DD277617A1

DD277617A1 - Schaelscheibe fuer zentrifugalseparatoren

Info

Publication number: DD277617A1
Application number: DD32274688A
Authority: DD
Inventors: Ralf Hoeroldt; Horst Bohne; Klaus Pardess; Leo Stickel; Hans-Heinrich Schmidt
Original assignee: Kyffhaeuserhuette Maschf
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-04-11
Also published as: SE8904119L; DK550789A; DE3936150C2; SE505471C2; SE8904119D0; DK550789D0; DE3936150A1

Abstract

Schaelscheibe fuer Zentrifugalseparatoren zum Austrag einer im Trennraum der Trommel abgetrennten fluessigen Phase, bestehend aus zwei Deckscheiben und dazwischen liegenden Kanalrippen, die durch ihre kurvenfoermigen Seitenflaechen die Austragungskanaele bilden. Schaelscheiben dieser Art werden bei Zentrifugalseparatoren benutzt, bei denen die abgetrennten fluessigen Phasen unter Druck aus der Trommel ausgetragen werden. Erfindungsgemaess sind die Kanalrippen so ausgebildet, dass der Schnittpunkt der kurvenfoermigen Seitenflaechen im groessten Durchmesser der Schaelscheibe liegt, der eine Schneide bildet, und sich die Eintrittsoeffnung eines durch zwei benachbarte Kanalrippen gebildeten Austragungskanals von einer Schneide der Kanalrippe bis zur anderen Schneide der angrenzenden Kanalrippe ausdehnt.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schälscheibe für Zentrifugalseparatoren ium Austragen einer im Trennraum der Trommel abgetrennten und der Austragungskammer zugeführten flüssigen Phase, bestehend aus zwei Deckscheiben und dazwischen angeordneten Kanalrippen, die so ausgebildet sind, daß der zwischen zwei angrenzenden Kanalrippen gebildete Austragungskanal durch zwei kurvenförmige Seitenflächen der Kanalrippen begrenzt wird, wobei die angeströmte Seitenfläche vorzugsweise ais Evolvente ausgebildet ist. Schälscheiben diesel Art werden bei Zentrifugalseparatoren verwendet, bei denen eine oder beide abgetrennten flüssigen Phasen unter Druck aus der Trommel eines Zentrifugalseparators ausgetragen werden.

Charaktoristik des bekannten Standes der Technik

Die bekannten Konstruktionen von Schälscheibe!) für Zontrifugalseparatoron bauen im wesentlichen auf an sich bekannten Ausführungen eines Kreisolpumponrados auf. Dio Verwendung dieser Schälscheiben gegenüber dom Kreiselpumponrad ist aber in ihrer funklbnellon Bedeutung unterschiedlich, da bei Kreiselpumpen das Kroiselpumpenrad in einem stehenden Gohmiso rotiert, wogegen die Schälschoibo einos Zontrifugalsoparators in oinom rotierenden Gehäuse stationär angeordnet ist. Aul Grund dieser funktionollon Unterschiede orgibt sich unter Berücksichtigung der Strömungsverhältnisse die Notwendigkeit, dip Schälscheibe in ihror Ausführung konstruktiv verschiedenartig von oinom Kreisolpumpenrad auszulegen. So z. B. Unten in Abhängigkeit der Strömungsvorhältnisso in dor sogonannton Schälkammor eines Zontrifugalseparators, in der dio Schälscheibe stationär nmjeordnet ist, strömungstochnischo Problomo auf, in dnron Folgo oino Kavitation auftritt, und bei der Umsetzung der kinotischon Enorgio in potuntiello Energie (Druck) Vorhältnisso boi Schälschoiben auftreton, die nicht mit einem

Kreiselpumpenrad zu vergleichen sind. In den bekannten Schälscheiben werden die Ableitungskanäle durch kurvenförmige Kanalrippen gebildet, die zwischen zwei Scheibenflächen oder auch Deckflächen genannt, angeordnet sind. Die Deckscheiben können mit den Kanalrippen, vorzugsweise durch Nieten, fest verbunden werden. Der gebildete Querschnitt der Ableitungskanäle zwischen den Kanalrippen wird durch die Kurvenform der Seitenflächen der Kanalrippen und der Kanalrippenhöhe bestimmt, wobei in · .<*r Regel die von der Flüssigkeit angeströmte Kurvenfläche der Kanalrippe eine Evolvente ist. Bei diesen Schälscheiben sind die Kanalrippen so ausgebildet, daß am Umfang entsprechend der Anzahl der gewählten Kanalrippen mehrere Eintrittsöffnungen gebildet werden, zwischen denen Stege auf dem Umfang der Schälscheibe liegen. Diese Ausführungen sind aber mit einigen wesentlichen Nachteilen behaftet, da es infolge der hohen Drehzahl des Zentrifugalseparators in der Nähe der Eintrittszone vor jedem Strömungskanal oder im äußeren Bereich der Uanalrippen auf Grund der vorherrschenden Bedingungen zu starken Unterdruckzonen und damit zur Kavitation kommt. Diese Kavitation tritt vorwiegend auf, wenn Schälscheiben aus nichtrostendem Stahl zum Einsatz kommen müssen, um die Resistenz gegenüber den zu behandelnden Medien zu sichern. Diese Kavitation führt nach längerer Nutzungsdauer der Schälscheiben aus nichtrostendem Stahl zu Auswaschungen, Porosität und zur Brüchigkeit des Materials, wodurch der Wirkungsgrad und die Lebensdauer dieser Schälscheiben beeinträchtigt wird. Dari'oer hinaus wird bei diesen Schälscheiben die vorhandene kinetische Energie der Flüssigkeit nur ungenügend in potentielle Energie umgesetzt, was den Wirkungsgrad verschlechtert und sich negativ auf die Energiebilanz des Zentrifugalseparators auswirkt.

Eine bereits bekanntgemachte Schälscheibe wurde m>t einer Bohrung auf dem radial außenliegenden Steg der Kanalrippen versehen, die nahe der Eintrittszone liegt, welche eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Schälscheibenkanal und der umliegenden Schälkammer bildet, wobei deren Durchmesser in Abhängigkeit der vorhandenen örtlichen Strömungsbedingungen festgelegt wird. Mit dieser Ausführungsart konnte die auftretende Kavitation an der Schälscheibe in der Nähe der Eintrittszone wesentlich verringert werden. Der Nachteil des Energieverlustes bei der Umsetzung der kinetischen Energie in potentielle Energie blieb jedoch erhalten und wurde infolgn der angeordneten Öffnung im radialen Steg der Kanalrippe teilweise noch vergrößert.

Nach der EP 0068869 wurde eine Schälscheibe bekannt, bei der ein Bypaß-Kanal in der Schälscheibe angeordnet wurde, der von einem Bereich des Fließweges der flüssigen Phase während des Betriebes ausgeht, der höher ist als am Eintritt des Austrittskanals und der öffnend zu dem äußeren Umfang der Schälscheibe im Bereich des Eintritts ist, wobei im Bypaß-Kanal zwischen seinen Enden eine Drosselsteüd vorgesehen ist. Durch den so geschaffenen Fiüssigkritsrückfluß wurde erreicht, daß das Risiko der Kavitation des Flüssigkeitsdurchflusses im Ergebnis bei niedrigen statischen Flüssigkeitsdrücken und die begleitenden Erosionsangriffe auf die Oberfläche des Kanaleintritts reduziert werden konnten. Diese Ausführung hat aber ebenfalls noch den Nachteil, daß die Kavitation völlig minimiert werden konnte, so daß bei längerem Betrieb dieser Schälscheiben Abtragunngen im Eintrittsbereich der Schälscheiben auftreten. Auch der Wirkungsgrad bei der Umsetzung der kinetischen Energie in potentielle Energie durch die Schälscheiben wird gegenüber anderen bekannten Ausführungen nicht verbessert. Im Gegenteil, auch hier zeichnet sich deutlich eine Verschlechterung des Wirkungsgrades der Schälscheiben ab, die in der Regel bei Zentrifugalseparatoren als Ableitorgan genutzt wird.

Die nach der PCT PS WO 88/02664 beschriebene Schälscheibe ist für Zentrifugalseparatoren vorgesehen, die zum Abtrennen einer seifenähnlichen Masse aus einem Pflanzenölprodukt vorgesehen sind, die Fettsäure enthalten und mit Natriumhydroxid vermischt werden. Bei diesen Schälscheiben ist ein Raum innerhalb der genannten Schälscheibe ausgebildet, der ein Teil des stationären Austragungsgiiedes des Zentrifugalseparators darstellt, in dem ein Ring gebildet ist, so daß die Rotationsachse des Rotors eingeschlossen werden kann und der sich wesentlich radial von dem Zentrum der Scheibe zu der äußeren Peripherie der Scheibe ausdehnt. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Schälscheibe an der genannten.Eintrittsöffnung mit einer radial inneren Kante und einer äußeren Formkante versehen, wobe> nur die Formkante in so einem Niveau liegt, daß sie während des Betriebes in den Flüssigkeitskörper des Rotors eintaucht. Durch diese Ausführung kann der Energieverbrauch am Eingang der abgetrennten Flüssigkeit reduziert werden. Auch die Kavitationserscheinungen können durch diese Ausbildung wesentlich verringert werden. Nachteilig an dieser Ausführung ist jedoch, daß die Schälscheibe auf Grund ihrer Konstruktion nur für seifenähnliche Flüssigkeiten eingesetzt werden kann, da durch die Gestaltung der Verhältnisse zwischen Durchflußwiderstand und Fließwiderstand keine generelle Anwendung für andere Produkte, wie z. B. Milch, Schmieröl und andere Flüssigkeiten, die keine seifenartige Charakteristik haben, möglich ist. Um den Wirkungsgrad von Schälscheiben zu erhöhen, wurden weitere Schälscheiben bekannt.

So z.B. durch die OE-PS 3620134, bei der in der Schälkammer ein mitrotierender Ring mit geringem axialem Abstand zur Unterseite des Wt-hrs angeordnet ist.

Auch in der DE-PS 360338P wurde eine Lösung bekannt, um den Wirkungsgrad zu erhöhen, bei der in der Schälkammer ein zweites Schälorgan vorgesehen ist, über dessen Schälkanal eine Teilmenge dos in die Schälkammer geförderten Konzentrates unmittelbar wieder in dio Verteilerkammer zurückgeführt wird.

Alle diese Lösungen sind in ihrer Herstellung sehr aufwendig und kostenungünstig und zeigen im Ergebnis keine zufriodonstollondo Erhöhung des Wirkungsgrades, insbesondere dann, wenn man davon ausgeht, daß die Schälscheibe als Förderorgan wirksam worden soll, d. h., daß auf ein zusätzlichem Pumpenaggregat in dor nachfolgenden Rohrleitung dos Separators vorzichtot worden kann.

Ziel dor Erfindung

Ziol dor Erfindung ist, oino Schälscheibe oinos Zontrifugalsoparators konstruktiv so auszubilden, daß sie woitgehendst Einlrittsstößo und Kavitationsorschoinungon in dom Eintrittsboroich der Schälscheibe ausschließt und bei der der Wirkungsgrad hinsichtlich der Umsotziing dor kinetischem Enorgio in potontiollo Enorgio hoch und doron Herstellung einfach und kostengünstig ist und dio (lon Einsutz zur Austragung von Flüssigkeiten vorschiodonor Viskositäten aus einem Zentrifugalsoparator ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Eifindung liegt die Aufgabe zugrunde, die an sich bekannte Schälscheibe konstruktiv, insbesondere in dem Bereich der Eintrittsöffnung so auszubilden, daß eine Kavitation möglichst verhindert wird und die Antriebsenergie des Separators nicht auf Grund der Schälorgane überdimensioniert werden muß.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die kurvenförmig verlaufenden Seitenflächen einer Kanalrippe so ausgebildet werden, daß ihr Schnittpunkt im größten Durchmesser der Schälscheibe liegt und gleichzeitig eine Schneide bildet, und daß sich die Eintrittsöffnung dos durch zwei benachbarte Kanalrippen gebildeten Austragungskanals von der einen Schneide bzw. Schnittpunkt der einen Kanalrippe bis zu anderen Schneide bzw. Schnittpunkt der angrenzenden Kanalrippe ausdehnt.

Bei dieser Ausbildung ist, wie bekannt, vorzugsweise dia durch die auszutragende Flüssigkeit angeströmte Seih nfläche der Kanalrippe als Evolvente gewählt. Eine bevorzugte Ausbildung ist, daß die untere Deckscheibe der Schälscheibe >m Bereich der Eintauchtiefe der flüssigen Phase in der Schälkammer r.idial nach innen soweit zurückgesetzt ist, daß die Schälscheibe axial offen in die Flüssigkeit eintaucht. Das bedeutet, daß die Flüssigkeit in der Schälkammer sich über die untere Deckscheibe so ausdehnt, damit die äußere Kante der unteren Deckscheibe mit Sicherheit in die Flüssigkeit eintaucht, die durch ein in der Austrittsgestaltung des Zentrifugalseparators angeordneten Wehres bestimmt wird. Es ist auch möglich, die obere und die untere Deckscheibe der Schälscheibe im Bereich der Eintrittsöffnung zu den Austragungskanälen mit Aussparungen verschiedener Formen zu versehen. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die obere Deckscheibe der Schälscheibe im Bereich der Eintrittsö'fnung zu den Austragungskanälen mit Aussparungen ausgebildet ist und die untere Deckscheibe der Schälscheibe bis zum größten Durchmesser der Schälscheibe geführt ist. Es versteht sich von selbst, daß die vorstehende erwähnte Ausbildungsart auch umgekehrt erfolgen kann, d. h., daß die untere Deckscheibe im Bereich der Eintrittsöffnungen zu den Austragungskanälen mit Aussparungen ausgebildet ist und die obere Deckscheibe der Schälscheibe bis zum äußeren Durchmesser der Schälscheibe geführt ist. Wenn gewünscM, können die durch den Schnittpunkt der kurvenförmigen Seitenflächen der Kanalrippen gebildeten Schneiden mit einem kleinen Radius versehen sein. Es ist auch möglich, die obere und untere Deckscheibe sowie eine der beiden Deckscheiben mit einer sich zum äußeren Durchmesser der Schälscheibe neigenden Schräge auszubilden, die vorzugsweise sich von dem größten Durchmesser der Schälscheibe bis zum Flüssigkeitsring in der Schälkammer radial nach innen ausdehnt.

Diese erfinderische Ausbildung verhindert weitestgehend Flüssigkeitsstöße und Kavitationen an den Kanalrippen, unabhängig von der gewählten Materialart der Schälscheibe. Durch die Ausbildung der Eintrittsöffnungen der Austragungskanäle zwischen den Kanalrippen wird die höchstmöglichste Kapazität des Durchsatzes über die Schälscheiba genutzt und der Wirkungsgrad der Schälscheibe bei der Umsetzung der kinetischen Energie der eintretenden Flüssigkeit in potentielle Energie wesentlich verbessert, so daß mit der Schälscheibe des Zentrifugalsepara'ors eine Förderleistung erreicht wird, die auch bei größeren Förderstrecken ein zusätzliches Pumpenaggregat ausschließt. Diese Schälscheibe in ihrer konstruktiven Ausbildung ist entsprechend ihrer Vorteile gegenüber an sich bekannten Schälscheiben einfach und billig in der Herstellung, da sie nicht wesentlich von der Herstellung der bisherigen Form der Schälscheibe abweicht.

Durch die erfindungsgcmäße Ausbildung der oberen und unteren Deckscheibe werden gleichzeitig die zwischen der eintretenden Flüssigkeit in die Schälkammer und die in der Schälscheibe auftretenden Reibungswiderstände verringert, wodurch es möglich ist, auch Flüssigkeiten höherer Viskosität auszutragen, ohne daß die Antriebsleistung des Zentrifugalseparators überdimensioniert werden muß. Bei der Trennung von Flüssigkeiten niedriger Viskosität ist es sogar möglich, die Energie des Antriebsaggregates des Zentrifugalseparators abzusenken.

Ausführungsbetspiel

Nachstehend wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigen

Fig. 1: einen Teilschnitt einer Schälscheibe

Fig. 2: einen Teilschnitt einer Schälscheibe mit zurückgesetzter unterer Deckscheibe Fig. 3: einen Teilschnitt einer Schälscheibe mit ausgesparter unterer Deckscheibe Fig.4: einen Schnitt einer Schälscheibe gemäß Fig. 2.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die Schälscheibe 1 aus Kanalrippen 2, die zwischen der unteren Deckscheibe 8 und der oberen Dockschoibo 11 angeordnet sind. Mit ihren kurvenförmigen Seitenflächen 3,4 bilden die Kanalrippen 2 die Austragungskanäle Dabei sind die kurvenförmigen Seitenflächen 3,4 so ausgebildet, daß sie im größten Durchmesser der Schälscheibe 1 einen (jomninsiimon Schnittpunkt 5 haben, der eine Schneido dor Kanalrippe 2 bildet. Dio Schälscheibe 1 ist mit ihrer Aufnnhmohohrung 10 auf das Eintrittsrohr dos Zontrifugulsoparators aufgesetzt.

Boi der in Fig. 2 go/oigton Schälscheibe 1 und boini Schnitt gemäß Fig. 4 ist 3ino Schälschoibo 1 dargestellt, bei der die untere Dockschoibo 8 radial nach innon zurückgosotzt ist, und dio obore Duckscheibe 11 (lohnt sich bis zum äußeren Radius der Schälschoiho 1 bis zu dnn Schneiden der Kanalrippon 2 aus. Durch diose Ausführung wird orroicht, daß die Kanalrippen 2 in Richtung dos Einströmkanals der Flüssigkeit, toils unbedeckt, jo nach der gewünschten Ausbildung dor unteren Dockscheibo 8, in dia Flüssigkeit aintauchon.

Wio in Fig. 4 woiter /u solion ist, sind dio äußoron Kanton dor oboron Dockschoibo 11 mit einer Schräge 12 und der unteren Dockschoibo 8 mit oinor Schrägo 13 ausgebildet, um die Roibungsvorlusto zwischen dor stationären angeordnoton SchiilschQibo 1 und der oinströmondon Flüssigkeit in din Schälkammor woitor zu vorringorn.

In Fig. 3 ist eine Schälscheibe dargestellt, bei der die untere Deckscheibe 8 mit Aussparungen 9 im Eintrittsbereich 7 des Austragungskanals 6 ausgebildet sind, und die obere Deckscheibe 11 (nicht dargestellt in Fig.3) dehnt sich bis zum äußeren Durchmesser der Schälscheibe 1, d. h. bis zu den Schnittpunkten 5 der Seitenflächen 3,4 der Kanalrippen 2, aus. Die in die Schälkammer eintretende Flüssigkeit bildet in der Schälkammer einen Flüssigkeitsring, der durch ein Wehr in den Ableitorganen des Austriitskanals aus dem Trennraum der Trommel eines. Zentrifugalseparators bestimmt wird, in den die erfindungsgemäße ausgebildete und in der Schälkammer stationär angeordnate Schälscheibe 1 eintaucht.

Durch die Ausbildung der Eintrittsöffnung 7 zwischen den Kanalrippen 2 der Austragungskanäle 6 der Schälscheibe 1 kann die in die Schalkammer eintretende Flüssigkeit unmittelbar in den Austragungskanal 6 eintreten und die in der Flüssigkeit enthaltene kinetische Energie wird mit hohem Wirkungsgrad in potentielle Energie umgesetzt. Flüssigkeitsstöße und Kavitation, wie bei früheren bekannten Arten, sind hierdurch vermieden, da ein kontinuierlicher nicht abreißender Flüssigkeitsstrom zu den Eintrittsöffnungen 7 der Austragungskanäle 6 gewährleistet ist, der Flüssigkeitsstöße und Kavitation ausschließt. Im Zusammenhang mit der gewählten Eintauchtiefe der Deckscheiben 8,11 in den vorbestimmten Flüssigkeitsring in der Schälkammcr bzw. djich die Ausbildung der Aussparungen 9 und die Anordnung der Schrägen 12,13 an der oberen und unteren Deckscheibe 8,11 werden die in der Schälkammer auftretenden Reibungsverluste zwischen der in der Schälkammer umlaufenden Flüssigkeit und der stationär angeordneten Schälscheibe 1 reduziert, wodurch es nicht notwendig ist, die Antriebsleistung infolge der Schälscheiben 1 überzudimensionieren. Gleichzeitig wurde erreicht, daß mit der erfinderischen Ausbildung die größtmöglichste Ausnutzung der Eintrittskapazität der Schälscheibe 1 gewährleistet ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Schälscheibe für Zentrifugalseparatoren zum Austragen einer im Trennraum der Trommel abgetrennten und der Austragungskammer zugeführten flüssigen Phase, bestehend aus zwei Deckscheiben und dazwischen angeordneten Kanalrippen, die so ausgebildet sind, daß der zwischen zwei angrenzenden Kanalrippen gebildete Austragungskana! durch zwei kurvenförmige Seitenflächen begrenzt wird, wobei die angeströmte Seitenfläche vorzugsweise als Evolvente ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die kurvenförmig verlaufende Seitenfläche (4) der Kanalrippe (2) zu der evolventenförmig verlaufenden Seitenfläche (3) der gleichen Kanalrippe (2) so ausgebildet ist, daß ihr Schnittpunkt (5) im größten Durchmesser der Schälscheibe (1) liegt und der eip· Schneide bildet, und daß die Eintrittsöffnung (7) des durch zwei benachbarte Kanalrippen (2) gebildeten austragungskanals (6) sich von der Schneide der einen Kanalrippe (2) bis zur Schneide der angrenzenden Kanalrippe (2) ausdehnt.
2. Schälscheibe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckscheibe (8) der Schälscheibe (1) im Bereich der Eintauchtiefe der flüssigen Phase radial nach innen soweit zurückgesetzt ist, daß die Schälscheibe (1) axial offen in die flüssige Phase eintaucht.
3. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Deckscheibe (11,8) im Bereich der Eintrittsöffnungen (7) zu den Austragungskanälon (6) mit Aussparungen (9) versehen sind.
4. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckscheibe (11) der Schälscheibe (1) im Bereich der Eintrittsöffnungen (7) zu den Austragungskanälen (6) mit Aussparungen (9) ausgebildet ist und die untere Deckscheibe (8) die Schälscheibe (1) bis zum äußeren Durchmesser bedeckt.
5. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckscheibe (8) der Schälscheibe (1) im Bereich der Eintrittsöffnungen (7) zu den Austragungskanälen (6) mit Aussparungen (9) ausgebildet ist und die obere Deckscheibe (11) die Schälscheibe (1) bis zum äußeren Durchmesser bedeckt.
6. Schälscheibe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden der Kanalrippen (2) mit einem kleinen Radius versehen sind.
7. Schälscheibe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Eintauchtiefe die obere und untere Deckscheibe (11,8) mit einer zum äußeren Durchmesser der Schälscheibe sich neigenden Schräge (12,13) ausgebildet sind.
8. Schälscheibe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckscheibe (11) mit einer zum Außendurchmesser der Schälscheibe (1) sich neigenden Schräge (12) ausgebildet ist.
9. Schälscheibe nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckscheibe (8) mit einer zum Außendurchmesser der Schälscheibe (1) sich neigenden Schräge (13) ausgebildet ist.