DE10203652A1 - Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einem Wehr - Google Patents
Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einem WehrInfo
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Abstract
Eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit wenigstens einem Wehr (15) zum Ableiten geklärter Flüssigkeit aus einer Trommel (3), das einen Durchlass (17) aufweist, dem eine Drosseleinrichtung, insbesondere eine Drosselscheibe (31), zugeordnet ist, deren Abstand zum Durchlass (17) veränderlich ist und die als im Betrieb der Zentrifuge relativ zur Trommel (3) stillstehendes Teil ausgebildet ist, zeichnet sich dadurch aus, dass dem Durchlass (17) ferner wenigstens eine sich mit der Trommel (3) mitdrehende Düse (21) zum Auslass der geklärten Flüssigkeit zugeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Eine derartige Zentrifuge ist aus der DE 43 20 265 A1 bekannt. Die in dieser Schrift offenbarte Vollmantel-Schneckenzentrifuge ist an der Flüssigkeitsaustrittsseite mit einem Wehr versehen, welches einen Durchlass aufweist, der durch mehrere vom Innendurchmesser des Wehres ausgehende Nuten oder durch in den Wandungen des Wehres vorgesehene Öffnungen gebildet sein kann. Dem Durchlass ist eine während des Drehens der Trommel relativ zu dieser stillstehende Drosselscheibe zugeordnet, die über eine Gewindebuchse axial verschiebbar ist.
- Durch Verdrehen der Gewindebuchse kann der Abstand zwischen dem Wehr und der Drosselscheibe verändert werden. Dadurch verändert sich für die aus der Schleudertrommel ablaufende Flüssigkeit der Abflussquerschnitt, welcher sich aus der Gesamtlänge der Übertrittskante des Durchlasses und dem Abstand zwischen dem Wehr und der Drosselscheibe zusammensetzt.
- Die Veränderung des Abflussquerschnittes bewirkt eine Änderung des Flüssigkeitsspiegels in der Schleudertrommel, so dass eine stufenlose Einstellung dieses Flüssigkeitsspiegels durch Verschieben der Drosselscheibe möglich ist.
- Das Verschieben der Drosselscheibe in axialer Richtung kann auch dadurch realisiert werden, dass die Drosselscheibe an ihrem Außenumfang angelenkt ist und verschwenkt wird, was im Bereich des Wehres quasi zu einer axialen Verschiebung zwischen der Drosselscheibe und dem Wehr führt.
- Die Konstruktion der DE 43 20 265 A1 hat sich an sich bewährt, da sie eine Lösung des bei der Konstruktion des in der DE 41 32 029 A1 auftretenden Problems bietet, dass sich die Einrichtungen zur Verstellung des Übertrittsdurchmessers am Wehr im Betrieb mit der Trommel mitdrehen, was eine relativ aufwendige und umständliche Übertragung von Stellkräfte auf die rotierende Schleudertrommel notwendig macht.
- Dennoch ist es wünschenswert, für verschiedene Einsatzzwecke mit einfachen Mitteln eine zusätzliche Einstellmöglichkeit des Wehres der Vollmantel- Schneckenzentrifuge auf unterschiedliche Zulaufleistungen zu schaffen. Die Lösung dieses Problems ist die Aufgabe der Erfindung.
- Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
- Danach ist dem Durchlass ferner wenigstens eine sich mit der Trommel mitdrehende Düse zum Auslass der geklärten Flüssigkeit zugeordnet.
- Die Erfindung bietet auf diese Weise die Möglichkeit dazu, durch die Düsen aus der Trommel eine im Betrieb feste Grundmenge abzuleiten und mit Hilfe der veränderlichen Drosseleinrichtung, insbesondere der Drosselscheibe, den Flüssigkeitsstand in der Vollmantel-Schneckenzentrifuge zusätzlich fein zu regulieren bzw. fein einzustellen.
- Besonders vorteilhaft sind die Düsen wechselbar ausgebildet, um auf einfache Weise eine Voreinstellung der ablaufenden Flüssigkeitsmenge vornehmen zu können, z. B. bei stark varierenden Durchsatzmengen.
- Neben der guten Einstellbarkeit und Anpassbarkeit der Menge der ablaufenden Flüssigkeit aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge ist als weiterer Vorteil zu erwähnen, dass bei entsprechender Ausrichtung der Öffnungen der Düsen geneigt zur Symmetrieachse die aus den Düsen austretende Flüssigkeit die aufzubringende Antriebsleistung und -energie der Vollmantel-Schneckenzentrifuge verringert. Diese Energieeinsparung ist nicht unerheblich und kann zu einer spürbaren Senkung des Energieverbrauchs der Vollmantel-Schneckenzentrifuge führen.
- Vorzugsweise werden die Öffnungen der Düsen - bezogen auf die Drehrichtung der Trommel - rückwärts ausgerichtet, um eine Energieersparnis zu erzielen.
- Bevorzugt sind die Öffnungen der Düsen - bezogen auf eine Tangente in einer Ebene senkrecht zur Trommeldrehachse auf der Trommeloberfläche derart ausgerichtet, daß sie eine Neigung zwischen 0° und 30° aufweisen. Eine Neigung von 0° bringt einen maximalen Energiegewinn. Konstruktiv gut realisierbar sind Werte größer als 0° und kleiner als 30°.
- Wird eine Variante mit radialer Ausrichtung der Düsenöffnungen realisiert, entfällt der Vorteil der Energieersparnis beim Antrieb der Trommel. Erhalten bleibt aber die leichte Anpassbarkeit an verschiedene Durchlaufmengen, so daß auch eine derartige Variante noch einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Stand der Technik bietet.
- Besonders groß ist der Energiegewinn bei Vollmantel-Schneckenzentrifugen mit einer derartigen Auslegung, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Trommel am äußeren Durchmesser der Trommel im Betrieb mehr als 70 m/s beträgt, da sich bei derartigen Zentrifugen der Energiegewinn besonders deutlich auswirkt.
- Um Verstopfungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die Düsen einen Durchmesser von mehr als 2 mm aufweisen.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
- Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.
- Es zeigt:
- Fig. 1 den Bereich des Wehres einer erfindungsgemäßen Vollmantel- Schneckenzentrifuge; und
- Fig. 2 eine schematische Ansicht einer bekannten Vollmantel- Schneckenzentrifuge mit einem als Überlauf ausgestalteten Wehr.
- Fig. 2 soll den grundsätzlichen Aufbau einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge verdeutlichen.
- Fig. 2 zeigt eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 mit einer Trommel 3, in der eine Schnecke 5 angeordnet ist. Die Trommel 3 und die Schnecke 5 weisen jeweils einen im wesentlichen zylindrischen Abschnitt und einen sich hier konisch verjüngenden Abschnitt auf.
- Ein sich axial erstreckendes zentrisches Einlaufrohr 7 dient zur Zuleitung des Schleudergutes über einen Verteiler 9 in den Schleuderraum 11 zwischen der Schnecke 5 und der Trommel 3.
- Wird beispielsweise ein schlammiger Brei in die Zentrifuge geleitet, setzen sich an der Trommelwandung gröbere Feststoffpartikel ab. Weiter nach innen hin bildet sich eine Flüssigkeitsphase aus.
- Die Schnecke 5 rotiert mit einer etwas kleineren oder größeren Geschwindigkeit als die Trommel 3 und fördert den ausgeschleuderten Feststoff zum konischen Abschnitt hin aus der Trommel 3 zum Feststoffaustrag 13. Die Flüssigkeit strömt dagegen zum größeren Trommeldurchmesser am hinteren Ende des zylindrischen Abschnittes der Trommel 3 und wird dort durch ein Wehr 15 abgeleitet.
- Wie ein derartiges Wehr 15 im Rahmen erfindungsgemäß ausgestaltet werden kann, zeigt Fig. 1.
- Nach Fig. 1 weist das Wehr 15 einen Durchlass 17 in einem axialen Deckel 19 der Trommel 3 auf, dem eine Kombination aus wenigstens einer oder mehreren Düsen 21 sowie eine verstellbare Drosseleinrichtung zugeordnet ist.
- Die Düsen 21 sind als in radial oder geneigt zur Trommelachse ausgestaltete gerichtete Öffnungen 23 eines gestuften Ringansatzes 25 eingesetzte Schraubkörper ausgebildet, deren Bohrungen oder Öffnungen 27 senkrecht oder winklig zur Trommelachse S der Trommel ausgerichtet sind.
- Der Ringansatz 25 bildet an seinem vom Durchlass 21 abgewandten Ende einen axialen Auslass 29 aus, dem die Drosselscheibe 31 nachgeschaltet ist, deren Abstand zum Auslass 29 beispielsweise auf die in der DE 43 20 265 A1 beschriebenen Art und Weisen mit verschiedensten Antriebseinrichtungen (hier nicht dargestellt) veränderlich ist.
- Vorzugsweise wird der Abstand der Drosselscheibe 31 zum Auslaß 29 durch axiales Bewegen, insbesondere durch ein axiales Verschieben (auch realisierbar durch ein Verschwenken) der relativ zur drehenden Trommel 3 stillstehenden Drosselscheibe 31 verändert. Alternativ ist es auch denkbar, daß sich die Drosselscheibe 31 mit der Trommel 3 im Betrieb mitdreht (nicht dargestellt). diese Lösung ist jedoch konstruktiv aufwendig.
- Der Begriff Düse 21 ist hier derart zu verstehen, dass die Bohrung 27 einen über die axiale Erstreckung der Öffnung konstanten oder sich veränderlichen Durchmesser aufweisen kann. Die Düse 21 kann ferner auch als Bohrung im Ringansatz 25 ausgebildet sein, allerdings bieten die Schraubkörper der Vorteil der Wechselbarkeit und damit der Voreinstellung der Ablaufmenge.
- In der inneren Düsenkammer 33 können (hier nicht dargestellte) Rippen die Förderung verbessern.
- Durch die Düsen 21 wird eine je nach Auslegung und Durchmesser der Öffnungen der wechselbaren Schraubkörper voreingestellte Grundmenge an Flüssigkeit aus der Trommel 3 abgeleitet. Die optimale Ausrichtung der Düsen 21 zur maximalen Energieersparnis lässt sich mit einfachen Versuchen ermitteln.
- Bei einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge zur Eindickung eines Schlammes im Verhältnis 1 : 10 mit einer Zulaufleistung von 300 m3/h und einer Feststoffabfuhr von 30 m3/h ist beispielsweise eine Düsenauslegung für 200 m3/h sowie eine Ableitung von 70 m3/h zur Regulierung des Spiegels über die Drosselscheibe 31 empfehlenswert.
- Wenn kleinere Leistungen von z. B. 200 m3/h Zulauf gefahren werden, ergibt sich eines Feststoffmenge von z. B. 20 m3/h. Bei dieser Menge wäre eine Düsenauslegung für 110 m3/h sowie wiederum eine Ableitung von 70 m3/h zur Regulierung des Spiegels über die Drosselscheibe 31 empfehlenswert.
- Zur Anpassung an verschiedene Leistungen werden die Düsen 21 also einfach gegen solche mit einem anderem Durchmesser ausgetauscht. Ein aufwendiger Austausch teuerer und komplizierter Bauelemente ist nicht erforderlich.
- Vorzugsweise sind die Düsen 21 in einer Ebene senkrecht zur Trommelachse in einem Abstand zum äußeren Trommelradius bzw. -umfang von 25 bis 75% des Trommelradius angeordnet, da der Energiegewinn um so größer ist, je näher die Düsen 21 dem Trommelumfang kommen.
- Wie in der DE 43 20 265 A1 bewirkt eine Veränderung des Abflussquerschnittes durch Verstellen des Abstandes zwischen der Drosselscheibe 31 und dem Auslass 29 eine Veränderung des Flüssigkeitsspiegels in der Trommel 3. Mit Hilfe der Drosselscheibe 31 wird dabei insbesondere der Flüssigkeitsstand FS in der Vollmantel-Schneckenzentrifuge fein eingestellt.
- Bei der Vollmantel-Schneckenzentrifuge der Fig. 2 gilt für den ablaufenden Teilchenstrom Qw über das Wehr 15 mit einem Durchmesser dw, wobei die Umfangsgeschwindigkeit Uw am Wehrdurchmesser dw beträgt:
P(Qw) = ρ × Qw × U2 w.
- Im Gegensatz dazu gilt bei der Erfindung, daß der größte Teil des Volumenstroms am Durchmesser dw durch die Düsen 21 abgeleitet wird (Volumenstrom QD), und daß ein weiterer Teilstrom durch den Auslaß 29 einer Drosselscheibe 31 abgeleitet wird.
- Wird durch die Drosselscheibe 31 der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer auf dem Wehrdurchmesser dw gehalten, so beträgt die Leistung durch den aus den Düsen 21 abfließenden Durchsatzanteil QD
P (QD) = ρ × QD × U2 w × A.
- Aus dieser Formel errechnet sich die bei einem Düsenneigungswinkel zwischen 0 und 30° eine deutliche Leistungsbedarfsreduzierung. A ist abhängig vom Durchmesser und der Querschnittsform der Düse, dem Spiegelstand in der Trommel und dem Abstrahlwinkel des Düsenstrahls. Die Querschnittsgeometrie der Düsen 21 kann beliebig ausgelegt werden, so z. B. rund oder quadratisch oder in anderer Weise. Bezugszeichenliste 1 Schneckenzentrifuge
3 Trommel
5 Schnecke
7 Einlaufrohr
9 Verteiler
11 Schleuderraum
13 Feststoffaustrag
15 Wehr
17 Durchlass
19 Deckel
21 Düsen
23 Öffnungen
25 Ringsansatz
27 Öffnungen
29 Auslass
31 Drosselscheibe
33 Düsenkammer
S Symmetrie- und Drehachse
FS Flüssigkeitsspiegel
Claims (16)
1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit wenigstens einem Wehr (15) zum
Ableiten geklärter Flüssigkeit aus einer Trommel (3), das einen Durchlass (17)
aufweist, dem eine Drosseleinrichtung, insbesondere eine Drosselscheibe (31),
zugeordnet ist, deren Abstand zum Durchlass (17) veränderlich ist, dadurch
gekennzeichnet, dass dem Durchlass (17) ferner wenigstens eine sich mit der
Trommel (3) mitdrehende Düse (21) zum Auslass der geklärten Flüssigkeit
zugeordnet ist.
2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsen (21) wechselbar ausgebildet sind.
3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Düsen (21) als Schraubkörper ausgebildet sind.
4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Düsen (21) am Trommeldeckel
(19) oder einem an den Trommeldeckel angesetzten Bauteil (19) verteilt sind.
5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubkörper in Öffnungen (23) eines
Ringansatzes (25) an dem Deckel (19) der Trommel (3) eingeschraubt sind.
6. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass Bohrungen (27) der Düsen (21) winklig zur
Drehachse (S) der Trommel (3) ausgerichtet sind.
7. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (27) der Düsen (21) bezogen auf die
Drehrichtung der Trommel rückwärts ausgerichtet sind.
8. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (27) der Düsen (21) - bezogen auf
eine Tangente zur Trommeloberfläche in einer Ebene senkrecht zur
Trommeldrehachse - eine Neigung zwischen Null und 30° aufweisen.
9. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (27) der Düsen (21) - bezogen auf
die äußere Wandung der Trommel (3) - radial nach außen gerichtet sind.
10. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Ringansatz (25) an seinem vom Durchlass (21)
abgewandten Ende einen axialen Auslass (29) aufweist oder ausbildet, dem die
Drosselscheibe (31) nachgeschaltet ist.
11. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Drosselscheibe (31) zum Auslaß
(29) durch axiales Bewegen, insbesondere durch ein axiales Verschieben, der
Drosselscheibe (31) veränderlich ist.
12. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Auslegung derart, daß die Umfangsgeschwindigkeit
der Trommel (3) am äußeren Durchmesser der Trommel (3) im Betrieb mehr
als 70 m/s beträgt.
13. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Auslegung derart, daß die Düsen (21) in einer Ebene
senkrecht zur Trommelachse einen Abstand zum äußeren Trommelradius von
25 bis 75% des Trommelradius aufweisen.
14. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (21) einen Durchmesser von mehr als 2 mm
aufweisen.
15. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselscheibe (31) als im Betrieb der
Zentrifuge relativ zur Trommel (3) stillstehendes Teil ausgebildet ist.
16. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselscheibe (31) als sich im Betrieb der
Zentrifuge mit der Trommel mitdrehendes Teil ausgebildet ist.
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