-
Die
Erfindung betrifft einen Separator nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
Es
ist seit langem bekannt, in Schleudertrommeln von Separatoren Tellerpakete
aus einer Mehrzahl von in Richtung der Tellerachse axial übereinander
liegenden Tellern konzentrisch zur Maschinen- bzw. Trommelachse
anzuordnen, so aus dem Bereich der Separatoren mit Trommeln mit
vertikaler Drehachse und Feststoffaustragsöffnungen in einem Schlammraum
außerhalb
des Tellerpakets.
-
Bei
Separatoren mit vertikaler Drehachse erfolgt entlang der Trommelachse
durch ein Zulaufrohr und diesem nachgeschaltete radiale Verteilerkanäle eine
Produktzufuhr in die Schleudertrommel, wo das Produkt in das Tellerpaket
aus i.allg. dicht übereinander
liegenden, aber dennoch im Bereich der wesentlichen Tellerflächen relativ
zueinander beabstandeten sowie in der Regel konischen (Trenn-)Tellern
eintritt. An den Tellern lagern sich schwerere Feststoffe i.allg.
an der Unterseite ab und wandern zum Außenumfang des Tellerpakets,
wohingegen die Flüssigkeit nach
innen hin fließt
(Zwei-Phasen-Flüssig-Fest-Separation).
-
Insbesondere – aber nicht
nur – zur
Durchführung
einer Flüssig-Flüssig-Fest-Separation (Drei-Phasen-Flüssig-Fest-Separation)
ist es auch bekannt, das Tellerpaket mit sogenannten Steigekanälen zu versehen,
welche aus direkt oder mit Drall (
DE 100 55 398 A1 ) übereinander liegenden Bohrungen
in den Tellern des Tellerpakets gebildet werden.
-
Aus
der
US 993,791 ist eine
Kammerzentrifuge ohne Feststoffaustragsöffnungen bekannt, bei welcher
der Durchmesser der Bohrungen innerhalb eines Tellerpaktes verändern oder
die Ausrichtung der Öffnungen
von Teller zu Teller verändert
wird, indem z.B. am Schaft eine zur Drehachse geneigte Tellerhaltrungskontur
angeordnet ist.
-
Die
Ableitung der Flüssigkeiten
erfolgt dabei i.allg. in Bereichen radial innen bzw. radial außen zu den
Tellern des Tellerpakets. Es ist auch bekannt, mit Hilfe von Bohrungen
insbesondere nahe zum Innenumfang sowie nahe zum Außenumfang
des Tellerpakets im Tellerpaket Ableitungskanäle für die Flüssigkeitsphase(n) auszubilden
(siehe z.B. die
DE 284640 ).
-
Bekannt
ist es auch, die Teller mit sogenannten Abstandshaltern nach Art
von Stegen und/oder kleinen Spitzen (Punkten) zu versehen, die einerseits für eine Beabstandung
der Teller voneinander sorgen und andererseits die Strömungsverhältnisse
im Tellerpaket beeinflussen. Zwischen die Teller werden bevorzugt
zu diesen separate Abstandshalter gesetzt werden. Gehalten werden
die Teller i.allg. in Nuten an einem Verteilerschaft oder in sonstigen
Tellerhaltern.
-
Die
Erfindung hat demgegenüber
die Aufgabe, die Strömungsverhältnisse
in der Trommel eines gattungsgemäßen Separators
mit einfachen konstruktiven Mitteln zu optimieren.
-
Die
Erfindung löst
diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
-
Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
-
Nach
dem kennzeichnenden Merkmal ist der Durchmesser des wenigstens einen
Kanals innerhalb des Tellerpakets oberhalb des in Strömungsrichtung untersten
Tellers nicht konstant und/oder dass der Kanal geneigt zur Trommelachse
der Trommel angeordnet und die Bohrungen des wenigstens einen Verteilerkanal
sind nicht radial zur Trommelachse in der Trommel ausgerichtet.
-
Mit
jeder dieser drei Maßnahmen
ist es – je nach
Produkt – gerade
bei einer Zentrifuge mit einem Schlammraum außerhalb des Tellerpaktes (mit
Kolbenschieberanordnung oder Feststoffaustragsdüsen) möglich, die Strömungsverhältnisse
in der Trommel zu optimieren. Besonders vorteilhaft wird dabei die
kombinierte Maßnahme
von wenigstens zwei oder – noch
besser – allen
drei dieser Maßnahmen – Verteiler
und Kanalgeometrie und/oder -ausrichtung – genutzt, um die Strömungsverhältnisse
in der Zentrifuge konstruktiv auf einfache Weise zu optimieren und
optimal an das zu verarbeitende Produkt anzupassen.
-
Eine
gattungsfremde Zentrifuge mit einem nicht konzentrisch angeordneten
Zulaufrohr zeigt die
DE 38 80
19 .
-
Besonders
bevorzugt variiert die Geometrie der Bohrungen der Teller eines
Steigekanals im Kanal derart, dass die Spalte zwischen den Tellern
im Betrieb über
die gesamte Höhe
des Tellerpakets hinweg gleichmäßig mit
Flüssigkeit
beschickt sind. Durch diese vorteilhafte Maßnahme werden die Strömungsverhältnisse
in der Zentrifuge besonders deutlich optimiert. Es wird also nicht
nur ein einfaches Aufweiten der Bohrungen „von Teller zu Teller" realisiert sondern
eine strömungsabhängige Optimierung,
bei der die Bohrungen auch über
einige Teller hinweg konstant ausgelegt sein können und sich dann z.B. erweitern.
Jeder Teller für
sich kann derart besonders optimal ausgelegt werden. Produktionsseitig
ist dies insbesondere durch Laserschneiden der Bohrungen im Metallblech
der Teller einfach realisierbar.
-
Beispielsweise
kann der Durchmesser des Kanals sich im Abstand mehrerer Teller
stufenweise oder von Teller zu Teller kontinuierlich verändern, insbesondere
in Strömungsrichtung
abnehmen. Ganz besonders zweckmäßig ist
es, wenn der Durchmesser in Strömungsrichtung
abnimmt, z.B. kontinuierlich.
-
Die
Bohrungen an sich können
eine beliebige Formgebung aufweisen. Die optimalste Form ermittelt
der Fachmann durch Versuche produktabhängig. So können die Bohrungen eine mehreckige
oder eine runde Form oder eine Bogenform aufweisen, und zwar in
beliebiger Ausrichtung.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Variante besteht jeder Kanal aus mehreren
Bohrungen, welche wiederum besonders vorteilhaft auch ein Lochmuster – beispielsweise
umfangsverteilt auf einem Kreis oder einer Ellipse – in den
Tellern ausbilden können.
-
Denkbar
ist es ferner auch, dass der wenigstens eine geneigte Kanal zur
Trommelachse bogenförmig
im Tellerpaket verläuft.
-
Dabei
kann/können
der/die Kanal/Kanäle ganz
besonders bevorzugt ein Steigekanal zur Produktzuleitung in das
Tellerpaket und/oder auch besonders vorteilhaft wenigstens einen
Ableitungskanal zur Ableitung einer Flüssigkeitsphase aus dem Tellerpaket
umfassen. Auch die optimierte Auslegung von Steige- und Ableitungskanälen trägt zur Verbesserung
der Strömungsverhältnisse
bei.
-
Besonders
bevorzugt ist je einer der Ableitungskanäle zur Ableitung verschiedener
Flüssigkeitsphasen
nahe zum Innenumfang bzw. nahe zum Außenumfang des Tellerpakets
innerhalb des Tellerpakets ausgebildet. Die Strömungsrichtung verläuft in Richtung
von Flüssigkeitsausträgen der
Trommel, bei vertikaler Ausrichtung i.allg. von unten nach oben).
-
Durch
eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Maßnahmen
ist es mittels einfacher Versuche möglich, die Ausgestaltung der
Kanäle
eines Separators mit vertikaler Drehachse, produkt- und maschinenabhängig zu
optimieren, um die Parallelschaltung der Teller des Tellerpakets
zu verbessern und die Strömungsverhältnisse
zu optimieren, um beispielsweise Trennzonenverschiebungen infolge von
Druckunterschieden im Tellerpaket zu kompensieren (radiale Lage)
und Instabilitäten
im Tellerpaket (in Umfangsrichtung) zu reduzieren.
-
Zweckmäßig ergänzt wird
die Erfindung durch die bereits erwähnte und auch unabhängig zu betrachtende
Maßnahme,
einen Verteiler mit wenigstens einem als Bohrung in einem Verteilerfuß ausgebildeten
Verteilerkanal vorzusehen, welcher nicht radial in der Trommel ausgerichtet
ist, was wiederum auf einfache Weise die Strömungsverhältnisse produktabhängig optimiert.
-
In
vielen Fällen
ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn die Verteilerkanäle vorzugsweise
entgegen der oder u.U. auch in Drehrichtung der Trommel geneigt
ausgerichtet sind.
-
Vorteilhaft
sind die Verteilerkanäle,
welche Bohrungen relativ zu Radialen durch die Trommelachse der
Trommel in einem radial inneren Bohrungsabschnitt entgegen der Drehrichtung
der Trommel ausbilden, nacheilend geneigt ausgerichtet.
-
Die
Strömungsverhältnisse
werden durch diese Maßnahme
insbesondere auch in Kombination mit der Maßnahme, dass die Verteilerkanäle in einem weiteren
Bohrungsabschnitt in die Trommel münden, der in der Trommel nach
oben gerichtet ist und direkt unter einem Steigekanal des Teller
Pakets in die Trommel austritt., weiter optimiert. Es wird zudem eine
schonendere Beschleunigung und ein optimaler Eintritt des Schleudergutes
in die Steigekanäle
gewährleistet.
-
Dabei
können
die Verteilerkanäle
einen sich aufweitenden runden oder einen schlitzartigen Auslaß aufweisen,
der sich tangential in oder gegen die Drehrichtung der Trommel erstreckt
und/oder in der Trommel nach oben gerichtet ist.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug
auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1–8 jeweils
Draufsichten auf einen Teilbereich verschiedener Teller für Tellerzentrifugen
mit vertikaler Drehachse;
-
9 einen Schnitt durch eine
schematisch dargestellten Separator, der durch zwei Verteilerkanäle gelegt
ist; und
-
10 eine Draufsicht auf einen
Verteiler für einen
Separator nach Art der 7.
-
1 zeigt eine Draufsicht
auf einen Teilbereich eines bekannten Tellers 1 eines Tellerpakets
für einen
Separator (hier ansonsten nicht dargestellt).
-
Die
Teller 1 weisen nach 1 jeweils
eine Bohrung 2 auf, wobei die Bohrungen 2 bzw.
Löcher der
Teller 1 im Zusammenspiel mehrerer übereinander angeordneter Teller
einen Steigekanal 3 ausbilden, welcher radial im Bereich
der Trennzone T zwischen einer leichteren und einer schwereren Flüssigkeitsphase
liegt. Radial innen zu den Tellern erfolgt im Bereich 4 die
Ableitung einer leichten und radial außerhalb der Teller 1 im
Bereich 5 die Ableitung einer schwereren Flüssigkeitsphase.
Der Feststoff tritt nach außen
aus dem Tellerpaket aus (hier nicht dargestellt) und kann dort in
an sich bekannter Weise z.B. durch Düsen oder eine Kolbenschieberanordnung
aus der Schleudertrommel ausgeleitet werden.
-
Das
Tellerpaket bzw. die einzelnen Teller 1 sind auf einen
Verteilerschaft 16 aufgeschoben, der an seinem Außenumfang
mit einer Mehrzahl radial vom Schaft nach außen gerichteten Stegen 17 versehen
ist, die über
den Innenumfang I der Teller 1 hinausragen und derart die
Teller 1 am Verteilerschaft 16 relativ zu diesem
unverdrehbar sichern.
-
In
radialer Verlängerung
der Stege 17 sind hier ebenfalls radial gerichtete Abstandshalter
(Laschen) 18 zwischen den Teller angeordnet, welcher derart
die Teller hier vollständig
in Segmente 19 mit einem Öffnungswinkel α unterteilen,
in denen jeweils eine Winkelhalbierende W liegt.
-
Der
Bereich 4 zur Ableitung der leichten Phase wird dabei durch
Nuten 20 im Außenumfang
des Verteilerschaftes 16 zwischen den Stegen 17 gebildet,
welche symmetrisch zu den Winkelhalbierenden W in den Verteilerschaft 16 eingebracht
sind.
-
Nach 2 weist der Steigekanal 3 einen nicht
konstanten Querschnitt auf, d.h., der Durchmesser der Bohrungen 2 der
Teller 1 des Tellerpakts, welche den Steigekanal ausbilden,
ist nicht konstant. Er verändert
sich vielmehr über
die gesamte Höhe des
Tellerpakets (hier verringert er sich kontinuierlich über die
gesamte Höhe
des Tellerpaktes in Strömungsrichtung).
-
Dabei
ist anzumerken, dass es aus der
GB 264,777 bekannt
ist, den untersten Teller mit einem anderen Loch- bzw. -bohrungsanordnung
zu versehen als die oberen Teller, um einen Teil der Teller abzudecken
und den Steigekanal derart durch Austausch des untersten Tellers
radial versetzen zu können.
-
Bevorzugt
nimmt der Durchmesser der Bohrungen 2 nach 2 bei einer Trommel mit vertikaler Drehachse
von unten nach oben kontinuierlich ab (gestrichelt angedeutet),
so dass sich der Durchmesser des Steigekanals 3 ebenfalls
von unten nach oben verringert.
-
Die
Steigekanal 3 nach 2 liegt
zudem nicht parallel zur Trommelachse A (senkrecht zur Bildebene).
Die Bohrungen 2 übereinander
liegender Teller 1 fluchten insofern nicht mehr völlig sondern nur
abschnittsweise, so dass der Steigekanal 3 sich beispielsweise
von unten nach oben radial von außen weiter nach innen und/oder
in oder gegen die Drehrichtung in Umfangsrichtung erstrecken kann und
somit einen Drall aufweisen kann.
-
Nach 2 ist die Nut 20 im
Verteilerschaft zur Ausbildung des Ableitungskanals nicht symmetrisch
zur Winkelhalbierenden W jedes Tellersegments 19 ausgerichtet
sondern asymmetrisch seitlich versetzt. Auch dies kann die Strömungsverhältnisse im
Tellerpaket optimieren.
-
Nach 3 – 6 sind
die Ableitungskanäle 6, 7 direkt
im Tellerpaket ausgebildet, d.h. es ist jeweils radial außerhalb
des Innenumfangs I der Teller 1 im Tellerpaket ein erster
Ableitungskanal 6 für
eine leichte Flüssigkeitsphase
und radial innerhalb des Außenumfangs
A der Teller 1 ein zweiter Ableitungskanal 7 für eine schwerere
Flüssigkeitsphase
ausgebildet. Auch diese können
nicht nur symmetrisch sondern auch nicht symmetrisch zur Winkelhalbierenden
W jedes Tellersegments 19 ausgerichtet sein. Dies gilt auch
für die
Steigekanäle 2 zur
Produktzuleitung.
-
Die
Ableitungskanäle 6, 7 werden
analog zu den Steigekanälen 3 durch übereinander
liegende Bohrungen 8, 9 in den Tellern 1 ausgebildet,
welche nahe zum Innen- bzw. Außenumfang
der Teller 1 liegen. Die Ableitungskanäle 6, 7 können wiederum
einen nicht konstanten Durchmesser aufweisen und/oder relativ zu
Trommelachse nicht direkt übereinander
sondern zueinander versetzt liegen. Insofern können sämtliche der vorstehenden oder
nachstehenden Anordnungen der Bohrungen 2 für die Steigekanäle 3 auch
bei der Ausgestaltung der Bohrungen 8, 9 für die Ableitungskanäle 6, 7 analog
genutzt werden.
-
Nach 3 können die Bohrungen 8 des
inneren Ableitungskanals 6 für die leichte Flüssigkeitsphase
und oder die Bohrungen 9 des Ableitungskanals 7 für die schwerere
Phase und/oder die Bohrungen 2 des Steigekanäls 3 jeweils
wiederum aus mehreren Bohrungen 2, 8, 9 nach
Art einer Mehrfachlochung 10 bestehen, wobei die einzelnen
Bohrungen beispielsweise auf einem Kreis 12, einer insbesondere
radial ausgerichteten Geraden oder auf einem in Umfangsrichtung
ausgerichteten Bogen oder einer Geraden 13 angeordnet sein
können.
Die Bögen oder
Geraden können
zur Winkelhalbierenden W des Segmentes bzw. auch zu sonstigen Radialen
durch die Trommelachse A der Zentrifuge je nach Anwendungsfall beliebig
winklig und/oder versetzt ausgerichtet sein.
-
Es
hat sich gezeigt, daß die
Aufteilung des Produktstroms in viele kleine Kanäle eine Verbesserung hinsichtlich
der gleichmäßigen Beschickung
der Tellerspalte bewirkt und die Strömungsverhältnisse im Tellerpaket optimiert.
-
Die
einzelnen Bohrungen 2, 8, 9 können eine beliebige
Geometrie aufweisen, so eine Kreisform oder eine mehreckige Form,
beispielsweise eine Drei- oder Viereckform (4) oder eine Bogenform (5), wobei das Mehreck oder auch die weiteren geometrischen
Formen beliebig winklig zur Winkelhalbierenden W ausgerichtet sein
können.
-
Es
bietet sich insbesondere an, die Geometrie der Bohrungen eines Steigekanals
derart aufeinander abzustimmen, dass die Spalte zwischen den Tellern über die
gesamte Höhe
des Tellerpakets bzw. Steigekanals hinweg gleichmäßig mit
Flüssigkeit
beschickt werden. Dies kann durch Versuche und/oder theoretische Überlegungen,
wie Rechnersimulationen erreicht werden.
-
Die 6 bis 8 veranschaulichen, dass es durch eine
optimierte Verteilerausgestaltung ebenfalls und/oder optional möglich ist,
die Strömungsverhältnisse
in der Trommel sowie am und im Tellerpaket weiter zu optimieren.
-
Der
vorzugsweise einstückige
Verteiler ist mit hier nicht radial ausgerichteten als Bohrung ausgebildeten
Verteilerkanälen 14 versehen,
die zunächst
(9) in einem ersten
Bohrungsabschnitt in der Trommel von innen nach außen geneigt
nach unten verlaufen und in einem Bohrungsabschnitt enden, der als
sich vorzugsweise aufweitender oder geometrisch verändernder
Verteilerauslaß 15a ausgebildet
ist. Dieser ist in der Trommel 1 nach oben gerichtet und
mündet
vorzugsweise direkt unter einem der Steigekanäle. Er kann im Austrittsbereich
kreisrund oder zum Beispiel schlitzartig geformt sein. Die schlitzartigen
Verteilerauslässe 15b aus
den Bohrungen der Verteilerkanäle 14 (6) können sich dann wiederum relativ
zum übrigen
Verteilerkanal vorzugsweise tangential zu Radialen in (7) oder gegen (8) die Drehrichtung der
Trommel erstrecken bzw. vor- oder nacheilen.
-
Derart
ist es möglich,
die Einströmung
des Produktes in die Trommel sowie in das Tellerpaket ganz gezielt
bei optimiertem Zuleitungsbohrungsquerschnitt zu optimieren, um
eine verbesserte Abscheidung der Partikel zu erreichen und ggf.
die Parallelschaltung der Teller 1 zu verbessern.
-
9 zeigt eine Querschnittsansicht
eines schematisiert dargestellten selbstentleerenden Separators
mit einer Trommel 21 mit vertikaler Drehachse D, der einen
Verteiler 22 aufweist, in den hier von oben ein nicht dargestelltes
Zulaufrohr mündet.
Der Verteiler 22 weist den oberen konzentrisch zur Drehachse
ausgerichteten Verteilerschaft 16 sowie mehrere der als
Bohrungen ausgebildeten Verteilerkanäle 14 auf, die jeweils
in einem der Verteilerauslässe 15a,b,c münden. Ein
Kolbenschieber 23 dient zum Öffnen und Verschließen von
Feststoffaustragsöffnungen 24.
Die Flüssigkeitsableitung
aus der Trommel 24 erfolgt vorzugsweise durch hier ebenfalls nicht
dargestellte Greifer bzw. Schälscheiben.
-
10 zeigt eine entsprechende
Draufsicht auf den Verteiler mit dem Verteilerschaft 16 und
dem unteren sich radial erweiternden, nahezu tellerartigen Fußabschnitt 25,
welcher von den hier beispielhaft drei gestrichelt gezeichneten
Verteilerkanälen 14 durchsetzt
ist, die in den Verteilerauslässen 15a,b,c münden.
-
Die
die Verteilerkanäle 14 im
besonders bevorzugt einteiligen Verteiler ausbildenden geraden Bohrungen
sind hier nicht radial sondern relativ zu Radialen r durch die Trommelachse
M (die sich hier mit der Drehachse D in der Darstellung deckt) nacheilend
zur Drehrichtung angeordnet, was einen besonders schonenden Einlauf
des Schleudergutes ermöglicht.
-
Dies
wird wiederum vorzugsweise von der Maßnahme begleitet, die Löcher des
Steigekanals 14 nicht über
die Höhe
des Tellerpaktes konstant sondern in Hinsicht auf die Strömungsverhältnisse
optimiert nicht konstant bzw. variabel auszugestalten. Bevorzugt
beträgt
der Winkel β zwischen
den Verteilerkanälen
und der Radialen R, welche durch den Ansatzbereich des Verteilerkanals
(14) am Innenumfang des Verteilers verläuft, zwischen 15 und 85°, insbesondere
zwischen 25° und
65°, um
derart einen besonders schonenden Einlauf des Schleudergutes in
die Trommel zu erreichen.
-
Die
Verteilerauslässe 15a,b,c können verschiedene
Geometrien aufweisen, die auch auf die Steigekanäle abgestimmt sind und wiederum
an sich relativ zum nacheilenden Verteilerarm nacheilend (15b),
voreilend (15c) oder „neutral" (15a) ausgerichtet
sein können
(Siehe auch 10).
-
- 1
- Teller
- 2
- Bohrung
- 3
- Steigekanal
- 4
- Bereich
- 5
- Bereich
- 6
- Ableitungskanal
- 7
- Ableitungskanal
- 8,
9
- Bohrungen
- 10
- Mehrfachlochung
- 12
- Kreis
- 13
- Gerade
- 14
- Verteilerkanal
- 15a,
b
- Verteilerauslaß
- 16
- Verteilerschaft
- 17
- Stege
- 18
- Abstandshalter
(Laschen)
- 19
- Segmente
- 20
- Nuten
- 21
- Trommel
- 22
- Verteiler
- 23
- Kolbenschieber
- 24
- Feststoffaustragsöffnungen
- 25
- sich
aufweitender Fußabschnitt
- I
- Innenumfang
- A
- Außenumfang
- T
- Trennzone
- α
- Öffnungswinkel
- W
- Winkelhalbierende
- R
- Radiale
- r
- Drehrichtung
- D
- Drehachse