JPS6230810B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、浄化プラントにおける汚水の処理方
法に関し、特に沈澱を防止するために液体を運動
状態に保つ方法に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for treating wastewater in a purification plant, and in particular to a method for keeping liquid in a state of motion to prevent sedimentation.

プロペラミキサーで液体を混合する場合、これ
まで２つの方法が使用されてきた。一方の方法で
は、プロペラは垂直か、あるいは若干傾斜したシ
ヤフトに配設され、他方の方法では駆動軸がタン
クの外側に配置された駆動装置に対して水平に設
けられている。双方の場合共、混合効果が落ちる
ので、対称軸線の周りの循環を回避することを目
的としている。 Two methods have been used to date when mixing liquids in propeller mixers. In one method, the propeller is arranged on a vertical or slightly inclined shaft; in the other method, the drive shaft is arranged horizontally with respect to a drive arranged outside the tank. In both cases, the aim is to avoid circulation around the axis of symmetry, since this reduces the mixing effect.

混合作用中のエネルギを節約するには、乱流エ
ネルギは分配性がよくないので並進運動が好まし
い。乱流運動は基本的な混合を確保するに十分の
大きさであればよい。不必要に広範囲の微小乱流
を起すことなく、中央部分について回転運動を得
ることが好ましい。 To save energy during the mixing action, translational motion is preferred since turbulent energy is poorly distributed. The turbulent motion need only be large enough to ensure basic mixing. It is preferable to obtain rotational motion about the central portion without creating unnecessarily extensive microturbulence.

粒子が液中に沈澱している場合、いわゆるテイ
ーカツプ作用によりこれら粒子が中央に向かつて
引き寄せられるので前述のような流れを得る可能
性は減少する。 If particles are precipitated in the liquid, the so-called T-cup action will pull them towards the center, reducing the possibility of obtaining the flow described above.

これまで使用されてきた方法では、これらの粒
子は媒体交換が悪いため中央部分から離れること
ができない（第１図）。したがつて、水平軸を有
するミキサーがタンクを横切るか、あるいは直径
方向から10度以下の角度をつけて向けられてき
た。そうすれば、中央のデツドゾーンや、共同回
転が排除される。しかしながら、流れの中心線の
各側に別の２個の回転中心がつくり出されること
が判明している。ここで、共同回転とは、羽根車
の回転運動から生じる回転流れが中央の領域に混
合のないように緩慢な回転をタンクの中心の垂直
軸線のまわりに生じさせることを意味する。 In the methods used so far, these particles cannot leave the central part due to poor media exchange (FIG. 1). Mixers with a horizontal axis have therefore been oriented either across the tank or at an angle of 10 degrees or less from the diameter. This eliminates the central dead zone and co-rotation. However, it has been found that two other centers of rotation are created on each side of the flow centerline. Co-rotation here means that the rotating flow resulting from the rotational movement of the impeller causes a slow rotation about the central vertical axis of the tank so that there is no mixing in the central region.

垂直軸を有するミキサーを使用する場合、タン
クの側部に配置されたそらせ装置により共同回転
を阻止すれば中央のデツドゾーンが排除できる
（第２図）。そうすれば、上方あるいは下方への流
れおよび反対方向の周縁の流れとによりある程度
制御された環状のうず巻き運動が、阻止された回
転運動に重ねられて得られる。 When using a mixer with a vertical axis, the central dead zone can be eliminated by preventing co-rotation by means of deflectors placed on the sides of the tank (FIG. 2). A more or less controlled annular swirling motion with an upward or downward flow and an opposite peripheral flow is then obtained superimposed on the blocked rotational motion.

しかしながらこの方法には数々の欠点がある。
長い推進部分を使用する必要があり、モータやギ
ヤボツクスに強度の負荷がかかることを意味す
る。さらに低速回転のミキサーならびに高価なそ
らせ装置を使用する必要があり、それらは混合用
に必要な以上のエネルギを消費することが度々あ
る。中央部分を混合作用に関与させるという問題
を解決する別の方法はこの部分に空気を噴射さ
せ、媒体交換を確実にし、かつ沈澱を少なくする
２次流れを得ることである。しかしながらこの方
法は、プロペラおよび、タンクの幾何学的配列と
前記プロペラとの間の油圧接続部に影響を与える
空気によつてミキサーに振動を発生させるという
問題が度々ある。この問題は半径方向の流れを止
め、空気が羽根車の圧力側から吸入側へ流れない
ようにする流れリングをプロペラに設けることに
より解決された。 However, this method has a number of drawbacks.
It requires the use of a long propulsion section, which means a heavy load is placed on the motor and gearbox. Furthermore, it is necessary to use mixers with low speed rotation and expensive deflection devices, which often consume more energy than is necessary for mixing. Another way to solve the problem of involving the central part in the mixing action is to inject air into this part to obtain a secondary flow that ensures medium exchange and reduces sedimentation. However, this method often has the problem of generating vibrations in the mixer due to the air influencing the propeller and the hydraulic connections between the tank geometry and said propeller. This problem was solved by providing the propeller with a flow ring that stopped the radial flow and prevented air from flowing from the pressure side of the impeller to the suction side.

勿論、空気噴射技術は混合中に曝気が必要な場
合には有用である。 Of course, air injection techniques are useful if aeration is required during mixing.

しかしながら、本発明によれば、何らリングを
備えず、水平軸に配設され、タンクの深さと比較
すれば直径が大きいプロペラを使用し、共同回転
と、プロペラによる主要な流れ回転およびブレー
ド先端の自由な乱流とが協働し合つて中央部分に
おいて媒体交換をもたらし、次に先端の乱流がう
ず状にタンクの底辺層を押し流し、かくして沈澱
を阻止するようにすることが可能である。このこ
とはタンクの構造と組合せてプロペラを特殊構造
にすることによつて達成される。プロペラの振動
の危険性をなくしてエネルギを節約し、かつ広範
囲の混合を可能とする本発明を添付図面を参照し
て以下詳細に説明する。 However, according to the present invention, a propeller without any rings, arranged on a horizontal axis and with a large diameter compared to the depth of the tank is used, with joint rotation and the main flow rotation by the propeller and the tip of the blade. It is possible that the free turbulence cooperates to bring about a medium exchange in the central part, and then the turbulence at the tip sweeps away the bottom layer of the tank in a spiral manner, thus preventing settling. This is achieved by a special construction of the propeller in combination with the construction of the tank. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention, which eliminates the risk of propeller vibrations, saves energy, and allows extensive mixing, will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

本発明の前述ならびにその他の特徴や目的は添
付図面と関連した以下の説明からさらに明らかと
なる。 The foregoing and other features and objects of the present invention will become more apparent from the following description in conjunction with the accompanying drawings.

液体の層流におけるブレードの先端（第３図）
を考えた場合、先端乱流は下側の超過圧力と上側
の過小圧力とによつて発生する。このような乱流
は液体を後方へ引張る。このような流れにはブレ
ードに先端プレートを設けることにより反作用さ
せることができるが、今度は前記プレートの方が
先に述べた乱流を排除することにより得た利得を
張消しにする対応した乱流現象を発生させる。 Blade tip in laminar flow of liquid (Figure 3)
When considering, tip turbulence is caused by overpressure on the lower side and underpressure on the upper side. Such turbulence pulls the liquid backwards. Such flow can be counteracted by providing a tip plate on the blade, which in turn produces a corresponding turbulence that offsets the gain gained by eliminating the turbulence mentioned above. Generates a flow phenomenon.

流れリングを備えたプロペラ（第４図）を考え
た場合、液体はプロペラ軸のトルクから発生した
回転をもつて、うず巻状の線に沿つてプロペラを
出ていくことが判る。流れリングを除去すれば、
先端乱流が発生する。後者の場合の乱流は主要な
流れの回転とは反対方向に向けられ、これが余り
にも広範になりすぎると、羽根車に重大なロスが
発生し、かつ拡散した流れが羽根車から発生する
（第５図）。プロペラのブレードがそれぞれ垂直と
水平である場合ではモーメントの状況が極めて異
るので、前記の問題はプロペラの直径が水深に比
較して大きい場合には重大になる。 If we consider a propeller with a flow ring (FIG. 4), it will be seen that the liquid leaves the propeller along a spiral line with rotation generated from the torque on the propeller shaft. If you remove the flow ring,
Tip turbulence occurs. The turbulence in the latter case is directed in the opposite direction to the rotation of the main flow, and if this becomes too extensive, significant losses will occur at the impeller and a diffuse flow will emerge from the impeller ( Figure 5). The above problem becomes more serious when the diameter of the propeller is large compared to the depth of the water, since the moment situation is very different when the propeller blades are vertical and horizontal, respectively.

本発明によれば、プロペラはその先端の乱流が
制限され、主要な流れの円筒状の表面に沿つてう
ず状に運動するような構造とされている。また、
先端乱流が主としてタンクの底部の層に対して作
用し、該層の上方をうず状で掃去することにより
沈澱を阻止し、すでに沈澱している粒子を再び懸
濁させるような大きさに先端乱流をすることも可
能である。 According to the invention, the propeller is constructed such that turbulence at its tip is limited and it moves in a spiral along the cylindrical surface of the main flow. Also,
The tip turbulence acts primarily on the layer at the bottom of the tank, preventing settling by sweeping the top of the layer in a vortex, and reducing the size of particles that have already settled to a size that resuspends them. It is also possible to have tip turbulence.

本発明の方法を実施するミキサーは、羽根車を
回転させる水中電動機を含み、タンク内に置か
れ、タンク内の垂直な棒材に固定されている。本
発明を実施すると、流体は羽根車により次のよう
な４つの回転運動を与えられる。すなわち、主要
な回転流れは羽根車により生じ、細い回転流れは
羽根車の先端において乱流により生じ、緩慢な流
れがタンクの中心の垂直軸線の回りに生じ、別な
緩慢な流れがタンクの中心において上向きに、ま
たタンクの周辺においては下向きに生じる。 A mixer implementing the method of the invention includes a submersible electric motor that rotates an impeller and is placed within a tank and fixed to a vertical bar within the tank. In carrying out the invention, the fluid is given four rotational motions by the impeller as follows: That is, a main rotating flow is created by the impeller, a thin rotating flow is created by turbulence at the tip of the impeller, a slow flow is created around the vertical axis of the center of the tank, and another slow flow is created around the center of the tank. It occurs upwards at the edge of the tank and downwards at the periphery of the tank.

自由流のプロペラにより先端乱流の大きさはブ
レードの先端の２つの側と、スラスト中心との間
の差圧によつて左右される。スラストは動圧に対
して比例するので、中心に対する半径の二乗に比
例する上昇圧がある面積に対して得られる。従来
の構造のプロペラでは先端部は極めて強力な上昇
力を提供する。プロペラの先端を楕円状に変化す
るよう形成し、かつブレード部分を中心に向かつ
て移動させることにより、先端の乱流は制限でき
る。もし上昇力の中心がブレードの中心から70％
以内に位置するのであれば、プロペラの直径の約
10％の直径を有する先端乱流が得られる。この大
きさは深さがプロペラの直径の1.1から1.2倍のタ
ンクにおける液層の厚さと極めてうまく対応す
る。このような寸法とすることによりトルクによ
つて変るうず状の循環流は、タンクの直径と液体
の深さとの比が1.5以内であればタンクの中央で
の液体を入れ替えるに十分な大きさとなる。前記
の比を大きくすることにより、ミキサの数を増し
ても同じうず状の運動を発生させ、かつ底部の層
に先端乱流を作用させつづけることができる。 With a free-stream propeller, the amount of tip turbulence is determined by the pressure differential between the two sides of the blade tip and the thrust center. Since thrust is proportional to dynamic pressure, an upward pressure proportional to the square of the radius relative to the center is obtained over a given area. In conventional propeller construction, the tip provides extremely strong lifting force. By forming the tip of the propeller in an elliptical shape and moving the blade portion toward the center, turbulence at the tip can be limited. If the center of lifting force is 70% from the center of the blade
If located within approximately the diameter of the propeller
A tip turbulence with a diameter of 10% is obtained. This size corresponds very well to the thickness of the liquid layer in a tank whose depth is 1.1 to 1.2 times the diameter of the propeller. With these dimensions, the torque-dependent spiral circulation flow is large enough to replace the liquid in the center of the tank if the ratio of tank diameter to liquid depth is within 1.5. . By increasing the ratio, the same spiral motion can be generated even if the number of mixers is increased, and the tip turbulence can continue to be applied to the bottom layer.

前述の説明では、円形のタンクについて述べ
た。しかしながら、この方法は楕円形のタンクに
対しても使用できる（第６図）。そのようなタン
クにおいては、端部に回転流があり、それらの間
には層流があるが、先端乱流によるオーバフロー
が仕切壁のところで発生するので（第６図）、自
由流のプロペラによつて特別の利点が得られる。
仕切壁による接続部のすぐ後ろで通常粒子が沈澱
するデツドゾーンが発生する。その場合プロペラ
が明らかに先端乱流を発生させれば、この乱流が
主要な流れの回転を規則的にこのデツドゾーンへ
押し流し、材料を再び懸濁させる。円形タンクと
同様に、先端乱流が主要な流れへ拡散し、タンク
底部での作用を停止させてはいけないので先端乱
流は全体の流れの直径に比して小さいことが重要
である。 In the above description, a circular tank was mentioned. However, this method can also be used for oval shaped tanks (Figure 6). In such a tank, there is a rotating flow at the ends and a laminar flow between them, but overflow due to tip turbulence occurs at the partition wall (Figure 6), so that the free-stream propeller Special advantages are therefore obtained.
Immediately behind the partition wall connection a dead zone usually occurs where particles settle. If the propeller then generates significant tip turbulence, this turbulence regularly sweeps the rotation of the main flow into this dead zone and resuspends the material. As with circular tanks, it is important that the tip turbulence be small compared to the overall flow diameter, since it must not diffuse into the main flow and stop working at the bottom of the tank.

省エネ混合方法としてのうず状の運動は色々な
要領で改良することができる。ミキサは、うず状
の運動がその回転中心を変え、かつ先端乱流がさ
らに調和してタンクの底部を押し流すように水平
平面で振動するように配置させることができる。
そうすれば混合に必要な作用が減少するのでさら
にエネルギを節約できる。 Spiral motion as an energy-saving mixing method can be improved in various ways. The mixer can be arranged to oscillate in a horizontal plane so that the spiral motion changes its center of rotation and the tip turbulence sweeps the bottom of the tank more harmoniously.
This further saves energy by reducing the amount of mixing required.

エネルギ所要量を減少させ、かつプロペラの負
荷変動を変えるための別の方法は、第７図に示す
ようにブレードがタンクの中心に向かつて向けら
れるか、あるいは周囲に向かつて向けられるかに
よつてブレードの当り角を徐々に設定していくこ
とである。周囲よりも流れの速度が遅い中心にお
いてはプロペラのブレードに過負荷がかかる危険
性は常にある。揺動運動と組合せて前述のように
ブレードをセツテイングしていくことにより、必
要とする混合程度に流れを正確に調整しうる可能
性を提供する。勿論、全体装置を液中に浸しうる
ようにすることは有利ではあるが、その必然性は
ない。 Another way to reduce energy requirements and change propeller load variations is to determine whether the blades are directed toward the center of the tank or toward the periphery, as shown in Figure 7. The trick is to gradually set the angle of contact of the blade. There is always a risk of overloading the propeller blades in the center where the flow velocity is slower than in the surrounding area. Setting the blades as described above in combination with a rocking motion offers the possibility of precisely adjusting the flow to the required degree of mixing. Of course, it would be advantageous to be able to submerge the entire device in liquid, but this is not necessary.

前述の説明においては、２個のブレードを備え
たミキサーを言及してきた。しかしながら、理論
的にはブレードの数はいづれかの適当数でよい
が、ブレードの数が多いからといつてプロペラの
効果はそれほど大きくはない。 In the foregoing description, reference has been made to a mixer with two blades. However, although in theory any suitable number of blades is sufficient, the effect of the propeller is not so great even if there are many blades.

特定の装置に関して本発明の原理を説明してき
たが、前記の説明は例示であつて、特許請求の範
囲に記載の本発明の範囲を限定するものではない
ことを明らかに理解すべきである。 Although the principles of the invention have been described with respect to particular devices, it is to be clearly understood that the foregoing description is illustrative and not intended to limit the scope of the invention as claimed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は水平配置のプロペラを備えたミキサー
を示す図、第２図はそらせ装置を備えた垂直配置
のプロペラを有するミキサーを示す図、第３図は
ブレードの先端乱流を示す図、第４図は流れリン
グを備えたプロペラを示す図、第５図は流れリン
グのないプロペラの側面図、第６図は楕円タンク
における本発明によるプロペラを示す図、および
第７図はタンクの周囲に向けられた本発明のプロ
ペラを示す図である。 1 shows a mixer with horizontally arranged propellers, FIG. 2 shows a mixer with vertically arranged propellers with deflection devices, FIG. 3 shows blade tip turbulence, and FIG. 4 shows a propeller with flow rings, FIG. 5 shows a side view of the propeller without flow rings, FIG. 6 shows a propeller according to the invention in an oval tank, and FIG. Figure 3 shows the propeller of the invention oriented;

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ タンクの深さに対して比較的大きい直径を有
するプロペラ・ミキサーにより円形または長円形
のタンク内で流体を混合する方法において、液体
がタンクの中心軸線の周りで回転し、同時に前記
中心軸線に対して直角な平面においてリング状の
軸線の周りで回転し、液体がタンクの中心におい
て上方に流れ、かつ液面において外方に流れ、タ
ンクの周囲では下方に傾き、タンクの底部では内
方に流れて、タンクを満たす上向きの中心流れを
有する環状面体を形成したらせん運動を行うか、
または下向きの中心流れを有する環状面体を形成
したらせん運動を行う逆向きの流れを生じさせる
ことを特徴とする流体を混合する方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
て、ミキサーのプロペラがタンクの半径方向に対
し主として直角で、タンクの中心から一定の距離
にある本質的に水平な軸を備えて配置され、かつ
所定の液体の回転方向と同じ回転方向を有してお
り、プロペラがタンクの中心軸線の周りで回転す
る液体に対して十分なトルクを提供するようタン
ク中の液体の深さの約60―80％の直径を有するこ
とを特徴とする流体を混合する方法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
て、プロペラのブレードの先端のうず流がタンク
の底部に至り、かつ界面の層と干渉するように、
プロペラがタンクの底部の近くに配置されている
ことを特徴とする流体を混合する方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の方法におい
て、環状面体を形成したらせん運動の回転中心が
移動するように、ミキサーが水平面において揺動
するようにされることを特徴とする流体を混合す
る方法。[Claims] 1. A method of mixing fluids in a circular or oblong tank by means of a propeller mixer having a relatively large diameter relative to the depth of the tank, wherein the liquid rotates about the central axis of the tank. , at the same time rotating around a ring-shaped axis in a plane perpendicular to said central axis, the liquid flowing upward in the center of the tank and outward at the liquid level, tilting downward at the periphery of the tank, At the bottom of the tank it flows inward and has a spiral motion forming an annular face with an upward central flow filling the tank;
Alternatively, a method for mixing fluids characterized by producing countercurrent flows that perform a spiral motion forming an annular face with a downward central flow. 2. A method according to claim 1, in which the propeller of the mixer is arranged with an essentially horizontal axis essentially perpendicular to the radial direction of the tank and at a constant distance from the center of the tank, and Approximately 60-80 degrees of the depth of the liquid in the tank so that the propeller has the same direction of rotation as that of the given liquid and provides sufficient torque to the liquid rotating around the central axis of the tank. A method of mixing a fluid characterized in that it has a diameter of %. 3. In the method according to claim 1, the eddy flow at the tip of the propeller blade reaches the bottom of the tank and interferes with the interfacial layer.
A method of mixing fluids, characterized in that the propeller is located near the bottom of the tank. 4. In the method according to claim 1, the mixer is configured to swing in a horizontal plane so that the center of rotation of the spiral motion forming the annular face body moves. Method.