullständig på grund av en alltför kortvarig kontaktperiod med gasen och en alltför grov dispergering av vätskan.

I de svenska patentskrifterna 3l7 OBÄ och 336 310 visas anordningar i form av slutna centrifugalpumphjul, vari sugsidan på pumphjulen och/eller punkter mellan suginloppet och periferin står i förbindelse med atmosfären. Under pumphjulets rotation sugas, luft in i pumphjulet och luftsättningen av vätskan börjar sålunda inne i själva pumphjulet. Sådana pumphjul ha emellertid en för ändamålet alltför låg verkningsgrad och man erhåller därför en i motsvarande grad låg luftsättning av vätskan räknat per förbrukad kwh. l den svenska patentskriften 35% 789 visas ävenledes en apparat med ett kring en vertikal axel roterande axialpumphjul, som trycker upp vätskan genom ett rör. På rörets insida förekomma ledskenor ovanför själva pumphjulet för att stabilisera' vätskeflödet. Pumphjulet är placerat på en ihålig axel, som kommunicerar med' d atmosfären. På drlvaxeln ovanför ledskenenívå äro upptagna små hål qenom den ihåliga axeln, varigenom gas kan tränga in i vätskan. Framför dessa hål förefinnas hålen omslutande dispergeringsskovlar för gas, vilka lämpligen äro V-formade med spetsen belägen framför hålen. Dessa skovlar minska genomloppsarean i röret och ge därmed en minskad pumpkapacitet. Ändamålet med uppfinningen är att vid en apparat för gassättning av vätskor åstad- komma en anordning för genomförande av effektivare gassättning per förbrukad kwh, förbättrad dispergering av den utsprutade vätskan, samt med ett pumphjul med högre verkningsgrad erhålla ökad vätskehastighet och ett över strömningsarean likformigt axiellt vätskeflöde.

Anordningen kännetecknas i huvudsak av att drivaxeln är omsluten av en stationär ledning, vars innervägg tillsammans med drivaxeln begränsar en gaskommunikationsspalt, vars nedre ände mynnar i stigledningen via åtminstone en gasströmmen väsentligen _ radiellt utåt från apparatens centrumlinje riktande utströmningspassage, varvid nämnde gaskommunikationsspalt öppet kommunicerar med en gaskälla, exempelvis den omgivande atmosfären.

Anordningen enligt uppfinningen innehåller en drivenhet med en utgående axel för pumphjulet. Drivenheten är monterad på ett spridarhuvud, försett med ledskenor.

Ledskenornas antal är godtyckligt men är lämpligen tre eller fyra. Sprídarhuvudet är fäst på en rörformig stigledning, vilken nedanför pumphjulet fortsätter i ett nedtill koniskt vidgat insugningsrör. Sprídarhuvudet har en rotationssymmetriskt krökt avlänkningsyta, vilken ändrar vätskans rörelseriktníng från vertikal till z 7803691-0 nästan horisontal. Denna krökta yta fortsätter nedåt i en stationär ledning, vilken omsluter axeln och slutar omedelbart ovanför pumphjulet, samt står i förbindelse med stigledningen. Den genom stigledningen strömmande vätskan medbringar genom ejektor- verkan den från gaskällan kommande gasen, vilken blandas med vätskan, så att en gas- sättning begynner redan i stigledningen före spridarhuvudet.

Förutsättningen för detta är att tryckfallet i spridarhuvudet understiger Å meter vattenpelare. Vattenhastigheten måste vidare vara minst ca 5 m/s för erhållande av en godtagbar ejektoreffekt. l ett föredraget utförinqsexempel av det i samband med uppfinningen använda axial- pumphíulet ha pumpskovlarna rak fram- och bakkant samt en med tilltaqande avstånd från centrum avtagande stiqninqsvinkel. Lämpliqen har pumphiulet fyra skovlar, som delvis överskjuta varandra men även ett mindre (minst två) eller större antal pump- skovlar ligga inom uppfinningens ram. Skovlarnas form är företrädesvis sådan, att en sektion genom skovlarna på samma avstånd från centrum ger en rak sektionsyta.

Ett pumphjul av detta utförande har vid försök visat sig ha en betydande verkningsgrad,. ca 80%.

Efter pumphjulet kan eventuellt vara placerade ledskenor, som motverka rotation av vätskeflödet och bidraga till ökad inblandning av gas i vätskan. Speciellt gynnsamt är det ifall ledskenorna ge en viss kavitatíon och äro så placerade, att den insugna gasen får tillträde till ledskenornas baksida. l en annan utföringsform av en anordning enligt uppfinningen är drivenheten alter- nativt monterad på en rörkrök, försedd med ett hål för genomföring av drivaxeln.

Axeln och drivenheten befinna sig på pumphjulets trycksida. Även i detta fall är den inom rörkröken belägna delen av axeln omsluten av en stationär ledning, som i ena änden är ansluten till rörkröken och öppen mot atmosfären eller annat gasformigt medium samt i den andra änden slutar öppet strax intill pumphjulet. Mellan ledningen och axeln uppvisar gaskommunikationsspalten eventuellt närmast pumphjulet en för- trängning, som bildar spaltens mynning. Mellan ledningens nedre ände och pumphjulets navdel förekommer en ringformig spalt. I övrigt är anordningen enligt uppfinningen i detta utförande likartad med den förstnämnda utföringsformen.

Genom att förse en apparat för gassättning av vätskor med en anordning enligt upp- finningen erhålles följande fördelar: 7803691-0 i* ~ hög pumpningsverkningsgrad med ett i huvudsak axiellt flöde och hög vätske- hastighet, I - en bättre dispergering av den vätska som lämnar spridarhuvudet, - gassättning av vätskan redan inuti apparaten mellan pumphjulet och spridarhuvudét, - en hög gassättning per tillförd kWh.

Uppfinningen kommer nedan närmare att förklaras under hänvisning till bifogade rit- ningar, vari figur I visar en axialsektion av en apparat med en anordning enligt upp- finningen, figur 2 en horisontalvy av ett pumphjul i en föredragen utföringsform sett från inloppssidan, figur 3 b-e tvärsektioner av pumpskovlar på olika radiella avstånd från centrum, samt figur'Å en axialsektion av en alternativ apparat med en anordning enligt uppfinningen. Pumpskovlarna och ledskenorna äro avbildade med den största radiella utsträckningen i ritningens plan. Figur 1 och Å visa olika detaljutföranden i resp. den vänstra och högra hälften av figuren. 7 Dn i figur I åskådliggjorda apparaten med en anordning enligt uppfinningen innefattar en drivenhet med ett stativ 1, försett med lager 2, 3 för pumpaxeln Å. I axelns övre ände är utförd en ursvarvning, vari är införd en bussning 5 med medbringarorgan 21 för en icke visad flänsmonterad standardmotor. Alternativt kan en specialmotor med lång axel användas.

Drivenheten är.monterad på ett spridarhuvud 6, som uppvisar en rotationssymmetrisk, krökt avlänkningsyta 7 med ett åtminstone tillnärmelsevis horisontalt, rakt yttre parti 8.

Spridarhuvudet 6 har vidare fasta ledskenor 9, som nedtill övergå i ett ringformigt organ l0, som bildar spridaröppningens ll undre begränsningsyta 12. Vid det ring- formiga organets undersida är fäst ett rör l3, som nedåt fortsätter i ett insugnings- rör lå med en insugningstratt 15. Spridarhuvudets 6 krökta avlänkningsyta 7 övergår nedåt i en cylindrisk stationär ledning 15, som omsluter axeln H. Mellan axeln Ä och ledningen l6_finnes en gaskommunikationsspalt 17, somzupptill står i förbindelse med en gaskälla resp. atmosfären och nedtill via en spalt 18 mellan ledningens 16 nedersta del och axeln Ä samt en ringformad spalt 19 mellan ledningens 16 ändyta och pump- hjulets 22 nav, med en stigledning 20, som mot utsidan begränsas av röret 13. Spalten eller förträngningen 18 kan alternativt saknas.

På axelns B ände är fäst ett axialpumphjul 22 med minst två pumpskovlar 23.

Apparaten är monterad på ett lämpligt, ej visat stativ eller alternativt på en icke visad flytkropp, exempelvis medelst bultar Zü, vilka också sammanbinda det ring- S 7803691-0 formiga organet 10 med röret 13, så att vätskenivån kommer att vara belägen inom en zon 25, som upptill begränsas av spridaröppningens undre begränsningsyta 12 och ned- till av pumpskovlarnas 23 överkant.

Under drift pumpar skovlarna 23 upp vätskan i stigledningen 20, varefter vätskan av- länkas av den rotationssymmetríska avlänkningsytan 7, 8 och ledskenorna 9 samt sprutas ut genom spridaröppningen 11. På grund av hög vätskehastighet erhålles en ejektor- verkan och luft suges in genom den cylindriska spalten 17, spalten 18 och den ring- formiga spalten 19 samt blandas med vätskan i stigledningen 20. I stigledningen 20 sker en intim blandning med och gassättning av vätskan särskilt i området vid av- länkningsytan 7, där kraftig turbulens uppträder.

När pumphjulet stannar, tränger vätskan upp i ledningen 17 men sugs snabbt åter ut när hjulet startar.

I stigledningen 20 kunna ledskenor 26 vara anbragta, som stabilisera vätskeflödet och bromsa upp den rotationsrörelse vilken åstadkomes av pumphjulet. Dessa ledskenor kunna vara fästa endera vid röret 13 eller vid den stationära ledningen 16 och lämp- ligen vara anbragta omedelbart ovanför pumphjulet 22. I vänstra hälften av figur 1 visas en ledskena 26. Placeringen av ledskenorna 26 på den stationära ledningen 16 ger den fördelen, att man kan avlägsna drivenheten, spridarhuvudet 6 och pumphjulet 22 såsom ett enda aggregat utan att behöva avlägsna röret 13 och insugningsröret lb från stativet resp. flottören, vilket avsevärt underlättar och förenklar reparationer och service.

Ledskenorna 26 bidraga till förbättrad gasinblandning vid omlänkningen av vätske- strömmen. Vid en ledskena, som ändrar rörelseriktningen för en vätskeström, uppstår ett undertryck på ledskenans baksida i strömningsriktningen räknat. Om omlänkningen av strömningsriktningen är kraftig, blir detta undertryck så stort, att det uppstår kavitation på ledskenornas baksida. Om luften då får tillträde till ledskenornas baksida, komner den att spridas och blandas in i vätskan längs ledskenornas hela över- kant. ¿ En ytterligare förbättrad gassättning erhålles, om axeln 4 upptill är försedd med ett fläkthjul 27, som pressar ned gasen genom gaskommunikationsspalten 17.

En förßättrad gasinblandning kan även erhållas om ledningen 16.eller röret 13 äro försedda med turbulensskapande utsprång 28. Dessa kunna ha formen av ringformade utsprång från röret 13 och/eller ledningen 16, men även andra organ för samma ändamål ligga inom uppfinningens ram. Speciellt kan en ringformad upphöjníng med skarp kant 7803691 '-0 6 vara anbringad på ledningen 16 tätt ovanför pumphjulet 22 eller eventuellt före- kommande ledskenor 26.

Användningen av en konstruktion med motorstativ 1 och standardmotor ger väsentliga underhållsmässiga fördelar, eftersom man vid motorfel endast behöver byta en standard- motor utan specialtillverkade reservdelar.

Figur 2 visar ett pumphjul 22 för en anordning enligt uppfinningen i horisontalvy sedd från inloppssidan. Det avbildade pumphjulet har endast två skovlar, vilka var- dera omfattar l20° av omkretsen. Skovlarna ha en mot periferin avtagande stignings- vinkel, så att vätskan bibringas sanma axiella rörelse oberoende av avståndet från centrum._ Detta åstadkommas genom att ge skovlarna en sådan form, att en sektion genom rotorbladen på samma radiella avstånd från centrum blir rak, om den vecklas ut i ett plan. Detta framgår av figur 3 b-e, som visar sektioner genom en skovel längs linjerna b-b, c-c, d-d och e-e.

Utföranden med fler än två skovlar ge en vtterliuare ökning av verkningsgraden och särskilt lämpligt är ett pumphlul med fvra skovlar, som vardera omfatta ca l0Û° av periferin. Skovlarna komma alltså att skiuta förbi varandra. Även tillverknings- tekniskt erbjuder ett pumphjul med fyra skovlar vissa fördelar.

Pumphjulet har ett mycket brett nav, vilket gör att vätskan bibringas en hög hastig- het även intill navet. Förhållandet mellan största diameter och navdiameter skall vara högst 3,0. En ännu bättre effekt erhålles vid förhållandet 2,75 och en ytter- ligare förbättring erhålles vid förhållandet 2,5. Extra kraftiga effekter erhållas vid förhållandena 2,25 - 2,0, men då sjunker i gengäld kapaciteten, eftersom navet upptar så stor del av hela sektionen.

Såsom av figurerna framgår, har pumphjulets 22 nav vid övre änden en diameter som väsentligt överstiger ledningens 16 diameter. _ En konísk sektion hos navet bidrager ytterligare till en ökad effekt och ökad vätske- hastighet i området närmast navet, eftersom vätskan närmast navet på inloppssidan utsättes för tryck och accelereras då den rör sig längs konytan och tvingas uppåt av skovlarna, vilka sträcka sig längs hela konytans längdsträckning, I figur Ä visas ett alternativt utföringsexempel på uppfinningen, där en apparat med en anordning enligt uppfinningen är monterad i en ledninq för en vätska som skall gassättas. l figuren ha motsvarande konstruktionsdetaljer betecknats med samma siff- ror som i figur l. 7 7803691 -0 En drivanordning 1, 2, 3, 5, 21 med standardmotor och en utgående axel H, såsom beskrivits i anslutning till figur 1, är monterad på en rörkrök 30, på ett särskilt rörformat utsprång 31 med monteríngsfläns 32. Vid inloppsänden är rörkröken ansluten till ett rör 13. I utloppsänden är rörkröken ansluten till ett utloppsrör33.

Axeln Ä omslutes av en stationär ledning 36, som i sin ena ände är fast förbunden med rörkrökens 30 utsida. Mellan axeln Ä och ledningen 3§ förefinnes en spalt 37, som i sin övre ände står i förbindelse med atmosfären eller annan gaskälla och ned- till genom spalten 18 och den ringformiga spalten 19 med stigledning 20 samt dennas fortsättning i rörkröken 30 och utloppsröret 33.

Denna apparat är monterad så, att vätskenivån kommer att befinna sig inom en zon 35, som nedtill begränsas av skovlarnas överkant och upptill av överkanten på monterings- flänsen 32.

I den händelse monteringsflänsen 32 är förbunden med själva rörkrökens 30 huvuddel medelst ett genombrutet rörformat utsprång eller på annat sätt, får vätskeytan givet- vis ej överstiga ledningens 37 öppning 3h i utsidan på rörkröken 30.

Man bör dock avhålla siq från att komma alltför nära den övre gränsen, eftersom vätska då lätt kan tränqa in i ledningen 37.

De beskrivna apparaterna äro framför allt avsedda för syresättning av avloppsvatten i biologiska reningsverk och biologiska dammar samt i sjöar med syrebrist men kan givetvis även användas i vilken vätska som helst för inblandning av vilken önskad gas som helst.

Uppflnnlngen är icke begränsad till de visade och beskrivna utförinqsexemplen på densamma utan kan varieras på olika sätt inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (10)

1 vaossm-o i' s ß Patentkrav

1. Anordning vid sådana apparater för inblandning och lösning av gaser i vätske- massor, vilka av ett axialpumphjul (22) uppfordras genom en i huvudsak vertikal stigledning (20), vars nedre ände uppvisar ett inlopp för vätskan och vars övre ände bildar ett avlopp för den pumpade vätskan och begränsas av ledytor (7, 8), som av- länka vätskan | radiell riktning från stigledningens (20) axel, varvid pumphjulets drivaxel (Å) sträcker sig koaxiait med stigledningen (20) från ett ovanför vätske- massan placerat drivaggregat till axialpumphjulet (22), k_ä n n e t e c k n a d av att drivaxeln (R) är omsluten av en stationär ledning (l6), vars innervägg till- sammans med drivaxeln (Å) begränsar en gaskommunikationsspalt (17), vars nedre ände mynnar i stigledningen (20) via åtminstone en gasströmmen väsentligen radiellt utåt från apparatens centrumlinje riktande utströmningspassage (19), varvid nämnda gas- kommunikationsspalt (l7) öppet kommunicerar med en gaskälla, exempelvis den omgivande atmosfären.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att gaskommunikations- spalten (l7) mynnar koaxiait med drivaxeln (H) i den stationära ledningens (l6) nämnda nedre ände samt att på ett mindre avstånd under nämnda mynning är på drivaxeln (A) koaxiait fäst en i huvudsak rotationssymmetrisk kropp, vars mot nämnda mynning vettande ände uppvisar en ringformig yta, vars yttre diameter är större än den stationära ledningens (I6) yttre diameter vid änden.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att den stationära led- ningens (I6) nedre ändyta tillsammans med den rotationssymmetriska kroppens ring- formiga yta begränsar en ringformig spalt (l9) som bildar nämnda gasutströmnings- passage. Ä.

4. Anordning enligt krav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att den rotations- symmetriska kroppen utgör axialpumphjulets (22) nav.

5. .Anordning enligt något av krav l-ü, k ä n n e t e c k n a d av att på pump- hjulets (22) trycksida äro anordnade stationära ledskenor (26).

6. Anordning enligt krav 5, k-ä n n e t e c k n a d av att de stationära led- skenorna (26) uppvisa en kavitationsbefrämjande tvärsektionsprofil.

7. Anordning enligt något av krav S-6, k ä.n n e t e c k n a d av att de stationära ledskenorna (26) äro anordnade i anslutning till mynningen på den ring- formiga spalten (19). 3 2 7803691-o '

8. Anordning enligt något av krav l-7, k ä n n e t e c k n a d avqåttupåvpflmpl axeln (Ä) är anordnat ett fläkthjul (27) för tvångscirkulation av gaserna genom gaskommunikationsspalten (l7).

9. Anordning enligt något av krav l~8, k ä n n e t e c k n a d av att pump- hjulets (22) skovlar (23) ha en sådan form, att en sektion genom desamma på samma radiella avstånd från rotationscentrum blir rak, om de vecklas ut i ett plan samt att skovlarnas fram- och bakkanter äro tillnärmelsevis raka och vinkelräta mot rotationsaxeln.

10. Anordning enligt krav l-9, k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet mellan pumphjulets (22) skoveldiameter och navdiametern uppgår till högst 3,0, lämpligen 2,5 - 2,75, företrädesvis 2,25 - 2,5, i synnerhet 2,0 - 2,25 och speciellt högst 2,0. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: Sverige 354 789 (BO1F 7/16) TyskLand 2 559 234 (BO1F 3/04)