DE3416302A1

DE3416302A1 - Belueftungsvorrichtung zum dispergieren von luft oder anderen gasen in fluessigkeiten

Info

Publication number: DE3416302A1
Application number: DE3416302A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dauben; Bodo Dr Koglin
Original assignee: Limus Umwelttechnik 1000 Berlin De GmbH; LIMUS UMWELTTECHNIK GmbH
Current assignee: Heinrich Frings GmbH and Co KG
Priority date: 1984-05-03
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1985-11-07
Also published as: DE3416302C2

Description

Belliftungsvorrichtung zum Dispergieren
von Luft oder anderen Gasen in Flüssigkeiten

Die Erfindung betrifft eine Belliftungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 2 928 661 ist eine derartige Belliftungsvorrichtung bekannt. Sie hat auf einer vertikalen Hohlwelle zwei in einem Abstand hintereinander angeordnete Propeller. Unmittelbar unter dem oberen Propeller stehen senkrecht zur Hohlwelle und diametral zueinander Rohrstücke vor, die radial nach außen gerichtete Gasaustrittsöffnungen an ihren Enden haben. Aus ihnen tritt
infolge der Wirkung des davor angeordneten Propellers
Luft aus, die in Form von einzelnen Luftblasen mit der Flüssigkeit mitgenommen und schließlich von dem zweiten Propeller in größere Tiefe des die Flüssigkeit enthaltenden Behälters gefördert werden sollen. Diese Vorrichtung ist nur für relativ saubere Flüssigkeiten geeignet, da sie aufgrund der Anordnung der Luftaustrittskanäle und ihrer Innenform zur Zusetzung der Luftaustrittskanäle

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neigt, wenn die Vorrichtung abgeschaltet war und Flüssigkeit in die Gaskanäle eindringen konnte. Außerdem können sich längere Fasern und Fäden an den Rohrstücken und Propellern ansetzen und diese praktisch außer Betrieb setzen. Außerdem wird der stromabwärts vorgesehene Propeller durch das dispergierte Gas in seiner Wirkung beeinträchtigt. Dies gilt auch für eine alternative Ausführungsform, bei der in Strömungsrichtung vor dem unteren Propeller eine zweite Gasaustrittsöffnung vorgesehen ist, die als HilfsÖffnung dient.

Die DE-PS 24 61 032 beschreibt eine Vorrichtung, bei der zur Vermeidung von Faden- oder Faseransetzungen (Verzopfungen) die Propellerblätter als Schraubenwendel ausgebildet sind, wobei diese um mindestens zwei Drittel des Umfangs der Hohlwelle herumreichen. Die axiale Gasausströmöffnung befindet sich am eingetauchten Ende der Hohlwelle. Der Radius der Wendel nimmt in Strömungsrichtung von Null an zu. Auch bei der DE-OS 28 35 914 werden Schraubenwendel benutzt, wobei die Gasaustrittsöffnungen am tangentialen Ende der Wendel vorgesehen sind. Beide Ausführungen haben einen geringen Schraubenwirkungsgrad. Wegen der engen Nachbarschaft von Gasaustrittsöffnungen und Propellerblättern besteht die Gefahr, daß Gas auf die Unterdruckseite der Flügel gelangt, wodurch es zum Abreißen der Strömung und damit zu einer weiteren Verschlechterung des Wirkungsgrades kommt. Insgesamt können alle oben erwähnten Vorrichtungen nur eine verhältnismäßig geringe Gasmenge ansaugen und keine axiale Abströmung des gasenthaltenden Flüssigkeitsstromes erzielen. Es kommt vielmehr schnell zu einer Strahlaufweitung, so daß die Reichweite des Strahles gering ist. Angestrebt wird jedoch eine axiale Abströmung mit möglichst großer Reichweite nicht nur des Flüssigkeitsstroms, sondern vor allem der

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darin enthaltenen Luftblasen, um die gewünschten Reaktionen in dem Behälter zu bewirken. Die große Reichweite ist wesentlich, um auch tiefe Behälter einer Flüssigkeit/ Gas-Dispersion zu versorgen, ohne die Propeller selbst tief anordnen zu müssen. Dies würde nicht nur die Selbstansaugung des Gases behindern, sondern auch lange und damit schwingungsweiche,mechanisch unstabile Wellen erfordern .

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Belüftungsvorrichtung zu schaffen, die ohne Gefahr von Verstopfungen oder Verzopfungen eine große Gasmenge dispergiert und mit geringem Energieaufwand über große Reichweiten axial fördert.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Der beschriebene Propeller hat einen guten Propellerwirkungsgrad und erzeugt einen axialen, nicht zur Aufweitung neigenden Strahl mit relativ geringem Drall. Infolge seiner Rückwärtspfeilung arbeitet er verzopfungsfrei , ohne den schlechten Wirkungsgrad und starken Drall zu erzeugen wie entsprechende Schraubenwendeln mit langer axialer Erstreckung. Insbesondere durch den geringen Drall ist die Neigung zur radialen Strahl auffächerung gering. Die Gasaustrittsöffnungen liegen im Bereich der höchsten Flüssigkeitsgeschwindigkeit auch unter Berücksichtigung einer Strahlkontraktion hinter dem Propeller.

Der relativ große axiale Abstand der Gasaustrittsöffnungen von den Propellerblättern sorgt dafür, daß die Gaseindispergierung die Propellereigenschaften nicht beeinträchtigt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß auch bei um

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einen gewissen Betrag von den Propellerblättern stromabwärts liegenden Gasaustrittsöffnungen Gas durch lokale Wirbel auf die Unterdruckseite der Propellerblätter gerät. Sobald sich Gas dort ansammelt, wird die saubere Umströmung der Profile gestört, und es kommt zum Abreißen der Strömung. Dabei nimmt die radiale Komponente auf Kosten der axialen stark zu. Unter diesen Umständen kann zwar die Gasförderung aufrechterhalten werden, jedoch fächert der Strahl hinter dem Propeller schirmartig auf, so daß seine Reichweite stark zurückgeht. Die Dispersion kann somit nicht bis auf den Boden tiefer Behälter gelangen. Das gilt insbesondere bei rein radialen Gasaustrittsöffnungen im Propellerspitzenbereich, bei denen das Gas leicht die Propelleraußenkanten umströmen kann.

Besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Mündungsfläche der Gasaustrittsöffnungen sowohl nach außen als auch in Achsrichtung weisend schräg gerichtet auszuführen. Dadurch wird eine gute Dispersion erreicht, und das Gas kommt schnell aus dem Bereich der Deckung durch die Gasaustrittskanäle.

Die Schräge der Gasaustrittskanäle gegenüber der Propellerachse sollte zwischen 30 und 60° betragen und kann vorzugsweise bei 45° liegen. Dadurch ist sichergestellt, daß sich auch an den Gasaustrittskanälen keine Feststoffe festsetzen können, die die Strömung behindern und die Antriebsleistung erhöhen würden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jedem der vorzugsweise drei Propellerblätter eine Gasaustrittsöffnung zugeordnet. Dadurch kann die Gasaustrittsöffnung auch in Umfangsrichtung den jeweiligen Strömungsverhältnissen ge-

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nauestens angepaßt werden. Es hat sich gezeigt, daß die Gasaustrittsöffnungen besonders vorteilhaften Strömungsrichtung betrachtet,auf der Druckseite der zugehörigen Propellerblätter liegen. Wenn man also dem Stromfaden von der Propellerhinterkante folgt, so würde die Gasaustrittsöffnung in Drehrichtung davor liegen.

Die Gasaustrittskanäle können gegenüber einer gedachten, die Propellerachse enthaltenen Längsebene unter einem Winkel verlaufen, und zwar vorzugsweise, in radialer Richtung auf die Propellerwelle gesehen, in Stromfadenrichtung. Das bedeutet in der Praxis, daß die Gasaustrittskanäle in Drehrichtung etwas rückwärts gepfeilt verlaufen. Sie behindern somit am wenigsten die Strömung und sorgen dafür, daß das ausströmende Gas störungsfrei in die Flüssigkeit eindispergiert.

Besonders bevorzugt kann die Propellerwelle über die Stelle, an der die Gasaustrittskanäle in sie münden, verlängert und vorzugsweise mit einem verjüngten Abschlußteil versehen sein. Trotz der dadurch vergrößerten Reibungsfläche wird dadurch eine besonders gute Strahlführung erreicht und der Strahlauffächerung entgegengewirkt.

Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Unteransprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein können. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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Fig. 1 eine abgebrochen gezeichnete und teils schematische Seitenansicht der Bellif tungsvorrichtung ,

Fig. 2 eine axiale Ansicht auf das freie Ende der Belüftungsvorrichtung und

Fig. 3 eine schematische, abgewickelte Seitenansicht der Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Belüftungsvorrichtung, die zur Belüftung und zum Umwälzen der Flüssigkeit in Behältern vorgesehen ist, insbesondere von Feststoffen enthaltenden Flüssigkeiten, wie Abwasser - Schlamm etc.. Derartige Beiüftungsvorrichtungen werden beispielsweise zur aerob thermophilen Schlammstabilisierung eingesetzt. Dabei ist es wesentlich, daß Luft in der Flüssigkeit dispergiert und auch in die tieferen Bereiche des Behälters transportiert wird.

Die Belüftungsvorrichtung 11 besitzt eine hohle, von einem Motor angetriebene Propellerwelle 13, deren unterer Abschnitt dargestellt ist. Sie reicht über eine gewisse Strecke in den Behälter hinein (normalerweise zwischen 1 und 2 m) und damit auch unter den Flüssigkeitsspiegel 23, jedoch hat ihr unteres Ende einen sehr großen Abstand zum Behälterboden.

Die Propellerwelle 13 ist ein gerades Rohr, das auch gleichzeitig die Propellernabe 14 bildet. An dieser sind im dargestellten Beispiel drei Propellerblätter 15 angeschweißt, die ein strömungsgünstiges Propel!erprofi1 haben und gepfeilt angeordnet sind. Dabei verläuft ihre Eintrittskante unter einem Winkel a. zur Propell erachse 17, der 30 bis 60° betragen kann und vorzugsweise in der Größenordnung von

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liegt. Diese Schrägstellung sorgt für ein Abgleiten von in der Flüssigkeit enthaltenen Festkörpern, insbesondere von Fäden oder Fasern_rwährend des Betriebes.

Die Propellerflügel haben eine relativ große Steigung und Streckung, so daß die radiale Länge nicht kleiner ist als ihre doppelte Tiefe in Strömungsrichtung. Dadurch wird ein guter Wirkungsgrad und eine möglichst drallarme Abströmung erreicht.

Die sich in Richtung auf ihr Ende 18 fortsetzende Propellerwelle trägt im Abstand von dem aus den drei Propellerblättern 15 gebildeten Propeller 19 drei Gasaustrittskanäle, die in Form zur Propellerwelle schräg angeordneter Rohrstücke ausgebildet sind, die mit der Propellerwelle verschweißt sind und deren Inneres mit dem Hohlraum der Propellerwelle in Verbindung steht. Ihre Abschrägung oder Pfeilung verläuft in der gleichen Richtung wie die des Propellers, nämlich in Strömungsrichtung 22 und nach außen, so daß sich auch hier kein Material festsetzen kann. Die Mündungen 21 der Gasaustrittskanäle 20 verlaufen etwa quer zur schrägen Achse der Gasaustrittskanäle, d.h. sie sind, wie diese schräg nach außen und in Strömungsrichtung gerichtet.

Wie aus Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, haben die Gasaustrittskanäle jedoch gegenüber der Propellerachse 17, auch in radialer Richtung betrachtet, eine Schrägstellung, die in Drehrichtung nachlaufend gepfeilt ist. Sie ist so gewählt, daß sie unter Berücksichtigung des Dralls der Strömung hinter dem Propeller etwa in Richtung der Stromfäden läuft, wie aus Fig. 3 (s. Winkel c_) hervorgeht. Vorzugsweise ist die Mündung 21 dabei nicht genau quer zur Achse 22 des Gasaustrittskanals 20 abgeschnitten,

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sondern ihre in Umfangsrichtung weisende Achse liegt zwischen der Horizontalen und der dem Winkel c entsprechenden Neigung.

Die Gasaustrittsöffnungen oder -mündungen 21 liegen für alle drei Gasaustrittskanäle auf gleichem radialem Abstand und in einem Bereich höchster Strömungsgeschwindigkeit, der sich etwa von 90 % des Propellerdurchmessers bis zu 120 % des Propellernabendurchmessers (im vorliegenden Falle des Wellendurchmessers) erstreckt. In diesen Bereichen treten keine Geschwindigkeitsverminderungen des Strahls durch Untermischung mit der äußeren ruhenden Flüssigkeit ein noch infolge der Oberflächenreibung an der Propellernabe, so daß eine gute Seibstansaugung der Luft durch die hohle Propellerwelle erfolgt.

Die Propellerwelle ragt noch etwas über die Gasaustrittskanäle und ihre Mündungen hinaus und ist mit einem verjüngten Endteil 18 versehen, das im Ausführungsbeispiel die Form der hinteren Hälfte eines Stromlinienkörpers hat. Eine Halbkugel bildet jedoch ebenfalls ein recht günstiges Profil.

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Claims

Ansprüche

Belüftungsvorrichtung zum Dispergieren von Luft oder anderen Gasen in insbesondere Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten mit einer an einer Propellernabe (14) Propellerblätter (15) tragenden hohlen, drehend antreibbaren Propellerwelle (13), durch die das Gas zu unterhalb des Flüssigkeitsspiegels liegenden Gas-Austrittsöffnungen (21) gelangt, die im Bereich der durch den Propeller (19) beschleunigten Flüssigkeit liegen, wobei die radi.ale Länge der Propellerbl ätter (15) größer oder gleich ihrer doppelten Tiefe in Strömungsrichtung (22) ist, und die am Ende von Gasaustrittskanälen (20) liegenden Gasaustrittsöffnungen (21) im Bereich zwischen 90 % des Propel 1erdurch-

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messers und 120 % des Nabendurchmessers liegen und mindestens um den Betrag eines halben Propellerdurchmessers stromabwärts von den Propellerblättern (15) 1iegen,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Bel Uftungsvorrichtung (11) nur einen Propeller (19) aufweist, daß die Gasaustrittskanäle (20) von der Propellerwelle (13) weg schräg in Strömungsrichtung (22) und nach außen verlaufen und daß die Eintrittskante (16) der Propellerblätter (15) zwischen 30 und 60° in Bezug auf die Strömungsrichtung (22) nach hinten gepfeilt ist.
2. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mündungsflächen der Gasaustrittsöffnungen (21) sowohl nach außen als auch in Propellerachsrichtung (17) weisend schräg gerichtet sind.
3. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge der Gasaustrittskanäle (20) gegenüber der Propel!erachse (17) zwischen 30 und 60°, vorzugsweise ca. 45°, beträgt.
4. BelUftungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der vorzugs weise drei Propellerblätter (15) eine Gasaustrittsöffnung (22) zugeordnet ist,
5. Belüftungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (21), in Strom fadenrichtung betrachtet, auf der Druckseite der zuge hörigen Propellerblätter (15) liegen.

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6. Belüftungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittskanäle (20) gegenüber einer gedachten, die Propellerachse enthaltenden Längsebene unter einem Winkel verlaufen, und zwar vorzugsweise, in radialer Richtung auf die Propellerwelle (17) gesehen, in Stromfaden richtung.
7. Belüftungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasaustrittsöffnungen (21) ca. einen Propellerdurchmesser stromabwärts von den Propellerblättern (15) liegen.
8. Belüftungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Propeller welle (13) über die Stelle, an der die Gasaustrittskanäle (20) in sie münden, hinaus verlängert und vor zugsweise mit einem verjüngten Abschlußteil (18) ver sehen ist.

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