DE10148774B4

DE10148774B4 - Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit Druckgehäuse

Info

Publication number: DE10148774B4
Application number: DE10148774A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Dr.-Ing. Beyer; Alfons Dipl.-Ing. Monkenbusch; Michael Dipl.-Ing. Reichenbach; Michael Müller
Original assignee: Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2001-10-02
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: CA2462585A1; EP1432521B1; CN1293947C; DE10148774A1; EP1432521A1; US6986733B2; CA2462585C; CN1564714A; US20040185999A1; WO2003031073A1

Abstract

Vollmantel-Schneckenzentrifuge, die folgendes aufweist:
– eine drehbare Trommel (1), die mit ihrer Trommelwandung einen Schleuderraum (23) mit einer ebenfalls drehbaren Schnecke (3) umschließt,
– ein Einlaufrohr (19) zum Zuführen eines Schleudergutes in den Schleuderraum (23),
– wenigstens einen Flüssigkeits- und wenigstens einen Feststoffaustrag, wobei die Bereiche des Feststoff- und der Flüssigkeitsaustrages zur Umgebung hin abgedichtet sind, um die Vollmantel-Schneckenzentrifuge druckdicht bei Überdruck betreiben zu können,
– wobei der Flüssigkeits- und der Feststoffaustrag als wenigstens je eine oder mehrere Öffnung/en (27, 35) in der Trommel ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Flüssigkeitsaustrag als Schälscheibe (32) ausgebildet ist, und
– die eine oder mehrere Öffnung/en (27) für den Feststoffaustrag von einem die Trommel (1) der Vollmantel-Schneckenzentrifuge nur abschnittsweise einfassenden Gehäuse (29) abgedeckt sind, das lediglich den Bereich der einen oder mehreren Öffnung/en (27) an der Trommelwandung übergreift,
– wobei zwischen dem undrehbaren...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um einen druck-/ bzw. gasdichten Betrieb von Vollmantel-Schneckenzentrifugen zu gewährleisten, ist es bekannt, die gesamte Trommel (bzw. den gesamten rotierenden Bereich) der Trommel mit einem zur Umgebung hin abgedichteten Gehäuse zu umgeben (siehe die gattungsgemäße DE 35 45 515 A1 ).

Innerhalb dieses Gehäuses ist möglich, die Randbedingungen des durchzuführenden Prozesses einzuhalten und die Stoffströme bei den jeweils gewünschten Druckbedingungen zu bewegen.

Die insbesondere bei großen Drehzahlen und/oder großen Durchmessern der Trommel auftretende Reibung zwischen den Gasmolekülen und der Trommeloberfläche erfordert eine beträchtliche Antriebsleistung bzw. erhöht den Energiebedarf der Zentrifuge in nachteiliger Weise. Problematisch ist ferner, daß diese Energie zu einer Erwärmung des Gases und der rotierenden Teile führt. Proportional zur Erhöhung des Druckes steigt die Wandreibung und damit auch die erforderliche Antriebsleistung.

Dies sei an einem Beispiel näher erläutert.

Wird der Druck bei einer handelsüblichen Vollmantel-Schneckenzentrifuge beispielsweise von 0 bar Überdruck auf 5 bar Überdruck erhöht, ist es durchaus möglich, daß sich die Reibleistung etwa verfünffacht (z.B. von 10 kW auf 50 kW oder von 100 kW auf 500 kW; je nach Maschinentyp und/oder Durchmesser).

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die gattungsgemäße Vollmantel-Schneckenzentrifuge derart weiterzubilden, daß die bei einem Betrieb unter Druck aufzubringende Antriebsleistung verringert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruches 1.

Nach der Erfindung wird das druckfeste (und damit im wesentlichen gasdichte) Gehäuse vorzugsweise allein auf den Bereich des wenigstens einen (oder mehrere) Feststoffaustrages verringert. Da somit nicht mehr der gesamte Trommelaußenraum sondern nur noch ein Teil desselben auch außen unter Druck gesetzt wird, verringert sich die zum Betrieb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge benötigte Antriebsleistung. Als Flüssigkeitsaustrag wird die Schälscheibe genutzt. Die Schälscheibe könnte – muß aber nicht – durch ein spezielles Druckgehäuse ergänzt werden.

Der Flüssigkeitsaustrag ist als Schälscheibe ausgebildet. Dies ist an sich aus der DE 36 38 652 C2 bekannt. Nicht erkannt wurde dort aber die Möglichkeit dazu, durch die Nutzung der Schälscheibe das druckdichte Gehäuse auf den Bereich des Feststoffaustrages zu reduzieren.

Teilgehäuse – aber nicht für einen Betrieb unter Druck in Kombination mit einer Schälscheibe – sind zudem aus der DE 43 15 074 A1 oder der US 3,854,658 bekannt.

Auch die negativen Auswirkungen einer Temperaturerhöhung lassen sich drastisch verringern, insbesondere bei einer ringartigen Auslegung des Gehäuses derart, daß es lediglich die Öffnungen überdeckt.

Da sich der größte Teil der Trommel in einer Umgebung ohne einen prozeßbedingt erhöhten Druck befindet, ergibt sich nur eine sehr geringe Erhöhung der Reibleistung. Die Temperaturerhöhung läßt sich wesentlich verringern. Ferner ist es denkbar, zusätzliche Kühleinrichtungen einzusparen bzw. die Kühlleistung zu reduzieren.

Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge läßt sich auch kostengünstiger herstellen, da die unter Druck zu setzenden druckfesten Gehäuse kleiner sind. Auch lassen sich die einschlägigen Verordnungen zum Betrieb von Maschinen unter erhöhtem Druck leichter erfüllen.

Es ist auch vorteilhaft, daß der Produktbereich verkleinert wird (siehe 2 und 5), da z.B. zur Inertisierung geringere Gasmengen als beim Stand der Technik verbraucht werden und der Betrieb mit giftigen Stoffen vereinfacht wird.

Da nur noch eine mechanische Verkleidung der Trommel als Berührungsschutz erforderlich ist, lassen sich die Kosten der Herstellung durch Verringerung des Materialaufwandes deutlich senken. Zusätzlich wird auch der gesamte benötigte Bauraum verringert.

Vorzugsweise werden die Dichtungen als Gleitringdichtungen ausgelegt, welche beispielsweise den Trommelaußenumfang umgeben und/oder an einer axialen Trommelwandung anliegen können. Gleitringdichtungen gewährleisten eine hohe Dichtigkeit zwischen der rotierenden Trommel und dem nicht rotierenden Gehäuse.

Besonders bevorzugt übergreift das wenigstens eine Gehäuse lediglich den Bereich der Öffnung an der Trommel. Hierzu bietet es sich an, das wenigstens eine Gehäuse konstruktiv einfach und kostengünstig ringartig auszubilden.

Vorzugsweise ist das wenigstens eine Gehäuse für einen Betrieb von mehr als 0,5 bar Überdruck, vorzugsweise 3–6 bar Überdruck ausgelegt.

Zweckmäßig ist die Umfangsgeschwindigkeit der Dichtungen größer 30m/s. Vorzugsweise beträgt die Temperatur im Druckbereich bei der Schleudergutverarbeitung mehr als 50°C, vorzugsweise 100°C bis 160°C.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung einer ersten Variante einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge;
2 die Vollmantel-Schneckenzentrifuge aus 1, wobei der Hochdruckbereich punktiert kenntlich gemacht ist;
3 eine Schnittdarstellung einer zweiten Variante einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge;
4 eine Prinzipdarstellung einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Stand der Technik; und
5 die Vollmantel-Schneckenzentrifuge aus 4, wobei der Hochdruckbereich punktiert kenntlich gemacht ist.
1 zeigt eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer Trommel 1 und einer in der Trommel angeordneten Schnecke 3, die einen Schneckenkörper 5 sowie ein den Schneckenkörper 5 wendelartig umgebendes Schneckenblatt 7 aufweist. Zwischen den Schneckengängen 9a, 9b, ... ist ein Kanal 11 zum Fördern/Transport eines zu verarbeitenden Schleudergutes ausgebildet. Zwischen der Trommel 1 und dem Schneckenkörper 5 sind an beiden Enden der Vollmantel-Schneckenzentrifuge jeweils Lager 4 und Dichtungen 6 angeordnet.
Die Zentrifuge weist in ihrem in 1 hinteren Bereich einen zylindrischen Abschnitt 13 und in seinem in 1 sich daran anschließenden vorderen Bereich einen sich konisch (oder aber stufenweise) verjüngenden Abschnitt 15 auf. Die Trommel ist ferner im axialen Anschluß an den sich verjüngenden Abschnitt 15 mit einem weiteren zylindrischen Abschnitt 17 versehen, an den sich ein Trommelkopf 18 (und/oder eine Nabe) anschließen kann.
Das Schleudergut I wird durch das zentral angeordnete Einlaufrohr 19 in einen Verteiler 21 und von dort durch radiale Öffnungen im Verteiler 21 in den Schleuderraum 23 mit der Schnecke 3 und der die Schnecke 3 umgebenden Trommel 1 geleitet.
Beim Durchtreten des Verteilers 21 und beim Eintritt in den Schleuderraum 23 wird das Schleudergut I beschleunigt. Durch die Einwirkung der Zentrifugalkraft setzen sich Feststoffteilchen an der Trommelwand ab.
Die Schnecke 3 rotiert mit einer etwas kleineren oder größeren Geschwindigkeit als die Trommel 1 und fördert den ausgeschleuderten Feststoff S zum sich verjüngenden Abschnitt 15 hin aus der Trommel 1 zum Feststoffaustrag. Die Flüssigkeit L strömt dagegen zum größeren Trommeldurchmesser am hinteren Ende der Trommel 1 und wird dort abgeleitet.
Die Trommel 1 und/oder an diese angrenzende Naben werden mittels Lagern 25 an ihren axialen Enden in einem Maschinengestell (hier nicht dargestellt) gelagert und üblicherweise zum Schutz der Bedienpersonen vor den rotierenden Teilen mit einer Haube oder Abdeckung versehen (hier nicht dargestellt).
Zum Zwecke des Feststoffaustrages ist die Trommel 1 in ihrer Umfangswandung mit einer wenigstens einer radial nach außen weisenden Öffnung 27 versehen.
Um die Trommel 1 druckdicht bzw. unter Hochdruck betreiben zu können, werden nach der Idee der Erfindung die Bereiche des Feststoff- und des Flüssigkeitsaustrages zur Umgebung hin abgedichtet.
Anders als bei der in 4 dargestellten Technik erfolgt dies allerdings nicht dadurch, daß die gesamte Trommel von einem druckdichten Gehäuse G umgeben wird, sondern durch eine gezielte örtliche Abdichtung der Trommel im Bereich der Feststoff- und/oder Flüssigkeitsausträge.
So ist die Trommel 1 des Ausführungsbeispiels der 1 im Bereich der radialen Öffnungen 27 von einem hier ringartigen Gehäuse 29 versehen, welches die Öff nungen axial gerade so überdeckt, daß zwischen dem Gehäuse 29 – bzw. zwischen dem Innenumfang der Axialwandungen des Gehäuses – und der Trommel 1 Dichtungen 31 – z. B. Gleitringdichtungen – angeordnet werden können. Auf diese Weise wird eine Abdichtung zwischen der drehbaren Trommel 1 und dem stillstehenden Gehäuse 29 erreicht.
An dem dem Feststoffaustrag gegenüberliegenden axialen Ende der Trommel wird die Flüssigkeit mittels einer Schälscheibe 32 abgeleitet, welche die Abdichtung des Trommelinneren nach Außen in diesem Bereich im Betrieb gewährleistet. Die Schälscheibe 32 ist in einer sich an den Schleuderraum 23 anschließenden und mit diesem verbundenen Kammer 34 der Trommel 1 angeordnet, welche mit der Trommel durch wenigstens eine Öffnung 35 verbunden ist. Eine weitere Dichtung 31 zwischen dem Trommelkopf 41 und der feststehenden Schälscheibe 32 (bzw. einem rohrartigen Ansatz der Schälscheibe) kann ebenfalls als Gleitringdichtung ausgebildet werden und damit ebenfalls die Druckfestigkeit in diesem Bereich auch im Stillstand gewährleisten.
In 2 ist der unter Druck betreibbare Bereich punktiert dargestellt. Selbstverständlich sind die hier nicht dargestellten Zu- und Ablaufleitungen außerhalb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge für einen Druckbetrieb ausgelegt.
3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der 1 dadurch, daß die Öffnungen 27 in der zur Feststoffaustragsseite weisenden axialen Trommelwandung angeordnet sind, wobei das Gehäuse 29 diese axialen Öffnungen 27 wiederum abdeckt. Das Gehäuse 29 ist ferner wiederum ringartig ausgestaltet und mittels Dichtungen 31 zur Trommelwandung hin abgedichtet. Das Gehäuse 29 übergreift ferner eine Stufung 33 des Trommelwandgehäuses.
4 veranschaulicht eine Zentrifuge nach dem Stand der Technik. Anders als nach der Erfindung wird hierbei die gesamte Trommel von einem druckdichten Gehäuse G eingefaßt, so daß der gesamte Trommelinnen- und -außenraum im Betrieb unter Druck stehen (5).

1: Trommel
3: Schnecke
4: Lager
5: Schneckenkörper
6: Dichtungen
7: Schneckenblatt
9a, 9b, ...: Schneckengänge
11: Kanal
13: zylindrischer Abschnitt
15: verjüngender Abschnitt
17: zylindrischer Abschnitt
18: Trommelkopf
19: Einlaufrohr
21: Verteiler
23: Schleuderraum
25: Lager
27: Öffnungen
29: Gehäuse
31: Dichtungen
32: Schälscheibe
33: Stufung
34: Kammer
35: Überlauföffnung
41: Trommelkopf
I: Schleudergut (Inlet)
L: Flüssigkeit (Liquid)
S: Feststoff (Solid)
G, H: Gehäuse

Claims

Vollmantel-Schneckenzentrifuge, die folgendes aufweist: – eine drehbare Trommel (1), die mit ihrer Trommelwandung einen Schleuderraum (23) mit einer ebenfalls drehbaren Schnecke (3) umschließt, – ein Einlaufrohr (19) zum Zuführen eines Schleudergutes in den Schleuderraum (23), – wenigstens einen Flüssigkeits- und wenigstens einen Feststoffaustrag, wobei die Bereiche des Feststoff- und der Flüssigkeitsaustrages zur Umgebung hin abgedichtet sind, um die Vollmantel-Schneckenzentrifuge druckdicht bei Überdruck betreiben zu können, – wobei der Flüssigkeits- und der Feststoffaustrag als wenigstens je eine oder mehrere Öffnung/en (27, 35) in der Trommel ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Flüssigkeitsaustrag als Schälscheibe (32) ausgebildet ist, und – die eine oder mehrere Öffnung/en (27) für den Feststoffaustrag von einem die Trommel (1) der Vollmantel-Schneckenzentrifuge nur abschnittsweise einfassenden Gehäuse (29) abgedeckt sind, das lediglich den Bereich der einen oder mehreren Öffnung/en (27) an der Trommelwandung übergreift, – wobei zwischen dem undrehbaren Gehäuse (29) und der Trommel (1) oder zwischen dem undrehbaren Gehäuse (29) und der Trommel (1) und anderen drehbaren Elementen der Vollmantel-Schneckenzentrifuge wenigstens eine oder mehrere Dichtungen (31) angeordnet sind.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (31) als Gleitringdichtungen ausgelegt sind.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Öffnungen (27) in einer axialen Stirnseite der Trommelwandung ausgebildet ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Öffnungen (27) in der Trommelumfangswandung der Trommel (1) ausgebildet ist und radial nach außen weist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (29) ringartig ausgebildet ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (31) zwischen den Innenumfängen der Axialwandungen des Gehäuses (29) und der Trommel (1) angeordnet sind.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (29) gestuft ausgebildet ist und eine Stufung der Trommel (1) übergreift.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffaustrag in einem oder im Anschluß an einen sich verjüngenden Abschnitt (15) der Trommel (1) ausgebildet ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schälscheibe (32) in einer sich an den Schleuderraum anschließenden Kammer (34) der Trommel (1) angeordnet ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (34) mit der Trommel (1) durch wenigstens eine Öffnung (35) verbunden ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Dichtungen (31) zwischen dem Trommelkopf (41) und der feststehenden Schälscheibe (32) ausgebildet ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens ein Gehäuse (29) für einen Betrieb von mehr als 0,5 bar Überdruck, vorzugsweise 3–6 bar Überdruck ausgelegt ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Dichtungen (31) größer 30m/s ist.
Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Druckbereich bei der Schleudergutverarbeitung mehr als 50°C, vorzugsweise 100°C bis 160°C, beträgt.