DE1584967C - Vorrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Oberflächenbelüftung von Abwasser, mit mindestens einem honzontalachsigen Beluftungsrotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Oberflächenbelüftung von Abwasser, mit mindestens einem horizontalachsigen Belüftungsrotor, der auf einer seitlich angetriebenen Hohlwelle Belüftungselemente in Form von Stäben, Schaufeln od. dgl.; trägt.:

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wurden die Belüftungsrotoren bisher mit Durchmessern bis zu 50 cm hergestellt und verwendet, wobei die

Hohlwelle einen zur Erzielung der erforderlichen Bie-

gesteifigkeit ausreichenden Durchmesser von etwa cm aufwies. Das'SauerstÖffeintragsverrnögen dieser Belüftungsrotoren pro Stunde (g O₂Zh) sowie das Verhältnis des Sauerstoffeintrags zur aufgewendeten Antriebsleistung hängen außer von Anzahl und Formgebung der Belüftungselemente vor allem von der Eintauchtiefe und der Umfangsgeschwindigkeit des Belüftungsrotors ab, die ihrerseits vom Durchmesser des Belüftungsrotors und seiner Drehzahl abhängig ist. Umfangreiche Versuche hierzu haben gezeigt, daß sowohl der Sauerstoffeintrag als auch das Verhältnis des Sauerstoffeintrags zur aufgewendeten Antriebsleistung mit zunehmender Drehzahl und Eintauchtiefe eines derartigen Belüftungsrotors zunächst zunehmen; von einer bestimmten Grenze ab nimmt jedoch der für den Antrieb erforderliche Energieverbrauch weit stärker zu als der Sauerstoffeintrag, so daß die Überschreitung eines gewissen Sauerstoffeintragswertes bei diesen bekannten Belüftungsrotoren aus wirtschaftlichen Gründen nicht sinnvoll ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine wesentliche Erhöhung des Sauerstoffeintrags ermöglicht, ohne daß ein den bekannten Vorrichtungen entsprechender übermäßiger Anstieg des Energieverbrauchs für den Antrieb im Verhältnis zum Sauerstoffeintrag erfolgt. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Durchmesser des Belüftungsrotors etwa 1 m und der Durchmesser der Hohlwelle mehr als ein Viertel des Durchmessers des Belüftungsrotors beträgt.

Es zeigte sich, daß mit einem Belüftungsrotor von derart vergrößerten Abmessungen und entsprechend größerer Eintauchtiefe und Umfangsgeschwindigkeit, der früher beobachtete übermäßige Anstieg des Energieverbrauchs im Verhältnis zum Sauerstoffeintrag bei Überschreitung eines gewissen Sauerstoffeintragswertes nicht mehr auftritt, und daß infolgedessen mit einem derartigen Belüftungsrotor ein gegenüber bekannten Belüftungsrotoren um etwa das Zwei- bis Dreifache gesteigerter Sauerstoffeintrag bei im wesentlichen gleichem Verhältniswert von Sauerstoffeintrag zur aufgewendeten Antriebsleistung erzielt werden kann. Weitere Vorteile der Erfindung liegen in der Möglichkeit, die vermehrte Biegesteifigkeit der Hohlwelle auszunutzen, wodurch der Belüftungsrotor eine Länge von 4,5 bis 6 m aufweisecrkarmünd~außerdem die Antriebskupplung in der Hohlwelle des Rotors angeordnet werden kann, die dadurch vom Wasser geschützt wird. Hierbei kann die Antriebskupplung vorteilhafterweise aus mit einem Achszapfen des Antriebs befestigten inneren Segmenten und an der Hohlwelle befestigten äußeren Segmenten bestehen, welche über eine elastische Schicht miteinander verbunden sind. Bei Verwendung von zwei Belüftungsrotoren ist es zweckmäßig, wenn beide Belüftungsrotoren von einem zwischen ihnen gelagerten Antriebsmotor angetrieben sind.

Die Vergrößerung der Rotordimensionen bringt allerdings zusätzliche Probleme hinsichtlich der Beanspruchung von Antrieb und Lagern mit sich, wobei vor allem Schwingungs- und Stoßbeanspruchungen durch das Aufschlagen der Belüftungselemente auf der Wasseroberfläche eine Rolle spielen. Um solche Stöße und Schwingungen nach Möglichkeit zu unterdrücken, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, daß in Längsrichtung des Belüftungsrotors benachbarte- Belüftungsschaufeln jeweils um einen geringen Winkelbetrag, insbesondere um 3°, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. ■.. ...-'.

Durch die geringfügige Versetzung benachbarter Schaufeln wird erreicht, daß benachbarte Schaufeln nicht gleichzeitig, sondern kurz nacheinander auf das Wasser auf treffen, so daß die Stoßbelastungen für den Rotor ausgeglichen werden. Je nachdem, ob diese Versetzung benachbarter Schaufeln um einen geringen Winkelbetrag über die ganze Länge oder nur einen Teil der Länge des Rotors gleichsinnig erfolgt, kann sie auch zur Erzeugung von zur Rotorachse parallelen Strömungskomponenten und damit zur Erzielung spezieller Umwälzeffekte herangezogen werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht der Vorrichtung,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen Belüftungsrotor,

F i g. 3 einen Schnitt durch eine Antriebskupplung des Belüftungsrotors und

F i g. 4 in einer Ansicht die Anordnung von Belüftungsschaufeln auf dem Belüftungsrotor.

Ein Antriebsmotor 1, der auf einer Säule 2 angebracht ist, treibt, wie in der linken Hälfte der F i g. 1 dargestellt ist, über ein in der Säule 2 angebrachtes, nicht dargestelltes Getriebe einen Achszapfen 3 für eine Hohlwelle 4 an. Die Hohlwelle 4 ist an ihrem einen Ende mit dem Achszapfen 3 durch eine Antriebskupplung 5 verbunden. An ihrem anderen Ende ist die Hohlwelle 4 in einem Endlager 6 gelagert. Die Hohlwelle 4 ist mit Belüftungsschaufeln bestückt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann man zwei Belüftungsrotoren über einen einzigen Antriebsmotor 1 antreiben, oder aber man kann auch für jeden Belüftungsrotor, was nicht dargestellt ist, einen gesonderten Antrieb vorsehen. Dies ist dann zweckmäßig, wenn nur ein einziges Becken belüftet werden soll. In diesem Fall ist nicht nur das Endlager 6 an einer der Beckenwände untergebracht, sondern auch die Säule 2 mit dem Antriebsmotor 1 und dem Getriebe.

Wenn über den Antriebsmotor 1 zwei Belüftungsrotoren angetrieben werden sollen, ist die Hohlwelle 10 des zweiten Belüftungsrotors ebenfalls über eine Antriebskupplung 11 mit dem Achszapfen 3 des Getriebes verbunden und auf ihrer anderen Seite in ein Endlager 12 gelagert, vgl. hierzu die rechte Hälfte der Fig. 1. Die Bestückung dieses Belüftungsrotors mit Belüftungsschaufeln ist die gleiche wie bei dem in der linken Hälfte der F i g. 1 dargestellten. Es können mit dieser Anordnung z. B. bei einer Rotorlänge von je 6 m Becken mit mehr als 12 m Breite belüftet werden, wobei die Säule 2 und der Antriebsmotor 1 auf einem Vorsprung einer Beckenseitenwand angebracht sein können. Es können aber auch Becken nebeneinander angeordnet und die Säule 2 auf einer Zwischenwand 103 zwischen diesen Becken oder zwischen den Teilen eines Umwälzgrabens angeordnet sein. Die Hohlwellen 4,10 der Belüftungsrotoren können dabei je nach dem Verwendungszweck gleich- oder gegenläufig angetrieben werden. Des weiteren können die Endlager 6,12 durch einen Schmiermitteltopf 40 unter ständigem Schmiermittelüberdruck gehalten sein.

Die Hohlwelle 4,10 hat einen Durchmesser, der mehr als ein Viertel des gesamten Durchmessers des Belüftungsrotors beträgt. So kann der Durchmesser der Hohlwelle 4,10 vorteilhafterweise 30 bis 4O°/o des Rotordurchmessers, d. h. 300 bis 400 mm und insbesondere 350 bis 360 mm betragen. Die Länge der Belüftungsschaufeln beträgt dann vorzugsweise 300 bis 400 mm, insbesondere 300 bis 350 mm, so daß ein Durchmesser des Belüftungsrotors von 1000 mm erreicht wird. Bei diesem Durchmesser wird mit einer verhältnismäßig geringen Drehzahl eine hohe Umfangsgeschwindigkeit erreicht, die zusammen mit einer Eintauchtiefe von z.B. 250 bis 300 mm, also mehr als bei den bekannten Belüftungsrotoren, einen bei vergleichbarem Energieaufwand erheblich gesteigerten Sauerstoffeintrag erzielen läßt. Typisch ist ein Sauerstoffeintrag pro Meter Rotorlänge von 8000 bis 10 000 g O₂/h bei einem Verhältnis des Sauerstoffeintrags zu dem für den Antrieb erforderlichen Energieverbrauch von 3000 g O₂/kWh. Dabei spielt die Wasserverdrängung durch die sehr dicke Hohlwelle 4,10 im Bereich der inneren Enden der Belüftungsschaufeln eine wichtige Rolle. Die Dicke der Hohlwelle 4,10 gestattet es auch, Belüftungsrotoren mit einer Länge von über 4,5 m, und zwar insbesondere bis 6 m, gegebenenfalls auch noch mit größeren Längen herzustellen. . ;.::::::

ίο Die Antriebskupplung 5 bzw. 11 (F i g. 1), über die die Hohlwelle 4,10 mit dem Achszapfen 3 des Getriebes des Antriebsmotors 1 verbunden ist, besteht, wie in F i g. 3 gezeigt ist, aus inneren Segmenten 14, die auf dem Achszapfen 3 beispielsweise mittels einer Scheibe 15 befestigt sind. Diese Segmente 14 stehen über eine elastische Schicht 16 mit Segmenten 17 in Verbindung, die ihrerseits starr mit der Hohlwelle 10 verbunden sind. Zu diesem Zweck ist an der Hohlwelle 10 ein Flansch 18 angebracht, der mittels einer Verschraubung mit einem Flansch 20 verbunden ist, der auf einem Ring 21 sitzt. In diesem letzteren Ring 21 sind die Segmente 17 eingepaßt.

Eine derartige Antriebskupplung 5 bzw. 11 hat zunächst den Vorteil, daß sie im Innern der Hohlwelle 4,10 untergebracht werden kann. Dadurch ist die Antriebskupplung 5 bzw. 11 weitgehend vor Verschmutzung geschützt.

Die Schicht 16 aus elastischem Material, die vorzugsweise aus einer mit Vorspannung eingebrachten, beidseitig an die Segmente 14 und 17 anvulkanisierten Gummischicht besteht, bringt weitere erhebliche Vorteile mit sich. Zunächst ist eine Verdrehung um etwa 7° möglich, je nach Härte und Volumen der Gummischicht. Diese Gummischicht bewirkt ferner eine erhebliche Dämpfung der Anlaufstöße und Torsionsschwingungen, wodurch der Belüftungsrotor und sein Antrieb erheblich geschont werden. Schließlich wird die gesamte Vorrichtung auch unempfindlicher gegen Bergsenkungen und etwaige Montagefehler, da derartige Unregelmäßigkeiten durch die Antriebskupplung 5 bzw. 11 ausgeglichen werden können.

Die Bestückung der Belüftungsrotoren kann mittels V-förmig gebogener Bandeisen 13 od. dgl. erfolgen (F i g. 2), die miteinander verbunden sind und Belüftungsschaufeln 7 bis 9 bilden. Selbstverständlich können auch andere Bestückungen gewählt werden. Es können beispielsweise auf die Hohlwelle 4,10 sternförmig ausgebildete Gußstücke mit entsprechenden Belüftungsschaufehl 7 bis 9 aufgeschoben werden bzw. es können andere bekannte Konstruktionen gewählt werden. Es ist zu berücksichtigen, daß im vorliegenden Falle eine größere Eintauchtiefe erreicht werden kann und daß dadurch der Belüftungseffekt erhöht wird. Die Schaufelbreite kann daher bei der Vorrichtung nach der Erfindung größer, der Abstand zwischen den Belüftungsschaufeln 7 bis 9 kleiner als üblich gewählt werden. Ferner können hier mit Erfolg mit Öffnungen versehene oder perforierte Belüftungsschaufeln 7 bis 9 angewandt werden.

Die Bestückung der Belüftungsrotoren kann ferner, wie dies von üblichen Belüftungsrotoren her bekannt ist, derart erfolgen, daß die einzelnen Belüftungsschaufeln 7 bis 9 gegeneinander versetzt sind, daß diese Schaufeln aber jeweils in gleichen radialen Ebenen angeordnet sind. Dies hat den Nachteil, daß jeweils eine bestimmte Anzahl von Belüftungsschaufeln gleichzeitig in das Wasser einschlagen, wodurch

Schwingungen und Stoßbelastungen des Antriebs erzeugt werden können. Man kann entsprechend F i g. 4 jedoch auch so vorgehen, daß in Längsrichtung des Belüftungsrotors benachbarte Belüftungsschaufeln 7 bis 9 jeweils um einen geringen Winkel- betrag, insbesondere um 3°, in Umfangsrichtung versetzt angebracht werden. Dies hat den Vorteil, daß die Belüftungsschaufehl 7 bis 9 nacheinander auf die Wasseroberfläche aufschlagen, so daß die Entstehung von Stoßen und Schwingungen vermieden oder solche Schwingungen zumindest gedämpft werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß eine größere Feinblasigkeit der eingeschlagenen Luft erreicht wird, wobei festgestellt wurde, daß sehr feine linsenförmige Bläschen entstehen.

Durch die Versetzung der Belüftungsschaufeln 7 bis 9 in der beschriebenen Art kann ferner eine Strömung erzielt werden, die nicht parallel zur Schaufelbewegung erfolgt. Durch eine solche Strömung kann eine zusätzliche Umwälzung in einem Belüftungsbekken oder einem Belüftungsgraben erreicht werden. Um eine zu starke einseitige Umwälzung zu vermeiden bzw. die Ablenkung des Flüssigkeitsstromes in der genau gewünschten Weise zu erzielen, kann man entsprechend F i g. 4 die Versetzung in unterschiedlicher Richtung vornehmen, so daß eine pfeilartige Anordnung der Belüftungsschaufeln 7 bis 9 entsteht. Dabei kann die Pfeilspitze asymmetrisch angeordnet werden, so daß der gewünschte Umwälzeffekt erreicht wird. Man kann aber auch eine symmetrische Anordnung wählen, wenn keine seitliche Ablenkung erwünscht ist.

Statt die Belüftungsschaufeln 7 bis 9 auf einem Belüftungsrotor in unterschiedlicher Richtung zu versetzen, kann man bei der Anordnung von zwei Belüftungsrotoren auch so vorgehen, daß auf jedem der beiden Belüftungsrotoren die Belüftungsschaufeln 7 bis 9 in einer anderen Richtung versetzt sind. Man kann auf diese Weise z. B. vermeiden, daß vor dem Antriebsaggregat ein nicht belüfteter und nicht umgewälzter Raum entsteht. Selbstverständlich kann man auch bei beiden Belüftungsrotoren eine gegebenenfalls asymmetrische pfeilartige Anordnung vorsehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Eintragen von Gasen in Flüssigkeiten, insbesondere zur Oberflächenbelüftung von Abwasser, mit mindestens einem horizontalachsigen Belüftungsrotor, der auf einer seitlich angetriebenen Hohlwelle Belüftungselemente in Form von Stäben, Schaufeln od. dgl. trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Belüftungsrotors etwa 1 m und der Durchmesser der Hohlwelle (4,10) mehr als ein Viertel des Durchmessers des Belüftungsrotors beträgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Belüftungsrotor eine Länge von 4,5 bis 6 m aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Antriebskupplung für den Belüftungsrotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskupplung (5) in der Hohlwelle (4,10) des Belüftungsrotors angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskupplung (5) aus mit einem Achszapfen (3) des Antriebs befestigten inneren Segmenten (14) und an der Hohlwelle (4,10) befestigten äußeren Segmenten (17) besteht, welche über eine elastische Schicht (16) miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit zwei Belüftungsrotoren, dadurch gekennzeichnet, daß beide Belüftungsrotoren von einem zwischen ihnen gelagerten Antriebsmotor (1) angetrieben sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß. in Längsrichtung des Belüftungsrotors benachbarte Belüftungsschaufeln (7, 8, 9) jeweils um einen geringen Winkelbetrag, insbesondere um 3°, in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.