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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einer rotierbaren Trommel
sowie einem Einlaufrohr zum Zuführen
von zu reinigender Flüssigkeit
in die Trommel. Die Erfindung betrifft ferner ein Einlaufrohr einer
Zentrifuge sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Einlaufrohres
einer Zentrifuge.
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Bei
Zentrifugen, insbesondere bei Vollmantelschneckenzentrifugen und
Separatoren bzw. Tellerzentrifugen, wird in das Innere der mit hoher Drehgeschwindigkeit
rotierenden Trommel durch ein Einlaufrohr eine Flüssigkeit
zugeführt,
welche nachfolgend unter dem Einfluss der Fliehkraft (und einer sich
relativ zur Trommel drehenden Schnecke oder eines Tellerpakets)
in mehrere Phasen getrennt wird. Die Phasen treten an getrennten
Auslässen
aus der Trommel aus.
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Eine
schwierige Aufgabe ist bei derartigen Zentrifugen das richtigartige
Einbringen der zuzuführenden
Flüssigkeit,
welche mehr oder weniger zähflüssig und
mit den verschiedensten Arten von Stoffen versetzt sein kann, in
die Trommel. Zum Zuführen der
Flüssigkeit
ist in der Regel das Einlaufrohr koaxial zur Rotationsachse der
Trommel (und der darin angeordneten Schnecke bzw. dem Tellerpaket)
angeordnet ist. Das Einlaufrohr erstreckt sich z.B. durch die Nabe
der Schnecke hindurch. Die durch das Einlaufrohr eingebrachte Flüssigkeit
befindet sich damit zunächst
im Zentrum der Trommel, von wo aus sie zum radial äußeren Bereich
der Trommel bewegt werden muss. Bei der Bewegung radial nach außen wird
die Flüssigkeit
zugleich der Fliehkraft unterworfen und es ist daher von großer Wichtigkeit,
dass sie vor und während
dieses Vorgangs in der richtigen Weise bereits in der Trommel verteilt
wird.
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Aus
DD 260 172 A3 ist
eine solche verbesserte konstruktive Gestaltung einer Einlaufzone
von Langrohrdekanterzentrifugen bekannt, die zur Trennung einer
p-Xylol-Suspension
im Tieftemperaturbereich dienen soll. Dabei wird im Mittelbereich
der Austragsschnecke eine konisch gestaltete, rotierende Zulaufdüse angeordnet.
Durch eine Innenkammerplatte mit einem Arretierungswehr und einem Firstschneckenwehr
wird die Schneckenhalszone produktseitig abgekammert. Ein zentrisch
am Trommelboden angebrachter, stumpfwinkliger Verteilerkegel, dessen
Winkel zur horizontalen Ebene 125–130° beträgt, komplettiert die Einlaufzone.
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Aus
DE 691 04 715 T2 ist
eine Dekanterzentrifuge bekannt, die eine rotierbar gelagerte Trommel mit
einer Auslassöffnung
für die
abgeschiedene Flüssigkeitsphase
aufweist. Eine in der Trommel rotierbar gelagerte Schnecke weist
einen Schneckenkörper auf,
der einen als Hohlraum ausgebildeten Einlauf für das abzuscheidende Zufuhrmaterial
umfasst. Der Einlauf ist radial durch eine mit dem Schneckenkörper koaxiale
Wand abgegrenzt, die zwischen zwei benachbarten Schneckenwindungen
der Schnecke angeordnete Einlassöffnungen
hat, welche den Einlauf mit dem zwischen dem Schneckenkörper und der
Innenseite der Trommel liegenden Raum verbinden. Der Einlauf ist
dabei von einer rotationssymmetrischen ersten Endwand und einer
der ersten Endwand gegenüberliegenden
zweiten Endwand axial abgegrenzt, und die zweite Endwand weist einen
in Richtung zur ersten Endwand verlaufenden zentralen Vorsprung
mit einer axialen Bohrung für
ein Einlaufrohr auf. Das Einlaufrohr ist koaxial mit der Trommel und
hat eine sich dem Einlauf zuwendende und in einer Ebene rechtwinklig
zur Trommelachse liegende Mündung.
Die Mündungen
der Einlauföffnungen
im Einlauf liegen auf einem Radius, der größer ist als der Radius zu den
Auslassöffnungen.
Der Peripheriebereich des Einlaufs, der nach außen vom Radius zu den Einlauföffnungen abgegrenzt
ist, ist frei von Mitnehmern, nach innen verlaufenden Vorsprüngen und dergleichen.
Die zweite Endwand ist rotationssymmetrisch und der Vorsprung der
zweiten Endwand hat die Form eines Kegelstumpfes, dessen spitzes Ende
sich der ersten Endwand zuwendet.
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Zugrunde
liegende Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge der eingangs
genannten Art derart zu verbessern, dass insbesondere ein konzentriertes Auftreffen
von der in die Trommel zugeführten
Flüssigkeit
in einer schmalen Zone im Einlaufraum der Zentrifuge vermieden ist.
Unerwünschte
Folgen eines unrichtigen Eintrags von Flüssigkeit in die Trommel sind
Verschleiß durch
Auswaschungen oder verfahrenstechnische Störungen. Um diese Probleme auch
im Vergleich zu bekannten Lösungsversuchen besser
zu vermeiden soll ferner ein entsprechend gestaltetes Einlaufrohr
einer Zentrifuge sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen
werden.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer
Zentrifuge, insbesondere einer Vollmantelschneckenzentrifuge oder
einer Tellerzentrifuge gemäß Anspruch
1, einem Einlaufrohr gemäß Anspruch
9 und einem Verfahren gemäß Anspruch
10 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine
Zentrifuge mit einer rotierbaren Trommel sowie einem Einlaufrohr zum
Zuführen
von zu reinigender Flüssigkeit
in die Trommel geschaffen, bei der im Inneren des Einlaufrohres
eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der in der durch das Einlaufrohr
strömenden
Flüssigkeit
ein Drall erzeugbar ist. Ferner ist erfindungsgemäß ein Einlaufrohr
einer Zentrifuge geschaffen, bei dem im Inneren des Einlaufrohres
eine Einrichtung vorgesehen ist, mittels der in der durch das Einlaufrohr
strömenden
Flüssigkeit
ein Drall erzeugbar ist.
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Erfindungsgemäß wird am
Einlaufrohr der Zentrifuge der zuführte Flüssigkeitsstrahl nicht auf einen
vor der Mündung
des Einlaufrohres angeordneten Körper
aufgespritzt, um das zugeführte
Material auf diese Weise nach radial außen umzulenken, sondern es
wird im Inneren eines nicht mit der Trommel (oder Schnecke) mitrotierenden,
also still stehenden Einlaufrohres ein Drall bzw. ein Wirbel erzeugt.
Der Drall bzw. Wirbel in der Flüssigkeit
führt dazu,
dass dann, wenn diese das Ende des Einlaufrohres erreicht hat, sie
nicht allein in axialer Richtung austritt, sondern zugleich eine
radiale Bewegungskomponente aufweist. Die Flüssigkeit wird dadurch verschieden stark
sowohl axial als auch radial ausgetragen und damit in einer Zone
vor dem Einlaufrohr verteilt.
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Tests
haben gezeigt, dass die erfindungsgemäße Einrichtung zu einer besonders
vorteilhaften Verteilung von Flüssigkeit über eine
große
Einlaufkammerlänge
hinweg führt
und es ferner auch nicht zu einem Rückspritzen in die Zone axial
vor der Einlaufkammer kommt.
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Der
derart gestaltete erfindungsgemäße "Dralleinsatz" befindet sich im
Inneren des Einlaufrohres. Da er nicht oder nur wenig aus dem Einlaufrohr
herausragt, ist eine kompakte Bauweise möglich. Ferner sind nur geringe
Zusatzmassen erforderlich, was der Schwingungssituation des Einlaufrohres und
damit der gesamten Zentrifuge zuträglich ist.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Zentrifuge
weist das Einlaufrohr die bereits erwähnte Mündung auf und die Einrichtung
ist im Inneren des Einlaufrohres nahe dieser Mündung angeordnet. Mit der derartigen
Einrichtung wird die zugeführte
Flüssigkeit
erst kurz vor deren Austritt aus dem Einlaufrohr in Drehung versetzt
und es wird damit vermieden, dass durch Reibung innerhalb der Flüssigkeit
dieser Drehimpuls bereits vor dem Austreten wieder geschwächt werden
könnte. Die
erfindungsgemäße Einrichtung
ist daher in Bezug auf die Gesamtlänge des Einlaufrohres besonderes
vorteilhaft im vorderen Drittel, insbesondere im vorderen Fünftel von
diesem angeordnet.
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Ferner
ist es vorteilhaft, dass sich das Einlaufrohr insgesamt entlang
einer Längsachse
erstreckt und mit der Einrichtung in der durch das Einlaufrohr strömenden Flüssigkeit
ein Drall um diese Längsachse
des Einlaufrohres erzeugbar ist. Mit einer derartigen Einrichtung
wird im Wesentlichen der gesamte, aus dem Einlaufrohr austretende
Flüssigkeitsstrom
in Rotation versetzt. Diese Art der Rotation von zugeführter Flüssigkeit
innerhalb des Einlaufrohres funktioniert besonders gut, wenn das
Einlaufrohr insgesamt kreiszylindrisch, also mit einem kreisförmigen Querschnitt
gestaltet ist.
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Darüber hinaus
weist bei der erfindungsgemäßen Zentrifuge
das Einlaufrohr bevorzugt eine Wandung und die Einrichtung mindestens
ein Ablenkelement auf, mit dem die Strömungsrichtung der in dem Einlaufrohr
strömenden
Flüssigkeit
nahe der Wandung ablenkbar ist. Diese Gestaltung birgt den Vorteil,
dass insbesondere im radial äußeren Bereich der
Querschnittsfläche
des Einlaufrohres die zugeführte
Flüssigkeit
abgelenkt wird, während
der radial innere Bereich der Querschnittsfläche eine freie Strömung der
Flüssigkeit
erlaubt. Dies ist insbesondere im Hinblick auf mögliche Verstopfungen innerhalb des
Einlaufrohres von großem
Vorteil.
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Daher
ist erfindungsgemäß auch besonders bevorzugt
das mindestens eine Ablenkelement derart gebildet, dass es an der
Innenseite der Wandung des Einlaufrohres über seine gesamte Länge hinweg anliegt
und nicht von Flüssigkeit
unterspült
werden kann. Ein Zusetzen von Öffnungen,
ein Anhäufen
von Massen vor den Ablenkelementen und insbesondere ein Bilden von "Verzopfungen" (faserige Bestandteile in
der Flüssigkeit
würden
sich um Stege oder Finger legen und Material vor sich anhäufen), ist
auf diese Weise erfindungsgemäß sicher
vermieden.
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Die
erfindungsgemäße Zentrifuge
ist ferner bevorzugt mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Dralls
bzw. Wirbels innerhalb der zugeführten
Flüssigkeit
versehen, die mit mindestens einem Ablenkelement gebildet ist, welches
als eine schräg
zur Hauptströmungsrichtung
der Flüssigkeit
ausgerichtete Platte gestaltet ist. Eine solche Platte kann besonders
einfach auch aus hochwertigem und damit verschleißarmem Material
hergestellt und in das erfindungsgemäße Einlaufrohr eingesetzt werden.
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Um
eine hohe und zugleich über
den gesamten radial außen
liegenden Bereich des Flüssigkeitsstroms
gleichmäßig starke
Verdrehung der zugeführten
Flüssigkeit
zu bewirken umfasst bevorzugt die Einrichtung mehrere, insbesondere
vier Ablenkelemente, welche über
den inneren Umfang und/oder die Länge des Einlaufrohres hinweg
gleichmäßig verteilt
angeordnet sind.
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Um
darüber
hinaus die erfindungsgemäße Einrichtung
auch ganz gezielt kostengünstig
herstellen und einbauen zu können,
weist das Einlaufrohr bevorzugt eine Wandung auf, in der durch von
außen in
die Wandung eingefügte Öffnungen
einzelne nach innen in das Einlaufrohr ragende Ablenkelement zum Erzeugen
des Dralls eingesetzt sind.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Herstellen eines Einlaufrohres einer Zentrifuge sind daher die
folgenden Schritte vorgesehen: Bereitstellen eines rohrförmigen Körpers mit
einer Wandung, Ausbilden mindestens einer Öffnung in der Wandung, Einsetzen
eines Ablenkelements in die Öffnung
und Verschließen
der Öffnung
von außen.
Das Ausbilden der Öffnungen
erfolgt bevorzugt mit einem Schneid- oder Fräsverfahren, bei dem die Öffnungen schlitzförmig und
insbesondere bei Betrachtung in radialer Richtung auf das Einlaufrohr
geradlinig ausgebildet werden. In einen derartigen Schlitz kann
nachfolgend eine Platte eingesetzt werden, welche bevorzugt an der
im Inneren des Einlaufrohres liegenden Seite gerade oder konvex
ist, während
sie an ihrer radial außen
liegenden und zur Wandung gewandten Seite bogenförmig gestaltet ist. Die derart
eingesetzte Platte kann durch Verschweißen mit der Wandung des Einlaufrohres
an diesem befestigt und dabei zugleich die zugehörige Öffnung fluiddicht verschlossen werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßen Zentrifugen
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen näher
erläutert. Es
zeigt:
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1 einen
Längsschnitt
eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Zentrifuge
mit einem Einlaufrohr,
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2 einen
Längsschnitt
des Einlaufrohrs der Zentrifuge gemäß 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 eine
Seitenansicht zur Darstellung gemäß 2,
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4 eine
weiter vergrößerte Darstellung des
Längsschnitts
gemäß 2, 5 eine
Seitenansicht zur Darstellung gemäß 4,
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6 einen
Längsschnitt
eines zweiten Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Einlaufrohrs
ebenfalls passend für
eine Zentrifuge gemäß 1 und
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7 eine
Seitenansicht zur Darstellung gemäß 6.
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Detaillierte
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist
eine Zentrifuge in Gestalt einer Vollmantelschneckenzentrifuge im
Längsschnitt
dargestellt, welche auf einem Grundgestell 10 ein erstes Lager 12 sowie
ein zweites Lager 16 aufweist. Zwischen den beiden Lagern 14 und 16 ist
eine Trommel 18 drehbar gelagert angeordnet, in welcher
sich eine ebenfalls drehbare Schnecke 20 befindet.
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Die
Schnecke 20 umfasst eine Nabe 22, um welche herum
eine Schneckenwendel 24 ausgebildet ist. Die Schnecke 20 und
die Trommel 18 können durch
nicht im Detail dargestellte Antriebe mit hoher Drehzahl rotiert
werden, wobei die Schnecke 20 sich in der Trommel 18 relativ
zu dieser dreht.
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Um
mit der derart rotierenden Einheit aus Trommel 18 und Schnecke 20 ein
mehrphasiges fließfähiges Gemisch
bzw. eine Flüssigkeit
trennen zu können,
sind an der Trommel ein Flüssigkeitseinlass 28 sowie
ein Auslass 30 für
flüssige
Phase und ein Auslass 32 für feste Phase vorgesehen.
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Der
Flüssigkeitseinlass 28 ist
mit einem Einlaufrohr 34 für das zuzuführende Gemisch bzw. die Flüssigkeit
gestaltet, welches sich koaxial zur Schnecke 20 in deren
Nabe 22 hinein erstreckt. Das Einlaufrohr 34 weist
eine Mündung 36 auf,
mit der es in eine im Innern der Nabe 22 angeordnete Einlaufkammer
mündet,
um dort die zu trennende Flüssigkeit einzubringen.
Die eingebrachte Flüssigkeit
gelangt nachfolgend durch Öffnungen 40,
welche in der Nabe 22 ausgebildet sind, hinein in einen
Raum 42, in dem der eigentliche Trennvorgang erfolgt.
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Um
bei diesem Einbringen der zu trennenden Flüssigkeit in den Raum 42 hinein,
die zugeführte
Flüssigkeit
möglichst
gleichmäßig zu verteilen
und ein konzentriertes Auftreffen von Flüssigkeit in einer schmalen
Zone in der Einlaufkammer 38 zu vermeiden, ist im Einlaufrohr 34 nahe
der Mündung 36 eine Einrichtung 44 vorgesehen,
mittels der dem durch das Einlaufrohr 34 zugeführten Flüssigkeit
ein Drall aufgezwungen und dieses in Rotation versetzt wird, bevor
es aus der Mündung 36 in
die Einlaufkammer 38 eintritt.
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Die
Einrichtung 44 ist mit insgesamt vier plattenförmigen Ablenkelementen 46 gebildet,
welche an einer Wandung 48 des Einlaufrohres 34 von
radial außen
nach radial innen in dieses hineinragen und dabei in einer Ebene
schräg
zu dessen Längsachse 50 in
einem Winkel von ca. 30°,
bevorzugt von zwischen ca. 20° und
ca. 40° gerichtet
sind. Die Ablenkelemente 46 lenken jeweils einzeln die
durch das Einlaufrohr 34 geleitete Strömung von Flüssigkeit im radial äußeren Bereich
nahe der Wandung 48 in tangentialer Richtung ab und erzeugen
auf diese Weise einen Drall, Wirbel bzw. eine Rotation der Flüssigkeit um
die Längsachse 50.
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Das
einzelne Ablenkelement 46 ist in einen Schlitz 52 eingesetzt,
welcher in der Wandung 48 ausgebildet worden ist. Nach
dem Einsetzen des plattenförmigen
Ablenkelements 46 ist der Schlitz 52 mittels zweier
Schweißnähte 54 von
außen
wieder fluiddicht verschlossen worden. Auf diese Weise ist das einzelne
Ablenkelement 46 kostengünstig in dem Einlaufrohr 34 befestigt
und zugleich ist sichergestellt, dass es nicht von Flüssigkeit
unterströmt
werden kann, was im Hinblick auf ein Verstopfen oder Aufstauen von
Material in dem Einlaufrohr 34 von Nachteil wäre.
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Gestaltet
ist das einzelne plattenförmige
Ablenkelement 46 mit einem nach innen gerichteten geraden
Rand 56, welcher in der in den 3 und 5 dargestellten
Seitenansichten jeweils eine Sehne an den im Übrigen kreisförmigen Querschnitt des
Einlaufrohres 34 bildet. An seinem radial nach außen gerichteten
Rand 58 ist das einzelne plattenförmige Ablenkelement 46 bogenförmig. Auf
diese Art und Weise sind mit den Ablenkelement 46 in der Seitenansicht
betrachtet vier Kreissegmente gebildet, zwischen denen eine für Flüssigkeit
frei durchströmbare,
quadratische Durchgangsöffnung
gebildet ist.
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Bei
dem in den 6 und 7 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Einrichtung 44 im Innern des Einlaufrohres 34 mittels
zweier schraubenwendelförmiger
Ablenkelemente gebildet, welche von außen durch die Wandung 48 hindurch
mittels Schweißnähte 54 befestigt
sind. Mit diesen schraubenwendelförmigen Ablenkelementen 44 wird
die durch das Einlaufrohr 34 hindurchströmende Flüssigkeit über jeweils
1,5 Windungen hinweg in Rotation versetzt.
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Abschließend sei
angemerkt, dass sämtlichen
Merkmalen, die in den Anmeldungsunterlagen und insbesondere in den
abhängigen
Ansprüchen genannt
sind, trotz des vorgenommenen formalen Rückbezugs auf einen oder mehrere
be stimmte Ansprüche,
auch einzeln oder in beliebiger Kombination eigenständiger Schutz
zukommen soll.
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- 10
- Zentrifuge
- 12
- Grundgestell
- 14
- Lager
- 16
- Lager
- 18
- Trommel
- 20
- Schnecke
- 22
- Nabe
- 24
- Schneckenwendel
- 26
- Antrieb
- 28
- Flüssigkeitseinlass
- 30
- Auslass
für flüssige Phase
- 32
- Auslass
für feste
Phase
- 34
- Einlaufrohr
- 36
- Mündung
- 38
- Einlaufkammer
- 40
- Öffnung
- 42
- Raum
in der Trommel
- 44
- Einrichtung
- 46
- plattenförmiges Ablenkelement
- 48
- Wandung
- 50
- Längsachse
- 52
- Schlitz
- 54
- Schweißnaht
- 56
- bogenförmiger Rand
- 58
- gerader
Rand/Sehne
- 60
- quadratische
Durchgangsöffnung
- 62
- schraubenwendelförmiges Ablenkelement