NO120514B - - Google Patents

Description

Overflatelufteanordning for omrøring og luftning av væsker, særlig spillevannrenseanlegg.

Den foreliggende oppfinnelse vedrbrer en overflatelufteanordning for omrbring og luftning av væsker i et kar, særlig spillevannrenseanlegg, med en delvis ned i væsken ragende og om en vertikal akse dreibar rotor som er forsynt med et antall ledekanaler for transport eller omrbring av væsken i karet, hvilke ledekanaler begrenser tilnærmet radialt forlbpende skovler og en nedre, ytre ringformet ledevegg såvel som en ovre, indre lede-

vegg og forlbper i en bue i vertikalplanet på en slik måte at den ved den nedre ende av rotoren forlbpendeLi vertikal retning i ledekanalene innstrbmmende væske i det minste omstyres til-

nærmelsesvis 90° og ved rotorens periferi i radlalretning strommer ut av ledekanalutlopsåpningene som er anbragt langs rotorens omkrets som er forsynt med en storre diameter enn den for de sirkulært om rotoraksen anordnede ledekanalinnlop.

For dkonomisk drift av slike overflåtelufteanordninger er det på den ene side nodvendig at de er lettest mulig slik at broer og bærestativer anbragt over karet kan bygges lettere, og at ved den mindre vertikale last kan oppnås en lengre levetid for lagret og drivanordningen. Få den annen side skal også energibehovet for drift av rotoren være minst mulig, hvilket krever gunstige strømningsforhold for den væskemengde som transporteres av rotoren og for opprettholdelse av omroringssirkulasjonen i karet og rotasjonen av rotoren i væsken for derved å redusere friksjonstapene mest mulig.

For i storre grad å tilfredsstille-disse betingelser er det ifolge oppfinnelsen tilveiebragt en overflatelufteanordning hvis ytre omkretsvegg for den i væsken nedragende del av rotoren mellom den ovre og den nedre omkrets av nevnte, ytre, ringformede ledevegg som begrenser ledekanalene, dannes av en rett, sirkulær kegleflate som med denne ledevegg danner et væsketett, ringformet hulrom.

Dette hulrom bevirker er: oppdrift av den i væsken nedragende rotor, Hensiktsmessig blir hulrommet fyllt med et syntetisk skumstoff av liten spesifikk vekt, hvorved det oppnås en for-bedret formbestandighet av rotoren samtidig som det hindres at væske kan trenge inn i hulrommet på grunn av en eller annen lek-asje. På grunn, av oppdriften som bevirkes av hulrommet, kan man oppnå en delvis eller fullstendig kompensering av rotorens vekt samt en ytterligere vekt som frembringes av undertrykket som oppstår ved væsketransporten når rotoren dreies.

På denne måte danner den av rotorens hulrom tilveiebragte oppdrift en kraft som virker mot rotorens egenvekt og den nedad-virkende sugekraft som oppstår på grunn av det undertrykk som dannes når væske transporteres fra den nedre innlbpsende av

i .rotoren.. På ..denne...måte .reduser.es.. lagerkref tene og således

friksjonskreftene som virker i lagrene, hvilket forer til en hoyere mekanisk virkningsgrad for systemet.

Dessuten unngås ved utformingen av omkretsveggen av den i væsken nedragende del av rotoren med sirkulær kegleflate en virveldannelse langs denne omkretsvegg og relativt til den strommende væske slik at friksjonstapene ved rotorens vegg reduseres i vesentlig grad.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives nedenfor ved hjelp av ut-forelseseksempler under henvisning til tegningene hvorpå

fig. 1 viser et loddrett snitt gjennom et kar med en luftningsrotor i driftsstilling i væsken som skal luftes,

fig. 2 viser luftningsrotoren i aksialt snitt i stbrre målestokk,

fig. 3 viser et andre utforelseseksempel av en luftningsrotor

i aksialt snitt,

fig. h viser et grunnriss av erv luftningsrotor ifolge fig. 3, hvorpå i den hbyre halvdel av figuren den ovre avslutt-ningsvegg er fjernet,

fig. 5 viser et partielt oppriss av utlbpsåpnlngene for ledekanalene i rotoren, sett i retning av pilen a i fig. h,

fig. 6 viser et aksialt snitt gjennom et ytterligere utfbrelses-eksempel av en luftningsrotor,

fig. 7 viser et grunnriss av rotoren ifolge fig. 6 med fjernet,

ovre avslutningsvegg, og

fig. 8 er et partielt oppriss av utlbpsåpnlngene for rotoren

sett i retning av pilen b i fig. 5.

I fig. 1 er vist et kar 1 av vilkårlig form, rundt, kvadratisk eller rektangulært for et spillevannrenseanlegg. Over karet er det anordnet en bro 2 som bærer overflateluftningsrotoren 3.

Denne er opphengt i en vertikal aksel h som over en utveksling 6 drives av en motor

Som vist i fig. 2 i stbrre målestokk, danner luftningsrotoren

3 i det vesentlige et rotasjonssymmetrisk legeme som fortrinns-vis er fremstilt av kunststoff, f.eks. glassfiberarmert polyester. Dette legemet er forsynt med et sylindrisk nav 7 ved hjelp av hvilket rotoren 3 kan festes på drivakslen k. En ovre sirkulær dekkplate 8 er fast forbundet med den ovre ende av navet 7. Mellom den ovre og indre rotorvegg 9 som i tverrsnitt oppviser et tilnærmelsesvis sirkelbueformet forlbp og som i den ytre omkrets er fast forbundet med dekkplaten 8 i-et sentrum med navet 7, og en nedre og ytre ringformet rotorvegg 10 som likeledes i tverrsnitt oppviser et sirkel- eller ellipsebueformet forlbp, er det anordnet skovler 11 som oppdeler ringrommet mellom begge veggene 9 og 10 i et antall ledekanaler 12. Skovlene 11 forlbper med svak krumning i i det vesentlige radial retning fra innlbpskanten i den nedre ende av rotoren 3 not utlbpskanten ved den ytre periferi av rotoren. Under den perifere utlbps-åpning 16 for ledekanalene 12 er en ytre rotorvegg som, som vist i fig. 1, ved drift av rotoren er neddykket i væske, dannet av en sirkulær kegleflate 13 som med den ringformede ledeflate 10 som begrenser ledekanalene 12, danner et ringformet, væsketett hulrom lh. Dette hulrom inneholder et syntetisk skumstoff av liten spesifik vekt. Skumstoffet kan f.eks. bringes inn i hulrommet lh ved at den ytre vegg 13 er forsynt med en åpning gjennom hvilken komponentene for kunststoffet som skal skummes opp, kan innfores, hvorpå oppskummingen finner sted og åpningen derefter lukkes.

Virkemåten for det i fig. 1 viste luftningsanlegg er som folger. Luftningsrotoren blir opphengt på drivakslen h i en slik hbyde relativt det tilsiktede væskenivå 1 karet 1 at den nedre kant av utlbpsåpningen 16 for ledekanalen 12 omtrent blir liggende på hbyde med væskespeilet 15. Ledekanalene 12 er således kun fyllt med væske inntil væskespeilet 15. Så snart rotoren 3

ved hjelp av motoren 5 settes i rotasjon, utsettes den i ledekanalene 12 tilstedeværende væske for sentrifugalkrefter og fores gjennom ledekanalene 12 oppad og utad mot rotorens omkrets hvor

den utstotes gjennom utlbpsåpnlngene 16 for ledekanalene i radial retning. Det oppstår derved ved de nedre, i væsken neddykkende innlbpsåpninger 17 for rotoren et under-trykk i avhengighet av den væske som stbtes ut, gjennom hvilke det stadig suges ny væske inn i kanalene 12 fra rommet under lede-kanalinnlbpsåpningene, hvilken væske utsettes for sentrifugal-kreftene og heves og kastes utad gjennom utlbpskanalene 16 i radial retning. Sålenge rotoren beveges, oppstår således et permanent kretslbp eller en omrbring av væsken i karet 1. På grunn av dreiingen av den i væsken neddykkede rotor blir grad-vis hele innholdet i karet 1 satt i en med rotoren likeartet, men mer langsom rotasjonsbevegelse.

Som vist i fig. 2 forlbper den ytre ende av ledekanalene 12 over strekningen c rettlinjet med en liten helling oppad relativt horisontalplanet. Mens ledeveggene 9 og 10 fra deres indre ende mot endestykket e i tverrsnitt er i det vésentlige sirkelbueformet, danner de ytre, rette ender av disse vegger over lengden c med horisontalplanet en liten vinkel på ca. 5-6°, hensiktsmessig 5.5°. Den av rotoren nedentil oppsugede og oventil kontinuerlige gjennom';utlbpsåpningen 16 utstbtte væske brer seg vifteformet over væskespeilet mot karets sidevegger. Den radialt mot veggen strbmmende væske omstyres av disse nedad, og på grunn av den langsomme rotasjon av væsken i karet vil hver væskeandel i karet utfbre en skruelinjeformet bevegelse fra væskeppeilet 1? ned mot karets bunn. Ved hjelp av skrå vegg-partier 18 i karet blir væsken i nærheten av karets kant og bunn omstyrt mot karets midte. I midten av karet utsettes væsken for rotorens *ugevirkning og strbmmer i en spiralformet, roterende væskesbyle, oppad mot rotoren 3 og inn i dennes inn-sugingspartl. Den indre sentrale del av væskesbylen trer inn i ledekanalene 12 gjennom innlbpsåpningen 17, hvorefter væsken på nytt heves og utstotes i radial retning gjennom utlbpsåpningen 16. Den del av den i sentrum av karet oppstigende væske som befinner seg utenfor den vertikale sylinder definert ved innlbps-åpningensl7 ytre diameter, strbmmer langs kegleflaten 13 skrått oppad og blir radialt fbrt utad av den væske som utstotes radialt gjennom utlbpsåpningen 16 slik at all oppstigende væske på nytt tar del i omrbringskretslbpet. På denne måte befinner hele ;væskemengden seg i kontinuerlig kretslbp. ;OpplSsningen av den av rotoren transporterte væskeraengde i enkelte væskestråler gjennom ledekanalene 12 og utstbtingen av disse stråler på hbyde med væskespeilet medfbrer en god kontakt mellom luft og væske. Når rotoren er i bevegelse, danner det seg på hver utlbpskant på overflaten av væsken i karet en bblge av liten hbyde og disse bolger beveger aeg mot kanten av karet. Over disse bolger blir det stadig kastet væske fra de noe oppad skrått forlbpende ledekanaler over et stort område av væskespeilet i karet. Væskens overflate blir på denne måte ruet opp slik at grenseflaten mellom luft og vann bkes, hvilket begunstiger diffusjon av luft, resp. surstoff inn i væsken. ;Mens det ved kjente luftningsrotorer av lignende art som f.eks. ifolge sveitsisk patent nr. '+'+3.165 eller '+39.139 rotorens yttervegg dannes av den i aksialt snitt i det vesentlige sirkelbueformet ringvegg 10 (fig. 2), er den innadbbyde vegg ved rotoren ifolge oppfinnelsen avdekket av en kegleformet vegg 13. Det har ved rotorer av typen ifolge nevnte patentskrift vist seg at på grunn av den dobbeltkrumme yttervegg har væskesjiktet som strbmmer langs den ytre vegg en tendens til å danne turbulens. ;De således frembragte virvler oker væskemotstanden langs ytterveggen, hvilket medfbrer et bket energibehov for drift av rotoren. Når imidlertid ytterveggen 13 som angitt i fig. 1 og 2, er ut-formet som kegleflater, er den ytre flate av rotoren som står i berbring med væsken, redusert til et minimum, og det oppstår ingen turbulensstrbmning langs denne i aksialt snitt rettlinjet forlbpende vegg. Friksjonstap på grunn av at rotoren beveges i væsken er således ved denne formgiving redusert til et miaimum. Praktiske forsbk har visl- at med en rotor i folge fig. 2, dvs. med i aksialt snitt rettlinjet forlbpende vegg 13 og med utlbps-ender 16 for ledekanalene 12 som under en liten utlbpsvinkel på 5-6° relativt horisontalplanet forlbper skrått oppad, sammenlignet med rotorene ifolge ovenfor nevnte patentskrifter medfbrer bket virkningsgrad. Ved de samme drifssbetingelser blir det med den beskrevne rotor oppnådd ca. 15% hbyere surstoffinn-blanding, målt i kg 02/h og likeledes ca. 15% hbyere surstoff- ;innblanding målt i kg C^/kWh energibehov. ;En ytterligere, betydelig fordel oppnås med det store hulrom-volum som dannes mellom veggene 10 og 13. Derved oppnås at den i beholderen neddykkende rotor ikke bare holdes svevende, men også gis en vesentlig oppdrift. ;En liten vekt av overflatelufteanordningen medfbrer en stor fordel idet broer og bærestativ for rotoren kan bygges lettere hvorved det kan spares materiale. Samtidig oppnås en lettelse ved montering av rotoren da denne kan monteres i svbmmende til-stand når karet er fyllt med væske. F.eks. utgjor en rotor med en diameter på 3 m ca. <*>+50kg. Ved drift av rotoren oppstår det på grunn av det ved væsketransport gjennom ledekanalene frembragte undertrykk en ytterligere, på rotorakslen virkende nedadrettet kraft på ca. 500 kg slik at rotorens totale vekt utgjor ca.

950 kg. Ved en rotor av denne stbrrelse kan det på grunn av det mellom veggene 10 og 13 tilstedeværende hulrom oppnås en oppdrift på ca. 950 kg slik at rotoren i drifttilstand utsettes for krefter som utligner hverandre. Da det således ikke oppstår vertikale krefter, reduseres lagerkreftene og lagerfriksjonen slik at den mekaniske virkningsgrad sammenlignet med et system uten oppdrift bkes. Samtidig oppnås en bkning av levetiden såvel for transmisjon som for lagre.

I utfbrelseseksemplet ifolge fig. 3 og 5 er luftningsrotoren igjen forsynt med en ovre dekkplate 8, et antall ledekanaler 12 for væsken som gjennom de nedre åpningene 17 vertikalt strbmmer inn i ledekanalene og ved dreiing av rotoren ved sentrifugal-kraftpåvirkning heves og stbtes ut ved rotorens ytre omkrets i radial retning. Ledkanalene 12 er begrenset åv tilnærmelsesvis radialt forlbpende skovler 11, en ovre og en indre vegg 9 som i radialplanet oppviser et sirkelbueformet forlbp, og en indre og ytre ringvegg 10 som i radialplanet oppviser et sirkelbueformet eller elliptisk forlbp. Den ytre ende av begge disse vegger ved utlbpsåpningen av ledekanalene forlbper innbyrdes parallelt og skrått oppover 1 en vinkel på ca. 5° relativt horisontalplanet. Den ytre, krumme ringvegg 10 er avdekket av en rett sirkulær keglef late 13, og hulrommet lh mellom veggen 10 og kegleflaten 13 er fyllt med skummstoff lh.

I en avstand fra den ovre dekkplate 8 for rotoren er det anordnet en i rett vinkel i forhold til rotoraksen forlbpende ringvegg 20 som innerst er forbundet med navet 7 og ytterst med ledekanalveggen 9. Mellom veggene 8, 20 og navet 7 og det ytre parti av ledekanalveggen 9 er det på denne måte under dekkplaten 8 dannet et ringformet rom 21. I dekkplaten 8 er det i det viste eksempel anordnet 5 åpninger 22 som forbinder det ringformede rom 21 med luften utenfor rotoren. I "ledekanalveggen 9 som avslutter det ringformede rom 21 utad, er det i hver ledekanal 12 anordnet en avlang, smal åpning 23 som forlbper langs den konkave side av den i radial retning lett krummede skovle 11. Hver ledekanal 12 er på denne måte gjennom åpninger 23, ringromraet 21 og åpningene 22 forbundet med luften utenfor rotoren.

Ved drift av karet kan rotoren dreies i den ene eller andre retning, hvilket i fig. h er antydet med pilene d og e. Når rotoren dreies i pilens d retning, så forlbper krummingen av skovlen 11 ved utlbpsåpningen av ledekanalene motsatt dreieretningen. Denne dreieretning blir betegnet som "slepende". Ved dreiing av rotoren i retning som antydet med pilen e er skovlene 11 ved utlbpsåpningen av ledekanalene krumme i dreieretningen. Denne dreieretning blir betegnet som "stbtende". Ved slepende rotasjon som antydet med pilen d frembringer skovlenes endekanter en forholdsvis liten turbulens av den gjennom utlbpsåpnlngene strbmmenie væske. Væsken i ledekanalene vil ved denne rotasjonsretning hovedsaklig stues mot den kon-vekse side av skovlene og utstotes langs denne side av kanalene, mens det langs den konkave side av skovlene kun strbmmer litt. eller ingen væske. Ved denne slepende rotasjonsretning er luft-resp. surstoffinnblandingen i væsken redusert.

Ved stbtende dreieretning, som antydet med pilen e, blir der-imot turbulensen av væsken ved utlbpet av kanalene bket mens den.utstrømmende væske av endekantene av de i dreieretningen krummede skovler så og si rives av. Surstoffinnblandingen i væsken bkes således på grunn av den kraftigere turbulens. Dessuten stues ved dreieretningen e den gjennom ledekanalene strbmmende væske mot den konkave side av skovlene 11 og strbmmer forbi de i ledekanalveggen 9 anordnede åpninger 23 som står i forbindelse med luften utenfor rotoren. På grunn av den store hastighet med hvilken væsken strbmmer forbi åpningene 23 bevirker den en sugevirkning i ringrommet 21. Luften blir gjennom åpningene 22 i dekkplaten 8 som ligger over væskespeilet, suget inn i ringrommet og gjennom åpningene 23 i de resp. ledekanaler revet med av den forbistrbmmende væske efter ejektorprlnsippet og blir oppblandet med væsken stott ut gjennom ledekanal-åpningene.

Ved stbtende drift av rotoren, dvs. dreing som antydet med

pilen e, er surstoffinnblandingen i væsken, målt i kg 02/h, betydelig stbrre enn ved slepende drift, dvs. dreiing som antydet med pilen d, da væskeoverflaten i karet ved stbtende skovler 11 opprues sterkere, og ytterligere luft gjennom åpningene 23 blandes med den gjennom ledekanalene strbmmende væske. Surstoffinnblandingen ved stbtende drift kan ved samme rotorturtall utgjore det dobbelte av den ved slepende drift. Rotorens drift kan derfor på enkel måte tilpasses de forskjellige driftsforhold. Naturligvis er også energibehovet ved stbt-

ende drift noe stbrre enn ved slepende drift.

Utfbrelseseksemplet ifolge fig. 6, 7 og 8 svarer til det i

folge fig. 3-5 med unntak at det i området av ringrommet 21 mellom de horisontale rotorvegger 8 og 20 forefinnes ingen ledekanalvegg 9. Den krummede veggen 9 forlbper fra innlbpet 17 kun til veggen 20 slik at ringrommet 21 er fullstendig åpent mot luften utenfor rotoren og munner ut ved de indre skovelkanter 11' i den ytre del av ledekanalene.

Denne rotoren kan likeledes dreies i begge retninger d og e.

Da ringrommet 21 langs hele omkretsen går over i ledekanalene

12, blir ved dreiing av rotoren i den ene eller andre retning stadig luft fra ringrommet 21 medrevet den gjennom ledekanalene 12 strbmmende væske og blandet sammen med denne umiddelbart for væsken forlater rotoren.

Claims (3)

1. Overflatelufteanordning for omrbring og luftning av væsker i et kar, særlig spillevannrenseanlegg, med en delvis ned i væsken ragende og om en vertikal akse dreibar rotor som er forsynt med et antall ledekanaler for transport eller om-

rbring av væsken i karet, hvilke ledekanaler begrenser til- nærmet radialt forlbpende skovler og en nedre, ytre ringformet ledevegg såvel som en ovre, indre ledevegg og forlbper i en bue i vertikalplanet på en slik måte at den ved den nedre ende av rotoren forlbpende i vertikal retning i ledekanalene inn- strbmmende væske i det minste omstyres tilnærmelsesvis' 90° og ved rotorens periferi i radialretning strbmmer ut av lede- kanalutlbpsåpningene som er anbragt langs rotorens omkrets som er forsynt med en stbrre diameter enn den for de sirkulært om rotoraksen anordnede ledekanalinnlbp, karakteri- sert ved at den ytre oTnkretsvegg ( 13) for den i væsken nedragende del av rotoren .mellom den ovre og den nedre omkrets av nevnte, ytre ringformede ledevegg (10) som begrenser lede- kanalene (12), dannes av en rett, sirkulær kegleflate s^m med denne ledevegg (10) danner et væsketett, ringformet hulrom (l1*).

2. Overflatelufteanordning som angitt i krav 1, karak- terisert ved at den ytre endedel (c) av de i vertikalplanet ca. 90° krummede ledekanaler (12) forlbper rett- linjet og i en vinkel på ca. 5-6° skrått oppad relativt horisontalplanet.

3. Overflatelufteanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at hulrommet (1^-) mellom den ytre kegleformede omkrets (13) og ledekanalveggen (10) er fyllt med skumstoff av liten spesifik vekt. Overflatelufteanordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at den med en vertikal akse ( h) dreibar rotor er tilkoblet drivorgan som er innrettet for drift av rotoren i den ene eller andre retning.