DE1813938C3

DE1813938C3 - Oberflächenbelüfter zum Umwälzen und Belüften von Flüssigkeiten in einem Becken, insbesondere von Abwässern

Info

Publication number: DE1813938C3
Application number: DE1813938A
Authority: DE
Inventors: Joseph Richard Buochs Nidwalden Kaelin (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-05-28
Filing date: 1968-12-11
Publication date: 1974-05-09
Also published as: NO120514B; CH463409A; DE1813938A1; DK136893B; YU132869A; BE731730A; NL146063B; ES362509A1; BG17004A3; FR2009464A1; YU34506B; JPS4811147B1; DK136893C; US3576316A; AT283228B; NL6900903A; CS150675B2; BG16176A3; SE336310B; DE1813938B2

Description

3 4

Schaumstoffes leichter ausgeführt werden können, Motor 5 eingeschaltet und der Belüftungskreisel 3 in wodurch das Eigengewicht des Belüftungskreisels Drehung versetzt wird, ist die in den Förderkanälen »och geringer wird. . 12 befindliche Flüssigkeit der Wirkung der Fliehkraft

Eine Ausführungsform des Oberflächenbelüfter unterworfen und wird in den Förderkanälen 12 ange- |cmäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt 5 hoben und am äußeren Rand des Belüftungskrei- »nd wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt sels 3 durch die Austrittsöffnungen 16 der Förderka-

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Becken näle in radialer Richtung ausgestoßen. Es entsteht einer biologischen Abwasserreinigungsanlage mit dadurch am unteren, in die Flüssigkeit eintaucheneinem Belüftungskreisel in Betriebsstelluns ^{in de}r zu den Einlaßende 17 des Beli'ftungskreisels 3 ein Unbelüftenden Flüssigkeit und io terdruck, durch weichen entsprechend der oben am

Fig.2 einen Belüftungskreisel im axialen Schnitt äußeren Umfang ausgestoßenen Flüssigkeitsmenge in größerem Maßstab. ständig neue Flüssigkeit aus dem Raum unterhalb

In Fig. 1 ist ein Becken 1 beliebiger Form, wie der Förderkanaleinlässe in die Förderkanäle 12 anz. B. rund, quadratisch oder rechteckig einer biologi- gesaugt, durch die Fliehkraft gehoben und oben sehen Abwasserreinigungsanlage dargestellt. Über 15 durch die Austrittsöffnungen 16 in radialer Richtung dem Becken 1 ist ein Laufsteg 2 angeordnet, der den ausgestoßen wird. Solange der Belüftungskreisel 3 Belüftungskreisel 3 trägt. Dieser ist an einer vertika- dreht, besteht daher ein ständiger Kreislauf oder eine len Achse aufgehängt, die von einem Motor 5 unter Umwälzung der im Becken 1 befindlichen Flüssig-Zwischenschaltung eines Getriebes 6 im einen oder keit. Infolge der Drehung des in die Flüssigkeit einanderen Drehsinn angetrieben werden kann. 20 getauchten Belüftungskreisels 3 wird allmählich der Wie in F i g. 2 in größerem Maßstab dargestellt ist, gesamte Inhalt des Beckens 1 in eine mit dem Belufbildet der Belüftungskreisel 3 einen rotationssymme- tungskreisel gleichsinnige, aber langsamere Drehbe-Irischen Körper, der vorzugsweise aus einem Kunst- wegung versetzt.

tioff, beispielsweise glasfaserverstärktem Polyester, Wie in F i g. 2 ersichtlich ist, verläuft das äußere

besteht. Dieser Körper besitzt ein zylindrisches Na- 25 Ende der Förderkanäle 12 über einen Bereich c gebenstück?, mittels welchem der Belüftungskreisel 3 radlinig mit einer geringen Neigung nach aufwärts tin der Achse 4 befestigt ist. Eine obere kreisförmige gegenüber der Horizontalen. Während die Leit-Deckplatte8 ist mit dem oberen Ende des Naben- wände 9 und 10 der Förderkanäle 12 von ihrem int>tückes7 fest verbunden. Zwischen einer oberen und ncrcn Ende bis zum Bereiche im Querschnitt etwa inneren Leitwand 9, die in vertikaler Schnittebene 30 kreisförmig gekrümmt sind, bilden die äußeren gerawenigstens annähernd kreisförmig gekrümmt ist, und dun Enden dieser Leitwände 9, 10 über den Bereich c die am äußeren Umfang mit der Deckplatte 8 und mit der Horizontalen eine Neigung α von 5 bis 6 , im Zentrum mit dem Nabenstück 7 fest verbunden zweckmäßig etwa 5,5 . Die vom Belüftungskreisel i ist, und einer unteren und äußeren ringförmigen unten angesaugte und oben kontinuierlich durch die Leitwand 10, die in vertikaler Schnittebene ebenfalls 35 Austrittsöffnungen 16 ausgestoßene Flüssigkeit breikreisförmig oder elliptisch gekrümmt ist, sind Schau- tet sich fächerartig über die Oberfläche des Beckenfein 11 angeordnet, die den Ringraum zwischen den inhaltes bis zur Seitenwandung des Beckens 1 aus. beiden Leitwänden 9 und 10 in eine Anzahl Förder- Die radial gegen die Wandung stromende Flüssigkeit Kanäle 12 unterteilen. Die Schaufeln 11 verlaufen mit wird von der Wandung nach abwärts umgelenkt, und leichter Krümmung in ungefähr radialer Richtung 40 infolge der langsamen Drehung des Beckeninnaltes von der Eintrittskante am unteren Ende des Belüf- wird jedes Flüssigkeitsteilchen im Becken 1 eine tungskreisels 3 zur Austrittskante an der äußeren Pc- schraubenlinienförmige Bewegung vom Flussigkeitsripherie des Belüftungskreisels. Unterhalb der peri- spiegel gegen den Boden des Beckens 1 ausfuhren, pheren Austrittsöffnungen 16 der Förderkanäle 12 Durch die schrägen Wandteile 18 des Beckens 1 wird ist die Kreiselaußenwandung, welche, wie Fig. 1 45 die in der Nähe des Beckenrandes und des ^B™^e"^s zeigt, beim Betrieb des Belüftungskreisels 3 in die des Beckens befindliche Flüssigkeit gegen die Mitte Flüssigkeit eingetaucht ist, durch eine Krciskegel- des Beckens 1 umgelenkt. In der Mitte des Beckens 1 wand 13 gebildet, die mit der die Förderkanäle 12 ibt die Flüssigkeit der Sogknift des drehenden Beiuibegrenzenden, ringförmigen Leitwand 10 einen ring- tungskreisels 3 ausgesetzt und strömt in_ einer spiralförmigen, flüssigkeitsdichten Hohlraum 14 bildet. 50 förmig kreisenden Flüssigkeitssäule nach oben gegen Dieser Hohlraum 14 enthält einen spezifisch leichten, den Belüftungskreisel 3 und in dessen Ansaugbereicn synthetischen Schaumstoff. Der Schaumstoff kann Der innere zentrale Teil dieser Flüssigkeitssäule tritt z. B. in der Weise in den Hohlraum 14 eingebracht durch das Einlaßende 17 in die Förderkanal 12 ein, werden, daß in der Kreiskegelwand 13 eine öffnung welche die Flüssigkeit erneut anheben und durcli die vorgesehen wird, durch welche die Komponenten des 55 Austrittsöffnungen 16 in radialer Richtung ausstozu schäumenden Kunststoffes eingebracht werden, ßen. Der Teil der im Zentrum des Beckens l ?utsteiworauf die Schäumung vollzogen und nach abge- genden Flüssigkeit, der sich außerhalb des bmtrittsschlossener Schäumung die öffnung wieder ver- durchmessers des Einlaßendes 17 des Beluftungskreischlossen wird. sei·, 3 befindet, strömt entlang der Kreiskegelwand IJ

Die Wirkungsweise der in Fi g. 1 dargestellten Be- 60 schräg nach oben und wird durch die zu den Auslüftungsanlage ist wie folgt. Der Belüftungskreisel 3 trittsöffnungen 16 radial ausgestoßene Flüssigkeit wird an der Achse 4 in solcher Höhe in bezn« auf ebenfalls radial umgelenkt und nimmt von neuem am den Sollflüssigkeitsspiegel 15 im Becken 1 aufpe- Umwälzkreislauf teil. In dieser Weise befindet sich hängt, daß die Unterkante der Austrittsöffnungen 16 der gesamte Beckeninhalt in ständigem Kreislauf, der Förderkanäle 12 des Belüftungskreisels 3 unge- 65 Die Auflösung der vom Belüftungskreisel 3 getorfähr auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegels liegen. Die derten Flüssigkeit in einzelne Flussigkeitsstrahlen Förderkanäle 12 sind also bis zur Höhe des Sollflüs- durch die Förderkanäle 12 und das Ausstoßen dieser sigkeitsspiegels 15 mit Flüssigkeit gefüllt. Sobald der Strahlen auf der Höhe des Flüssigkeitsspiegeis im

Becken 1 ergibt einen intensiven Kontakt der Luft Horizontalen nach oben geneigt sind, gegenüber den mit der Flüssigkeit. Wenn der Belüftungskreisel 3 Belüftungskreiseln nach der obengenannten Patentdreht, bildet sich an jeder Austrittsöffnung 16 auf schrift erhöhte Leistungswerte erzielt werden. Bei der Oberfläche der Flüssigkeit im Becken 1 eine gleichen Betriebsbedingungen wird mit dem beschrie-Stauwelle geringer Höhe, und diese Stauwellen setzen 5 benen Belüftungskreisel ein um etwa 15% höherer sich bis an den Rand des Beckens 1 fort. Über diese Sauersioffeintrag, gemessen in kg 0₂/h und ebenfalls Stauwelicii wird fortwährend Flüssigkeit aus den ein um etwa 15°/o höherer Sauerstoffertrag, gemesleicht aufwärtsgeneigten Förderkanälen 12 über sen in kg O₂/kWh Energiebedarf, erhalten,
einen weiten Bereich des FlusMgkeitsspiegels im Γίεκ- Ein weiterer bedeutender Vorteil wird mit dem beken 1 geworfen. Die Oberfläche der F'-'ssigkc.i wird io schnebcnen Belüftungskreisel infolge des Hohlraums in dieser Weise aufgeraubt und ';e Grenzschicht- 14, der zwischen der Leitwand 10 und der Kreiskefläche zwischen Luft und Wasser vergrößert, was die gelwand 13 gebildet ist, erreicht. Da außerdem dieser Diffusion von Luft, bzw. Sauerstoff in der Flüssigkeit Hohlraum 14 noch mit einem Schaumstoff von spezibegünstigt. fK'h geringem Gewicht ausgefüllt ist, wird der in die Während bei bekannten Belüftungskreiseln ähnli- 15 Flüssigkeit im Becken 1 eingetauchte BeUiftungskreicher Bauart, beispielsweise nach der schweizeri- sei 3 nicht nur schwimmend gehalten, sondern e= sehen Patentschrift 443 165 die Außenwand des Be- wird ihm an Auftrieb erteilt. Ein geringes Gewicht lüftungskreisels durch die in senkrechter Schnitt- des Belüftungskreisel 3 bedeutet einen großen Vorebene etwa kreisförmig gekrümmte Leitwand 10 teil. Die Brücken. Laufstege und Tragwerke des Be-(Fig. 2) gebildet wurde, ist bei dem beschriebenen 20 lüttungskreiscls können leichter gebaut werden, wo-Belüftungskreisel diese einwärlsgpwö!bic I .eilwand mit an Material '-ingespart werden kann. Gleichzeitig 10 durch die gerade Kreiskegelwand 13 abgedeckt. ergibt sich eine Erleichterung bei der Montage dc< Es hat sich bei dem Belüftungskreisel ^nacn der ge- Belüftungskreisel, da dieser \*>; gefüllten Zustand de^ nannten Patentschrift gezeigt, daß infoige der ge- Beckens 1 schwimmenJ ein- oder ausgebaut werde krümmten Außenwand des Belüftungskreisels die 25 kann. Beispielsweise beträgt das Figengewicht einelängs dieser Außenwand strömenden Flüssigkeits- BelüftungskreiseK von 3 m Durchmesse' etwa -'?'■< kg schichten zur Turbuienzbüc^ng neigen. Die entstj- Beim Betrieb des Belüftungskreisel* entstein durcl· hendcii Wirbel vergrößern die Reibung der Flüssig- den infolge Flüssigkeitsförderung durch die Förderkeit längs der gekrümr-tcn Wand, was sich auf den kanälc gebildeten l^nterdruck ein zusatzliches, am Energiebedarf ?um Bciiicb des Rotors ungunstig 30 die Achse wirkendes Gewicht von etwn 50.. kg. da« auswirkt. Wenn jedoch die Außenwand, wie in Fig. 1 Gesamtgewicht des Belüftungskreisel, ohne Motoi und 2 dargestellt, als gerade Kreiskegelwand 13 und Getriebe beträgt somit etwa 950 kg. Durch i).i> schräg nach oben und auß~n verläuft, ist der Flä- bei einem Belüftungskreisel dieser CiroLV 7wi«.clii.-i· cheninhalt der mit der Flüssigkeit in Berührung ste- der Leitwand 10 und der Kreiskcssehvand 1? loihan henden Außenfläche ac* Belüftungskreisels 3 am ge- 35 dene Hohlraumvolume«. d?s m:t Schaumstoff gcinü ringsten, und es entsteht keine Turbulenz der Strö- ist. wird ein Auftrieb von etwa 950kg erreicht. Irs mung entlang dieser im Querschnitt geraden Kreiske- Betriebszustand des Bclüftungskreisels wird ;iKo desgelwand. Die Reibungsverluste des sich in der Flüs- sen Gesamtgewicht durch den Auftrieb vollkomnvr sigkeit drehenden Belüftungskreisels sind bei dieser aufgehoben. Es bestehen daher im Betrieb des Bou! Formgebung am geringsten. Praktische Versuche ha- 40 tungskreisels keine vertikalen Lasten, die LaeerV- ik ben gezeigt, daß mit einem Belüftungskreisel gemäß und die Lagerreibung werden vermindert, und ^;-Fig. 2, d.h. mit in vertikaler Schnittebene gerade mechanische Wirkungsgrad gegenüber einem S\sun verlaufender Kreiskegelwand 13 und mit Austritts- ohne Auftrieb wird erhöht. Zugleich wird cine Vt-1 öffnungen 16 der Förderkanäle 12, die unter einer längerung der Lebensdauer, sowohl für das GetrieH geringen Neigung ■> von etwa 5 bis 6° gegenüber der 45 als auch für die Lager erzielt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

wird. Eine solche Drehbewegung der Flüssigkeit in Patentansprüche: dem Becken ist jedoch für ihre Förderung durch den Belüftungskreisel nicht erwünscht. Vielmehr wird da-

1. Oberflächenbelüfter zum Umwälzen und Be- durch das Umwälzen der Flüssigkeit in dem Becken lüften von Flüssigkeiten in einem Becken, insbe- 5 vermindert. ... sondere von Abwässern, mit einem teilweise in Die Wirtschaftlichkeit der nach der schweizendie Flüssigkeit eintauchenden, um eine vertikale sehen Patentschrift 443 165 bekannten Oberflachen-Achse drehbaren Belüftungskreisel, der mit ge- belüfter ist jedoch auch noch aus einem anderen schlossenen, aus im Grundriß annähernd radial Grund beeinträchtigt. Für den Belüftungskreisel gerichteten Schaufeln und aus einer oberen, inne- io selbst werden zwar verhältnismäßig leichte Kunstren Leitwand sowie einer unteren, äußeren ring- stoffe, wie Polyester oder Kunstharz verwendet, jeförmigen, einwärts gewölbten Leitwand gebilde- doch weist der Belüftungskreisel insgesamt noch ein ten Förderkanälen versehen ist, die in vertikaler verhältnismäßig hohes Gewicht auf, so daß starke Ebene gekrümmt verlaufen und die am unteren Brücken oder Tragwerke mit starken Lagern zu sei-Ende des Belüftungskreisels die in vertikaler 15 ner Halterung verwendet werden müssen. Da der Be-Richtung eintretende Flüssigkeit um wenigstens lüftungskreisel an einer Brücke oder einem Tragwerk annähernd 90° nach auswärts umlenken, da- hängend angeordnet ist, muß ferner das Getriebe durch gekennzeichnet, daß die äußere zwischen Antriebsaggregat und Belüftungskreisel ringförmige, einwärts gewölbte Leitwand (10) stark dimensioniert sein, wodurch sich die Gesamtbezwischen ihrem oberen und unteren Umfangsrand 20 lastung der Brücke oder des Tragwerks noch erhöht, durch eine gerade, schräg nach oben und außen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verlaufende Kreiskegelwand (13) abgedeckt ist, Belüftungskreisel eines Oberflächenbelüfters der eindie mit der Leitwand (10) einen flüssigkeitsdich- gangs erwähnten Art so zu gestalten, daß bei dessen ten, ringförmigen Hohlraum (14) bildet. Eintauchen in die Flüssigkeit ein großer Auftrieb er-

2. Oberflächenbelüfter nach Anspruch!, da- 25 zeugt wird, daß jedoch durch Drehung des Belüfdurch gekennzeichnet, daß die Förderkanäle (12) tungskreisels in der Flüssigkeit an seiner äußeren im Bereich (c) ihrer äußeren Enden geradlinig Umfaiigsfläche entstehende Reibungswiderstände verlaufen und mit einer Neigung (\) von etwa 5 möglichst gering gehalten werden.

bis 6° gegenüber der Horizontalen nach außen Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

ansteigen. 30 löst, daß die untere, äußere ringförmige, einwärts gc-

3. Oberflächenbelüfter nach Anspruch 1 wölbte Leitwand zwischen ihrem oberen und unteren oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl- Umfangsrand durch eine gerade, schräg nach oben raum (14) mit spezifisch leichtem Schaumstoff und außen verlaufende Kreiskegelwand abgedeckt gefüllt ist. ist, die mit der Leitwand einen flüssigkeitsdichten.

35 ringförmigen Hohlraum bildet.

Dieser Hohlraum erzeugt einen Auftrieb des in die Flüssigkeit eintauchenden Belüftungskreisels, so daß

Die Erfindung betrifft einen Oberflächenbelüfter dessen Gewicht teilweise oder ganz kompensiert wer-

zum Umwälzen und Belüften von Flüssigkeiten in den kann. Der infolge des Hohlraumes des Belüf-

einem Becken, insbesondere von Abwässern, mit 40 tungskreisels entstehende Auftrieb bildet eine dem

einem teilweise in die Flüssigkeit eintauchenden, um Eigengewicht und der nach unten wirkenden, infolge

eine vertikale Achse drehbaren Belüftungskre ^1, der des bei Förderung der Flüssigkeit am unteren Ende

mit geschlossenen, aus im Grundr>^R mnähernd radial des Belüftungskreisels hervorgerufenen Unterdruckes

gerichteten Schaufeln und aus einer oberen, inneren entstehenden Sogkraft dauernd entgegenwirkende

Leitwand sowie einer unteren, äußeren ringförmigen, 45 Kraft, durch welche die Lagerkräfte und die Reibung

einwärts gewölbten Leitwand gebildeten Förderkanä- in den Lagern reduziert und damit der mechanische

len versehen ist, die in vertikaler Ebene gekrümmt Wirkungsgrad des Systems erhöht wird. Außerdem

verlaufen und die am unteren Ende des Belüftungs- wird durch die Ausbildung der äußeren Umfangs-

kreisels die in vertikaler Richtung eintretende Flüs- fläche des in die Flüssigkeit eintauchenden Teils des

sigkeit um wenigstens annähernd 90° nach auswärts 50 Belüftungskreisels als gerade Kreiskegelwand eine

umlenken. Wirbelbildung der längs dieser Umfangsfläche und

Ein derartiger Oberflächenbelüfter ist bereits nach relativ zu ihr strömenden Flüssigkeit vermieden, so

der schweizerischen Patentschrift 443 165 bekannt, daß die Reibungsverluste an der äußeren Umfangs-

wobei sich dieser bekannte Oberflächenbelüfter ins- fläche des Belüftungskreisels außerordentlich gering

besondere für das Belüften und Umwälzen von Flüs- 55 sind.

sigkeiten in Becken eignet, die nicht zu tief sind Die- Wenn die Förderkanäle so ausgebildet sind, daß scr bekannte Oberflächenbelüfter hat jedoch einen sie im Bereich ihrer äußeren Enden geradlinig ververhältnismäßig hohen Energiebedarf, da die an sei- laufen und mit einer Neigung von etwa5 bis 6° gener Unterseiie vorgesehene äußere ringförmige, ein- genüber der Horizontalen nach außen ansteigen, würls gewölbte Leitwand eine verhältnismäßig große 60 dann wird die von den Austrittsöffnungen des Belüf-Oberfläche aufweist, die eine verhältnismäßig große tungskreisels ausgestoßene Flüssigkeit fächerartig Rdbungsfläche mit der Flüssigkeit bildet. Wegen über die Oberfläche des Beckens ausgebreitet, wodieser verhältnismäßig großen Reibungsfläche wird durch eine kräftige Umwälzung der Flüssigkeit erein recht großer Anteil der zum Drehen des Bclüf- folgt.

tungskreisels aufgebrachten Energie an die umzuwäl- 65 Zweckmäßig kann der Hohlraum mit einem spezi-

zendc Flüssigkeit abgegeben. Die durch die Reibung fisch leichten Schaumstoff gefüll» sein, so daß die

auftretende Energieübertragung führt dazu, daß die den Hohlraum begrenzende Leitwand als auch die

Flüssigkeit ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt Kreiskegel wand wegen der Versteifungswirkung des