DE2244284C2 - Bei übungsvorrichtung für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

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Durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 667 042 ist eine Belüftungsvorrichtung für Flüssigkeiten bekannt, welche aus einem nahe am Boden eines Behälters angeordneten, um eine vertikale Achse rotierenden hohlen Flügelrad mit vier bis acht Flügeln besteht, die umfangseitig, der Drehrichtung entgegengesetzt Luftaustrittsöffnungen aufweisen und deren den Luftaustrittsöffnungen vorgelagerte senkrechte Flächen mit den durch die Flügelspitzen gelegten Radialebenen spitze Winkel einschließen, wobei das Flügelrad an einer durch den Behälterboden geführten Antriebswelle befestigt und nach oben mit einer zentralen feststehenden Luftansaugleitung verbunden ist, sowie aus einem das Flügelrad umgebenden Stator mit wenigstens zwölf, zwischen zwei Flachringen befestigten senkrechten Leitschaufeln, deren Innenkanten vom Flügelrad nur um ein die freie Rotation gerade noch ermöglichendes Maß abstehen und die mit den durch die Innenkanten gelegten Radialebcnen einen Winkel von 25° bis 35° einschließen, wobei die auf der Antriebswelle sitzende Flügelnabe zu einem aufwärts in die Luftansaugleitung ragenden und gegen diese mit einer Labyrinthdichtung abgedichteten Hohlzylinder verlängert ist. Gemäß der Patentanmeldung P 2243 161.4 ist eine Herabsetzung des spezifischen Kraftbedarfs der Belüftungsvorrichtung dadurch möglich, daß der Außendurchmesser der beiden Flachringe des Stators auf den 2- bis Sfachen Außendurchmesser des Flügelrades gebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Verbesserung des spezifischen Kraftbedarfs einer solchen Belüftungsvorrichtung zu erreichen und insbesondere den niedrigen spezifischen Kraftbedarf auch auf große Belüftungseinheiten, die mehr als 1000 m' Luft pro Stunde gegen 4 m Wassersäule ansaugen, auszudehnen.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung nach dem Hauptpatent dadurch gelöst, daß die Flachringe des Stators, deren Außendurchmesser dem 1,S- bis 2fachen Außerriurchmesser des Flügelrades entsprechen, durch daran befestigte, waagerechte, ringförmige Leitbleche gegen die Behälterwand verbreitert werden, deren Außendurchmesser, dem genannten Durchmesserbereich der Flachringe entsprechend zugeordnet, dem 2- bis 5fachen Außendurchmesser des Flügelrades entsprechen, wobei die den Luftaustrittsöffnungen vorgelagerten senkrechten Flächen des Flügelrades so gekrümmt sind, daß an diese Flächen längs einer bestimmten Erzeugenden gelegte Tangentialebenen mit durch die gleiche Erzeugende gelegten Radialebenen Winke! zwischen 40° und 70° einschließen. Dabei werden diese Leitbleche aus Festigkeitsgründen außen noch durch eine Anzahl Bolzen versteift.

Diese Lösung besitzt wesentliche Montagevorteile, wenn die öffnung im Behälter, durch die die Belüftungsvorrichtung eingebracht wird, nicht groß genug ist, um ein Einbringen eines Stators mit 2- bis Sfachem Außendurchmesser des Flügelrades zu gestatten.

Bei großen Belüftereinheiten ist eine Vergrößerung des Außendurchmessers des Flügelrades unvermeidlich, auch wenn die übliche Rotationsgeschwindigkeit von 1450 bis 1750 UpM beibehalten wird. Dies bedeutet, daß für ein Flügelrad mit ebenen senkrechten Flächen die spitzen Winkel zwischen diesen vertikalen Flächen und den Radialebenen durch die äußeren Flügelspitzen sehr klein werden. Eine unnötig schnelle Rotation der Luft-Flüssigkeitsmischung und eine entsprechende Zunahme des Kraftbedarfs ist die Folge. Diese Zunahme ist -icht erwünscht. Das Krümmen der vertikalen Flügelradflächen stellt eine Lösung des Problems dar, so daß es möglich sein wird, größere Belüftungseinheiten ohne Zunahme des spezifischen Kraftbedarfs zu bauen.

In der französischen Patentschrift 838461, in Fig. 8, ist ein Flügelrad einer Belüftungsvorrichtung mit senkrechten gekrümmten Flächen dargestellt, wobei aber die Luftansaugung von unten und der Antrieb des Flügelrades über eine lange Welle von oben erfolgen. Das Flügelrad ist gemäß einer gezeichneten Ausführung (Fig. 8) mit einem Stator umgeben, der aus

I. _

zwei Flachringen besteht, die dazwischen acht senkrechte spiraliggekrümsnle Leitschaufeln besitzen. Der Innendurchmesser der Flachringe und die Innenkanten der Leitschaufeln besitzen eine größere Distanz zum Flügelraddurchmesser. Die Leitschaufel schlie-Ben an ihren Innenkanten mit durch diese Kanten gelegten Radialebenen Winkel von ca. 65° ein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dagegen nahe am Boden des Behälters angeordnet und durch einen am Boden des Behälters angeordneten Motor "> angetrieben, während die Luftansaugleitung nach oben gerichtet ist. Der Stator besitzt wenigstens zwölf senkrechte Leitschaufeln, deren Innenkanten eine sehr geringe Distanz zum Flügelrad aufweisen, die nicht spiralig gekrümmt sind und die mit durch deren .¹S Innenkanten gelegten Radialebenen Winkel zwischen 25° und 35° einschließen. Die in der französischen Patentschrift 838461 gezeigte Belüftungsvorrichtung hat somit mit der Erfindung nur eine Ähnlichkeit des Flügelrades gemeinsam.

Eine weitereVerbesserung für große Belüftereinheiten ist dadurch zu erreichen, daß die die Luftaustrittsöffnungen des Flügelrades oben und unten begrenzenden waagerechten Flächen ausgeschnitten sind. Dadurch werden die von den Luftaustrittsöff- *5 nungen, den vorgelagerten senkrechten Flächen und dem um das Flügelrad gedachten Rotationszylinder gebildeten Kammern über die durch die Flügelspitzen gelegten Radialebenen hinaus ausgedehnt.

Die Größe dieser Kammern muß den Verhältnissen angepaßt werden, die durch Luftmenge, Behälterdurchmesser und Flüssigkeitshöhe gegeben sind. Sie bedingt die Menge der einströmenden Flüssigkeit und damit auch die Menge der angesaugten Luft und den Behälterdurchmesser, auf den das Flüssigkeits-Luftgemisch ausgestrahlt werden kann. Für große Einheiten bedeutet daher die Vergrößerung der Kammern einen Vorteil. Gleichzeitig kann dadurch der Außendurchmesser des Läufers kleiner gehalten werden, was sich wiederum positiv im Kraftbedarf auswirkt. 4»

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Fi g. 1 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den unteren Teil einer Belüftungsvorrichtung und Fig. 2 einen Teilschnitt horizontal durch ein Flügelrad. Fig. 3 und 4 zeigen Vergleichskurven von Betriebswerten von Belüftungsvorrichtungen gemäß dem Hauptpatent 1 667 042 und der Erfindung.

Der Motor 1 ist mit dem Flansch 2 des Motorbocks 3 am Flansch 4 des Behälters mittels der 5« Schrauben S befestigt. Die verlängerte Motorwelle 6 trägt die Gleitringdichtung 7 und die Nabe 8 des Flügelrades, die durch die Spannringe 9, die vom Druckflansch 10 mittels der Schrauben 11 niedergedrückt werden, von der Welle mitgenommen wird. Das Flügelrad ist aufwärts als Hohlzylinder 12 verlängert. Ein darauf aufgeschrumpfter Zylinder 13 trägt einen kleinen Läufer 14, der durch die Schraube 15 gehalten wird und welcher während der Rotation eine Labyrinthdichtung bildet gegen das nicht rotierende Teil 16 des Stators, wodurch ein Flüssigkeitseintritt in das Flügelrad vermieden wird.

Das Flügelrad, dessen Schnitt in Fig. 2 gezeigt wird, besitzt öffnungen 17, durch welche die Luft vom zylindrischen Teil in das eigentliche Flügelrad tritt. In Fi g. 1 sind die oberen und unteren Begrenzungsflächen 19 und 20 des Hohlkörpers und die Luftaustrittsöffnungen 18 zu sehen. Das Statorunterteil 21 ist mit seiner Bodenplatte 22 am Moterbock 3 befestigt. Es trägt den oberen und unteren Flachring 23 und 24, zwischen denen vierunddreißig Leitschaufeln 25 unter einem Winkel von 30° gegen den Radius befestigt sind. Auf dem oberen Flachring 23 ist das Statoroberteil mit dem Ring 26 befestigt, das auf vier Blechen 27 das zylindrische Teil 16 trägt. Mittels der Schrauben 28 ist daran die Luf!ansaugleitung 29 befestigt. In die Statorflachringe 23 und 24 sind die ringförmigen Leitbleche 30 und 31 eingeschoben, deren Außendurchmesser den 2,8fachen Wert des Außendurchmessers des Flügelrades besitzt.

Bolzen 32 versteifen die Konstruktion. Das am Statoroberteil fixierte zylindrische Teil 33 erhöht die Wirkung der Labyrinthdichtung. Im Flügelrad ist ein Kegel 34 zur Luft umlenkung angebracht. Der Abweiser 43 verhindert ein Eindringen von Flüssigkeit in den Motor im Falle einer Undichtheit der Gleitringdichtung.

Das in Fi g. 2 gezeigte Flügelrad zeigt sechs waagerechte gekrümmte Flächen 40. Die Winkel, weiche an die Kurve gelegte Tangentialebenen mit Radialebenen einschließen, sind für einen Flügel, der dazu in sechs Teile unterteilt ist, gezeichnet. Sie liegen im vorliegenden Fall zwischen 53° und 60°. Das Flügelrad hat die oberen und unteren waagerechten Flächen 35 und 36, die mit Ausschnitten 38 versehen sind, wodurch die Kammern 41 über die Vertikalebenen 42 hinaus ausgedehnt werden.

Zum besseren Verständnis der Erfindung muß man im Auge behalten, daß das Grundprinzip darin besteht, daß der dynamische Druck einer Mischung von angesaugter Luft und Flüssigkeit, die vom Flügelrad ausgeschleudert wird, im Gleichgewicht mit dem statischen Druck der zu belüftenden Flüssigkeitssäule steht. Die ausgeschleuderte Mischung kann also nur eine solche Menge Luft enthalten, die durch dieses Gleichgewicht gestattet wird. Die angesaugte Luftmenge fällt daher mit steigender Höhe der zu belüftenden Flüssigkeitssäule. Sie hängt naturgemäß noch von der Form und den Abmessungen des Flügelrades und des Stators ab. In F i g. 3 sind als Beispiel die mit einer gemäß der Erfindung gebauten Belüftungsvorrichtung eizielbaren Werte gezeichnet. Es ist damit erstmals möglich, in der Praxis den Bereich der theoretischen Kurve zu erreichen.

In Fig. 4 ist für dieselben zwei Belüftertypen der spezifische Kraftbedarf in kWh für 10 m³ Luft bei verschiedenen Füllhöhen angegeben, wobei der spezifische Kraftbedarf generell mit zunehmender Füllhöhe zunimmt. Auch hier ist der erzielte Fortschritt deutlich ersichtlich.

Im allgemeinen kann gesagt werden, daß es mit der erfindungsgemäßen Belüftungsvorrichtung möglich ist, Behälter zu belüften, deren Durchmesser den 8-bis lSfachen Flügelraddurchmesser beträgt. Die erzielte, mehr oder minder gleichmäßige Verteilung der Luft im Behälter beeinflußt wesentlich die darin durchgeführte Gärung, beispielsweise die Hefevermehrung in einem solchen Behälter sehr stark, so daß die bei einer solchen Gärung erzielten Produktionszahlcn als Maß für die Güte der Belüftung dienen können. Die folgenden Beispiele zeigen mit großen Belüftungseinheiten und Wasser erzielbare Belüftungszahlen und die überprüfung der Güte der Belüftung durch Hefegärungen mit Belüftungsraten etwa zwischen 0,3 und 0,7 m³ Luft pro m' Gärflüssigkeit und Minute.

Beispiel

Eine Belüftungsvorrichtung gemä3 dem Hauptpatent wurde am Boden eines Behälters montiert. Das Flügelrad besaß sechs Flügel mit ebenen senkrechten Flächen und rotierte mit 14S0 UpM. Es war umgeben von einem Stator mit Flachringen, deren Außendurchmesser das l,67fachc des Rotordurchmessers betrugen. Achtundzwanzig vertikale Leitschaufeln waren unter einem Winkel von 30° zum Radius geneigt.

Zum Vergleich wurde eine Belüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung am Boden eines Behälters montiert. Das Flügelrad war gemäß Fig. 2 mit sechs gekrümmten senkrechten Flächen mit Winkeln zwischen 53° und 60° und erweiterten Kammern ausgebildet und rotierte mit 1450 UpM. Der Stator hatte 34 vertikale Leitschaufeln.unter einem Winkel von 30° zum Radius zwischen dem oberen und unteren Flachring, deren Außendurchmesser das l,67fache des Flügelraddurchmessers betrugen. Die Flachringe waren durch Leitblechringe nach außen verlängert, deren Außendurchmesser dem 2,8fachen des Flügelraddurchmessers entsprachen.

Die Tabelle zeigt ganz deutlich den Fortschritt, der durch die Verwendung von Leitblechringen, die die Statorflachringe nach außen verlängern, und Flügelräder mit gekrümmten senkrechten Flächen und erweiterten Kammern erzielt wird.

Obwohl die Belüftungsvorrichtung gemäß der Erfindung wesentlich größer- ist als die gemäß dem Hauptpatent, gelingt eine wesentliche Reduktion des spezifischen Kraftbedarfs. Der extrem niedrige Luftverbrauch pro erzeugtem kg Naßhefe weist auf die erzielte außerordentlich hohe Sauerstoffausnutzung hin.

Die folgende TaIwIIc zeigt die erziehen Werte:

gemäß

Iiauplpa1i.nl gcmuU
I6 67IM2 Erfindung

Uchällerclurchmesser	3(MMI	3700
in mm
Äußerer Durchmesser des	34(1	430
Flügelrades in mm
Durchmcsscrvcrhültnis	1/X,8	1/8,6
Flügelrad/Behälter	4(KK)	4(MK)
Füllhöhe in mm
Angesaugte Lufimengc	590	1750
in m3/h
Belüftungsrate	0,35	0,68
in mVmVmin	61	120
Kraftbedarf in kW .
Spezifischer Kraftbedarf	1,03	0,69
in kWh/Kl m'
Bei Hefegärungen:
Innerhalb von 13 Stunden
produzierte Naßhefemcngc	2500	6500
in kg
Spezifischer Kraftbedarf	2(K)	170
in Wh/kg Naßhcfc
Durchschnittlicher Luft
verbrauch in m3 pro kg	2,2	1.9
Naßhefe

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Belüftungsvorrichtung für Flüssigkeiten, bestehend aus einem nahe am Boden eines Behälters angeordneten, um eine vertikale Achse rotierenden hohlen Flügelrad mit vier bis acht Flügeln, die umfangseitig, der Drehrichtung entgegengesetzt Luftaustrittsöffnungen aufweisen und deren den Luftaustrittsöffnungen vorgelagerte senk- «» rechte Flächen mit den durch die Flügelspitzen gelegten Radialebenen spitze Winkel einschließen, wobei das Flügelrad an einer durch den Behälterboden geführten Antriebswelle befestigt und nach oben mit einer zentralen feststehenden Luftan- ¹S saugleitung verbunden ist-, sowie aus einem das Flügelrad umgebenden Stator mit wenigstens zwölf zwischen zwei Flachringen befestigten senkrechten Leitschaufeln, deren Innenkanten vom Flügelrad nur um ein die freie Rotation gerade *° noch ermöglichendes Maß abstehen und die mit den durch die Innenkanten gelegten Radialebenen einen Winkel von 25° bis 35° einschließen, während die auf der Antriebswelle sitzende Flügelnabe zu einem aufwärts in die Luftansaugleitung ragenden und gegen diese mit einer Labyrinthdichtung abgedichteten- Hohlzylinder verlängert ist, nach Hauptpatent 1667042, dadurch gekennzeichnet,daß die Flachringe (23 und 24) des Stators, deren Außendurchmesser dem 1,5-bis 2fachen Außendurchmesser des Flügelrades entsprechen, durch daran befestigte, waagerechte, ringförmige Leitbleche (30, 31) gegen die Behälterwand verbreitert werden, deren Außendurchmesser, dem genannten Durchmesserbereich der Flachringe entsprechend zugeordnet, dem 2- bis 5fachen Außendurchmesser des Flügelrades entsprechen, wobei die den Luftaustrittsöffnungen (18) vorgelagerten senkrechten Flächen (40) des Flügelrades so gekrümmt sind, daß an diese Flächen längs einer bestimmten Erzeugenden gelegte Tangentialebenen mit durch die gleiche Erzeugende gelegten Radialebenen Winkel zwischen 40° und 70° einschließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Luftaustrittsöffnungen (18) des Flügelrades oben und unten begrenzenden waagerechten Flächen (35,36) ausgeschnitten sind.

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