CH649479A5

CH649479A5 - SPIN DRUM FOR SWASH CENTRIFUGE.

Info

Publication number: CH649479A5
Application number: CH8634/80A
Authority: CH
Inventors: Helmut Dr-Ing Wilkesmann
Original assignee: Krauss Maffei Ag
Priority date: 1980-01-16
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1985-05-31
Also published as: AU6583680A; ZA81256B; JPS56105765A; GB2067426A; AU535478B2; DE3001378C2; DE3001378A1; GB2067426B

Description

Die Erfindung betrifft die Schleudertrommel für eine Taumelzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs. The invention relates to the centrifugal drum for a tumble centrifuge according to the preamble of the claim.

In Taumelzentrifugen wird zum Transport des Feststoffes über die Filterfläche der konischen Siebmanteltrommel der hierfür erforderliche zusätzliche periodisch wirkende Transportimpuls auf den Feststoff durch eine der Rotation der Schleudertrommel überlagerte Taumel- oder Präzessionsbewegung erzeugt. Die Trommel ist in einer Hohlwelle unter dem Taumelwinkel t zur Vertikalen geneigt gelagert. Der Antrieb erfolgt über koaxial angeordnete Wellen (Kernwelle und Hohlwelle) mit unterschiedlichen Drehzahlen (ni,n2). In tumble centrifuges, the additional periodic transport impulse required for this on the solid is generated by a wobble or precession movement superimposed on the rotation of the centrifugal drum to transport the solid over the filter surface of the conical sieve jacket drum. The drum is mounted in a hollow shaft inclined to the vertical at the wobble angle t. The drive takes place via coaxially arranged shafts (core shaft and hollow shaft) with different speeds (ni, n2).

Die Taumelbewegung der Schleudertrommel bezweckt, dass jeder Ort der Innenfläche der Schleudertrommel kurzzeitig in Abständen in einem solchen Winkel zur Wirkung der Fliehkraft steht, dass der Gleitwinkel des Schleudergutes erreicht oder überschritten wird. Dabei gleitet dieses unter ständiger Abgabe der in ihm enthaltenen Feuchtigkeit zum offenen Rand der Schleudertrommel und wird auf diese Weise aus der Schleudertrommel ausgetragen. Infolgedessen braucht die Neigung der Innenfläche der Schleudertrommel nicht dem Gleitwinkel des Schleudergutes angepasst zu werden, sondern kann verhältnismässig klein sein, was bauliche Vorteile mit sich bringt. The purpose of the tumbling movement of the centrifugal drum is that each location on the inner surface of the centrifugal drum stands briefly at intervals at such an angle from the effect of the centrifugal force that the sliding angle of the centrifugal material is reached or exceeded. This slides with constant release of the moisture contained in it to the open edge of the centrifugal drum and is discharged from the centrifugal drum in this way. As a result, the inclination of the inner surface of the centrifugal drum does not need to be adapted to the sliding angle of the centrifuged material, but can be relatively small, which has structural advantages.

Aus den Gesetzen der Kinematik lässt sich ableiten, dass auf Grund der zusätzlich zur Trommelrotation überlagerten Taumel- oder Präzessionsbewegung ein sog. Kreiselmoment It can be deduced from the laws of kinematics that a so-called gyroscopic moment due to the wobbling or precession movement superimposed on the drum rotation

Mt wirksam ist, das die geneigte Trommelachse aufzurichten oder zu kippen versucht, abhängig vom eingestellten Drehzahlverhältnis n2ln1. Das Kippen bzw. Aufrichten wird durch die Trommellagerung im Taumelkopfgehäuse verhindert, was als zusätzliche Lagerbelastung anzusehen ist. Daraus ist ableitbar, dass für den Zentrifugalwert der Taumelzentrifuge (abhängig von den Drehzahlwerten) eine bestimmte Grenze vorhanden ist. Mt is effective, which tries to straighten or tilt the inclined drum axis, depending on the set speed ratio n2ln1. Tipping or uprighting is prevented by the drum bearing in the swash head housing, which can be seen as an additional bearing load. From this it can be deduced that there is a certain limit for the centrifugal value of the tumble centrifuge (depending on the speed values).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleudertrommel anzugeben, die beim Betrieb in einer Taumelzentrifuge einen höheren Zentrifugalwert gestattet, somit die durch das Kreiselmoment mT belasteten Lager der Kern-und Hohlwelle relativ entlastet, indem das Kreiselmoment herabgesetzt wird. The invention is based on the object of specifying a centrifugal drum which, when operated in a tumbling centrifuge, permits a higher centrifugal value, thus relieving the load on the bearings of the core and hollow shaft, which are loaded by the centrifugal moment mT, by reducing the centrifugal moment.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Massnahme nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. This object is achieved by the measure according to the characterizing part of patent claim 1.

Für die Grösse des Kreiselmoments MT sind die entscheidenden Einflussgrössen die Drehzahl der Kernwelle nx und damit der Schleudertrommel, die Taumeldrehzahl der Hohlwelle n2 und das Massenträgheitsmomenten-Verhältnis 0W/ 0U der Schleudertrojnmel einschliesslich aller mit der Drehzahl n, mitrotierender Bauteile, die unter dem Taumelwinkel t geneigt sind. 0W ist dabei das Massenträgheitsmoment um die Rotationsachse w der Schleudertrommel und 0U das Massenträgheitsmoment um die Kippachse u der Schleudertrommel. Die Kippachse u steht senkrecht zur Rotationsachse w und geht durch den Schnittpunkt der Schleudertrommelachse mit der Hohlwellenachse. Die Trägheitsmomente 0W und 0U lassen sich aus den folgenden in der Mechanik bekannten Beziehungen ermitteln: For the magnitude of the gyroscopic moment MT, the decisive influencing factors are the speed of the core shaft nx and thus the centrifugal drum, the wobble speed of the hollow shaft n2 and the mass moment of inertia ratio 0W / 0U of the centrifugal drum including all components rotating with the speed n, which are under the wobble angle t are inclined. 0W is the moment of inertia about the axis of rotation w of the centrifugal drum and 0U is the moment of inertia about the tilting axis u of the centrifugal drum. The tilt axis u is perpendicular to the axis of rotation w and passes through the intersection of the centrifugal drum axis with the hollow shaft axis. The moments of inertia 0W and 0U can be determined from the following relationships known in mechanics:

0W= j ru2 • dm 0U =| rw2 • dm, 0W = j ru2 • dm 0U = | rw2 • dm,

wobei r der Radius des Teilchens dm zur Achse w bzw. u ist. Die Integration erfolgt über alle Teilchen der rotierenden Schleudertrommel. where r is the radius of the particle dm to the axis w or u. The integration takes place over all particles of the rotating centrifugal drum.

Die Erfindung baut auf der Erkenntnis auf, dass eine Analyse der mathematischen Beziehungen zwischen Kreiselmoment Mt und den zugehörigen Einflussparametern einen bestimmten Zusammenhang aufzeigt, und zwar den, dass zwischen dem Kreiselmoment Mt und dem Drehzahlverhältnis n2/ni ein etwa parabolischer Zusammenhang besteht, derart, dass das Kreiselmoment MT mit grösser werdendem Drehzahlverhältnis n2/nj zunächst steigt, dann aber kleiner und zu null wird und im weiteren Verlauf mit negativem Wert grösser wird. Für ein bestimmtes Drehzahlverhältnis n2/n! ist das Kreiselmoment MT somit null. The invention is based on the knowledge that an analysis of the mathematical relationships between gyro moment Mt and the associated influencing parameters shows a certain relationship, specifically that there is an approximately parabolic relationship between the gyro moment Mt and the speed ratio n2 / ni such that the gyroscopic torque MT initially increases as the speed ratio n2 / nj increases, but then becomes smaller and becomes zero and then increases with a negative value. For a certain speed ratio n2 / n! the gyro moment MT is therefore zero.

Diese Nullage ist ihrerseits vom Trägheitsmomenten-Verhältnis 0W/0U abhängig. Durch entsprechende Wahl dieses Trägheitsmomenten-Verhältnisses lässt sich für das Drehzahlverhältnis n2/nx ein Wert ermitteln, der in einem möglichen Betriebsdrehzahlbereich einer Taumelzentrifuge liegt. This zero position is dependent on the moment of inertia ratio 0W / 0U. By appropriate selection of this moment of inertia ratio, a value can be determined for the speed ratio n2 / nx, which lies in a possible operating speed range of a tumbling centrifuge.

Die bisher bekannten Schleudertrommeln weisen einen diesbezüglichen Wert des Trägheitsmomenten-Verhältnisses der leeren Schleudertrommel von etwa 1,25 auf. Bei diesem Wert ist die Nullstelle des Kreiselmoments weit von einem möglichen Betriebsbereich der Taumelzentrifuge entfernt, und es tritt also ein Kreiselmoment MT auf, das die bisher erreichbaren Zentrifugalwerte nach oben auf Grund der Lagerbelastungsgrenzen beschränkt hat. Die Erfindung ermöglicht es, dass die Nullstelle des Kreiselmoments Mx in den Betriebsdrehzahlbereich oder jedenfalls nahe an diesen heran zu legen. Somit können bei gleichbleibender Lagerbelastung höhere Zentrifugalwerte erreicht werden, d.h. höhere Werte der Drehzahlen nt und n2 bei gleichbleibendem Drehzahlverhältnis n2/n!. The previously known centrifugal drums have a value of the moment of inertia ratio of the empty centrifugal drum of about 1.25. At this value, the zero point of the centrifugal torque is far from a possible operating range of the tumbling centrifuge, and therefore a centrifugal moment MT occurs which has limited the centrifugal values that were previously achievable due to the bearing load limits. The invention enables the zero point of the gyro moment Mx to be placed in the operating speed range or in any case close to it. This means that higher centrifugal values can be achieved with constant bearing load, i.e. higher values of the speeds nt and n2 with the same speed ratio n2 / n !.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

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3 3rd

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Patentanspruch 2 gibt einen optimalen Bereich für das Trägheitsmomenten-Verhältnis an. Claim 2 specifies an optimal range for the moment of inertia ratio.

Nach Anspruch 3 kann in vorteilhafter Weise durch Änderung der Drehzahlverhältnisse n2/nj während des Betriebs das hinsichtlich der Lagerbelastung optimale Drehzahlverhältnis eingestellt werden, beispielsweise auf Grund der Schwingungen, der die Taumelzentrifuge ausgesetzt ist. Es ist dabei von besonderem Vorteil, einen an der Taumelzentrifuge angebrachten Schwingungsaufnehmer mit der Steuerung des Regelgetriebes in Wirkverbindung zu bringen (Patentanspruch 6). According to claim 3, by changing the speed ratios n2 / nj during operation, the optimum speed ratio with regard to the bearing load can be set, for example due to the vibrations to which the tumble centrifuge is exposed. It is particularly advantageous to bring a vibration sensor attached to the tumble centrifuge into active connection with the control of the control gear (claim 6).

Nach Anspruch 4 kann das Drehzahlverhältnis n2/nj vorteilhaft durch Veränderung der Drehzahl der Hohlwelle gegenüber einer konstanten Drehzahl der Kernwelle eingestellt werden. According to claim 4, the speed ratio n2 / nj can be advantageously adjusted by changing the speed of the hollow shaft compared to a constant speed of the core shaft.

Die Massnahme nach Patentanspruch 5 ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass das Drehzahlverhältnis n2/nj exakt konstant gehalten wird. Bei den nach der Erfindung möglichen höheren Zentrifugalwerten kann nämlich bei einer Änderung des Drehzahlverhältnisses z.B. durch erhöhten Schlupf eines Keilriemens die Belastungsgrenze der Taumelzentrifuge erreicht werden. The measure according to claim 5 advantageously enables the speed ratio n2 / nj to be kept exactly constant. With the higher centrifugal values possible according to the invention, when changing the speed ratio e.g. the load limit of the wobble centrifuge can be reached by increased slip of a V-belt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigt: The invention is illustrated in the drawing using a few exemplary embodiments. It shows:

Fig. 1 eine von zwei Motoren antreibbare Taumelzentrifuge in einem Längsschnitt, 1 is a longitudinal section of a tumble centrifuge which can be driven by two motors,

Fig. 2 einen Querschnitt aus Fig. 1 mit einem Antrieb durch einen Motor über zwei Zahnriemen, 2 shows a cross section from FIG. 1 with a drive by a motor via two toothed belts,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 mit einem Antrieb durch einen Motor unter Zwischenschaltung eines Regelgetriebes und Fig. 3 shows a detail from Fig. 1 with a drive by a motor with the interposition of a control gear and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der an der Schleudertrommel einer Taumelzentrifuge wirkenden Kräfte. Fig. 4 is a schematic representation of the forces acting on the centrifugal drum of a tumbling centrifuge.

Mit Hilfe von drei auf dem Fundament la befestigten Säulen 1, von denen lediglich eine in Fig. 1 dargestellt ist, ist der Boden 2 des Zentrifugengehäuses pendelnd aufgehängt. Eine in einer Nabe 2a über Lager 2b und 2c gelagerte Kernwelle 3 ist mit einer Riemenscheibe 4 versehen, welche über Keilriemen 4a einer Riemenscheibe 5a eines Motors 5 in Verbindung steht. Am oberen Ende der Kernwelle 3 ist ein Gelenkmitnehmer 8 (Kardangelenk) vorgesehen, an dessen gegenüberliegender Seite die eigentliche Trommelwelle 9 angeordnet ist. Mit dieser ist eine kegelförmige Fangschale 14 verbunden, an der mittels Rippen 20 eine konische Schleudertrommel 15 mit dem Konuswinkel y befestigt ist, deren Mantel als Sieb ausgebildet ist. Die Fangschale 14 ist mit der Trommelwelle 9 durch eine Mutter 13 verschraubt zusammen mit einem Gleitkopf 10, der zwischen einer Gleitscheibe With the help of three columns 1 fastened on the foundation 1 a, only one of which is shown in FIG. 1, the bottom 2 of the centrifuge housing is suspended in an oscillating manner. A core shaft 3 mounted in a hub 2a via bearings 2b and 2c is provided with a pulley 4, which is connected via a V-belt 4a to a pulley 5a of an engine 5. At the upper end of the core shaft 3, an articulated driver 8 (universal joint) is provided, on the opposite side of which the actual drum shaft 9 is arranged. With this a conical collecting shell 14 is connected, to which a conical centrifugal drum 15 with the cone angle y is attached by means of ribs 20, the jacket of which is designed as a sieve. The catch shell 14 is screwed to the drum shaft 9 by a nut 13 together with a sliding head 10, which is between a sliding washer

11 mit geneigter Gleitfläche IIa und einem Überwurfstück 11 with an inclined sliding surface IIa and a union piece

12 drehbar angeordnet ist. 12 is rotatably arranged.

Die Gleitscheibe 11 und das Überwurfstück 12 stehen in fester Verbindung mit einer Hohlwelle 7, die auf der Kernwelle 3 drehbar und axial durch den Gelenkmitnehmer 8 und einen Stellring 3a geführt gelagert ist und an ihrer Unterseite in eine Riemenscheibe 6 übergeht. Die Riemenscheibe 6 steht über Keilriemen 6a mit einer Riemenscheibe 19a eines weiteren Motors 19 in Verbindung, der in nicht näher dargestellter Weise durch eine Regelvorrichtung 19b drehzahlregelbar ist. Bei unterschiedlichen Drehzahlen n! und n2 bzw. unterschiedlichem Drehsinn zwischen der Kernwelle 3 und der Hohlwelle 7 taumelt die Fangscheibe 14 zusammen mit der Schleudertrommel 15 um die Hohlwelle 7. The sliding plate 11 and the coupling piece 12 are in fixed connection with a hollow shaft 7 which is rotatably mounted on the core shaft 3 and is guided axially by the joint driver 8 and an adjusting ring 3a and merges into a pulley 6 on its underside. The belt pulley 6 is connected via a V-belt 6a to a belt pulley 19a of a further motor 19, which can be speed-controlled in a manner not shown by a control device 19b. At different speeds n! and n2 or different sense of rotation between the core shaft 3 and the hollow shaft 7 tumbles the catch disc 14 together with the centrifugal drum 15 around the hollow shaft 7.

In Fig. 1 ist ferner mit 17 ein Fülltrichter mit einem Füllrohr 17a bezeichnet, während 16 einen aussen an der Schleudertrommel angeordneten Kegelmantel zum Ableiten der ausgeschleuderten Flüssigkeit über die Kante 16a, 18 das äussere Zentrifugengehäuse mit Flüssigkeitsrinne 18a und 21 das innere Zentrifugengehäuse mit Austragkonus 21a darstellt. In FIG. 1, 17 also denotes a filling funnel with a filling tube 17a, while 16 a conical jacket arranged on the outside of the centrifugal drum for discharging the ejected liquid via the edges 16a, 18, the outer centrifuge housing with liquid channel 18a, and 21 the inner centrifuge housing with discharge cone 21a represents.

Gemäss Fig. 2 ist lediglich ein einziger, drehzahlregelbarer Motor 5 vorhanden, von dessen beiden Riemenscheiben 5a und 19a über Zahnriemen 22 und 23 die Riemenscheibe 4 und damit die Kernwelle 3 und die Hohlwelle 7 angetrieben werden. Das Drehzahlverhältnis beider Wellen 3 und 7 ist somit exakt konstant. 2, there is only a single, speed-controllable motor 5, from whose two pulleys 5a and 19a via toothed belts 22 and 23, the pulley 4 and thus the core shaft 3 and the hollow shaft 7 are driven. The speed ratio of both shafts 3 and 7 is thus exactly constant.

Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung des Antriebs. Hierbei treibt der Motor 5 über Keilriemen 27 die Riemenscheibe 4 der Kernwelle 3. Von den Keilriemen 27 wird das Drehmoment von der Eingangswelle eines Regelgetriebes 24 abgenommen. Dessen Ausgangswelle ist über Keilriemen 26 mit der Hohlwelle 7 verbunden. Das Regelgetriebe 24 ermöglicht ein mittels eines Hebels 25 veränderbares Drehzahlverhältnis. Gegebenanfalls können die Keilriemen 26 und 27 als Zahnriemen ausgebildet sein. Fig. 3 shows a further modification of the drive. Here, the motor 5 drives the belt pulley 4 of the core shaft 3 via V-belts 27. The torque is taken from the V-belts 27 from the input shaft of a control gear 24. Its output shaft is connected to the hollow shaft 7 via V-belts 26. The control gear 24 enables a speed ratio that can be changed by means of a lever 25. If necessary, the V-belts 26 and 27 can be designed as toothed belts.

Fig. 4 zeigt im Schema die Verhältnisse, die bei der Rotation der Schleudertrommel 15 mittels der Kernwelle (3 nach Fig. 1) um die Achse a mit der Drehzahl nj und mittels der Hohlwelle (7 nach Fig. 1) um die Achse b mit Drehzahl n2 auftreten. Die Achse a ist die Rotationsachse w, die um den Taumelwinkel t zur Achse b geneigt ist und mit der Drehzahl n2 um die Achse b rotiert. Die Kippachse u steht senkrecht zur Rotationsachse und geht durch den Schnittpunkt O der beiden Achsen a und b. Das Trägheitsmoment der Schleudertrommel 15 und mit ihr rotierender Teile - nach Fig. 1 also z. B. der Teile 14,16 und 20 - um die Rotationsachse w wird mit 0W bezeichnet und wird ermittelt durch die Integration aller Massenpunkte dm der rotierenden Teilchen, multipliziert mit dem Quadrat der jeweiligen Entfernung ru des Teilchens in der Rotationsachse w. Entsprechend wird das Trägheitsmoment 0U berechnet durch Integration des Produkts der Massepunkte dm der rotierenden Teilchen und dem Quadrat der jeweiligen Entfernung rw zur Kippachse u. Fig. 4 shows in the diagram the conditions that occur during the rotation of the centrifugal drum 15 by means of the core shaft (3 according to FIG. 1) about the axis a at the speed nj and by means of the hollow shaft (7 according to FIG. 1) about the axis b Speed n2 occur. The axis a is the axis of rotation w, which is inclined to the axis b by the wobble angle t and rotates about the axis b at the speed n2. The tilt axis u is perpendicular to the axis of rotation and passes through the intersection O of the two axes a and b. The moment of inertia of the centrifugal drum 15 and rotating parts with it - according to FIG. B. the parts 14, 16 and 20 - about the axis of rotation w is denoted by 0W and is determined by integrating all mass points dm of the rotating particles, multiplied by the square of the respective distance ru of the particle in the axis of rotation w. Accordingly, the moment of inertia 0U is calculated by integrating the product of the mass points dm of the rotating particles and the square of the respective distance rw to the tilt axis u.

Das Kippmoment Mx, das bei der Rotation um die beiden Achsen a und b auftritt, ist bei gleichem Drehsinn der Drehzahlen nj und n2 (am oberen Ende der Schleudertrom-mel 15) nach rechts drehend, also im Uhrzeigersinn wirkend und die Schleudertrommel 15 aufrichtend. Ist der Drehsinn entgegengesetzt (nj und — n2), ist das Kippmoment im Gegenuhrzeigersinn gerichtet, also -MT; es versucht die Schleudertrommel 15 stärker zu kippen, d.h. den Taumelwinkel x zu vergrössern. Beide Kippmomente stellen sich als Belastung auf die die Schleudertrommel 15 tragenden Lager (u.a. 2b und 2c) dar und sind also Ursache dafür, dass die absoluten Drehzahlen nj und n2 bestimmte Werte nicht überschreiten dürfen, sofern nicht von der oben erläuterten Lehre der Erfindung Gebrauch gemacht wird. The overturning moment Mx, which occurs when rotating about the two axes a and b, rotates to the right with the same direction of rotation of the speeds nj and n2 (at the upper end of the centrifugal drum 15), that is to say acts clockwise and straightens the centrifugal drum 15. If the direction of rotation is opposite (nj and - n2), the tilting moment is directed counterclockwise, ie -MT; it tries to tilt the centrifugal drum 15 more, i.e. to increase the wobble angle x. Both tilting moments present themselves as a load on the bearings carrying the centrifugal drum 15 (including 2b and 2c) and are therefore the reason why the absolute speeds nj and n2 must not exceed certain values unless the teaching of the invention explained above has been used becomes.

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

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S S

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

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1.Slinging drum, which has a sieve jacket and is extended towards the discharge end, for which a tumbling centrifuge, in which the centrifugal drum (15) executes a wobble movement which brings about the discharge of material during its rotation, and in which the axis (b) of a hollow shaft causing the wobble movement ( 7) the drum axis (a) intersects at the wobble angle t, and in which a core shaft (3) can be driven at the speed nx for the rotation of the centrifugal drum (15) about its drum axis (a) and the hollow shaft (7) at the speed n2 are formed, and furthermore the moment of inertia of the centrifugal drum (15) around the drum axis (a) is 0W and around an axis (u) perpendicular to the drum axis (a) is 0U, characterized by a ratio of the two moments of inertia in the range of 0W / 0U = 0.55 to 1.1 to operate the centrifugal drum in the speed ratio range n1jn1 from 0.7 to 1.25.

2. centrifugal drum according to claim 1, characterized by the ratio of the two moments of inertia in the range of 0W / 0U = 0.70 to 0.80.

2nd

PATENT CLAIMS

3. tumbling centrifuge with a centrifugal drum according to claim 1, characterized in that the drive of the core shaft (3) and / or the hollow shaft (7) is speed-controllable.

4. tumble centrifuge according to claim 3, characterized in that between the core shaft (3) and the hollow shaft (7), a control gear (24) is interposed.

5. tumble centrifuge according to claim 3, characterized by a positive connection between the core shaft (3) and the hollow shaft (7), e.g. using gears or toothed belts (22, 23).

6. tumble centrifuge according to claim 4, characterized by a vibration sensor which is in operative connection with the control gear in the sense of minimizing the vibrations of the tumble centrifuge.