Zentrifugal-Separator. Vorliegende Erfindung betrifft einen Zen- 1 rifugalsepara-tor zum Trennen von Gemischen in ihre Hauptbestandteile, also z. B. zum Trennen eines Gemisches von Flüssigkeiten oder Gasen oder zum Befreien eines Gemise'nes aus Flüssigkeiten und festen Stoffen von letz ieren.
Es sind schon Zentrifugalseparatoren dieser Art bekannt, bei welchen das zu be handelnde Gemisch an dem einen Ende einer unter der Einwirkung der durchströmenden Flüssigkeit in schnelle Umdrehung versetzten Trommel zugeführt wird und die voneinander getrennten Bestandteile am andern Ende der Trommel aus; Öffnungen austreten, die in radialem Abstand voneinander liegen.
Die Erfindung bezweckt bei befriedigen- der Durchführung der Separation grosse Flüssigkeitsmengen verarbeiten zu können, um zum Beispiel das für die Versorgung von Städten bestimmte Wasser oder das Tank- wasser von Schiffen mit Ölheizung reinigen zu können, wobei der Separatar sieh selbst weiten Änderungen in der Zusammensetzung der zu behandelnden Flüssigkeit anpassen soll, so dass also zum Beispiel Wasser, das mit (?1 und umgekehrt Öl, das mit Wasser verunreinigt ist, zentrifugiert werden kann.
Zur Erzielung einer hohen Kapazität ist es erwünscht, dass, ein ungehinderter achsialer Durchfluss.durch den ganzen Quersehnitt der Trommel erfolgen kann. Dieser Durchfluss muss nicht nur unbeeinträehtigt von festen Hindernissen sein, sondern muss auch, soweit als möglich, frei von Wirbeln und andern Störungen sein, welche die Durchfluss- gesehwindigkeit bei einem gegebenen Druck vermindern.
Das Fehlen von Wirbeln ist auch eine Bedingung für eine einwandfreie Sepa ration, da solche Störungen die Separations- wirkung der Zentrifugalkräfte beeinträch tigen.
Dies, wird beim Separater gemäss der Er findung dadurch erreicht, dass im Trommel innern axial gerichtete Schaufeln zur Erzeu- gung. der Drehbewegung so dicht nebeneinan der angeordnet sind, dass, das zu behandelnde Gemisch auch bei hohen Geschwindigkeiten nur laminar strömen kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt, und zwar ein Zentrifugalseparatar zur Behandlung des Tankwassers von Schiffen mit Ölheizung, durch den<B>01</B> und Wasser voneinander ge trennt werden.
Fig. 1 zeigt den Separater im Längs schnitt; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1; Fig. 3 ist in grösserem Massstab ein Schnitt nach der Linie III-III ,der Fig. 4; Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie IV IV der Fig. 3; Fig. 5 ist in grösserem Massstabe ein Schnitt durch die untern Lager des Rotors und seinen Einlass;
Fig. 6 ist in .grösserem Massstabe ein Schnitt -durch die obere Lagerung nebst den Stopfbüchsen des Rotors und durch seinen Auslass; Fig. 7 und S zeigen einen Schwimmer in zwei Projektionen;
Fig. 9 ist ein Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8 in grösserem Massstab. Das mit<B>01</B> verunreinigte Tankwasser tritt durch den Einlass 1 in einen Raum 2, in dem sich ein Filter 3 aus gelochtem Me tallblech ung aus Metallgaze befindet. Dieses Filter kann zwecks Reinigung nach Ent fernen des Deckels 4 herausgenommen wer den.
Auf dem Raum 2 sitzt das Rotorgehäuse, bestehend aus zwei Teilen 5 und 6, die -durch einen geteilten Ring 7 von U-förmigem Quer schnitt zusammengehalten werden, der sich über abgeschrägte Flanschen der Teile 5, 6 legt. Dieses Gehäuse trägt in Lagern 8, 9 eine Trommel 10, 11. Diese Lager sind zweck mässig derart ausgebildet, dass sie radialen Drücken etwas nachgeben können.
Die in die Trommel eintretende Flüssig keit wird durch auf einer Einlassbüchse 13 angeordnete Schaufeln 12 in Rotation ver- setzt. Die Büchse 13 bildet mit der am un tern Ende 5 des Rotorgehäuses angeordneten Lagerbüchse einen ringförmigen Einlasskanal. Das Wasser verlässt die Trommel durch einen ähnlichen ringförmigen Auslasskanal, der von ,dem obern Hals 15 der Trommel und einem Leitkonus 16 gebildet. wird, welcher Konus- schaufeln 17 trägt, welche die kinetische Energie des Wassers in hohem Masse ab sorbieren.
Das ausgeschiedene Öl tritt in die hohle Rotorspindel 2.1 ein und anderen einem Ende durch eine auf den Leitkonus. 16 auf geschraubte Büchse und Reaktionsdüsen 18, sowie am andern Ende durch Reaktionsdüsen 19 in einen Kanal 23, aus, welcher das Öl zu einem als Zweiweghahn ausgebildeten Auslass- organ 24 führt. Während dem Anlassen des Separators leitet das Auslassorgan 24 das<B>01</B> solange zum Sumpf, bis der Rotor die volle Tourenzahl erreicht hat und das separierte Öl vollständig von Wasser frei ist, worauf es, so umgestellt wird, dass es das Öl zu einem Behälter leitet.
Ein ähnliches Organ 25 dient .dazu, das separierte Wasser über Bord zu leiten, wenn die volle Tourenzahl und da durch eine genügende Reinheit des Wassers erreicht ist. Diese Organe dienen ausserdem dazu, auch dann die Reinheit der austreten den Bestandteile sicher zu stellen, wenn der Separater ein Gemisch von nahezu konstan ter oder langsam veränderlicher Zusammen- setzung zu verarbeiten hat;
zu diesem Zwecke genügt es, wenn das Auslassorgan für .den mengenmässig kleineren Bestandteil von Zeit zu Zeit so eingestellt wird, dass die Berüh rungsfläche der separierten Flüssigkeiten innerhalb der Trommel keinen der beiden Austritte aus der Trommel erreicht.
Im untern Teil 10 der Trommel, nahe ihrem Eintrittsende, wird die aufwärts und auswärts berichtete Flüssigkeitsströmung nach Passieren der Leitschaufeln 42 parallel zur Achse der Trommel gerichtet, indem sie durch enge, parallel zur Trommelachse lie gende rohrförmige Kanäle gedrückt wird.
Zweckmässig bilden diese Rohre einen Block und besitzen quadratischen oder halb sechseckigen Querschnitt, sie könnten aber aueli durch konzentrische Ringe gebildet sein. bei welchen blatte Ringe mit achsial gewell ten Ringen abwechseln. Darüber ist der Quer schnitt der Trommel durch Schaufeln unter teilt, die in ihrem zentralen Teil radial ge richtet sind und in ihrem äussern Teil alle in demselben Sinne aus den radialen Ebenen abgebogen sind.
Gemäss Fig. 3 sind die ra dialen Schaufeln 28 mit ihren Innenkanten in Schlitze einer Büchse 29 eingesetzt. und dort durch Ringe 30 festgehalten, die sich um Ansätze der Schaufeln legen; die Schau feln und die Büchse 29 sind in der Längs richtung; geteilt. so dass sie die Anordnung eines zusätzlichen Halteringes gestatten. Die äussern Kanten der Schaufeln 28 werden durch genutete Ringe 31 gehalten, die in Nu ten der Schaufeln sitzen.
Die äussern Schau feln 32, die zwar auch eben, aber nicht radial, sondern tangential zu einer zur Trommel- aehse gleichachsigen zylindrischen Fläche verlaufen, liegen mit ihren innern Kanten in Nuten der Ringe<B>3</B>1, während ihre äussern untern Eclien in Nuten eines Ringes 33 gelegt sind. der innerhalb der Trommel liegt.
Oberhalb der Schaufeln grenzt. eine ge- wölbte Metallplatte 34, die an dem. Konus 16 angenietet ist, den Flüssigkeitsweg nach Aus gängen aus der Trommel ab, die in radialer Rielitung weit voneinander entfernt sind, nämlich einem engen ringförmigen Kanal an dein Unifang der Trommel, durch -den das Wasser hindurchgeht, und der hohlen Spin del 21., zu .der das Öl. durch die Öffnungen 35 zutritt. An der Scheibe 34 sind Schaufeln 36 angeschweisst, an die der konvergierende Wasserstrom einen Teil seines Drehmomentes abgibt.
Im Betrieb steht die Trommel unter dem nach oben gerichteten Flüssigkeitsdruck, wel- clier etwa gleich dem Gewicht der Flüssig- t' und der Trommel ist, so dass der Rotor annähernd schwimmt. Ein etwa auf die Trommel wirkender Aehsialschub kann durch ein Schublager an dem einen oder andern Ende der Trommel aufgenommen -erden. Ein solches Lager ist in Fig. 5 dargestellt. Es liegt innerhalb des.
Gehäuses 37, das mit dem untern 0ldüsengussstück 19 aus einem Stück besteht, das an das untere Ende der Spindel 21 angeschraubt ist. Es enthält zwei Kugelreihen 38, ,durch die ein aufwärts oder abwärts gerichteter Schub auf die Spindel 39 übertragen wird, die in einer in das untere Gehäuse 5 eingeschraubten Kappe 40 liegt, zusammen mit einem Querkugellager 41, das .die Beanspruchung der Spindel 39 auf einen kugeligen Sitz indem Gehäuse 37 überträgt, wobei die Spindel 39 der feste und 37 der rotierende Teil ist.
Die obere und die untere - Stützlagerlauffläche sind kugelig gewölbt und konzentrisch zur kugeligen Lauffläche des Lagers 41, so dass die Spindel 21 sich gegenüber der Spindel 39 und dem Rotor gehäuse etwas. quer stellen kann in dem Masse, wie es die nachgiebigen Lager 8, 9 ge statten. Wenn der Apparat demontiert wer den soll, entfernt man den Deckel 4 nebst dem Filter 3, und führt dann einen in der Hand gehaltenen Schlüssel durch die vorher vom Deckel 4 verschlossen gewesene und nun frei gewordene Öffnung hindurch in den Apparat ein, um mittelst desselben die Kappe 40 ab zuschrauben. Hierbei senkt sich die Trommel ab, bis sie auf dem Gehäuseteil 5 aufruht. .
Um Undichtigkeitsverluste und Wieder verunreinigung der separierten Bestandteile zu verhindern, sind an den verschiedenen in Frage kommenden Stellen Stopfbüchsen an geordnet, und zwar Stopfbüchsen 50 zwischen dem Gehäuse #37 und dem Gehäuse 5, 51 zwi schen dem Ölaustrittsrohr 20 und dem Wasseraustritt-gussstück 52, und 53 zwischen der Spindel 21 und der Einlassbüchse 13. Etwa noch durchsickernde Flüssigkeit wird durch die Kanäle 54 und 59 in den Sumpf abgeleitet.
Zur Erleichterung des Anlassens des Se parators, wird bei 55 0I in da.s Lager 8 ein gespritzt. Die Lager im Gehäuse 37 werden durch einen Kanal 56 geschmiert, der nach dem Oberteil .des Gehäuses geführt ist, so. dass das eintretende Öl etwaige schwerere Flüssig keiten verdrängt, die ihren Weg in das Ge häuse gefunden haben.
Für den Fall, dass eine Separation von 01 in dem )Vasserkanal von dem Trommel ausgang um die Scheibe 34 herum zu dem Wasserauslassgussstück 52 stattfinden sollte, kann an dem Auslassrohr 20 ein Separations- rand 57 (Fig. 6) angeordnet werden, der die innere Wandung des Ringkanals in dem obern Hals 15 der Trommel bildet, derart, dass Flüssigkeit, die durch diesen Kanal her- aussohäumt,
durch die Reaktionsdüsen 58 austritt und durch den Kanal 59 zum Sumpf zurückgeführt wird.
Flüssigkeit, die rings um das Lager 9 her- aussicl@ert, wird durch den Wulst 60 von der Trommel nach aussen geleitet und gegen Zu rückfallen auf die Trommel .durch einen Blechmantel 61 verhindert, der die ganze Trommel umgibt, so dass die in diesem Zwi- schenraum enthaltene Luft von der rotieren den Trommel nieht mitgerissen wird und in folgedessen auch keinem merklichen Teil der umgebenden Flüssigkeit eine Drehbewegung erteilt wird. Ein ähnlicher Rand 62 kann am untern Hals der Trommel vorgesehen sein.
Die verschiedenen Teile, aus denen sich der stillstehende Teil des Separatars aufbaut, nämlich die untere Kammer 2, die Gehäuse teile 5 und 6, das Wasserauslassgussstück 52 und das 'Ölauslassgussstück 63 sind so: kon struiert, da.ss sie soweit als möglich in den gewünschten relativen Winkelstellungen zu sammengebaut werden können, so dass der Einlass 1, die Auslässe 24 und 25 und der Sumpfanschluss 64 an die passendsten Stellen gebracht werden können.
Die Zahl :der radialen Schaufeln 2$ ist mit Rücksicht auf die Befestigung im Ring 29 beschränkt; die äussern Schaufeln 32 kön nen zahlreicher sein. Der. Abstand der Schau feln ist durch die Bedingung einer laminaren Strömung der Flüssigkeit durch die Trommel bestimmt.
Bekanntlich gibt es eine Grenz- geschwindigkeit für eine Strömung durch einen Kanal, oberhalb welcher Geschwindig keit die Strömung sehr turbulent werden kann. Die untere kritische Geschwindigkeit, unterhalb der die Strömung laminar ist, hängt von dem kinematischen Viscositäts- koeffizienten d der Flüssigkeit ab, (der der Quotient des absoluten Viscositätskoeffizien- ten ,,c -und der Dichte O ist,
und hängt ferner ab von der mittleren hydraulischen Tiefe des Kanals, das heisst von dem Verhältnis des Querschnittes des Kanals zu seinem benetzten Umfang. Im Falle von gleichförmig runden Rohren ist beispielsweise die Bedingung einer geschichteten Strömung die, dass
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wobei V die Geschwindigkeit der Flüssig keit und d der Rohrdurchmesser ist. Bei Ka: nä.len von anderer Quersehnittsform als Kreisform muss für d eine Konstante gesetzt werden, die von dem Querschnitt des Kanals abhängt.
Es ist weder tunlich noch notwendig, den Abstand der Schaufeln genau auf Grund die ser theoretischen Erwägungen zu berechnen, einerseits, weil die Querschnittsform der Ka näle mathematisch schwer zu erfassen ist, und anderseits, weil die Zusammensetzung der zu behandelnden Flüssigkeit, die Tem peratur und andere wesentliche Faktoren ver änderlich sind;
sie geben aber Anhaltspunkte, mittelst welcher man zu richtigen Schaufel abständen für eine gegebene Strömungsge schwindigkeit einer zu zentrifugierenden Flüssigkeit gelangen kann, wobei die Strö- mungsgesehwindigkeit, für die .der Zentri- fugalseparator entworfen wird, wesentlich grösser sein kann, als man bei einer nicht un terteilten Trommel mit Erfolg zulassen dürfte.
Die Kante der Blechhülse 34, um die das Wasser entweicht, und die Öffnungen 35, durch die das 01 aus der Trommel austritt, haben beide einen beträchtlichen radialen Abstand von der annähernd zylindrischen Be rührungsfläche zwischen den beiden vonein ander separierten Bestandteilen innerhalb der Trommel; diese Berührungsfläche kann sich beträchtlich in radialer Richtung verschieben, bevor die Gefahr auftritt, dass einer -der bei den Bestandteile durch den andern ver- unreinigt wird. Die Lage der Berührungs fläche kann man durch die Hähne 24 und 25 steuern.
Wenn die Zusammensetzung der Flüssig keit so ist, dass sie sich innerhalb weher Grenzen oder sehr schnell ändert, oder wenn der Apparat ohne Aufsicht arbeiten muss, kann man, wie oben erwähnt, das Ausfliessen eines der Bestandteile automatisch regeln. Dies erfolgt gemäss Fig. 1 und 7 bis 9 durch Schwimmer 43, die radial verschiebbar auf Stangen 44 sitzen. Diese Schwimmer ver drehen eine mit Schlitzen versehene Büchse 45, die auf dem mit entsprechenden Schlitzen 35 versehenen Rohr 21 sitzt, und schliessen dadurch mehr oder weniger diese Schlitze 35.
Das mittlere spezifische Gewicht der Schwim mer muss zwischen den spez. Gewichten des ( ils und des Wassers liegen. Die Schwimmer werden dann eine Lage einnehmen, in der sie in beide Flüssigkeiten tauchen, und sich in demselben Masse ein- und auswärts bewegen, als sich die zylindrische Berührungsfläche .ein- und auswärts bewegt. Da die auf die Schwimmer und die Flüssigkeiten wirkende Zentrifugalkraft ein Mehrfaches der sein kann, genügen verhältnismässig kleine Schwimmer zur Steuerung der Büchse 45.
Zweckmässig werden die Stangen 44 und die Nabenbüch.sen der Schwimmer, durch die ie hindurchgehen, so- geformt, dass sie sowohl in wagrechter, als. auch in senkrechter Rich tung nur an möglichst weit auseinander lie genden Stellen aufliegen, wie Fig. 8 und 9 erkennen lassen, damit die Schwimmer nicht auf ihrem Gestänge klemmen.
Ein anderer Weg zur automatischen Betätigung der Steuerhähne besteht darin, den achsialen Druck auf die Kuppel 34 nutzbar zu machen, der sich mit der Lage der Grenzschicht zwi schen den separierten Bestandteilen ändert. Zu diesem Zwecke. muss man die Kuppel ge gen eine Feder gleitbar anordnen und drosselt ,durch diese Bewegung den Auslass des einen oder des andern Bestandteils.
Über den richtigen Augenblick zum Um schalten der Hähne 2.1 und 25 verschafft man sich Gewissheit durch Entnahme von Proben oder durch Besichtigung der aus fliessenden Ströme; im allgemeinen wird es aber genügen, zu warten, bis die Trommel ihre volle Geschwindigkeit erreicht hat. Des wegen wird man ein Tachometer 65 vorsehen, das durch ein Fenster, zweckmässig nicht durch Zahlen, sondern in anderer Weise dem Maschinisten anzeigt, dass die Maschine die richtige Tourenzahl erreicht hat, um die Se paration zu vollziehen.