DE10336350B4

DE10336350B4 - Vollmantel-Schneckenzentrifuge, mit Schälscheibe

Info

Publication number: DE10336350B4
Application number: DE10336350A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Reichenbach; Michael Müller
Original assignee: Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-08-09
Also published as: CA2534880C; WO2005016544A1; AU2004265085B2; US20080153687A1; US7510519B2; DE10336350A1; EP1651353A1; AU2004265085A1; CA2534880A1; JP4669840B2; JP2007501697A

Abstract

Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit
a) einer drehbaren Trommel (2), die zur Ableitung einer Flüssigkeitsphase wenigstens eine Schälscheibe (13) aufweist, und
b) einer relativ zur Trommel (2) mit einer Differenzdrehzahl drehbaren Schnecke (3),
c) wobei die Trommel (2) an ihrem konischen Ende einen Feststoffaustrag (8) und an ihrem dem konischen Ende gegenüberliegenden Ende wenigstens eine oder mehrere in einem axialen Trommeldeckel (9) angeordnete wehrartige Ablauföffnung(en) (11) aufweist und wobei dem Trommeldeckel (9) mit der oder den Ablauföffnung(en) (11) ein Schälkammerabschnitt (12) nachgeschaltet ist, in dem die Schälscheibe (13) zur Ableitung der Flüssigkeitsphase aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
d) der Schälscheibe (13) eine verstellbare, der oder den Ablauföffnung(en) (11) zugeordnete Drosseleinrichtung (17) zur Veränderung des Durchflussquerschnitts vorgeschaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zentrifugen mit einer oder mehreren Schälscheibe(n) als Flüssigkeitsaustrag sind sowohl aus dem Gebiet der Separatoren als auch aus dem Gebiet der Vollmantel-Schneckenzentrifugen bekannt. Es ist auch bekannt, aus Vollmantel-Schneckenzentrifugen mittels Schälscheiben eine Flüssigkeitsphase insbesondere unter Druck abzuleiten. In diesen Fällen ist im Allgemeinen auf der Schnecke im Übergang zum konischen Bereich oder an anderer geeigneter Stelle eine Stauscheibe angeordnet.
Zum Stand der Technik sei die gattungsgemäße DE 37 28 901 C1 genannt, bei der bei einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge in einer Wehrscheibe, welche an den Durchlassöffnungen angeordnet ist, ein Drallflussraum ausgebildet ist, dessen Symmetrieachse parallel und mit radialem Abstand zur Rotationsachse der Trommel verläuft und dessen Zulaufkanal einen größeren radialen Abstand zur Rotationsachse der Zentrifugentrommel aufweist als der Ablaufkanal. Derart wird ein Betrieb bei zwei Flüssigkeitsständen erreicht, eine Einstellbarkeit im Betrieb ist aber nicht gegeben.
Aus der EP 0 702 599 B1 ist eine als sich im Betrieb nicht mitdrehende, axial verstellbare Drosselscheibe ausgestaltete Drosseleinrichtung bekannt. Aus der DE 39 21 327 A1 ist es bekannt, ein Wehr aus Verstellorganen wie Druckbälgen und dgl. zu bilden.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die Funktion von Vollmantel-Schneckenzentrifugen, die eine Schälscheibe als Flüssigkeitsaustrag aufweisen, zu verbessern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Danach ist es möglich, den Flüssigkeitsspiegel in der Trommel der Zentrifuge zusätzlich zur Funktion der Stauscheibe zu beeinflussen, was die Steuerung und/oder Regelung der Zentrifuge optimiert. Bei einem Einsatz von Schälscheiben, die an sich bereits eine gewisse Kontrolle des Flüssigkeitsspiegels in der Zentrifuge ermöglichen, wurde eine zusätzliche Drosseleinrichtung vor der Schälscheibe bisher nicht in Betracht gezogen, obwohl diese nach der Erkenntnis der Erfindung besondere Vorteile bei der Steuerung und/oder Regelung des Flüssigkeitsspiegel in der Trommel mit sich bringt.
Die Drosseleinrichtung kann nach einer besonders vorteilhaften und kostengünstigen Variante als im Betrieb stillstehendes Element ausgebildet sein. Alternativ kann sie aber auch als im Betrieb – insbesondere mit der Trommel – rotierendes Element ausgebildet werden.
Nach einer Variante weist die Drosseleinrichtung wenigstens ein oder mehrere bewegliche Scheibenelemente, Schieberelemente und/oder pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Balg- oder Membranelemente auf, welches bzw. welche vorzugsweise den einzelnen Ablauföffnungen zugeordnet ist/sind und diese mehr oder weniger freigeben und verschließen können.
Bevorzugt ist die Drosseleinrichtung als in dem Schälkammerabschnitt angeordnete, den Ablauföffnungen nachgeschaltete und der Schälscheibe vorgeschaltete bewegliche Drosselscheibe ausgebildet. Besonders bevorzugt ist hierbei ferner auf der Schnecke eine Stauscheibe angeordnet.
Beim Einsatz von Vollkammer-Schneckenzentrifugen mit Schälscheibe ist der Einsatz der zusätzlichen Drosseleinrichtung zur Beeinflussung des Flüssigkeitsspiegels in der Zentrifuge von besonderem Vorteil. Die EP 0 702 599 B1 offenbart zwar bereits, einem überlaufartigen Wehr in einem Trommeldeckel einer Schleudertrommel an der Außenseite der Trommel eine axial verschiebbare Drosselscheibe zuzuordnen, welche als im Betrieb stillstehendes Teil ausgebildet ist und die relativ zum Überlaufwehr axial beweglich, insbesondere axial verschieblich ausgebildet ist. Mittels der stillstehenden Drosselscheibe wird ein Durchflusswiderstand im Wehr erzeugt, der um so größer ist, je geringer der axiale Abstand zwischen dem Wehr und der Drosselscheibe ist. Mit zunehmendem Durchflusswiderstand wird ein größerer Flüssigkeitsdruck am Durchfluss erforderlich, der zu einem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels in der Schleudertrommel führt. Wird der axiale Abstand zwischen Wehr und Drosselscheibe vergrößert, so fällt der Flüssigkeitsspiegel in der Schleudertrommel bis auf einen Wert, der im Wesentlichen allein durch den Durchlass des Wehres bzw. der Ablauföffnungen bewirkt wird. Der Einsatz der Drosselscheibe bei einer Zentrifuge mit Schälscheibe wurde aber in dieser Schrift nicht in Erwägung gezogen, da Schälscheiben an sich bereits eine gewisse Regulierung des Flüssigkeitsspiegels in der Trommel ermöglichen.
Diese Regelung erfolgt über die Verstellung eines Ventils im Ablaufstrang, welches über entsprechenden Gegendruck Einfluss auf die Regulierung des Flüssigkeitsspiegels nimmt.
Es ist in überraschender Weise vorteilhaft, die Schälscheibe mit einer beweglichen, insbesondere axial verstellbaren Drosselscheibe zu kombinieren, denn hierdurch wird es möglich, auch beim Einsatz einer Schälscheibe während des Betriebes die Teichtiefe stufenlos zu regulieren und damit das optimale Verhältnis zwischen Durchfluß in den Schälkammerabschnitt und der Teichtiefe in der Dekantertrommel einzustellen, ohne den Ablaufstrang androsseln zu müssen.
Bei schwierig auszutragenden Schlämmen ist oftmals eine hydraulische Unterstützung beim Austrag durch ein Δp vor oder hinter einer Stauscheibe auf der Schnecke erforderlich. Wird der Regulierdurchmesser am Flüssigkeitsaustrag auf diesen Wert starr eingestellt, ist feststoffseitig während des Anfahrprozesses mit Flüssigkeitsdurchschlägen zu rechnen, da sich noch kein ausreichender Feststoffverschluß an der Stauscheibe gebildet hat. Umgekehrt kann bei großer Einstellung des Regulierdurchmessers die maximale Teichtiefe/Klärwirkung nicht erzielt werden. Mittels der Kombination aus Drosselscheibe und Schälscheibe kann nunmehr auf einfache Weise im Anfahrzustand „mit flachem Teich" gefahren werden, bis eine ausreichende Bettbildung bzw. ein Feststoffverschluß an der Stauscheibe erfolgt ist, um dann die Teichtiefe bis zum maximal möglichen Wert zu steigern. Die Erfindung ermöglicht es derart, auch schwierig auszutragende Schlämme zufriedenstellend mittels einer Schälscheibe verarbeiten zu können.
Die Drosselscheibe in Kombination mit der Schälscheibe und einer Stauscheibe auf der Schnecke ist auch insbesondere beim Anfahren der Vollmantel-Schneckenzentrifuge von Vorteil. Dieser Vorteil wurde nach dem Stand der Technik nicht erkannt.
Weiterhin besteht oft die Forderung, während des Betriebes Einfluss auf die Teichtiefe (bzw. die Tiefe des Flüssigkeitsspiegels) nehmen zu können, um Schwankungen im Zulauf und in der Produktqualität ausgleichen zu können und damit den Dekanter im optimalen Betriebszeitpunkt zu betreiben (Wirkungsgrad). Dies war bisher bei Dekantern mit Schälscheibe nur durch Drosseln des Ablaufstranges möglich.
Die Drosselscheibe kann als im Betrieb stillstehendes oder mitrotierendes Teil ausgebildet werden, wobei die Ausbildung als stillstehendes Teil aus den in der EP 0 702 599 B1 beschriebenen Gründen bevorzugt wird.
Die Drosselscheibe kann auf einfache Weise als im Betrieb stillstehend ausgebildet werden, wenn sie mittels einer Schubstange beweglich ist, welche ein im Betrieb nicht drehbares stillstehendes Zulaufrohr oder ein mit dem Zulaufrohr verbundenes Bauelement durchsetzt. Besonders bevorzugt ist dabei die Drosselscheibe auf dem Zulaufrohr und/oder der Schälscheibe verschieblich geführt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch eine Trommel einer erfindungsgemäßen Vollmantel-Schneckenzentrifuge;
2a einen Schnitt durch die Vollmantel-Schneckenzentrifuge in einem ersten Betriebszustand;
2b eine Ausschnittsvergrößerung aus 2a;
3a einen Schnitt durch die Vollmantel-Schneckenzentrifuge in einem zweiten Betriebszustand;
3b eine Ausschnittsvergrößerung aus 3a;
4 einen Schnitt durch eine Trommel einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Stand der Technik.
1 zeigt einen Schnitt durch eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 mit einer drehbaren Trommel 2 und einer drehbaren Schnecke 3, wobei die Trommel 2 und die Schnecke 3 während des Betriebs relativ zueinander eine Differenzdrehzahl aufweisen, d.h., relativ zueinander rotieren.
Die Schnecke 3 weist einen inneren Schneckenkörper 4 sowie ein äußeres Schneckenblatt 5 auf. Die Schnecke 3 verjüngt sich an einem ihrer Enden konisch, wobei im Bereich des Überganges zum konischen Bereich der Schnecke 3 auf dieser eine Stauscheibe 6 angeordnet ist.
Die Trommel 2 weist einen Trommelmantel 7 auf, welcher sich an einem seiner Enden hier ebenfalls konisch verjüngt. An diesem Ende der Trommel 2 ist ein Feststoffaustrag 8 ausgebildet.
An ihrem von dem verjüngten Ende abgewandten zweiten Ende wird die Trommel 2 axial von einem Trommeldeckel 9 verschlossen. Den Trommeldeckel 9 durchsetzt an seinem Innenumfang ein Zulaufrohr 10 zur Zuleitung des Schleudergutes durch einen hier nicht weiter zu erläuternden Verteiler 23 in die Trommel 2. Das Zulaufrohr 10 steht hier im Betrieb bei Drehungen der Trommel 2 relativ zur Trommel 2 still.
Dem Trommeldeckel 9 mit wehrartigen Ablauföffnungen 11, deren Innenradius durch eine an den Deckel angesetzten Ringscheibe 16 begrenzt ist, ist hier ein Schälkammerabschnitt 12 nachgeschaltet, der mit dem Trommeldeckel 9 unverdrehbar verbunden ist.
Der Schälkammerabschnitt 12 besteht aus einem gestuften Ringansatz 22, welcher den der Trommel nachgeschalteten Schälkammerabschnitt 12 nach außen begrenzt, in welchem eine Schälscheibe 13 zur Ableitung der Flüssigkeitsphase nachgeschaltet ist. Der Ringansatz 22 wird vom Zulaufrohr 10 und von einem ggf. mit dem Zulaufrohr 10 kombinierten Schaftansatz 21 der Schälscheibe 13 durchsetzt. Die Schälscheibe 13 ist ebenfalls stillstehend bzw. unverdrehbar auf dem Zulaufrohr 10 angeordnet und leitet Flüssigkeit durch einen Ableitungskanal 14 in dem Schaftansatz 21 der Schälscheibe 13 zu einem Auslass 15.
Zwischen der Schälscheibe 13 und den Ablauföffnungen bzw. hier der Ringscheibe 16 ist im Schälkammerabschnitt 12 eine Drosselscheibe 17 angeordnet, deren Außenumfang vorzugsweise größer oder gleich dem Innenumfang der Ablauföffnungen ist.
Die Drosselscheibe 17 ist axial beweglich, d.h. beispielsweise axial verschiebbar oder verschwenkbar relativ zur Trommel 2 angeordnet, so dass ihr Abstand zu den Ablauföffnungen ganz oder teilweise veränderlich ist. Sie ist hier auf dem Zulaufrohr 10 verschieblich angeordnet, wobei sie beispielsweise mittels wenigstens einer Schubstange 18 bewegbar ist, welche den Schaftansatz 21 der Drosselscheibe 13 durchsetzt. An das von der Drosselscheibe 17 abgewandte Ende der Schubstange 18 greift beispielhaft ein Elektroantrieb 19 zum Bewegen der einen oder mehreren Schubstange(n) 18 und damit zum Verschieben der Drosselscheibe 17 an.
Die Drosselscheibe 17 – siehe auch 2b – besteht aus einem äußeren Drosselscheibenabschnitt 20, einem rohrartigen mittleren Abschnitt 24 und einem inneren Ringabschnitt 25, der hier axial zum Drosselscheibenabschnitt 20 versetzt angeordnet ist. Der rohrartige Abschnitt 24 ist auf Ringansätzen 26 des Zulaufrohrs 10 und einem Ringansatz 27 der Drosselscheibe abgedichtet und verschieblich geführt.
Mit der Anordnung der 1 ist die Möglichkeit gegeben, die Teichtiefe (grau) in der Trommel stufenlos zu regulieren und das optimale Verhältnis zwischen dem Durchfluß in den Schälkammerabschnitt 12 und der Teichtiefe in der Trommel 2 einzustellen. Auf diese Weise können insbesondere die eingangs näher beschriebenen positiven Effekte erreicht werden. Dabei ist die Drosselscheibe 17 zwischen der Schälscheibe 13 und den Ablauföffnungen 11 beweglich.
2 und 3 zeigen am Beispiel eines relativ engen Spaltes (2) bzw. eines relativ großen Spaltes (3) zwischen Drosselscheibe 17 und Ablauföffnungen 11 die Wirkung der Drosselscheibe 17. Die eigentliche Ableitung erfolgt jeweils durch die Schälscheibe 13, wohingegen mittels der Drosselscheibe 17 die Ablaufmenge und die Teichtiefe in der Trommel reguliert werden. Von besonderem Vorteil ist auch die Kombination aus der Schälscheibe 13, der Drosselscheibe 17 und der Stauscheibe 6 auf der Schnecke, die im Zusammenspiel mit der Drosselscheibe hier besonders vorteilhafte Einstellung der Zustände erlauben. So kann beispielsweise mittels der Drosselscheibe 17 ein anderer Zustand mit sog. flachem Teich, d.h. mit geringer Teichtiefe, gefahren werden, bis eine ausreichende Bettbildung an Feststoffen in der Trommel erfolgt ist, um dann die Teichtiefe bis zum maximal möglichen Wert zu steigern.
4 zeigt eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Stand der Technik, wo in dem Schälkammerabschnitt keine Drosselscheibe 17 angeordnet ist.

1: Vollmantel-Schneckenzentrifuge
2: Trommel
3: Schnecke
4: Schneckenkörper
5: 5Scheckenblatt
6: Stauscheibe
7: Trommelmantel
8: Feststoffaustrag
9: Trommeldeckel
10: Zulaufrohr
11: Ablauföffnungen
12: Schälkammerabschnitt
13: Schälscheibe
14: Ableitungskanal
15: Auslass
16: Ringscheibe
17: Drosselscheibe
18: Schubstange
19: Elektroantrieb
20: Drosselscheibenabschnitt
21: Schaftansatz
22: Ringansatz
23: Verteiler
24: rohrartiger Abschnitt
25: Ringabschnitt
26: Ringansatz
27: Ringansatz

Claims

Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit a) einer drehbaren Trommel (2), die zur Ableitung einer Flüssigkeitsphase wenigstens eine Schälscheibe (13) aufweist, und b) einer relativ zur Trommel (2) mit einer Differenzdrehzahl drehbaren Schnecke (3), c) wobei die Trommel (2) an ihrem konischen Ende einen Feststoffaustrag (8) und an ihrem dem konischen Ende gegenüberliegenden Ende wenigstens eine oder mehrere in einem axialen Trommeldeckel (9) angeordnete wehrartige Ablauföffnung(en) (11) aufweist und wobei dem Trommeldeckel (9) mit der oder den Ablauföffnung(en) (11) ein Schälkammerabschnitt (12) nachgeschaltet ist, in dem die Schälscheibe (13) zur Ableitung der Flüssigkeitsphase aus der Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass d) der Schälscheibe (13) eine verstellbare, der oder den Ablauföffnung(en) (11) zugeordnete Drosseleinrichtung (17) zur Veränderung des Durchflussquerschnitts vorgeschaltet ist.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Schnecke (3) eine Stauscheibe (6) angeordnet ist.
Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (17) als im Betrieb stillstehendes Element ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (17) als im Betrieb insbesondere mit der Trommel (2) rotierendes Element ausgebildet ist.
Zentrifuge nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (17) wenigstens ein oder mehrere bewegliche Scheibenelemente, Schieberelemente und/oder pneumatisch oder hydraulisch betätigbare Balg- oder Membranelemente aufweist, welche vorzugsweise direkt den einzelnen Ablauföffnungen (11) zugeordnet sind.
Zentrifuge nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (17) als in dem Schälkammerabschnitt (12) angeordnete, den Ablauföffnungen (11) nachgeschaltete und der Schälscheibe (13) vorgeschaltete Drosselscheibe (17) ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (17) axial beweglich ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (17) verschwenkbar ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (17) mittels wenigstens einer Schubstange (18) beweglich ist, welche ein im Betrieb nicht drehbares stillstehendes Zulaufrohr (10) oder ein mit dem Zulaufrohr (10) verbundenes Bauelement durchsetzt.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (17) auf dem Zulaufrohr (10) und/oder der Schälscheibe (26) verschieblich geführt ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselscheibe (17) zwischen der Schälscheibe (13) und den Ablauföffnungen (11) beweglich ist.