DE10035055A1

DE10035055A1 - Trennvorrichtung

Info

Publication number: DE10035055A1
Application number: DE2000135055
Authority: DE
Inventors: Wulf Besslein
Original assignee: INNOVA ENTWICKLUNGS GmbH
Current assignee: INNOVA ENTWICKLUNGS GmbH
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-01-31

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trennvorrichtung, gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 und dabei speziell auf eine nach Art einer Zentrifuge arbeitenden Trennvorrichtung.

In vielen Bereichen besteht die Notwendigkeit Gemische, die z. B. Flüssigkeiten oder andere Komponenten mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht enthalten, beispielsweise Wasser/Öl-Gemische nach ihren Komponenten (z. B. Wasser und Ölbestandteile) zu trennen. Ein möglicher Anwendungsfall ist die Aufbereitung von mit Öl verseuchtem Wasser.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die bei sehr vereinfachtem Aufbau ein derartiges Trennen ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß der Rotor in seinem den wenigstens einen Rotorraum bildenden Teil ringförmig oder käfigartig ausgebildet ist, und zwar derart, daß der Rotorinnenraum ein Ringraum ist bzw. von mehreren um die Drehachse verteilten und miteinander verbundenen Teilräumen innerhalb einer käfigartigen Rotorstruktur gebildet ist.

Die radiale Breite, die der Rotorraum aufweist, ist dabei wesentlich kleiner als der Durchmesser des Rotors. Durch das hiermit erzielte relativ kleine Volumen des Rotorraums ergeben sich insbesondere auch an den Stirnseiten des Rotors nur kleine den Rotorraum begrenzende Flächen, auf die der Druck des Gemisches bei umlaufendem Rotor wirkt. Die von diesen Begrenzungsflächen aufzunehmenden Kräfte sind daher so reduziert, daß eine relativ leichte Konstruktion für den Rotor möglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist universell einsetzbar, insbesondere auch als Gerät, speziell auch als mobiles Gerät zum Abscheiden von Öl aus Wasser, z. B. bei der Bekämpfung von Ölunfällen oder als Ölabscheider im Gewerbe, auf Schiffen usw.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in perspektivischer Explosionsdarstellung eine Ausführungsform der neuerungsgemäßen Trennvorrichtung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung der Fig. 1;

Figur. 3 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung.

Die in den Fig. 1 und 2 allgemein mit 1 bezeichnete Trennvorrichtung dient zum Trennen von Flüssigkeiten mit unterschiedlichem spezifischen Gewicht, beispielsweise zum Trennen von Wasser und Öl, d. h. insbesondere zum Abscheiden von Öl aus Wasser. Die Vorrichtung besteht aus einem Gestell 2, in welchem um eine vertikale Achse VA ein Rotor 3 drehbar gelagert und mittels eines von einem Elektromotor 4 gebildeten Antriebs um diese Achse rotierend antreibbar ist. Der Rotor 3 besteht u. a. aus einer Hohlwelle 5, die achsgleich mit der Achse VA angeordnet ist und beidendig an einer oberen und an einer unteren Traverse des Gestells 2 gelagert ist. An der Hohlwelle 5 sind eine obere Scheibe 6 mit kleinerem Durchmesser und eine untere Scheibe 7 mit größerem Durchmesser vorgesehen. Die Scheiben 6 und 7 liegen jeweils in Ebenen senkrecht zur Achse VA. Zwischen den beiden Scheiben 6 und 7 sind zwei die Achse VA konzentrisch umschließende Ringwände, nämlich eine äußere Ringwand 8 und eine innere Ringwand 9 vorgesehen, die jeweils der Mantelfläche eines Kegelstumpfes entsprechend ausgebildet sind und im Bereich der oberen Scheibe 6 den kleineren Durchmesser und im Bereich der unteren Scheibe 7 den größeren Durchmesser aufweisen. Die äußere Ringwand 8 ist oben und unten jeweils mit dem Rand der betreffenden Scheibe 6 bzw. 7 verbunden. Zwischen den Ringwänden 8 und 9 ist somit ein die Achse VA umschließender Rotor- oder Ringraum 10 gebildet, der oben und unten durch die jeweilige Scheibe 6 bzw. 7 nach außen hin verschlossen ist, dessen Innen- und Außendurchmesser sich nach unten, d. h. zur Scheibe 7 hin vergrößert und dessen Breite radial zur Achse VA nur ein Bruchteil des Außendurchmessers des Rotors 3 ist.

Der Ringraum 10 ist durch Zwischenwände 11, die bei der dargestellten Ausführungsform jeweils in Ebenen radial zur Achse VA liegen, in mehrere Teilräume unterteilt, die dann durch Öffnungen 12 und 13 miteinander in Verbindung stehen.

In der Hohlwelle 5 sind mehrere Kanäle gebildet, und zwar ein oberer mittlerer Kanal 14 und ein den Kanal 14 konzentrisch umschließender Ringkanal 15. Durch eine Zwischenwand 16 getrennt ist im unteren Teil der Hohlwelle 5, d. h. etwa ausgehend von der Mitte zwischen den beiden Scheiben 6 und 7, ein Kanal 17 ausgebildet. Über eine obere Drehdurchführung oder -verbindung 18 sind der Kanal 14 mit einer äußeren Zuführung oder Leitung 19 zum Zuführen des zu trennenden Gemisches (z. B. Wasser/Öl-Gemisch) und der Kanal 15 mit einem Anschluß oder einer Leitung 20 zum Abführen der getrennten leichteren Komponente, z. B. des vom Wasser getrennten Öls verbunden.

Im Rotor 3 ist der Kanal 14 mit den innen liegenden Enden von drei Beschleunigungskanälen 21 verbunden, die von Rohren gebildet sind, mit ihrer Längsachse radial zur Achse VA liegen und in gleichmäßigen Winkelabständen um diese Achse verteilt vorgesehen sind. Die die Beschleunigungskanäle 21 bildenden Rohre sind jeweils mit ihrem radial außen liegenden Ende dicht durch die Ringwand 9 hindurch geführt und münden mit diesem Ende bzw. mit einer dortigen Einlaßöffnung 22 in den Rotorraum 10.

Der Kanal 15 ist über drei Anschlüsse 23, die ebenfalls in Bezug auf die Achse VA sternförmig vorgesehen sind, mit dem Rotorraum 10 verbunden, und zwar über erste Auslaß- oder Abführöffnungen 24, die sich jeweils an der oberen Scheibe 6 im Winkelbereich zwischen dieser Scheibe und dem oberen Ende der Ringwand 9 befinden.

Der Kanal 17 ist über drei Anschlüsse 25, die wiederum sternartig um die Achse VA verteilt sind, mit unteren Auslaßöffnungen 26 verbunden, die sich bei der dargestellten Ausführungsform an der unteren Scheibe 7 zwischen den beiden Ringwänden 8 und 9 befinden, vorzugsweise aber möglichst weit radial nach außen versetzt sind, beispielsweise im Bereich der Winkelecke zwischen der unteren Scheibe 7 und der äußeren Ringwand 8. Der untere Kanal 17 ist weiterhin über eine Drehdurchführung oder einen Drehanschluß 27 mit einer nicht dargestellten Leitung zum Abführen der schwereren Komponente (Wasser) verbunden.

Zum Separieren von Öl aus dem Wasser/Öl-Gemisch, wird umlaufenden Rotor dieses Wasser/Öl-Gemisches über die Leitung 19, den Kanal 14 und die Beschleunigungskanäle 21 der Rotorraum 10 zugeführt. Aufgrund der bei umlaufendem Rotor 3 erzeugten Zentrifugalkräfte, aufgrund der Schwerkraft sowie aufgrund des unterschiedlichen spezifischen Gewichtes von Wasser und Öl erfolgt eine Trennung von Öl und Wasser an einer Trennfläche 28, deren Verlauf der Mantelfläche eines achsgleich mit der Achse VA angeordneten parabelförmigen Rotationskörpers entspricht, wobei die Trennfläche 28 mit zunehmender Drehgeschwindigkeit des Rotors 3 steiler ist. Auf der Trennfläche 28, die im wesentlichen von Wasser oder dem noch nicht getrennten Wasser/Öl-Gemisch gebildet ist, schwimmt das getrennte Öl, welches dann über die Auslaßöffnungen 24 abgeführt werden kann. Das von Öl befreite oder weitestgehend befreite Wasser wird über die unteren Auslaßöffnungen 26 und den Kanal 17 abgeführt. Während des Betriebes wird über die Leitung 19 ständig neues Wasser/Öl-Gemisch zugeführt, und zwar selbstverständlich durch Sensoren derart gesteuert, daß über die Auslässe 24 nur separiertes Öl abgeführt wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das Niveau der Trennfläche 28 geregelt wird, und zwar derart, daß diese Trennfläche jeweils einen genügenden Abstand von den Auslaßöffnungen 24 aufweist.

Von besonderer Bedeutung ist, daß das Wasser/Öl-Gemisch dem Rotorraum 10 von der Mitte her über die Beschleunigungskanäle 21 zugeführt wird, so daß das Wasser/Öl-Gemisch in diesen Kanälen 21 ohne eine Verwirbelung oder ohne eine wesentliche Verwirbelung auf die Drehgeschwindigkeit des Rotors 3 beschleunigt wird und dadurch auch weitestgehend verwirbelungsfrei am Einlaß 22 in den Rotorraum 10 gelangt. Eine das Wasser/Öl-Gemisch homogenisierende Verwirbelung, insbesondere auch durch die Zwischenwände 11, die (Verwirbelung) das Wasser/Öl-Gemisch soweit homogenisieren würde, daß ein mechanisches Abscheiden des Öls aus dem Wasser nicht mehr möglich ist, ist vermieden.

Die Zwischenwände 11 sind erforderlich, um die Rotation des im Rotorraum 10 vorhandene Gemisches mit dem Rotor 3 zu gewährleisten. Durch die Zwischenwände 11 erfolgt auch eine zusätzliche Verstrebung des Rotors 3. Die Auslaßöffnungen 26 befinden sich auf jeden Fall weit unter der Trennfläche 28, also dort, wo im Rotorraum 10 nur vom Öl befreites Wasser vorgesehen ist.

Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung 1 besteht darin, daß ein Trennen der beiden Medien (Öl und Wasser) im kontinuierlichen Verfahren möglich ist, und daß insbesondere durch die Ausbildung des Rotorraumes als Ringraum an der Ober- und Unterseite dieses Ringraumes nur relativ schmale Ringflächen gebildet sind, auf die der durch die Zentrifugalkräfte erzeugte Druck einwirkt, auf die Scheiben 6 und 7 also nur reduzierte Kräfte einwirken.

Die Scheiben 6 und 7 können zur Reduzierung der Masse speichenradartig ausgeführt sein, und zwar in der Form, daß jede Scheibe 6 bzw. 7 einen äußeren, den Rotorraum 10 stirnseitig abschließenden Ring und mehrere radial zur Achse VA verlaufende speichenartige Stege bildet, die diesen äußeren Ring mit einem mittleren, an der Hohlwelle 5 befestigten Teil der Scheibe 6 bzw. 7 verbindet.

Der Rotor 3 ist weiterhin so ausgebildet, daß der Rotorraum 10 beispielsweise für Reinigungszwecke geöffnet werden kann. Entsprechend der Darstellung der Fig. 1 ist dies dadurch möglich, daß das von der äußeren Ringwand 8 und dem oberen Ring 6 gebildete Rotorteil von dem Rest dieses Rotors abgehoben werden kann. Auch andere Möglichkeiten sind denkbar, beispielsweise durch Öffnen des Rotorraums 10 an der oberen Stirnseite im Bereich der dortigen Scheibe 6.

Die Fig. 3 zeigt in sehr vereinfachter Darstellung als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung 1a, die sich von der Vorrichtung 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß der dem Rotor 3 entsprechende Rotor 3a aus einer Vielzahl von Rotor- oder Rohrabschnitten käfigartig zusammengesetzt ist, und zwar

- aus dem oberen, die Achse VA konzentrisch umschließenden und einen geschlossenen Ring bildenden Rohrabschnitt 29 mit dem kleineren Ringdurchmesser,
- aus dem unteren, die Achse VA ebenfalls konzentrisch umschließenden und einen geschlossenen Ring bildenden Rohrabschnitt 30 mit größerem Ringdurchmesser,
- aus außen liegenden im wesentlichen geradlinigen Rohrabschnitten 31, deren Achsen in Ebenen radial zur Achse VA angeordnet sind, und zwar auf einer die Achse VA umschließenden gedachten Mantelfläche eines Kegelstumpfs, und die jeweils den oberen Rohrabschnitt 29 und den unteren Rohrabschnitt 30 miteinander verbinden,
- aus oberen, an den Rohrabschnitt 29 angeschlossenen und von diesem radial nach innen verlaufenden Rohrabschnitten 32,
- aus mittleren, in die Rohrabschnitte 31 mündenden radialen Rohrabschnitten 33 und
- aus unteren radialen, in den Rohrabschnitt 30 mündenden Rohrabschnitten 34.

Die Rohrabschnitte 32, 33 und 34 sind jeweils in gleichmäßigen Winkelabständen um die Achse VA verteilt vorgesehen und mit einer nicht dargestellten Hohlwelle des Rotors 3a und mit in dieser Hohlwelle ausgebildeten Kanälen 15, 14 bzw. 17 verbunden, und zwar derart, daß über die Rohrabschnitte 33 das Zuführen des zu trennenden Gemisches, über die Rohrabschnitte 32 das Abführen der leichteren Komponente (z. B. Öl) und über die Rohrabschnitte 34 das Abführen der schwereren Komponente (z. B. Wasser) erfolgt.

Über die Rohrabschnitte 32, 33 und 34 ist der von diesen Rohrabschnitten und den Rohrabschnitten 29, 30, 31 gebildete Teil des Rotors auch mit der Rotorwelle verbunden. Selbstverständlich ist es möglich, für diese Verbindung noch weitere Elemente vorzusehen. Es versteht sich weiterhin, daß die von den Rohrabschnitten 29-34 gebildeten Räume und Kanäle dicht nach außen hin abgeschlossen sind.

Die Arbeits- und Wirkungsweise der Vorrichtung 1a entspricht der Arbeits- und Wirkungsweise der Vorrichtung 1. Auch die Vorrichtung 1a hat den Vorteil eines begrenzten Volumens des Rotorinnenraumes und damit reduzierter, von den Elementen des Rotors aufzunehmender Kräfte.

Bei der Vorrichtung 1a bilden die Rohrabschnitte 33 wiederum Beschleunigungskanäle, in denen das zugeführte, zu trennende Gemisch von der Mitte bzw. der Achse VA her dem insbesondere von den Rohrabschnitten 29, 30 und 31 gebildeten Rotorraum radial zugeführt und dadurch auch die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors 3a schonend beschleunigt wird.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind. So ist es beispielsweise möglich, die Vorrichtung 1 nicht nur zum Trennen von Flüssigkeiten, sondern z. B. auch zum Trennen von hochviskosen Gemischen oder aber zum Trennen von Feststoffen und Flüssigkeiten, beispielsweise zum Trennen von Schlamm und Wasser zu verwenden, wobei das Abführen der festen Bestandteile dann über entsprechende Öffnungen an der Scheibe 7 insbesondere in der Nähe der äußeren Ringwand 9 erfolgt, und zwar beispielsweise bei um eine horizontale Achse umlaufenden Rotor 3. Bei dieser Anordnung wird durch die kegelstumpfförmige Ausbildung der äußeren Ringwand 8 und durch die Zentrifugalkräfte eine Förderwirkung der festen Bestandteile in Richtung Auslaß erreicht, der sich an dem größeren Durchmesser des Rotors 3 befindet.

Bezugszeichenliste

1

,

1

a Trennvorrichtung

2

Gestell

3

,

3

a Rotor

4

Antriebsmotor

5

Hohlwelle

6

,

7

Scheibe

8

,

9

Ringwand

10

Ring- oder Rotorraum

11

Zwischenwand

12

,

13

Öffnung

14

,

15

Kanal

16

Abschlußwand

17

Kanal

18

Drehdurchführung oder Drehanschluß

19

,

20

Leitung

21

Beschleunigungskanal

22

Einlaß

23

Anschluß

24

Auslaß

25

Anschluß

26

Auslaß

27

Drehanschluß

28

Trennfläche

29

,

30

,

31

Rohrabschnitt

32

,

33

,

34

Rohrabschnitt
VA Drehachse

Claims

1. Vorrichtung zum Trennen wenigstens zweier Komponenten mit unterschiedlichem spezifischem Gewicht eines diese Komponenten aufweisenden Gemisches, mit einem um eine Drehachse (VA) rotierend angetreibbaren Rotor (3), der wenigstens einen Rotorraum (10) bildet, in welchem das Trennen der Komponenten durch Zentrifugalwirkung erfolgt, mit wenigstens einem Einlaß (22) zum Zuführen des Gemisches in den Rotorraum (10), mit wenigstens einem ersten Auslaß (24) zum Abführen der Komponente mit dem geringeren spezifischen Gewicht und mit wenigstens einem zweiten Auslaß (26) zum Abführen der Komponente mit dem höheren spezifischen Gewicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum von einem die Drehachse (VA) umschließenden Ringraum (10) oder aber von mehreren um die Drehachse (VA) verteilten und miteinander in Verbindung stehenden Teilräumen (31) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Breite des Ringraumes (10) oder der Teilräume (29, 30, 31) nur einen Bruchteil des Durchmessers des Rotors (3, 3a) beträgt.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Rotorraum radial durch eine außen liegende und eine innen liegende, die Achse (VA) jeweils konzentrisch umschließende Ringwand (8, 9) begrenzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere und/oder innere Ringwand (8, 9) kegelförmig ausgeführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch in den Ringraum (10) hineinreichende Wandabschnitte oder Zwischenwände (11).

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Zwischenwänden (11) mit Öffnungen (12, 13).

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorraum (10) an einem stirnseitigen Ende des Rotors einen größeren Innen- und Außendurchmesser aufweist als an dem gegenüberliegenden stirnseitigen Ende des Rotors (3, 3a).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) käfigartig ausgebildet ist, und daß der Rotorraum zumindest zum Teil von dem Innenraum einer Vielzahl von Rohrabschnitten (29, 30, 31) gebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Rohrabschnitte (31) mit ihrer Längserstreckung in Ebenen radial zur Achse (VA) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Rohrabschnitte (31) mit ihrer Achse einen Winkel mit der Drehachse (VA) einschließt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß äußere Rohrabschnitte (31) jeweils über ringförmige Rohrabschnitte (29, 30) miteinander verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführen des Gemisches über wenigstens einen mit dem Rotor (3, 3a) umlaufenden Beschleunigungskanal (21, 33) erfolgt, der sich von der Drehachse (VA) in den Rotorraum (10) erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Beschleunigungskanal (21, 33) radial zur Drehachse (VA) erstreckt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Auslaß (24) zum Abführen der Komponente mit dem kleineren spezifischen Gewicht an der Seite des Rotors (3, 3a) vorgesehen ist, an der dieser Rotor den kleineren Innen- und/oder Außendurchmesser aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine zweite Auslaß an dem Ende des Rotors (3, 3a) vorgesehen ist, an dem dieser Rotor den größeren Innen- und/oder Außendurchmesser aufweist.

16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse eine vertikale Achse oder eine horizontale Achse ist.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung zum Trennen von Flüssigkeiten, insbesondere zum Trennen von Wasser und Öl.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung zum Trennen von Flüssigkeiten und festen Bestandteilen.