SE439592B

SE439592B - VIEW TO MIX FLUID IN CIRCULATE OR OVAL CONTAINERS USING A PROPELLER MIXER

Info

Publication number: SE439592B
Application number: SE8200546A
Authority: SE
Inventors: H Fries
Original assignee: Flygt Ab
Priority date: 1982-02-01
Filing date: 1982-02-01
Publication date: 1985-06-24
Also published as: FI824463L; CA1222506A; FI79037C; JPS6230810B2; FI79037B; JPS58207935A; SE8200546L; FI824463A0; EP0085659A3; EP0085659A2

Description

8200546-3 Ett annat sätt att lösa problemet att få centrumpartiet att delta i omrörningsprocessen är att injicera luft i denna del, varigenom sekundära strömningar uppkommer, som säkerställer medieutbyte och minskar sedimenteringen. Härmed uppkommer emellertid ofta problem med vibrationer i omröraren beroende på luftens inverkan på pro- lpellern, samt det hydrauliska sambandet mellan vätskebehållarens geometri och propellern. Detta har lösts genom att propellern för- setts med en strålring som förhindrar radialströmmar och hindrar luft att strömma över från propellerns trycksida till dess sugsida. Another way of solving the problem of getting the center portion to participate in the agitation process is to inject air into this part, thereby creating secondary currents, which ensures media exchange and reduces sedimentation. However, this often causes problems with vibrations in the agitator due to the action of the air on the propeller, as well as the hydraulic connection between the geometry of the liquid container and the propeller. This has been solved by fitting the propeller with a jet ring that prevents radial currents and prevents air from flowing over from the pressure side of the propeller to its suction side.

Tekniken att blåsa in luft i vätskan är givetvis endast lönsam om syresättning är nödvändig eller önskvärd under omblandningen.The technique of blowing air into the liquid is of course only profitable if oxygenation is necessary or desirable during mixing.

Enligt uppfinningen är det emellertid möjligt att utnyttja en fri- strömmande horisontellt arbetande propeller utan strälring och med stor diameter i förhållande till vätskebehâllarens djup på sådant sätt, att man får en samverkan mellan medrotation, propellerns huvud- strâlrotation och rotationen i de fria spetsvirvlarna så att medie- utbyte med centrumpartiet sker och varvid spetsvirvlarna spiralformigt sveper genom vätskebehâllarens bottenskikt och förhindrar sêdimente- ring. Detta åstadkommes genom en speciell utformning av propellern i kombination med utformningen av vätskebehållaren. Uppfinningen, som medför möjlighet till en energisnål och verkningsfull omblandning, utan risk för propellervibrationer beskrivs närmare nedan under hän- visning till bifogade figurer.According to the invention, however, it is possible to use a free-flowing horizontally operating propeller without radiating ring and with a large diameter in relation to the depth of the liquid container in such a way as to obtain an interaction between co-rotation, the main jet rotation of the propeller and the rotation in the free tip vortices. media exchange with the center portion takes place and the tip vortices sweep helically through the bottom layer of the liquid container and prevent sedimentation. This is achieved by a special design of the propeller in combination with the design of the liquid container. The invention, which provides the possibility of an energy-efficient and effective mixing, without risk of propeller vibrations, is described in more detail below with reference to the accompanying figures.

Om man betraktar en vingspets (fig 3) i en linjär vätskeström upp- står en spetsvirvel p g a övertrycket på spetsans undersida och undertrycket på dess översida. Denna spetsvirvel följer med vätskan bakåt. En sådan överströmning kan motverkas med hjälp av en ändplatta på vingen, men en sådan platta ger i sin tur upphov till motsvarande virvelfenomen, som upphäver vinsten med elimineringen av den först- nämnda spetsvirveln. 820054-6-3 3 Om en propeller med strålring (fig 4) betraktas, visar det sig att vätskan här lämnar propellern längs en spiralformig bana, vars rotation härrör från propelleraxelns vridmoment.If one looks at a wingtip (Fig. 3) in a linear fluid flow, a tip vortex arises due to the overpressure on the underside of the tip and the underpressure on its upper side. This tip vortex follows the fluid backwards. Such a flood can be counteracted by means of an end plate on the wing, but such a plate in turn gives rise to a corresponding vortex phenomenon, which cancels out the gain with the elimination of the first-mentioned tip vortex. 820054-6-3 3 If a propeller with a jet ring (fig. 4) is considered, it turns out that the liquid here leaves the propeller along a helical path, the rotation of which derives from the torque of the propeller shaft.

Om strålringen tas bort uppstår en spetsvirvel. Denna år mot- riktad huvudstrålens rotation och om den får stor utbredning ger den en betydande förlust och diffus strålning för pro- pellern (fig 5). Problemet accentueras då propellerns diameter är stor i förhálande till vattendjupet, eftersom förhållandena varierar så mycket mellan det läge då propellerbladet momen- tant är riktat horisontellt och det läge då det är riktat avertikalt.If the radiation ring is removed, a pointed vortex occurs. This year is opposite to the rotation of the main beam and if it becomes widespread, it gives a significant loss and diffuse radiation for the propeller (Fig. 5). The problem is accentuated when the diameter of the propeller is large in relation to the water depth, since the conditions vary so much between the position when the propeller blade is momentarily directed horizontally and the position when it is directed avertically.

Enligt uppfinningen utformas propellern så att spetsvirveln begränsas så att den kommer att röra sig som en sprialformad virvel längs huvud- strålens cylinderyta. Det är även möjligt att dimensionera spets- virveln sä att den huvudsakligen överensstämmer med gränsskiktet; vid bßhållârenS bOtten 0Ch änDrdnäS att Skruvformigt svepa över 'denna så att sedimentering undviks eller redan sedimenterade partiklar resus- penderas.According to the invention, the propeller is designed so that the tip vortex is limited so that it will move like a helical vortex along the cylinder surface of the main jet. It is also possible to dimension the tip vortex so that it mainly corresponds to the boundary layer; in the case of the holder's BOOT AND CHANGE, Screw-shaped sweep over it so that sedimentation is avoided or already sedimented particles are resuspended.

Spetsvirvelns storlek hos en friströmningspropeller beror av tryck- skillnaden mellan propellerbladets båda sidor ute vid spetsarna och därmed av bladets dragkraftscentrum. Eftersom dragkraften är pro- portionell mot det dynamiska trycket, erhålles för en given yta en lyftkraft, som är proportionell mot kvadraten på radien till centrum.The size of the tip vortex of a free-flowing propeller depends on the pressure difference between the two sides of the propeller blade at the tips and thus on the center of traction of the blade. Since the tensile force is proportional to the dynamic pressure, a lifting force is obtained for a given surface, which is proportional to the square of the radius to the center.

Vid en normalt formad propeller får därför spetsarna en mycket stor lyftkraft. Genom att göra spetsarna starkt ellipsformade och för- skjuta bladets yta närmare centrum, erhålls den önskade begränsningen av spetsvirveln. Genom att utforma propellern så att lyftkraftscentrum blir beläget inom 70% av bladet från navet räknat, erhålls spetsvirvlar med en diameter av ca l0% av propellerdiametern. Denna dimension över- ensstämmer ganska väl med bottengränsskiktet hos en behållare med ett vätskedjup av l,l - 1,2 ggr propellerns diameter. Vid en sådan dimen- sionering blir den spiralformade cirkulationsströmningen, som beror av vridmomentet, tillräckligt stor för att utbyta vätskan i behàllarens centrum då förhållandet mellan behållardiametern och vätskedjupet ligger 8200546-3 inom området l-5. Vid större förhållanden kan man öka antalet om- rörare och därmed få in samma spiralrörelse med bibehållande av spetsvirveleffekten i bottenskiktet.With a normally shaped propeller, the tips therefore have a very large lifting force. By making the tips strongly elliptical and displacing the surface of the blade closer to the center, the desired limitation of the tip vortex is obtained. By designing the propeller so that the center of lift is located within 70% of the blade from the hub, tip vortices with a diameter of about 10% of the propeller diameter are obtained. This dimension corresponds quite well to the bottom boundary layer of a container with a liquid depth of 1.1, 1.2 times the diameter of the propeller. With such a dimensioning, the helical circulation flow, which depends on the torque, becomes large enough to exchange the liquid in the center of the container when the ratio between the container diameter and the liquid depth is within the range 1-5. In larger conditions, you can increase the number of agitators and thus get the same spiral movement while maintaining the tip vortex effect in the bottom layer.

I beskrivningen ovan refereras till cirkelformade vätskebehällare.In the description above, reference is made to circular liquid containers.

Principen kan emellertid även tillämpas på ovala behâllare,fig 6. I en sådan behållare, där man har såväl en roterande strömning vid ändarna, som en linjär strömning däremellan, erhålls en speciell fördel med en friströmningspropeller genom den överströmning av spetsvirvlarna som sker vid mellanväggen (fig6 ). Strax bakom omlänkningen vid mellanväggen uppstår gärna en dödzon med sedimentering. Om propellern därvid alstrar distinkta spetsvirvlar, kommer dessa att med huvud- strâlens rotation regelbundet svepa in i denna zon och resuspendera materialet. På samma sätt, som vid cirkulära behållare, är det viktigt att spetsvirveln är liten i förhållande till den totala, stråldiametern, eftersom den annars diffunderar i denna och upphör att verka i behållar- botten och bidra till omlänkningen vid behållarens ändar.However, the principle can also be applied to oval containers, Fig. 6. In such a container, where there is both a rotating flow at the ends and a linear flow therebetween, a special advantage is obtained with a free flow propeller by the overflow of the tip vortices which takes place at the partition ( fig6). Just behind the deflection at the partition, a dead zone with sedimentation often arises. If the propeller thereby produces distinct tip vortices, these will with the rotation of the main jet regularly sweep into this zone and resuspend the material. In the same way as with circular containers, it is important that the tip vortex is small in relation to the total beam diameter, as it otherwise diffuses into it and ceases to act in the bottom of the container and contribute to the deflection at the ends of the container.

Den spiralformade toróidrörelsen som energisparande blandningsmetod enligt ovan kan förbättras på flera sätt. Maskinen kan sålunda an- ordnas att oscillatoriskt svänga i horisontalplanet, så att spiral~ rörelsen förändrar sitt rotationscentrum och spetsvirvlarna svepar över behâllarbotten mera likformigt. Härigenom kan ytterligare energi sparas,eftersom den nödvändigaíomröringseffekten minskas.The helical toroidal motion as an energy-saving mixing method as above can be improved in several ways. The machine can thus be arranged to oscillatorically oscillate in the horizontal plane, so that the spiral movement changes its center of rotation and the tip vortices sweep over the bottom of the container more uniformly. In this way, additional energy can be saved, as the necessary stirring effect is reduced.

Ett annat sätt att ytterligare minska energiförbrukningen och varia- tionerna i propellerbelastnmngen är att under varvet gradvis ställa om propellerbladens anfallsvinkel i beroende av om bladet pekar in mot centrum eller ut mot behâllarens periferi. Det finns nämligen alltid en risk att propellerbladet blir överbelastat vid centrum där Strömningg- hastigheten är lägre än vid periferien. I kombination med en oscille- rande rörelse ger denna inställning möjligheter att exakt anpassa .strömningen för den blandningsintensitet resp den suspensionshåll- ningsintensitet som en process kräver. Det är naturligtvis en fördel, 8200546-3 men ej nödvändigt,att hela omröraraggregatet är dränkbart.Another way of further reducing the energy consumption and variations in the propeller load is to gradually adjust the angle of attack of the propeller blades during the revolution, depending on whether the blade points towards the center or towards the periphery of the tank. Namely, there is always a risk that the propeller blade will be overloaded at the center where the flow speed is lower than at the periphery. In combination with an oscillating motion, this setting provides opportunities to precisely adjust the flow for the mixing intensity or the suspension holding intensity that a process requires. It is of course an advantage, 8200546-3 but not necessary, that the whole stirrer assembly is submersible.

I beskrivningen ovan har refererats t1' H en omrörare med tvä propellerbïad. Teorin gäller emeïïertid för valfritt antal, men effekten blir ej så markant vid ett större anta1 blad.In the above description, reference has been made to a stirrer with two propeller blades. The theory applies emeïïer time for any number, but the effect is not so marked with a larger number of leaves.

Claims

1. s2oos46-3 b PRIRE REQUIREMENTS Method of inflating liquid in circular or oval containers by means of a propeller tube stirrer with a relatively large diameter in relation to the liquid depth of the container, characterized in that the liquid is rotated about the center axis of the container while simultaneously rotating about an annular axis located in a plane perpendicular to the center axis in such a way that the liquid flows upwards in the center of the container and outwards in a spiral motion at the liquid surface, obliquely downwards at the periphery of the container and inwardly in a spiral motion at the bottom of the container, i.e. in a container filling toroidal spiral movement with upward center flow, alternatively a straight rectilinear flow, ie a toroidal spiral movement with downward center flow. Method of mixing liquid according to lcavet 1, characterized in that the agitator propeller is arranged with a substantially horizontal axis, at a distance from the center of the container, substantially perpendicular to the radius of the container and with the same direction of rotation as the desired liquid rotation and the propeller diameter is 60-802; of the liquid depth of the container to obtain a sufficiently rotating torque on the liquid circulating around the center of the container. A method of mixing liquid according to claims 1 or 2, characterized in that the propeller is arranged so close to the bottom of the container that the tip vortices of the propeller blades follow the bottom of the container and interfere with its boundary layer. A method of mixing liquids according to claim 1, characterized in that the stirrer is caused to oscillate in the horizontal plane in such a way that the rotation center of the toroidal helical movement is moved.