Zentrifuge zum kontinuierlichen Eindicken von Schlamm. In verschiedenen Zweigen der Industrie wird oft das Eindicken von Suspensionen, insbesondere von Schlamm, verlangt, was bisher auf verschiedene Art und mit. mannig faltigen Mitteln erfolgte, wie z. B. mit. Hilfe von Klärapparaten, Druck- oder Vakuum sehlammpressen, durch Zentrifugalkraft wir kenden Filtern und endlich auch mittels Zen trifugen. Diese Zentrifugen eignen sieh jedoch nicht für einen kontinuierlichen Betrieb zum Eindicken von keramischem oder ähnlichem Schlamm zu einer zähflüssigen mehr oder weniger plastischen, teigartigen Masse.
Die Erfindung betrifft nun eine Zentri fuge zum kontinuierlichen Eindicken von Schlamm, die sich dadurch auszeichnet, dass ein einen Statorteil mit einer axialen Schlamm- zuleitung und einer Wasserableitung zum Teil umgebender Rotor als Trommel mit mehreren kommunizierenden Räumen ausgebildet ist, von denen der eine zur Ableitung des ein- gediekten Schlammes bestimmt und an den äussern Teil des den Zentrifugierraum dar stellenden Hauptraumes derart angeschlossen ist,
dass im Betrieb ein Syphonverschluss ge bildet wird.
Auf der Zeichnung ist. schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge stellt.
Fig.1 ist ein axialer Längsschnitt durch die Zentrifuge, deren Drehachse waagrecht gelagert ist, bei einer abgeänderten Ausfüh- rung jedoch auch vertikal bzw. schräg liegen könnte, wobei der Schnitt längs der Linie I-I in Fig.2 geführt. ist; Fig. 2 ist ein Quer schnitt durch diese Zentrifuge längs der ge brochenen Linie II-II in Fig. 1.
Die Bezugs zeichen sind so angeordnet, dass sie auf der untern Zeichnungshälfte im wesentlichen ver schiedene Räume und Kanäle bezeichnen, während auf der obern Zeichnungshälfte sie sich auf die eigentlichen Konstruktionsele mente der Maschine beziehen.
Die Zentrifuge besteht im wesentlichen aus .einem unbeweglichen Statorteil S, welcher zur Zuleitung der zu zentrifugierenden, im weiteren allgemein als Sehlamm bezeichne ten Flüssigkeit, und zur Ableitung der ferner hin als Wasser bezeichneten Flüssigkeit dient, und aus einem Rotor R, der zum eigent lichen Ausschleudern des Schlammes, d. h. zur Teilung des Schlammes in Wasser und eingedickte Masse dient, die weiterhin als Teig bezeichnet wird, der aus der Zentri fuge dauernd abgeführt wird.
Der Statorteil S besteht aus einem zentral liegenden Rohr 19, einem Mantelrohr 20, einem Lagerkörper 22 und einem Schäl körper 24.
Der Rotor R ist an seinem in Fig.1 linken Ende mit seiner Hohlwelle 21 mittels eines doppelten Wälzlagers 23 im Lagerkörper 22 und am entgegengesetzten Ende mittels der Hohlwelle 38 im Wälzlager 37 gelagert. Zwi- sehen diesen beiden Hohlwellen sind Hohl mäntel in Form von Kegelstümpfen 27, 28, 29, 32 und weitere hohle Verbindungszylinder 25, 26 und 38a angeordnet. Das NYellenende 38 ist mit einer Riemenscheibe 39 für Keil riemenantrieb versehen.
Der kegelstumpfförmige Aussenmantel 27 schliesst sich an seiner kleineren Basis an den hohlen Verbindungszylinder 25 und an das Wellenendstück 21 an, während der gegen überliegende kegelförmige Aussenmantel 32 sich mit seiner kleineren Basis an das Wellen endstück 38 und den Zylinder 38a anschliesst. Der kegelförmige Innenmantel 29 schliesst sieh mit seiner kleineren Basis an beide hohlen Verbindungszylinder 25, 26 an. Der zwischen dem kegelförmigen Innenmantel 29 und dem kegelförmigen Aussenmantel 27 liegende Kegel mantel 28 ist an seinem kleineren Umfang ohne Basiswand, d. h. offen, während er am grösseren Umfang mit dem grösseren Umfang des kegelförmigen Aussenmantels 32 durch einen Wulst 31 verbunden ist.
Der kegelför mige Aussenmantel 27 ist an seiner grösseren Basis offen und schliesst sich an den Wulst 31 nur durch Rippen 40 (Fig. 2) an, die auf diese Weise . Verbindungsstreben bilden, zwischen denen sich Zwischenräume 11 befinden. Der kegelförmige Innenmantel 29 ist an seinem grösseren Umfang ebenfalls ohne Basisfläche, d. h. offen. Diese sämtlichen, in der erwähnten Weise angeordneten kegelförmigen Mäntel mit den zugehörigen Verbindungszylindern und Wellenendstücken drehen sich als ein einheit liches Stück und bilden den bereits oben er wähnten Rotor R.
Die derart zusammenhängenden Haupt teile unterteilen den Rotor R in drei Arbeits räume, und zwar in einen grossen, den Zen- trifugierraum darstellenden Hauptraum 10 zwischen den kegelförmigen Mänteln 29, 32, den Hohlzylindern 26 und 38a und den an grenzenden kleinen Basisflächen dieser Mäntel, in einen kleineren Raum 10a zwischen den kegelförmigen Mänteln 28 und 29 und in einen kleinen Raum 7 zwischen dem hohlen Verbindungszylinder 25 und den kleinen Basisflächen beider Kegelmäntel 27 und 29.
Der Hauptarbeitsraum 10 ist mit. dem kleineren Raum 10a mittels eines ringförmigen Überganges 13 und mit dem kleinen Arbeits raum 7 durch Hohlräume der später noch beschriebenen Schaufeln 33 und durch Längs kanäle 9 des hohlen Verbindungszylinders 26 verbunden.
Die mittels des Wulstes 31 einen Doppel kegel darstellenden Kegelmäntel 28, 32 be grenzen einen Trommelraum, der durch den kegelförmigen Innenmantel 29 als Stauwand in den grossen Arbeitsraum 10 und den kleineren Arbeitsraum 10a, unterteilt ist, wo bei der letztere an den äussern Teil des ersteren derart anschliesst, dass im Betrieb ein Syphonverschluss gebildet wird.
Inmitten des Hauptarbeitsraumes 10 ist zwischen den hohlen Zylindern 38a und 26 das Laufrad 41 mit. den oben bereits erwähn ten Schaufeln 33 mit Hohlräumen 15 vor gesehen, an das in diesem Hauptarbeitsraum 10 eine kreisringzylindrisehe Zone 16 an schliesst, die innen durch die Aussenumfänge ringförmiger, zu beiden Seiten des Laufrades 41 angebrachter Lamellen 35 und aussen durch die Innenumfänge von in den gleichen Ebenen wie die Lamellen 35 liegenden kreisringför migen Lamellen 34 begrenzt ist,
wobei sowohl die Zone 16 als auch die Zwisehenrä.ume 17 zwischen den Lamellen 35 und die Zwischen räume 14 zwischen den Lamellen 34 durch radiale Schaufeln 36 in radial verlaufende Kanäle zergliedert sind, die sieh in Richtung von der Rotorachse aus erweitern.
Die ringzylindrische Zone 16 ist in Rieh. tung gegen die Rotormitte durch die erwähn ten Zwischenräume 17 mit. die Form von Hohlzylindern zu beiden Seiten des Laufrades 41 aufweisenden Hohlräumen 18 verbunden, die miteinander durch die Hohlräume 15 der Schaufeln 33 verbunden sind. In Richtung von der Rotormitte we- ist die Zone 7.6 durch die Zwischenräume 14 mit dem Umfangsteil des Hauptarbeitsraumes 10 verbunden, wel cher durch die beiden kegelförmigen Mäntel 29, 32 und die abgestuften Aussenumfänge der Lamellen 34, wie in Fig.1 veranschaulicht, begrenzt ist.
Die beschriebenen Teile, die den Rotor R bilden, drehen sieh als starre Einheit mit dem Laufrad 41; es dreht sich also kein Teil dieses Rotors selbständig mit einer andern Gesehwin- digkeit, wie es bei bekannten Zentrifugen mit umlaufenden Kegelmänteln der Fall ist.
Die beschriebene Zentrifuge arbeitet fol gendermassen: Durch eine nicht. gezeichnete Rohrleitung wird bei Beginn der Inbetriebsetzung der Zen trifuge der Schlamm langsam in Richtung des Pfeils a in den axialen Hohlraum 1 des Mit telrohres 19 eingeführt, an dessen Ende er zwischen die umlaufenden Schaufeln 33 des Laufrades 41 durch Fliehkraftwirkung an gesaugt und in Richtung des Pfeils b (Fug. 2) in den zergliederten Hauptarbeitsraum 10 zwischen die Kegel 29, 32 geschleudert wird.
Der Rotor R füllt sich nach innen bis zur Flöhe h-h. (Zylinderfläehe) und man sollte glauben, dass der Schlamm nun über die Um fangskante des kegelförmigen Mantels 28 fliessen und aus dem Rotor durch die Aus- trittslüeken 11 zwischen den Rippen 40 in Richtung des Pfeils c (Fig.2) ausspritzen würde.
In Wirklichkeit jedoch erteilt der Rotor bei seiner hohen Umlaufsgesehwindig- keit in Richtung des Pfeils d (Fig.2) dem Schlamm eine derart grosse Winkelgeschwindig keit, dass die spezifisch schwereren Schlamm teile sich an der Innenseite des Wulstes 31 und an den Kegelmänteln 29, 32 ansetzen. Unter ständigem Zufluss von weiterem Schlamm in die Zentrifuge bildet sieh durch das Zen trifugieren an den erwähnten Stellen eine immer wachsende Teigschieht, die infolge der Fliehkrafteinwirkung längs der Kegel mäntel 29, 32 nach aussen rutscht und den Übergang 13 ausfüllt.
Die Flüssigkeitsober fläche steigt hierbei im Hauptarbeitsraum 10 über das Niveau h-li, nach innen; die Flüssig keit füllt die kreisringzylindrische Zone 16 aus und dringt durch die engen Zwischen räume 1.7 zwischen den Lamellen 35, bis sie den Raum 18 und die Hohlräume 15 der Schaufeln 33 ausfüllt und durch die Kanäle 9 in den kleinen Arbeitsraum 7 abfliesst, in dem sich noch der später beschriebene Schäl- körper 24 befindet.
Gleichzeitig steigt auch der Fliehkraftdruck auf den sich ständig bil denden Teig und drückt ihn durch den Über gang 13 in den kleineren Arbeitsraum 10a zur Überfallkante des Kegelmantels 28 auf dem Niveau h-h. Der Teig fliesst in diesem Raum 10a in Richtung des Pfeils e (Fig.1). Sobald der Teig im kleineren Raum 10a bis zum -Niveau h-h gedrungen ist und über die Umfangskante des Kegelmantels 28 zu fallen beginnt,
tritt das Niveaugleichgewicht in der ganzen Zentrifuge ein, so dass nun ein kontinuierlicher Betrieb einsetzt.
Während dieses Betriebes füllt der zu fliessende Schlamm das zentrale Rohr 19 voll ständig aus. Da der Rotor vollständig gefüllt ist, fliesst der Schlamm langsam durch das Laufrad 41, wo er durch die Schaufeln 33 eine hohe Winkelgeschwindigkeit erhält, bis in die kreisringzylindrische Zone 16. Da der Hauptarbeitsraum 10 bereits mit Teig und Wasser ausgefüllt ist (zwischen den Lamellen 34 in den Zwischenräumen 14 ist der Schlamm eingedickt), muss der in die Zone 16 zu fliessende Schlamm seine ursprüngliche radiale Richtung ändern und rechts und links in Riehttmg der Pfeile f fliessen.
Der Schlamm verliert auf diesem Wege durch die Wirkung der Fliehkraft seine spezi fisch schwereren Teilchen, die aus ihm aus geschieden werden und in radialer Richtung in die Zwischenräume 14 zwischen den Lamel len 34 durchfallen .
Diese durchfallenden schwereren Teilchen gelangen dadurch auf eine grössere Umlaufsbahn und verlieren bei ihrer gleichbleibendenUmlaufsgeschwindigkeit an Winkelgeschwindigkeit, so dass sie sich gegen über dem entsprechenden Rotorteil verzögern und sich an die Vorderseite der geraden Längs schaufeln 36 anschmiegen, welchesie von neuem mitnehmen und ihnen die ursprüngliche Winkel geschwindigkeit, jedoch eine grössere Umfangs. geschwindigkeit erteilen.
In der Fig. 2 ist in dem linken untern Viertel durch Pfeile schematisch das beschriebene Durchfallen der schwereren Teilchen und ihr Anschmiegen an die Vorderseite der gerade Schaufeln 36 angedeutet. Die schwereren Teilchen drücken bei ihrer Durchfallbewegung in die Zwischenräume 14 die leichteren Teilchen zurück gegen die Ring zone 16.
Diese emporsch-ivimmenden leich teren Teilchen gelangen auf eine kleinere Um laufsbahn und erlangen bei gleichbleibender Umfangsgeschwindigkeit eine grössere Winkel geschwindigkeit, so dass sie gegenüber den entsprechenden Rotorteilen beschleunigt wer den und sieh an die Hinterseite der Schaufeln 36 ansehmiegen, welche sie zurückhalten und auf die ursprüngliche Winkelgeschwindigkeit, jedoch geringere Umfangsgeschwindigkeit, ab bremsen.
In der Fig.2 ist durch Pfeile ü: schematisch dieses Einporschwimmen der leichteren Teilchen und ihr Anschmiegen an die Hinterseite der geraden Schaufeln 36 dar gestellt.
Durch die Anordnung der geraden in der Längsrichtung des Rotors verlaufenden Sehau- feln 36 wird die Wirkung erzielt, dass die emporschwimmenden leichteren Teilchen den schwereren durchfallenden Teilchen da durch ausweichen, dass sie gegenüber diesen eine Winkelvoreilung besitzen.
Auf diese Weise verläuft das Zentrifu gieren des Schlammes bei dessen Durchfluss in Richtung der Pfeile f in der Ringzone 16. Der ständige Schlammzufluss in den Rotor nötigt den von den bereits spezifisch schwe reren Teilchen befreiten Schlamm, durch die engen Zwischenräume 17 zwischen den Lamel len 35 und den Schaufeln 36 in Richtung mir Rotormitte in den Raum 18 zu fliessen. Alle Zwischenräume 17 bilden eine Art kom munizierender Gefässe, so dass in Richtung zur Rotormitte nur die spezifisch leichteste Flüssigkeit ansteigen kann, im gegebenen Falle also Wasser.
Aus dem Ringraum 18 fliesst das Wasser durch die Hohlräume 15 der Schaufeln 33 in die Kanäle 9 des hohlen Verbindungszylinders 26 und fliesst dann an dessen linkem Ende infolge der Fliehkraftwirkung in den kleinen Arbeitsraum 7. In diesem Raum wird das Wasser mit hoher Winkelgeschwindigkeit in den Schälkörper längs dessen nach vorn ge krümmten Schaufeln 24a getrieben und ge- langt durch den ringzylindrischen Kanal 5 in dem festen Rohr 20 in Richtung des Pfeils g aus der Zentrifuge in eine rieht dargestellte Rohrleitung.
Die Wände des kleinen Arbeitsraumes 7 und der Sehälkörper \34 bilden eine Maschine, die einer Kreiselpumpe ähnelt, jedoch mit umgekehrter Wirkung. Der dem Laufrad ent sprechende Teil 24 dreht sieh nämlich hier nicht, sondern steht still und dient. als Sehäl- körper. Dafür dreht sieh der dem Gehäuse der Kreiselpumpe. entsprechende Verbindungs- zylinder 25 mit grosser Geschwindigkeit und erfüllt hier die Wirkung des Laufrades.
Da der Sehä.lkörper 24 zu beiden Seiten des Umfanges in das unilaufende Wasser taucht, ist der ganze Rotor luftdicht abge schlossen, ohne dass dazu eine besondere Dich tung erforderlich wäre, denn das umlaufende Wasser bildet hier einen vorzüglichen hydrau lischen Vers:chluss.
Ferner ist diese Anordnung der Abdich tung auch vom konstruktiven Standpunkt aus betrachtet deshalb vorteilhaft, weil die Dichtungsteile unmittelbar in den Rotor ein gebaut sind, ohne besonderen Raum einzu nehmen.
Bei den vorgesehenen hohen Rotordreh- zahlen ist die Druckhöhe dieser Pumpe ziem- lieh hoch. Sollte der Druck des abfliessenden Wassers den gewünschten Wert überschreiten, so würde die Wasseroberfläelie im Raum 7 gegen innen über die liebte Weite der Hohl welle 21 steigen, und das Wasser würde durch den Zwischenraum 4 fliessen und aus diesem in den Zwischenraum 3 spritzen und durch die anschliessende Röhre in Richtung des Pfeils i ausfliessen.
Aus dein Schälkörper 24 wird durch eine enge Düse 6 ein kleiner Teil des Wassers in den ringzylindrisehen, im Hohlzylinder 26 rund um das axiale Rohr l.9 liegenden Hohl raum 8 geleitet, um das Eindringen von Schlamm in diesen Rahm und ein etwaiges Einfressen von Schlamm zwischen das un bewegliche Rohr 19 und den sieh drehenden Hohlzylinder 26 zu verhüten. Durch die An- Ordnung dieser Düse 6 wird die Schlamm zuleitung in den Rotor R auf eine hydraulisch sichere Weise abgedichtet.
Unter ständiger Schlammzuleitung in den Rotor verläuft das Zentrifugieren des Schlam mes unter Niveaugleichgewicht ,. wie bereits oben beschrieben, im einzelnen auf folgende reise Die durch die Zwischenräume 14 zwischen den Lamellen 34 und den Schaiüeln 36 durchfallenden schweren Teilchen und em porsteigenden leichten Teilchen bewirken ein Eindicken des Schlammes, das sich bis zur -Erreichung der Dichte von Teig steigert, der sich am Wulst 31 und auf beiden Kegelmän teln 29 und 32 ansetzt.
Mit steigender Menge des eingedickten Schlammes (Teig) steigt das Gewicht der Füllung des grossen Rotorraumes 10, und damit steigt auch die Fliehkraft, die den zentrifugal wirkenden Teigdruck im kleinen Raum 1.0a überwinden muss, und den Teig in Richtung des Pfeils e über die Über fallkante des Kegelmantels 28 auf dem Niveau h -h drückt. Von hier gleitet der Teig längs des äussern Kegelmantels 27 des Rotors und spritzt. in Richtung des Pfeils c gegen den Sammler 30, wo er sich bei 1.2 (Fig.1) schich.. tonweise ansammelt.
In der untern Hälfte der Fig.1 und in dem untern linken Viertel der Fig.2 sind durch Schraffierung die Niveaus des mi einer immer dichteren Masse sich eindickenden und bis in einen zähen Teig sich verwandelnden Schlammes angedeutet, der durch den über gang 13 und den Raum 10a abgeht.
Beide Arbeitsräume, der grosse Raum 10 und der kleinere Raum 10a, bilden kommuni zierende Gefässe und sind mit Masse gefüllt, wobei der kleinere Raum 10a mit der schwer sten zentrifugierten Masse (Teig) von gleich mässiger Dichte ausgefüllt ist, während der Hauptarbeitsraum 10 mit einer verhältnis mässig leichteren Masse gefüllt ist, deren Dichte an verschiedenen Stellen verschieden ist, und zwar kleiner in Richtung zur Mitte des Rotors und grösser in Richtung zum Rotor umfang.
Die schwerere Füllung des kleineren Ar beitsraumes 10a schliesst den Rotor der Zen trifuge durch den zentrifugalen Druck in der entgegengesetzten Richtung zur Pfeilrichtung e ab und hält die leichtere Füllug im grossen Rotorraum 10 zurück. Sobald jedoch infolge des Zentrifugierens des durch den Rotor durchfliessenden Schlammes das Niveau des Teiges und des Schlammes steigt, steigt auch das Gewicht der Füllung im Hauptraum 10,
und durch den grösseren Zentrifugaldruek wird Teig durch den Übergang 13 in den kleineren Raum 10a gedrückt. Der Teigüber- schuss aus diesem kleineren Raum spritzt aus dem Rotor, und der Teigschwund im grossen Raum wird ständig durch den zuflie ssenden Schlamm ersetzt.
Dies alles erfolgt kontinuierlich bei un-, unterbrochener Ableitung des Teiges, welcher eine homogene Beschaffenheit aufweist, wie aus folgenden Überlegungen hervorgeht: Durch das durch die Zwischenräume 17 abgehende Wasser vermindert sich die Menge des Schlammes bei seinem Vorwärtsgang im Raum 16 nach rechts und links in Richtung der Pfeile f, und da der Querschnitt des Ringraumes 16 in seiner ganzen Länge gleich ist, sinkt die Geschwindigkeit des durchfFie- ssenden@ Schlammes, so dass dieselbe an den Enden der Pfeile f am kleinsten und am grössten an deren Anfang ist.
Dies hat zur Folge, dass in der Längsmitte des Ringraiunes 16 bei grösserer Schlanundurchflussgeschwin- digkeit die gröberen und schwereren Teilchen zentrifugiert werden und in die mittleren Zwischenräume 14 durchfallen , während weiter nach rechts oder links bei abnehmender Sehlammdurchflussgeschwindigkeit vorzugs weise die leichteren, feineren Teile zentrifu giert werden und rechts und links in die ent fernteren Zwischenräume 14 durchfallen , so dass sie an den Enden der Pfeile f zentri fugiert werden und unmittelbar auf die schrä gen Wände der Kegelmäntel 29, 32 fallen .
Es kommt somit auf diese Weise zu einer Sortierung der groben, feinen und feinsten Teilchen. Die durch die mittleren Zwischenräume-14 hindurchfallenden groben Teilchen bilden eine Art porösen Keil 7n, der radial durch einen starken zentrifugalen Druck gedrückt und an seinen beiden Seiten durch an den Wänden der Kegelmäntel 29, 32 ebenfalls unter hohen Druck herabgleitenden feineren Teig eingezwängt wird, wie es auf der untern Hälfte der Fig.1 durch entsprechende Schraf fierung angedeutet ist.
Dieser poröse Keil wirkt als natürlicher Filter, durch den das unter hohem Druck aus dem herabgleitenden Teig herausge- presste Wasser durchsickert, der bei seinem Fortschreiten noch mehr eingedickt wird. Das durchsickernde Wasser steigt und fliesst zur Rotormitte im Sinne der Pfeile 1c empor, wie bereits früher beschrieben wurde und wie aus dem linken untern Viertel der Fig. 2 ersichtlich ist.
Die an den Enden der Pfeile f auf die schrääen Wände der Kegelmäntel 29, 32 fallenden feinsten Teilchen bedecken sich während ihrer Rutschbewegung nach aussen mit aus groben Teilchen bestehenden Teig schichten, so dass sie während der Bewegung des Teiges ständig an der Wand bleiben, ent lang welcher sie leicht gleiten, denn diese feinsten Teile, die sich am längsten dem Ab schleudern aus dem Schlamm widersetzten, sind die zähflüssigsten.
Der durch den kleineren Arbeitsraum 10a: in Richtung des Pfeils e ansteigende Teig ist deshalb nicht homogen und besteht an den Wänden der Kegelmäntel 28, 29 aus den fein sten Teilehen. Durch den Überfall über die Umfangskante des Kegelmantels 28 auf dem Niveau 7t-7t, durch das Gleiten entlang der Innenfläche des Kegelmantels 27 und durch das Zerstreuen durch die Rippen 40 am Um fang dieses Mantels wird aber der Teig voll- ständig durchmengt, so dass er auf dem Sammler 30 bereits vollständig homogen an langt.
Dieser Sammler 30 ist. nicht Gegenstand der Erfindung und ist deshalb hier nicht näher beschrieben und dargestellt. Er kann als ein langsam sieh drehender Hohlzylinder ausgeführt sein, von dem der Teig durch einen Sehaber abgeschabt werden kann, oder es kann auch eine andere geeignete Einrich tung Anwendung finden.