JPS5852686B2 - タテガタコンゴウリユウ ハネグルマ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は機械的曝気装置のための改良された低速羽根
車に関する。

いつばんに羽根車は、軸方向あるいは半径方向の液流を
発生させるように設計されており、後者の例としては遠
心羽根車がある。

排出流が軸方向と半径方向との混合流となる時には混合
流用の羽根車といわれている。

羽根車は支持兼回転軸に取付けたボスから延長するいく
つかのベーンすなわち羽根を備えている。

大型の羽根車の場合には羽根の効率は一般的に、液流を
ボスのまわりにか、または、ボスを通って案内する囲い
板を中央部のスペースに設けることによって改善される
。

ボスと囲い板とは、もちろん、一体構造にしてもよい。

羽根車の各羽根はボスに取付けるか、または、囲い板と
接触する個所を含む縁部を有する構造にする。

羽根の他の縁部は羽根車の回転と液流の方向とに関連し
て前縁部、吸引側縁部および吐出側縁部と普通呼ばれて
いる３つの部分になっている。

羽根車その他の設計要因としては、羽根車のバランス、
製造上好適な外形、羽根のまわりに紐や布片が巻きつい
たときに、それをどうするか、という問題などがある。

廃水や産業廃棄物を曝気して生物学的に処理する方法と
して水面に羽根車を設けることは広く行われていること
である。

羽根車はフロートあるいは固定構造物に支持した減速歯
車装置つき電動機の垂直出力軸の下端部に固定されるの
が普通である。

高速曝気装置には垂直に近い部分をもつほぼ円形のパタ
ーンに従って廃水を偏向させる上方部材を有する立て形
吸引管に軸流羽根車を設けたものが多い。

馬力当りすなわち単位電流消費量当りに吸排される廃水
量に関しては高速曝気装置は設備費を多く要する割には
効率が低い。

低速曝気装置は１７５ＨＰ以下の電動機またはエンジン
によって駆動され一般には２つの型式に分類される。

その１つの型式のものは大量の廃水を水面の近くのとこ
ろで攪拌して曝気処理し、第２の型式のものは処理槽の
底面近くのところで攪拌を行なうために処理槽のかなり
底の方から大量の廃水を吸引して水平方向に吐出し、水
面を経て水槽の壁の方にむかって強い水流を発生させる
。

固定構造型の槽に吸上げ式の曝気装置を用いると処理槽
の底面の近くのところに入口を配装した大型の吸上げ管
が必要になる。

このような曝気装置では一般に軸流型の羽根車が用いら
れ、排出流には高速曝気装置と同様の垂直方向成分が含
まれる。

吸上げ管をもたない開放型の羽根車は構造が簡単である
ため使用上は好適であるが、多くの開放型羽根車は現在
吸上げ式とされているが、これは１０ｆｔ（約３．０３
７？Ｚ）以上の深さでは効率が若干低下する。

この種の羽根車では水面に対する相対位置が多少変わる
と効率が著しく変動する。

この明細書では吸排能力と浸漬範囲という２つの要因を
とり扱かうが、これらの２つの要因は、下水あるいは廃
水処理槽の設計上、曝気装置ユニットをフロートに取付
けた場合と橋梁状支持体に取付けた場合とでは、若干具
った意義をもつ。

多（の下水または廃水処理槽の場合、水槽を流れる水の
流量と水位とは次式 面よりも上方の水位を表わす） に従う溢流せきの公式によって計算される。

上式は、せきの長さが一定の場合、流量Ｑの増減に伴っ
て水位が上下することを示している。

この関係は固定式の水面曝気装置を備えた標準的な下水
処理槽の場合、流量の大きな日中には羽根車が深く浸漬
して最大能力で作動し、流量が著しく減少する夜間には
水位が下がり羽根車の浸漬深さが低下することによって
小さな能力で作動するように利用されている。

この自然調節方式は、供給酸素を利用する有機物の生物
学的な浄化過程にとって、きわめて有利である。

さらに、小流量の場合、吸排効率および能力の低下によ
り所要動力量が下がるので、動力費が節約されるのは自
明であろう。

しかし従来の羽根車には小さな浸漬範囲に対して吸排能
力の変動が大きいという欠点があった。

このことは、羽根車が対処し得る狭い範囲内に水位を維
持するために、処理槽の全体的設計という見地からは不
可能に近いほど長大な出口せきを設けなげればならない
ことを意味する。

そのため一定の水位が保たれるように機械的に操作され
る出口せきが用いられることもあった。

このような構造では廃水処理設備が複雑化し、保守を要
しない低速曝気装置を使用した意味がなくなる上、水位
を一定に保つために上記した自然調節方式のいくつかの
利点も失なわれる。

また多（の従来の廃水処理設備は、はぼ一定の状態で長
時間作動するようにしてあり、そのために低速曝気装置
を水位に対して一定の高さに支持するようなフロートに
取付けている例もある。

このようなフロートは各曝気装置を正しく支持すると共
に、吸排作用の下方への反力に対して曝気装置を安定に
保持するように設計する必要がある。

吸排作用には必ずいくらかの脈動を伴ない、曝気ユニッ
トはその結果として水中で上下に揺動する。

曝気ユニットのいくつかの単位曝気装置は予測できない
僅かな相互作用によって上下に変位する。

いくつかの曝気装置がいっせいに下方に変位すると、電
流消費が急激に増大し、電源が過負荷となり回路遮断器
が作動することもあり得る。

このような状態は特にいくつかの曝気ユニットを始動ま
たは停止させるときに起りやすい。

羽根車の特性について言えば、羽根車がご（僅か水中で
下方に変位したときに、過大なトルク負荷を電動機に与
える羽根車は、このような不安定性を必然的にもってい
る。

したがって本発明の目的は、表面曝気を利用した標準的
な生物学的処理槽において必要とされろ所望の吸排能力
と浸漬範囲とを有する安定性の高い羽根車を提供するこ
とにある。

本発明による羽根車は４５°の底角をもつ倒立円錐形の
囲い板と、その吸引側縁部がシュラウドの円錐頂角より
も実質的に下方は位置するように該囲い板から下方に伸
長する３枚ないし５枚の羽根とを備えている。

各羽根の前縁部と羽根車軸の間の含み角は３００のオー
ダであり、羽根車の全高はその直径の２／３のオーダで
ある。

本発明による羽根車の主な特徴は、標準作動範囲に対す
る浸漬限度の幅が広いことにある。

第１図と第２図に示した処理槽８はじゃま板を前方に取
付けた入口管９と、処理槽８内の水位を制御する出口せ
き１０とを備えている。

処理槽８０４つの側壁の１つには、出口せき１０の全長
にわたって桶１１が設けてあり、桶１１には排水管１２
が取付けである。

機械的曝気装置１３は処理槽８の中央部の梁状支持体１
４上に取付けてあり、上部駆動モータ１５と、減速歯車
装置１６と、該減速歯車装置１６から下方に支持体１４
の下部へと伸長する出力軸１７と、処理槽８の水面上で
該出力軸１７とともに回転するように該出力軸１７の下
端部に取付けた羽根車２１とを有する。

羽根車２１は囲い板２２と数枚の羽根２３と詳細には図
示していないボスとから成り、そのボスによって出力軸
１７に着脱可能に固定されている。

バブと囲い板２２は公知の適宜の構造としてよい。

本発明の１つの特徴は羽根２３が平らな板体の形状をも
ち、内側の縁端のところで例えば溶接により直接囲い板
２２に固定されていることにある。

囲い板２２は底角が４５°の倒立円錐体をなし、縁部２
２ａによって画定される円形上面を有する。

したがって円錐体の下方頂点２２ｂから上端までの囲い
板２２の全高は、縁部２２ａの半径に等しい。

実用上の目的から囲い板２２は図示のように截頭円錐形
状であり、小円形の下端面２２ｃを有する。

おのおのの羽根２３の内側の縁端は上記に述べたとおり
であるが、それ以外の外側の縁端は第３図から第５図に
示したように、前縁部２５と吸容側の内外方縁部２６ａ
、２６ｂと、吐出側縁部２７とから戒っている。

羽根２３は出力軸１７の軸線の下方延長線とほぼ３０°
の角度を含み、該軸線の周囲に等角度に配置されている
。

羽根２３０面と羽根車２１の軸線とは囲い板２２の上面
と６００の角度で交差する。

各羽根２３の前縁部２５はその基準点から下方に、円錐
の頂点２２ｂの下方約０．３Ｒのところまで延長してい
る。

吐出側の縁部２７は囲い板２２の縁部２２ａからほぼ半
径Ｒに等しい垂直距離だけ延長し、円錐体の頂点２２ｂ
の高さのレベルに到っている。

吸引側の縁部２６ａは頂点２２ｂの高さレベルにおいて
前縁部２５かも水平に延長し、吸引側の縁部２６ｂは、
そこからさらに上記の吐出側縁部２７の下端部のところ
に到る。

以上では羽根２３の基本的な形状を説明したが、実際に
は羽根２３の外形は羽根車の効率が少しでも改善される
ように曲線状、わん曲形状など適宜の形状とすることが
できる。

さらに第６図に示したように、さらに別の領域を羽根２
３に設けてもよい。

すなわち、同図に示したように、前縁部２５ａが羽根２
３の回転方向に僅かなレーキ角をもつように三角形の領
域３１を形成させてもよい。

また羽根車の所定の設計条件の下で多少羽根車の容量を
増したい場合には、吐出側縁部２７ａが外方に１．２Ｒ
に相当する距離だけ延長するように後縁部３２を形成し
てもよい。

この距離は１．２Ｒより大きくしてもよいが、１．５Ｒ
を著しく超過しないようにしなげればならない。

羽根車２１０羽根２３の数は４枚あるいは５枚としても
よい。

しかし羽根２３は囲い板２２０周りに９０°またはそれ
以上の角度にわたって設けられるため、６個またはそれ
以上の羽根２３を設けることは羽根おが過度に重なり合
った状態になるためよくない。

上述したように通常の水槽、池、沼などは大形であり、
かなり多（の曝気装置を等間隔に設置する必要がある。

処理槽８は単一ユニットとしての標準的な生物学的処理
槽と考えてよい。

処理槽８は８０ｆｔ ｘ８０ｆｔ ｘ２０ｆｔ （約２
４．２４ｍｘ ２４．２４？？ＺＸ ６．０６？？Ｚ）
で、せき１０の高さは１８ｆｔ（約５．４５４７７１）
である。

標準廃水の場合、処理槽８の標準許容流量Ｑは１分間７
５００ガロン（約２８３８７．５立）のオーダであり、
最小流量と最大流量はそれぞれ１分間２５００ガロ＊ン
（約９４６２．５立）、２２０００ガロン（約８３２７
０立）である。

これらの流量について前述の式により次の表のようにせ
き１０上の水位が計算される。

上表かられかるように本発明の羽根車によると、せき１
０の長さはその浸漬範囲のため僅か２９ｆｔ （約８．
７９ｃｒｎ）とすればよい。

同じ処理槽８に従来の羽根車を取付けた場合にはせき１
０の長さは８０ｆｔ（約２４．０４７７Ｚ）ないし１２
０ｆｔ（約３６．３６７？Ｚ）とする必要がある。

せき１０は特に廉価な装置であるが、このように長くす
ると第２図の破線で表わしたように、桶１１を処理槽８
の周囲に設けなげればならなくなり、処理設備が著しく
複雑化する。

以上述べたように本発明によれば、羽根車が上記のよう
な構造を持ち、特に各羽根の外周縁が前縁部２５、内外
方吸引側縁部２６ａ 、２６ｂ及び吐出側縁部２７によ
って構成されているため、広い作動浸漬範囲にわたって
所望の吸排能力が得られる結果、せき１０の長さを大き
く短縮できる。

又、水位に対して一定の高さに支持するようなフロート
を取付ける必要がなく、羽根車が水中で下方へ若干変位
しても過大なトルク負荷の発生で電源回路が遮断するよ
うな事態には至らず、作動が安定する。

さらに、各羽根は平らな板材を成形加工し、囲い板へ固
定するだけでよいので製作も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は曝気装置を橋梁形支持体に取付けた生物学的処
理槽の１例を示し、一部は断面によって表わした立面図
、第２図は第１図に図示した処理槽の上面図、第３図は
出力軸を断面で、シュラウドの外形を破線で表わした羽
根車の下面図、第４図は第３図の羽根車の一部側面図、
第５図は第３図の５−５線の方向より見た羽根車の側面
図、第６図は周縁部の形状を変えた羽根を示す説明図で
ある。 ８・・・・・・処理槽、９・・・・・・入口管、１０・
・・・・・出口せき、１１・・・・・・桶、１２・・・
・・・排水管、１３・・・・・・機械的曝気装置、１４
・・・・・・梁状支持体、１５・・・・・・上部駆動モ
ータ、１６・・・・・・減速歯車装置、１７・・・・・
・出力軸、２１・・・・・・羽根車、２２・・・・・・
囲い板、２３・・・・・・羽根、２２ａ・・・・・・囲
い板上面、２５・・・・・・２２の前縁部、２６ａ 、
２６ｂ・・・・・・２２の吸込側縁部の半径方向内方の
部分および外方の部分、２７・・・・・・２２の吐出側
縁部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下方へ延びた垂直の出力軸を有する１駆動モータと
   、該出力軸の下端に固定され且つ下方流入端を有する羽
   根車と、該羽根車の上端が液面よりも所定の距離だけ高
   く、下端が所定の浸漬レベルにくるように駆動モータを
   支持する手段から成る液体曝気混合装置において、 上記羽根車が高さＲの倒立円錐形囲い板と３ないし５枚
   の平形の羽根とから成り、該囲い板の上端が半径Ｒの円
   形状である羽根車の上端部を形成し、各羽根は平板の形
   状であり、羽根車の上方に向かう液流に対して３００の
   レーキ角をもち且つ傾斜面が羽根車の上端において羽根
   車の軸線と交差するように配置され、各羽根の外周縁は
   囲い板へと続く後縁部、前縁部２５、内方吸引側縁部２
   ６ａ、外方吸引側縁部２６ｂ、及び吐出側縁部２７かも
   成り、各羽根の前縁部は該囲い板から半径方向外方に且
   つ下方に延長して吸引側縁部へと続き、各羽根の吐出側
   縁部は高さＲでＩＲ〜１．５Ｒの半径をもち且つ外方吸
   引側縁部から囲い板の上端外縁部へと延び、各羽根の内
   方吸引側縁部が囲い板の下端の下方約０．３Ｒのところ
   に位置し、しかも羽根車の下端を形成していることを特
   徴とする機械的液面曝気装置用の立て要理合流０羽根車
   。 ２ 各羽根の前縁部が半径方向後方への僅かなレーキ角
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の羽根車。 ３ 上記囲い板の下面を截頭したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の羽根車。 ４ 上記羽根車の上端が液面レベルよりも０．２５Ｒ−
   ０，２Ｒ上方に位置するように上記支持手段が駆動モー
   タを支持していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の羽根車。