Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge, die diskontinuierlich und vollautomatisch arbeitet, zum Trennen feinfaseriger Feststoffe von Lösungen, mit Füllvorrichtung und Entleerungsvorrichtung, mit Boden und Deckel und mehreren übereinander angeordneten Siebzonen, die aus in dem Trommelmantel eingelassenen Decksieben und Ablauföffnungen bestehen, wobei die Umfangsflächen der Decksiebe mit der Innenfläche des Trommelmantels eine zylindrische Fläche bilden.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Füllen der Zentrifuge mit einem Feststoff-Flüssigkeitsgemisch mittels eines Füllrohres zum gleichmässigen Verteilen des Gemisches nach Umfang und Höhe der Zentrifuge.
Unter feinfaserigen Feststoffen ist ein Faserhaufwerk zu verstehen, in dem die einzelne Faser einen Durchmesser von einem Hundertstel-Millimeter und eine Länge von einem Zehntel-Millimeter hat.
Das Haufwerk liegt geschüttet ausserordentlich locker, so dass das Volumengewicht des geschütteten Haufwerks weniger als ein Zehntel des spezifischen Gewichts des massiven Feststoffes beträgt.
Eine solche Fasermasse besteht zum Beispiel aus feingeschnittenen Nylonfäden, im geschnittenen Zustand als Nyl flock bekannt.
Die Aufbereitung von Nylflock für die Bildung eines webfähigen Textilfadens erfolgt nach einem bekannten Verfahren, dessen Schritte aus einem Waschprozess, der Einfärbung und der Oberflächenimprägnierung zur Unterstützung der elektrostatischen Aufladung und der Webfadenbildung bestehen.
In beheizten Rührgefässen werden die drei ersten Verfahrensschritte mit Chargen von 50 kg Flock durchgeführt, und zwar werden im ersten Schritt 50 kg Flock mit 1000 kg Waschlösung. im zweiten mit 1000 kg Färbelösung und im dritten mit 1000 kg Imprägnierungslösung aufgemaischt und zum Waschen, Imprägnieren und Färben behandelt.
Von Schritt zu Schritt muss Flock von der Lösung getrennt werden. Um die Vermischung von Fasern verschiedener Behandlungszustände zu vermeiden, lässt man die Maische aus dem Rührgefäss in durchlässige Säcke fliessen. Ein Sack wird in eine stillstehende, stark perforierte Zentrifugentrommel gelegt und von einem Mann so lange beschickt, bis er von lokkerem Flock prall gefüllt ist.
Die überschüssige Lösung fliesst durch den Sack und die Trommellöcher ungehindert ab. Der Mann unterbricht die Füllung, sichert die Sacköffnung und drückt den Sack nach Gutdünken in die Trommel. So verfährt er mit der ganzen Charge, die in vier Säcken untergebracht wird. Danach setzt der Mann durch Handschaltung die Zentrifuge in Bewegung und schleudert die Charge ab.
Nach der Zentrifugierung werden die Säcke von Hand entnommen, zum nächsten Behandlungsgefäss gebracht und dort von Hand entleert. Die leeren Säcke werden für die neue Behandlung gleichen Flocktyps und gleichen Behandlungszustand bereitgehalten. Dieser manuelle Betrieb der Flockaufbereitung ist aufwendig und zeitraubend. Ausserdem ist er unbequem für das Bedienungspersonal, weil Flock und Lösung Temperaturen über 60 C haben. Das Tragen von Schutzkleidung Brille und Handschuhen ist erforderlich, darüber hinaus wird das Personal durch Dämpfe belästigt und gefährdet.
Dabei soll die Restfeuchte des abgeschleuderten Flockhaufwerks, auf die Fadenoberfläche bezogen, bei allen Typen gleich sein. Auch muss die Zentrifugierarbeit dem zeitlichen Chargenzyklus angepasst werden können.
Das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch soll der Trommel mit einer Pumpe zugemessen werden. Die Aufmaischung des Feststoff-Flüssigkeits-Gemisches erfolgt in einem Verhältnis von 1:20 und bewirkt, dass sich bei gleichmässiger Faserverteilung die Suspension rheologisch wie Wasser verhält. Untersuchungen zeigten, dass sich in der Tat der Fliessbeiwert der Flockmaische gegenüber Wasser nicht ändert.
Die weiteren Untersuchungen zeigten ferner, dass bei einer gleichmässigen Flockdichte in der Lösung die freie Beweglichkeit der einzelnen Fasern verlorengeht, wenn das Verhältnis von Faser: Lösung wie 1:20 auf 1: 15 gesenkt wird.
Daraus folgte die Notwendigkeit, die Verteilung der Flockenmaische in der Zentrifugentrommel in einem Zustande zwischen den vorstehend genannten Mischverhältnissen vornehmen zu müssen. In der Maische ist der Flock so verteilt, dass sein Volumengewicht ohne Lösung 0,048 kg/dm3 betrüge.
Bei einer Dichte des Faserhaufwerks, die einem Volumengewicht von 0,1 kg/dm3 entspricht, ist das Faserhaufwerk bereits so verfilzt, dass eine Verteilung oder Verschiebung der Fasern zueinander nicht mehr möglich ist. In der Zentrifugentrommel, nach Abschleudern der gesamten Lösung, stellt sich aber bei Höchstdrehzahl ein Volumengewicht von 0,3 kg/dm3. Der verfilzte Flockring wird also auf den lichten Radius der Trommel komprimiert. Da die Verfilzung das Anpassen an den sich vergrössernden Innenradius des Flockringes verhindert, muss der Filzring von innen nach aussen aufreissen, es bilden sich keilförmige Spalte in Richtung Mantellinien.
Ist die Verteilung im Zustande der freien Beweglichkeit der Fasern gleichmässig am Umfang und in der Höhe der Trommel, so erfolgt das Aufreissen des Flockringes bei der weiteren Verdichtung gleichmässig auf den Umfang verteilt und gefährdet den Betrieb nicht. Ist die gleichmässige Verteilung aber nicht gelungen, so reisst der Ring ungleichmässig auf und bildet Unwuchten, die zum Abbruch des Zentrifugierbetriebes zwingen.
Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, die Füllung bei umlaufender Trommel vorzunehmen und mit Rücksicht auf einen gesteuerten Austritt von Lösung bei steigender Drehzahl. Aus diesem Grunde muss die Zentrifugentrommel einen bestimmten Gesamtabflussquerschnitt aufweisen, durch den zunächst nur wenig Lösung verlorengeht, so dass das oben angegebene Mischungsverhältnis nicht unterschritten wird. Es muss eine gleichmässige Verteilung am Umfang und entsprechend der Drehzahl in der Höhe der Trommel erreicht werden. Es wäre möglich, die ganze Charge von 2090 dm3 in eine stillstehende Trommel zu füllen und die Trommel danach erst zu beschleunigen. Um eine gleichmässige Verteilung am Umfang und in der Höhe der Trommel zu erreichen, hätte die Maischmasse eine Drehzahl von mindestens 500 Upm gewinnen müssen, und dies im Zustande völliger und freier Beweglichkeit der Fasern.
Das setzt aber voraus, dass bis zur Drehzahl 500 Upm praktisch noch keine Lösung verlorengehen dürfte, es hätte daher mit sehr kleinem Abflussquerschnitt gearbeitet werden müssen; denn die Beschleunigung der Trommel mit Füllung von 0 auf 500 Upm dauert etwa 1 min. Ausserdem müsste die Trommel ein Nutzvolumen von 2000 dm3 haben. Bei höherer Drehzahl steigt zwar der Anströmdruck vor den Abflusslöchern, der geringe Gesamtquerschnitt aber würde trotzdem eine unverhältnismässig lange Schleuderzeit bedingen.
Darüberhinaus ist eine so grosse und voll fliessbewegliche rotierende Masse kreiseltechnisch labil und betriebsgefährdend.
Für die Füllung besteht die Schwierigkeit, eine in der Zeiteinheit konstant bleibende Menge in die Zentrifugentrommel zu geben, in der sich ein wachsender Flüssigkeitsring bildet mit steigender Geschwindigkeit.
Anfangs ist die Eintrittsgeschwindigkeit des Strahles grösser als die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel. Die Füllmasse steht tief in der Trommel und rotiert kaum, Spritzer verlassen die Trommel nicht.
Später rotiert die Füllmasse schneller und stellt sich an der Trommelwand in der Höhe mehr und mehr an, ausserdem wächst die Ringdicke zur Trommelachse hin.
Gegen Füllende ist die Trommel nahezu gefüllt, und die Masse rotiert mit grösserer Geschwindigkeit als der eintretende Strahl aufweist. Da die eintretende Menge in der Zeiteinheit verhältnismässig gross ist, würde ein massiver Strahl einen örtlich begrenzten Staudruck beim Auftreffen auf die rotierende Füllung erzeugen mit regellosen starken Spritzern.
Mit Rücksicht auf eine saubere Entleerung ist die Trommel zylindrisch ausgebildet, hat Wände ohne Absätze, ohne Spalte und Hinterschnitte und läuft mit kleiner Drehzahl von 30 bis 50 U/min um.
Da die Zentrifugentrommel für den gesteuerten Lösungsaustritt nur einen beschränkten Querschnitt in der Summe der Abflusslöcher hat, ergeben sich verhältnismässig wenig Löcher für die grosse Trommel, die aber nicht über die ganze Trommelfläche gleichmässig verteilt sein müssen.
Deshalb sind die Löcher nur in einigen Ringzonen in die Trommelwand eingebracht.
Es ist bekannt, dass ein zylindrischer Körper bei Rotation, um seine Achse unter seiner Eigenlast verformt, aufweitet.
Bei gleichem Werkstoff ist trotz unterschiedlicher Dicke diese Aufweitung gleich, sofern die mittlere Faser auf dem gleichen Radius bleibt. Tritt aber Fremdlast hinzu, so weitet ein Zylinder geringerer Dicke stärker auf als ein dicker bei gleicher Fremdlast.
Es ist ferner bekannt, dass bei wachsender Wandstärke, aber bei gleicher Fremdlast die Aufweiteverformungen den jeweiligen Wanddicken nicht streng zugeordnet werden dürfen, sondern dass sich die Verformungen gegenseitig behindern. Die stärkere Zone behindert die Aufweitung der benachbarten schwächeren Zone.
Das Abklingen der Behinderung erfolgt gesetzmässig und ringwellenförmig, wobei die Länge einer Welle von einer Konstanten und der Wurzel des Produktes von Radius und Wanddicke abhängt. Mit Rücksicht auf den spannungstechnischen Einfluss der Ringnuten muss die Wanddicke des Trommelmantels an diesen Stellen verstärkt sein.
Damit ergäbe sich für die Stellen der Siebstreifen die geringste Aufweitung, und zwischen den Siebstreifen entstünden Ringmulden, in denen Lösungsreste stehenbleiben müssten.
Nun wird aber gewünscht, auch den letzten Film abzuführen, der nahezu nur noch adhäsiv an der Wand haftet.
Die erfindungsgemässe Zentrifuge ist dadurch gekennzeichnet, dass der Trommelmantel in den Bereichen der Siebzonen an seinem äusseren Umfang unsymmetrische Verstärkungen aufweist, die in Richtung Zentrifugendeckel verjüngt sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betreiben der Zentrifuge ist dadurch gekennzeichnet, dass das Feststoff Festigkeits-Gemisch mit in der Zeiteinheit konstanter Menge der Zentrifuge aufgefächert in nahezu tangentialer und nach unten weisender Richtung, nach Umfang und Höhe der Zentrifuge gleichmässig verteilt, zugeführt wird, wobei die Zentrifuge vom Stillstand bei Füllbeginn auf eine Zwischendrehzahl gleichförmig beschleunigt wird und bis Füllende auf dieser Zwischendrehzahl verweilt. Nachfolgend wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Zentrifugentrommel und das Füllrohr,
Fig. 2 zeigt einen Trommelausschnitt ohne Fremdlast im Zustand der Entleerung,
Fig. 3 zeigt den Trommelausschnitt nach Fig. 2 unter Bela stung,
Fig. 4 zeigt eine Einzelheit bei A in Fig. 2,
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf die Zentrifugentrommel und das Füllrohr, wobei das Füllrohrmundstück im Schnitt dargestellt ist,
Fig. 6 zeigt eine Ansicht in Pfeilrichtung A in Fig. 1,
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Zentrifugentrommel mit einer Seitenansicht der Entleerungsvorrichtung in der Arbeitsstellung,
Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf die Entleervorrichtung,
Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch die Entleerungsvorrichtung,
Fig. 10 zeigt eine Draufsicht auf die Zentrifugentrommel mit Entleervorrichtung.
Die Zentrifugentrommel besteht aus dem Trommelmantel 1 mit dem Deckel 2 und dem Boden 3. Am Boden 3 ist eine in das Trommelinnere hineinreichende glockenförmige Nabe 4 zur Lagerung der nicht dargestellten Zentrifugenachse befestigt. Ausserdem weist die Trommel mehrere Siebzonen 5 bis 8 auf.
An der Innenfläche 9 des Trommelmantels 1 sind zur Bildung der Siebzonen 5 bis 8 Einschnitte 10 vorgesehen, in die Decksiebe 11 eingelassen sind. Die Einschnitte 10 sind so tief, dass die Umfangsfläche 12 der Decksiebe 11 mit der Innenfläche 9 der Trommel 1 eine glatte Fläche bilden.
Im Bereich der Einschnitte 10 sind jeweils zwei Ringkanäle 13, 14 eingestochen, in deren Grund Ablauföffnungen 15, 16 gebohrt sind. Die Ringkanäle 13, 14 liegen so weit auseinander, dass zwischen ihnen Senkschrauben 17, zur Befestigung der Decksiebe 11 am Trommelmantel 1, untergebracht werden können. Ferner sind im Bereich der Siebzonen 5 bis 8 an der Aussenseite des Trommelmantels 1 Verstärkungen 18 vorgesehen, die unsymmetrisch verlaufen. Der ungeschwächte Teil 19 der Verstärkung 18 geht etwa von der Mitte der Siebzonen 5 bis 8 aus und endet etwas unterhalb der Unterkante 22 der Decksiebe 11. Oberhalb der ungeschwächten Verstärkung 19 ist ein Übergangsteil 20, das verjüngend von der Verstärkung zum Trommelmantel 1 übergeht. Am unteren Ende geht die Verstärkung 18 mittels einer Rundung 21 schroff in den Trommelmantel 1 über.
In Fig. 3 ist der Trommelausschnitt der Fig. 1 in der Verformung unter gleichmässiger Fremdlast dargestellt. Die Verformungstendenz ist gesetzmässig richtig, das Verformungsausmass der Verformungswelle aber stark übertrieben dargestellt.
Zum gleichmässigen Verteilen des Feststoff-Flüssigkeits Gemisches beim Füllen nach Umfang und Höhe der Trommel ist ein Füllrohr 23 vorgesehen. Der Trommelmantel 1 ist so perforiert, dass die Menge der austretenden Flüssigkeit bei Zwischendrehzahl gleich der eingegebenen Flüssigkeitsmenge ist. Das Füllrohr 23 ist in einer Ebene parallel zur Trommelachse in die Trommel 1 hineingekrümmt. Danach ist es in der Trommel in einer Ebene quer zur Trommelachse gekrümmt, wobei die Krümmung quer zur Trommelachse der Krümmung der Trommelöffnung 25 folgt. Zum Austritt hin ist das Füllrohr 23 düsenförmig verjüngt, und der Querschnitt des Füllrohrendes liegt in einer radialen Ebene.
Das Füllrohrende ist in der Krümmung quer zur Trommelachse nach unten mit einem breiten Schlitz 26 geöffnet, und diese Öffnung ist in vertikaler Richtung und im tangentialen Anschnitt des Füllrohrendes mit einer nach unten reichenden breiten Schürze 27 versehen.
Aus Fig. 6 ist insbesondere die Ausbildung der Schürze 27 zu ersehen. Der aus dem Füllrohr 23 austretende Strahl der Maische wird sowohl in der Krümmung 24 als auch auf der Schürze 27 auseinandergedrückt. Die Schürze 27 bewirkt fernerhin, dass der Strahl breit gefächert wird und annähernd tangential auf die vorbeischiessende, bereits in Drehung befindliche Füllung auftrifft.
Zum Füllen wird das Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch mit in der Zeiteinheit konstanter Menge der Zentrifuge aufgefächert.
Es wird in nahezu tangentialer und nach unten weisender Richtung zugeführt. Dabei wird die Zentrifuge vom Stillstand der Füllbeginn auf eine Zwischendrehzahl gleichförmig be schleunigt und verweilt bis Füllende auf dieser Zwischendrehzahl.
Die Massnahme, die Füllung bei steigender Drehzahl vorzunehmen, gestattet ein Nutzvolumen der Trommel von weniger als der Hälfte des Volumens der ganzen Füllmenge, nämlich nur 900 dm3; denn es wird folgendes bewirkt: In die mit der Drehung beginnende Trommel wird mit gleichmässigem Strom gefüllt. Der Anströmdruck vor den Bohrungen ist zunächst noch sehr gering, nur wenig Lösung kann austreten, und die Flockmaische bleibt voll schwemmfähig. Die glatte Innenfläche der Zentrifugentrommel kann die Flockmaische nur durch Reibung beschleunigen, die Reibung ist zunächst gering, und der Schlupf ist gross. Dadurch reichert sich in der Trommel eine Maischmenge an. Schliesslich lagert sich an der Trommelwand verdichteter Flock an, der an der Trommelwand ruht. Nunmehr wird die Reibung zwischen Flock an der Wand und schlüpfender Flockmaische grösser, und der Flüssigkeitsring rotiert schneller.
Damit wächst auch der Anströmdruck vor den Abflusslöchern; in der Zeiteinheit tritt immer mehr Lösung aus. Die an der Wand ruhende, aber gleichmässig verdichtete Flockmenge wird immer grösser, die auf dem Flockring schlüpfende, neu eingegebene Maische bleibt aber voll schwemmfähig. So wächst der Flock- bzw. Maischenring in der Trommel an. Die aufgegebene Maische trifft aber immer auf eine rotierende Masse, auf der sie sich gleichmässig verteilen kann. Die Entflüssigung geht nur auf Kosten des bereits ruhenden, voll mitrotierenden und gleichmässig verteilten Flocks.
Mit der Füllung ist eine stetig anwachsende Maischmenge in der Trommel mit unterschiedlicher Verdichtung. 900 dm3 sind schliesslich in der Trommel, 1100 dm3 wurden während des Füllprozesses abgeschleudert. Der ausgeschleuderte und voll verdichtete Flock nimmt schliesslich nur noch 300 dm3 ein.
In die Öffnung 25 des Trommeldeckels 2 ragt eine Entleerungsvorrichtung 28 hinein, die als Saugdüse ausgebildet ist (Fig. 7). Diese Entleerungsvorrichtung 28 besteht im wesentlichen aus einem winkelförmig gebogenen Saugrohr 29, das an einem nicht dargestellten Ventilator angeschlossen ist. Dieses hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch betätigbare Saugrohr 29 ist heb-, senk- und schwenkbar angeordnet. Das Düsenmundstück 30 des Saugrohres 29 ist abgeschräft (Fig. 8).
An der in Drehrichtung vorne liegenden Längsseite des Saugrohres 29 ist eine Streichleiste 31 vorgesehen (Fig. 9). Die zum Trommelmantel 1 hinweisende, freie Längskante 32 der Streichleiste 31 ist gegenüber der Achse des Saugrohres 29 abgeschrägt. Zwischen der freien Längskante 32 der Streichleiste 31 und dem Saugrohr 29 ist eine gebogene Wand 33 vorgesehen, die zusammen mit der Streichleiste und dem Saugrohr (29) einen Kanal 34 bildet. An diesen Streichleisten-Kanal 34 ist ein mit Druckluft beaufschlagtes Luftrohr 35 angeschlossen (Fig. 7). Weiter ist der Streichleisten-Kanal 34 im Bereich der Streichleiste 31 mit zwei düsenartigen Luft Schlitzen 36 und 37 versehen, deren Blasrichtung auf den Trommelmantel 1 hin weist. Die Luft-Schlitze 36 und 37 sind durch Doppelwände 33a und 33b gebildet (Fig. 9).
An der rückwärtigen Seite des Saugrohres 29 ist ein sichelförmiger Saugrohr-Kanal 38 vorgesehen, der ebenfalls an dem mit Druckluft beaufschlagten Luftrohr 35 angeschlossen ist. Der Saugrohr-Kanal 38 ist vom lotrechten Rohrteil 39 ausgehend bis zum Düsenmundstück 30 des Saugrohres 29 angeordnet und bildet dort einen sichelförmigen Austrittsspalt 40 (Fig. 8). Oberhalb des Saugrohres 29 ist an diesem ein Anschlussstück 41 angeschweisst, das mittels einer Luft-Leitung 42 an den Kanälen 34 und 38 angeschlossen ist und einen zur Trommelwand hingerichteten düsenförmigen Luft-Austrittsschlitz 43 aufweist. Unterhalb des Endes 44 des Luftrohres 35 ist ein druckluftbeaufschlagter Luftsammelraum 45 vorgesehen, an den zur Trommelachse hinweisende Runddüsen 46 angeschlossen sind.
Die Entleerungsvorrichtung 28 wird zum Entleeren so in die Zentrifuge eingefahren, dass die äusserste Kante des Düsenmundstücks 30 in Arbeitsstellung bis nahezu an die Innenfläche des Trommelmantels 1 zu liegen kommt, und zwar in Richtung auf den Trommelmantel entgegen der Drehrichtung.
Dabei bildet die Ebene des Düsenmundstück-Querschnitts 48 einen spitzen Winkel a zur Tangente der Trommelkreislinie. Ausserdem ist der Querschnitt 48 so angestellt, dass er mit dem Trommelradius einen spitzen Winkel ss bildet. Der spitze Winkel a ist kleiner als der spitze Winkel. Hierdurch wird ereicht, dass der Abstand der Kante 49 vom Trommelmantel 1 kleiner ist als der Durchmesser des Austrittsquerschnittes 48. Diese Massnahme bewirkt, dass ein Flockknäuel, das durch diesen Querschnitt geht, auch von dem Querschnitt 48 geschluckt wird, ohne diesen zu verstopfen.
Die Entleerungsvorrichtung 28 fährt, wie in der Fig. 9 dargestellt, von oben nach unten durch die Zentrifuge und nimmt dabei den Flock auf.
Die mit Druckluft beaufschlagten Düsen bzw. Schlitze 37, 36, 43, 45 und 46 sorgen dafür, dass weder auf der Entleerungsvorrichtung selbst, noch auf der Nabe 4 Flockteile oder Fasern liegen bleiben. Die Austrittsspalte 40 bläst dagegen den Trommelmantel von innen her sauber und sorgt dafür, dass alle am Mantel hängenbleibenden Faserteilchen der Düse 30 zugeführt werden. Die Entleerungsvorrichtung 28 wird nach dem Entleeren durch die Öffnung 25 aus der Zentrifugen trommel herausgefahren. Um das Saugrohr 29 und das Düsenmundstück 30 sauber zu halten, wird durch das Luftrohr 35 Druckluft von oben zugeführt, die Flockteile fortbläst.
Beim Abfahren des Düsenmundstücks 30 an der Trommelwand lockert die Streichleiste 31 eine Flockschicht auf. Die Druckluft steht im Kanal 34 zwischen Streichleiste 31 und Saugrohr 29 und kann durch die Schlitze 36 und 37 in Richtung auf das Düsenmundstück 30 zu austreten und bläst den aufgelockerten Flock dem Düsenmundstück zu, verhindert daneben gleichzeitig, dass sich auf der Streichleiste 31 Flock anlagern kann.
Über den sichelförmigen Kanal 38 und die Düse am Druckluftverteiler am Düsenmundstück 30 wird die Trommelwand und die Wand der Nabe angeblasen. Dabei werden die einzelnen Haftfasern soweit getrocknet, dass sie von der angeblasenen Druckluft weggewirbelt werden. Da aber das Düsenmundstück 30 den Trommelraum so stark besaugt, dass der Trommel Luft von aussen zuströmt, werden die im Trommelraume herumwirbelnden Einzelfasern über das Düsenmundstück restlos abgeführt.
Mit Hilfe der Druckluft wird nicht nur die Flockablösung und Zuführung zum Saugdüsenmundstück unterstützt, sondern auch die Reinigung der benetzten Trommelinnenflächen von anhaftenden Fasern bewirkt.
Durch die Nuten und den schlanken Übergang des Verstärkungsteiles nach oben in den gleichmässig dünnen Mantelteil ergibt sich ein weicher Übergang der Verformungswelle.
Durch diese Massnahme wird der Siebstreifen unter Fremdlast gegenüber der Mantellinie geneigt. Unmittelbar unter dem Ende des Siebstreifens ergibt sich damit die geringste Aufweitung, im Sinne eines Strömungsgefälles der höchste Punkt.
Durch die Neigung der Siebebene zur Mantellinie wird die Muldenbildung entwertet. Durch entsprechende Wahl des Verstärkungsverhältnisses, bezogen auf den Abstand der Siebstreifen und den Trommelradius, werden Verhältnisse geschaffen, die auch den Restfilm abfliessen lassen.
The present invention relates to a centrifuge, which works discontinuously and fully automatically, for separating fine-fibred solids from solutions, with filling device and emptying device, with base and lid and several superimposed sieve zones, which consist of cover sieves and drainage openings embedded in the drum shell, the peripheral surfaces of the Deck screens form a cylindrical surface with the inner surface of the drum shell.
The invention further relates to a method for filling the centrifuge with a solid-liquid mixture by means of a filling pipe for evenly distributing the mixture according to the circumference and height of the centrifuge.
Fine-fiber solids are to be understood as a pile of fibers in which the individual fiber has a diameter of one hundredth of a millimeter and a length of one tenth of a millimeter.
When poured, the pile lies extremely loosely so that the volume weight of the poured pile is less than a tenth of the specific weight of the solid solid.
Such a fiber mass consists, for example, of finely chopped nylon threads, known as nyl flock when cut.
The preparation of Nylflock for the formation of a woven textile thread is carried out according to a known method, the steps of which consist of a washing process, coloring and surface impregnation to support the electrostatic charge and weaving thread formation.
The first three process steps are carried out in heated stirring vessels with batches of 50 kg of flock, namely 50 kg of flock with 1000 kg of washing solution in the first step. in the second with 1000 kg dye solution and in the third with 1000 kg impregnation solution mashed and treated for washing, impregnation and dyeing.
Step by step, flock has to be separated from the solution. In order to avoid the mixing of fibers of different treatment conditions, the mash is allowed to flow from the mixing vessel into permeable bags. A sack is placed in a stationary, strongly perforated centrifuge drum and loaded by a man until it is bulging with loose flock.
The excess solution flows through the sack and the drum holes unhindered. The man interrupts the filling, secures the opening of the sack and pushes the sack into the drum at will. This is what he does with the whole batch, which is placed in four bags. The man then sets the centrifuge in motion by hand and hurls the batch.
After centrifugation, the bags are removed by hand, brought to the next treatment vessel and there emptied by hand. The empty sacks are kept ready for the new treatment of the same flock type and treatment condition. This manual operation of the flock preparation is complex and time-consuming. In addition, it is inconvenient for the operating personnel because the flock and solution have temperatures above 60 C. It is necessary to wear protective clothing, glasses and gloves. Furthermore, the personnel are annoyed and endangered by fumes.
The residual moisture of the thrown flock, based on the thread surface, should be the same for all types. It must also be possible to adapt the centrifugation work to the temporal batch cycle.
The solid-liquid mixture should be metered into the drum with a pump. The mashing of the solid-liquid mixture takes place in a ratio of 1:20 and causes the suspension to behave rheologically like water if the fiber is evenly distributed. Studies have shown that the flow coefficient of the flock mash does not change compared to water.
The further investigations also showed that with a uniform flock density in the solution, the free mobility of the individual fibers is lost if the ratio of fiber: solution is reduced to 1:20 from 1:20.
This resulted in the need to distribute the flake mash in the centrifuge drum in a state between the above-mentioned mixing ratios. The flock is distributed in the mash in such a way that its volume weight without the solution would be 0.048 kg / dm3.
If the density of the pile of fibers corresponds to a volume weight of 0.1 kg / dm3, the pile of fibers is already so matted that a distribution or displacement of the fibers with respect to one another is no longer possible. In the centrifuge drum, after spinning off all of the solution, a volume weight of 0.3 kg / dm3 results at maximum speed. The matted flock ring is compressed to the inside radius of the drum. Since the felting prevents adaptation to the increasing inner radius of the flock ring, the felt ring must tear open from the inside to the outside, wedge-shaped gaps are formed in the direction of the surface lines.
If the distribution of the fibers is uniform around the circumference and at the height of the drum when the fibers are free to move, the flock ring will tear open during further compression and will not endanger the operation. However, if the even distribution is not successful, the ring tears open unevenly and forms imbalances which force the centrifugation operation to be stopped.
This made it necessary to carry out the filling with the drum rotating and with a view to a controlled discharge of solution with increasing speed. For this reason, the centrifuge drum must have a certain total drainage cross-section through which initially only a small amount of solution is lost, so that the above-mentioned mixing ratio is not undershot. An even distribution around the circumference and corresponding to the speed at the height of the drum must be achieved. It would be possible to fill the entire batch of 2090 dm3 into a stationary drum and only then accelerate the drum. In order to achieve an even distribution on the circumference and at the height of the drum, the mash mass would have had to achieve a speed of at least 500 rpm, and this in a state of complete and free mobility of the fibers.
However, this presupposes that practically no solution should be lost up to a speed of 500 rpm, so it would have had to be worked with a very small discharge cross-section; because the acceleration of the drum with filling from 0 to 500 rpm takes about 1 minute. In addition, the drum should have a usable volume of 2000 dm3. At a higher speed, the flow pressure in front of the drainage holes increases, but the small overall cross-section would still require a disproportionately long spin time.
In addition, such a large and fully flowing rotating mass is gyro-technically unstable and hazardous to operation.
For the filling, there is the difficulty of adding an amount that remains constant in the unit of time into the centrifuge drum, in which a growing ring of liquid forms with increasing speed.
Initially the entry speed of the jet is greater than the peripheral speed of the drum. The filling compound is deep in the drum and hardly rotates, and splashes do not leave the drum.
Later, the filling compound rotates faster and becomes more and more vertical on the drum wall, and the ring thickness increases towards the drum axis.
Towards the end of the filling process, the drum is almost full and the mass rotates at a greater speed than the incoming jet. Since the amount entering in the unit of time is relatively large, a massive jet would generate a locally limited dynamic pressure when it hit the rotating filling with irregular strong splashes.
With a view to clean emptying, the drum is cylindrical, has walls without steps, gaps and undercuts and rotates at a low speed of 30 to 50 rpm.
Since the centrifuge drum has only a limited cross-section in the sum of the drainage holes for the controlled discharge of solution, there are relatively few holes for the large drum, which do not have to be evenly distributed over the entire drum surface.
Therefore the holes are only made in a few ring zones in the drum wall.
It is known that a cylindrical body expands when it rotates around its axis under its own weight.
With the same material, this widening is the same despite a different thickness, provided the middle fiber remains on the same radius. However, if an external load occurs, a cylinder with a smaller thickness expands more than a thick one with the same external load.
It is also known that with increasing wall thickness, but with the same external load, the expansion deformations must not be strictly assigned to the respective wall thicknesses, but that the deformations mutually hinder one another. The stronger zone hinders the expansion of the neighboring weaker zone.
The obstruction subsides in a regular and circular wave-like manner, with the length of a wave depending on a constant and the root of the product on the radius and wall thickness. Taking into account the stress-related influence of the ring grooves, the wall thickness of the drum shell must be reinforced at these points.
This would result in the smallest widening for the places of the sieve strips, and annular troughs would arise between the sieve strips in which solution residues would have to remain.
Now, however, it is desired to also remove the last film, which is almost only adhesively attached to the wall.
The centrifuge according to the invention is characterized in that the drum shell in the areas of the sieve zones has asymmetrical reinforcements on its outer circumference, which are tapered in the direction of the centrifuge lid.
The method according to the invention for operating the centrifuge is characterized in that the solid / strength mixture is fed to the centrifuge with a constant amount in the unit of time, fanned out in an almost tangential and downward direction, evenly distributed according to the circumference and height of the centrifuge, the centrifuge is accelerated uniformly from standstill at the start of filling to an intermediate speed and remains at this intermediate speed until the end of filling. An exemplary embodiment of the subject matter of the invention is described below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows a section through the centrifuge drum and the filling tube,
Fig. 2 shows a drum section without external load in the state of emptying,
Fig. 3 shows the drum section according to Fig. 2 stung under Bela,
Fig. 4 shows a detail at A in Fig. 2,
Fig. 5 shows a top view of the centrifuge drum and the filling tube, the filling tube mouthpiece being shown in section,
Fig. 6 shows a view in the direction of arrow A in Fig. 1,
7 shows a section through the centrifuge drum with a side view of the emptying device in the working position,
8 shows a plan view of the emptying device,
9 shows a section through the emptying device,
10 shows a plan view of the centrifuge drum with emptying device.
The centrifuge drum consists of the drum shell 1 with the cover 2 and the base 3. A bell-shaped hub 4, which extends into the interior of the drum, is attached to the base 3 to support the centrifuge axis, not shown. The drum also has several sieve zones 5 to 8.
On the inner surface 9 of the drum shell 1, incisions 10 are provided to form the sieve zones 5 to 8, into which the cover sieves 11 are let. The incisions 10 are so deep that the peripheral surface 12 of the cover sieves 11 form a smooth surface with the inner surface 9 of the drum 1.
In the area of the incisions 10, two ring channels 13, 14 are pierced, in the base of which drain openings 15, 16 are drilled. The annular channels 13, 14 are so far apart that countersunk screws 17 for fastening the cover screens 11 to the drum shell 1 can be accommodated between them. Furthermore, reinforcements 18 are provided in the area of the sieve zones 5 to 8 on the outside of the drum shell 1, which run asymmetrically. The non-weakened part 19 of the reinforcement 18 starts approximately in the middle of the sieve zones 5 to 8 and ends slightly below the lower edge 22 of the cover sieves 11. Above the non-weakened reinforcement 19 is a transition part 20 that tapers from the reinforcement to the drum shell 1. At the lower end, the reinforcement 18 merges abruptly into the drum shell 1 by means of a rounding 21.
In Fig. 3 the drum section of Fig. 1 is shown in the deformation under a uniform external load. The deformation tendency is legally correct, but the extent of deformation of the deformation wave is greatly exaggerated.
A filling pipe 23 is provided for evenly distributing the solid-liquid mixture during filling according to the circumference and height of the drum. The drum shell 1 is perforated in such a way that the amount of liquid exiting at intermediate speed is equal to the amount of liquid entered. The filling pipe 23 is curved into the drum 1 in a plane parallel to the drum axis. It is then curved in the drum in a plane transverse to the drum axis, the curvature following the curvature of the drum opening 25 transversely to the drum axis. Towards the outlet, the filling tube 23 tapers in the shape of a nozzle, and the cross section of the filling tube end lies in a radial plane.
The end of the filling tube is opened in the curvature transversely to the drum axis downwards with a wide slot 26, and this opening is provided in the vertical direction and in the tangential cut of the filling tube end with a broad skirt 27 reaching downwards.
From FIG. 6, the design of the apron 27 can be seen in particular. The jet of mash emerging from the filling pipe 23 is pushed apart both in the curve 24 and on the skirt 27. The apron 27 also has the effect that the jet is fanned out broadly and strikes the filling, which is shooting past and is already rotating, approximately tangentially.
For filling, the solid-liquid mixture is fanned out with a constant amount of the centrifuge in the unit of time.
It is fed in an almost tangential and downward direction. The centrifuge is accelerated uniformly from the start of filling to an intermediate speed and remains at this intermediate speed until the end of filling.
The measure of making the filling at increasing speed allows a useful volume of the drum of less than half the volume of the entire filling quantity, namely only 900 dm3; because the following is effected: The drum, which begins to rotate, is filled with an even flow. The flow pressure in front of the boreholes is initially very low, only a small amount of solution can escape and the flock mash remains fully floatable. The smooth inner surface of the centrifuge drum can only accelerate the flock mash through friction, the friction is initially low and the slip is large. This causes a quantity of mash to accumulate in the drum. Finally, compacted flock accumulates on the drum wall and rests on the drum wall. Now the friction between the flock on the wall and the slipping flock mash increases, and the liquid ring rotates faster.
This also increases the flow pressure in front of the drainage holes; more and more solution emerges in the unit of time The amount of flock resting on the wall, but evenly compacted, is getting larger and larger, but the newly introduced mash that is slipping on the flock ring remains fully floatable. The flock or mash ring grows in the drum. The abandoned mash always encounters a rotating mass on which it can be evenly distributed. Liquefaction is only possible at the expense of the flock that is already stationary, fully rotating and evenly distributed.
With the filling there is a steadily increasing amount of mash in the drum with different compression. 900 dm3 are finally in the drum, 1100 dm3 were thrown off during the filling process. The ejected and fully compacted flock finally only takes up 300 dm3.
An emptying device 28, which is designed as a suction nozzle, protrudes into the opening 25 of the drum cover 2 (FIG. 7). This emptying device 28 consists essentially of an angularly bent suction pipe 29 which is connected to a fan, not shown. This hydraulically, pneumatically or mechanically actuated suction pipe 29 is arranged so that it can be raised, lowered and pivoted. The nozzle mouthpiece 30 of the suction tube 29 is sharpened (Fig. 8).
A squeegee 31 is provided on the longitudinal side of the suction pipe 29 which is at the front in the direction of rotation (FIG. 9). The free longitudinal edge 32 of the squeegee 31 pointing towards the drum shell 1 is beveled with respect to the axis of the suction tube 29. Between the free longitudinal edge 32 of the squeegee 31 and the suction pipe 29, a curved wall 33 is provided which, together with the squeegee and the suction pipe (29), forms a channel 34. An air pipe 35 acted upon by compressed air is connected to this squeegee channel 34 (FIG. 7). Furthermore, the squeegee channel 34 is provided in the area of the squeegee 31 with two nozzle-like air slots 36 and 37, the blowing direction of which points towards the drum shell 1. The air slots 36 and 37 are formed by double walls 33a and 33b (FIG. 9).
On the rear side of the suction pipe 29, a sickle-shaped suction pipe channel 38 is provided, which is also connected to the air pipe 35 to which compressed air is applied. The suction pipe channel 38 is arranged starting from the vertical pipe part 39 up to the nozzle mouthpiece 30 of the suction pipe 29 and there forms a sickle-shaped outlet gap 40 (FIG. 8). Above the suction pipe 29, a connection piece 41 is welded to it, which is connected to the channels 34 and 38 by means of an air line 42 and has a nozzle-shaped air outlet slot 43 directed towards the drum wall. Below the end 44 of the air tube 35, an air collecting space 45 is provided which is acted upon by compressed air and to which round nozzles 46 pointing to the drum axis are connected.
The emptying device 28 is moved into the centrifuge for emptying in such a way that the outermost edge of the nozzle mouthpiece 30 in the working position comes to rest almost on the inner surface of the drum shell 1, in the direction of the drum shell against the direction of rotation.
The plane of the nozzle mouthpiece cross section 48 forms an acute angle α to the tangent of the drum circle. In addition, the cross section 48 is set in such a way that it forms an acute angle ss with the drum radius. The acute angle a is smaller than the acute angle. This ensures that the distance between the edge 49 and the drum shell 1 is smaller than the diameter of the outlet cross-section 48. This measure ensures that a ball of flock passing through this cross-section is also swallowed by the cross-section 48 without clogging it.
The emptying device 28 moves, as shown in FIG. 9, from top to bottom through the centrifuge and picks up the flock.
The nozzles or slots 37, 36, 43, 45 and 46 acted upon by compressed air ensure that flock parts or fibers do not remain on the emptying device itself or on the hub 4. The outlet gap 40, on the other hand, blows the drum shell clean from the inside and ensures that all fiber particles that stick to the shell are fed to the nozzle 30. The emptying device 28 is moved out of the centrifuge drum after emptying through the opening 25. In order to keep the suction tube 29 and the nozzle mouthpiece 30 clean, compressed air is supplied from above through the air tube 35, which blows away the flock parts.
When the nozzle mouthpiece 30 moves down the drum wall, the trowel strip 31 loosens a layer of flock. The compressed air is in the channel 34 between the squeegee 31 and suction tube 29 and can exit through the slots 36 and 37 in the direction of the nozzle mouthpiece 30 and blows the loosened flock to the nozzle mouthpiece, at the same time preventing flock from accumulating on the squeegee 31 .
The drum wall and the wall of the hub are blown through the sickle-shaped channel 38 and the nozzle on the compressed air distributor on the nozzle mouthpiece 30. The individual adhesive fibers are dried to such an extent that they are whirled away by the blown compressed air. However, since the nozzle mouthpiece 30 draws so much suction into the drum space that air flows into the drum from the outside, the individual fibers whirling around in the drum space are completely removed via the nozzle mouthpiece.
With the help of the compressed air, not only the flock detachment and supply to the suction nozzle mouthpiece is supported, but also the cleaning of the wetted drum inner surfaces of adhering fibers is effected.
The grooves and the slender transition of the reinforcement part upwards into the uniformly thin shell part results in a smooth transition of the deformation wave.
As a result of this measure, the screen strip is inclined with respect to the surface line under external load. Immediately below the end of the sieve strip there is the smallest expansion, in the sense of a flow gradient, the highest point.
The trough formation is devalued by the inclination of the sieve level to the surface line. Appropriate selection of the reinforcement ratio, based on the distance between the screen strips and the drum radius, creates conditions that allow the residual film to flow off.