DE1117545B - Truebenaustrag fuer hydraulische Feststoffabscheider - Google Patents

Description

Bei dem Betrieb von Hydrozyklonen und Schweresichtern zur Abscheidung von Feststoffen aus Trübeflüssigkeiten ist die Qualität des Reinwasserablaufes von der Größe und Gleichmäßigkeit des Schmutzwasserunterlaufes abhängig. Unterschreitet die in der Zeiteinheit abgezogene Schmutzwassermenge im Unterlauf einen Grenzanteil vom Rohwasserzulauf, so werden in zunehmendem Maße Feststoffteilchen in den Reinwasserablauf mitgerissen und so dessen Qualität verschlechtert. Mit zunehmendem Anteil des Unterlaufes wird jedoch die Wirtschaftlichkeit des Trennverfahrens verschlechtert, da ja diese Schmutzwassermengen einen Wasserverlust bedeuten. Meist machen sie noch eine eigene Nachbehandlung zur Eindickung bzw. Entwässerung erforderlich. Günstige Betriebsbedingungen ergeben sich im allgemeinen bei einem Anteil von 3 bis 6% Unterlauf am Gesamtdurchsatz. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich für die konstruktive Gestaltung des Durchflußmengenbegrenzers im Unterlauf für diese geringen Anteile, da der in Frage kommende kleine Durchflußquerschnitt zu Verstopfungen durch die gröberen Feststoffanteile neigt und dann sofort die Reinwasserqualität verschlechtert wird. Hat z. B. ein Hydrozyklon für einen Durchsatz von 100 m³/h Trübeflüssigkeit mit Feststoffanteilen von 30 μ bis 5 mm Korngröße, im Unterlauf einen Betriebsdruck von 1,2 atü = 12 m WS, und wird für den Unterlauf ein Anteil von 4 % entsprechend 4 m³/h = 0,00111 m³/sec angenommen, so ergibt sich für den Austrag bei einem Kontraktionskoeffizienten von μ = 1,0 ein Düsendurchmesser von 9,6 mm und bei einem Kontraktionskoeffizienten von μ — 0,6 ein Düsendurchmesser von 11 mm. Daraus ist erkennbar, daß auch schon bei geringeren Korngrößen als 5 mm Brückenbildungen, und damit Verstopfungen, im kritischen Querschnitt auftreten müssen. Die Verwendung von Öffnungen bzw. Düsen mit derartigen Austrittsdurchmessern ist somit unzweckmäßig. Daher verwendet man mehr oder weniger komplizierte mechanische Regeleinrichtungen, die im Falle von Verstopfungen selbsttätig größere Querschnitte freigeben und damit eine Freispülung des Austritts zu ermöglichen. Nachteilig bei dieser Lösung ist aber die mehr oder weniger große Schwankung der Durchflußmenge im Austrag, die, wie eingangs erwähnt, zur Verschlechterung der Reinwasserqualität und der Wirtschaftlichkeit des Trenngerätes führt. Darüber hinaus sind diese mechanischen Regeleinrichtungen mit gegeneinander beweglichen Teilen außerordentlich störungsempfindlich.

Die Nachteile der bekannten Durchflußmengen-Trübenaustrag
für hydraulische Feststoffabscheider

Anmelder:

Passavant -Werke,

Michelbacher Hütte bei Michelbach (Nass.)

Herbert Auler, Michelbacher Hütte bei Michelbach

(Nass.),
ist als Erfinder genannt worden

begrenzer werden durch einen Trübenaustrag vermieden. Dieser wird tangential beaufschlagt und enthält eine zentrale Trübenaustragöffnung im Boden einer kegeligen Kammer. Beim Betrieb entsteht in der Kammer ein Potentialwirbel, dessen Luftkern die Austragöffnung teilweise hydraulisch verbaut.

Die Kammer kann entweder unmittelbar am Trenngerät angebaut sein oder dem Trenngerät als eigenes Bauelement zugeordnet und mit ihm durch eine Leitung verbunden sein. Vorteilhaft ist es, den Trübeneinlauf für die tangentiale Beaufschlagung der Kammer in seinem Querschnitt von außen regelbar zu machen. Außerdem kann man die Trübenaustragöffnung in bekannter Weise als auswechselbare Düse ausbilden, die vorzugsweise im Querschnitt kontinuierlich verstellbar ist. Die Veränderung des Durchmessers bzw. Querschnittes erfolgt demnach durch verschieden große Düsen, z. B. durch eine nach Art einer elastisch verformbaren Lochblende verstellbare Öffnung.

Durch die Begrenzung der Durchflußmenge infolge des Potentialwirbels können ein um ein Mehrfaches größere kritische Querschnitte gegenüber einer üblichen Festdüse verwendet werden. Die Verstopfungsgefahr ist somit vollkommen beseitigt. Die Durchflußmengen können ohne Schwierigkeiten sogar auf weniger als 3% des Gesamtdurchs atzes bei kontinuierlichem,

d. h. schwankungsfreiem Unterlauf verringert werden, ohne daß irgendwelche bewegliche Teile erforderlich sind. Man ist in der Lage, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung einen Trübenaustrag im Verhältnis zum Gesamtdurchsatz des Hydrozyklons od. dgl. einzuregeln, der wesentlich geringer als bei Hydrozyklonen ohne diese Einrichtung ist. Mit einem derartigen Trübenaustrag kann darüber hinaus eine

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Regelcharakteristik derart erreicht werden, daß die ausgetragene Trübenmenge nicht mehr dem für einen einfachen Austritt geltenden Gesetz

Q ■= c-p°>⁵

gehorcht, wobei Q die in der Zeiteinheit ausfließende Trübenmenge, c eine Konstante und ρ der im Austrittsquerschnitt wirksame. Druck bedeutet, sondern einem ähnlichen Gesetz

bei dem die Konstante &<Cc und η = f(p) mit einem Wert<C0,5 ist. Der Trübenaustrag wächst demnach zwar mit steigendem Druck, jedoch ist der Austragszuwachs nur gering. Das kommt daher, weil sich mit steigendem Druck auch der mittige Luftkern vergrößert.

Die Vorrichtung und die Wirkungsweise sei an Hand von Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 6 näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch einen Hydrozyklon im Längsschnitt mit einem angebauten Schmutztrübenaustrag gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene c-c mit dem Schmutzwasserunterlauf einschließlich einem Querschnitt durch den Durchflußmengenbegrenzer nach Fig. 1;

Fig. 3 gibt den Schmutztrübenaustrag in vergrößertem Maßstab im Längsschnitt wieder und

Fig. 4 den dazugehörigen Querschnitt in der Ebene d-d der Fig. 3;

Fig. 5 zeigt schließlich in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen Schweresichter mit dem an den Unterlauf angeschlossenen Schmutztrübenaustrag;

Fig. 6 veranschaulicht einen Vertikalschnitt durch eine elastisch im Querschnitt veränderliche Austragsdüse.

Nach Fig. 1 wird das Rohwasser dem zylindrischen Teil 13 des Zyklons 2 durch den tangentialen Einlauf 1 unterhalb der Trennwand 4 mit dem Zentraldüsenrohr 3 zugeführt. Die Tangentialströmung breitet sich in dem kegelig zugespitzten unteren Teil des Gehäuses 2 unter Bildung einer zum Zyklon-Zentrum hin nach dem bekannten Gesetz y = c · f—J zunehmenden Strömungsgeschwindigkeit aus. Über 90°/o des Rohwasserzulaufes strömt dann durch das Zentraldüsenrohr 3 in das durch die Trennwand 4 vom Unterteil abgeschlossene Oberteil und gelangt in den Reinwasserablauf 6. Gleichzeitig werden weniger als 10% des Rohwasserzulaufes an der unteren offenen Zyklonspitze als Unterlauf in die Wirbelkammer 5 abgezweigt, wobei die Strömungsfäden die aus dem Wirbelkern hinausgeschleuderten Feststoffteilchen von y>l in den Unterlauf mitreißen. Die durch das Düsenrohr 3 in den Oberteil 13 gelangenden Wassermengen sind daher von diesen Feststoffen befreit und treten aus dem als Entspannungsraum wirksamen Oberteil in den Reinwasserablauf 6 ein. Der Schmutzwasserunterlauf gelangt aus der Wirbelkammer 5 in das zur Rückgewinnung der Rotationsenergie zweckmäßig tangential einmündende Ablaufrohr?. Das Ablauf rohr 7 steht mit .der kegeligen Kammer 8 des Durchflußmengenbegrenzers bzw. Schmutztrübenaustrages derart in Verbindung, daß der Unterlauf vorteilhaft über eine Querschnittsverengung 9 (Fig. 4) tangential in den oberen, etwa zylindrisch ausgebildeten Teil 10 der kegeligen Kammer 8, wie insbesondere in den Fig. 3 und 4 dargestellt, einmündet. Die verjüngte Kammer 8 besitzt an der tiefsten Stelle eine düsenartige Öffnung 11, und es baut sich in ihrem Inneren ein Potentialwirbel mit zunehmender Strömung zum Wirbelkern 12 hin auf, der dem genannten Gesetz v = c — [—)" entspricht.

Infolgedessen ergibt sich auch eine Steigerung der

ίο Winkelgeschwindigkeit des Wirbels zum Kern hin, so daß unter Wirkung der Zentrifugalbeschleunigung ein nicht vom Wasser durchströmter Luftkern 12 im Zentrum entsteht, der einen großen Teil der Auslaufdüse 11 somit hydraulisch verbaut. Die kegelige Kammer 8 arbeitet also als Potentialwirbelstabilisator bzw. Regler. Die Verbauung durch den zentralen Luftkern gestattet daher die Anwendung einer im Durchmesser um ein Mehrfaches größeren Auslaufdüse 11 gegenüber einer potentialwirbelfreien Strömung, so daß auch mitgerissene grobe Verunreinigungen keine Verstopfung der Düse 11 verursachen können. Die in der Stabilisatorkammer an die Gehäusewandung zentrifugierten Feststoffanteile werden mit der Strömungsenergie der Flüssigkeit aus dem zylindrischen Teil über die konische Wandung mit etwa 45° Neigung zur Horizontalen in den Ablaufquerschnitt der Düse 11 transportiert, so daß keine Ablagerungen entstehen.
Durch Anpassung des tangentialen Einlaufquerschnittes 9 an den Querschnitt der Zentraldüse 11 im Kegelbogen und Wahl der günstigsten Kegelneigung konnte in einer praktischen Ausführung erreicht werden, daß an Stelle der eingangs geschilderten Festdüsen von 11 bzw. 9,6 mm Durchmesser nunmehr ein engster Querschnitt entsprechend einem Düsendurchmesser von 30 mm Durchmesser zulässig ist. Der Querschnitt kann also durch Anwendung des Erfindungsgedankens auf das 7,5- bis rund lOfache vergrößert werden. Bei dem Betrieb einer Hydro-Zyklonanlage hat sich nach Anbau des Schmutztrübenaustrages, der als Potentialwirbelstabilisator arbeitet, an Stelle einer mechanischen Regeleinrichtung infolge der nunmehr kontinuierlichen Regelung des Unterlaufes neben einer erheblichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch Verkleinerung des Unterlaufes gleichzeitig eine wesentliche Steigerung der Feststoffabscheidung, insbesondere feinster Körnungen, erreichen lassen. Als weiterer Vorzug ist gegenüber den bekannten Lösungen der Verzicht auf irgendwelche mechanisch bewegliche Teile hervorzuheben.

Bei der sinngemäßen Anwendung des Schmutztrübenaustrages bzw. Potentialwirbelstabilisators bei einem Schweresichter ergibt sich die Anordnung nach Fig. 5. Der Zulauf der Feststofftrübe erfolgt durch das Einlaufrohr 21. Die Trübe tritt am oberen Ende dieses Rohres 21 aus und wird durch die Umlenkglocke 22 in einen Fallstrom umgelenkt. Am unteren Ende der Glocke 22 erfolgt eine weitere Umlenkung innerhalb des Sichtergehäuses 23, wo nun die Trübe innerhalb des Ringquerschnittes zwischen Umlenkglocke 22 und Gehäusemantel 23 eine gleichbleibende Aufwärtsströmung auf dem Wege zum konischen Oberteil des Sichters erfährt. Diese Aufstiegsgeschwindigkeit ist um einen bestimmten Betrag kleiner als die Sinkgeschwindigkeit der Feststoffkörperchen, die gerade noch in dem Schweresichter zurückgehalten werden sollen. Es bildet sich daher

unterhalb der Umlenkglocke eine Art Schwebefilter dieser Reststoffteilchen aus.

In dem unteren konischen Teil des Sichtergehäuses 24 erfolgt an der tiefsten Stelle der Ablauf der Schmutzwassermenge als Unterlauf und gelangt von hier aus über das Verbindungsrohr 25 wiederum in den Schmutztrübenaustrag bzw. Potentialwirbelstabilisator 8, dessen Wirkungsweise bereits oben näher erläutert wurde. Der Reinwasserablauf des Schweresichters erfolgt im oberen Teil des Sichtergehäuses 23 über die Rohrleitung 26. Auch hier haben praktische Versuche die Überlegenheit der Erfindung gegenüber Festdüsen und auch mechanischen Regeleinrichtungen bereits unter Beweis gestellt.

Zur Schaffung der elastisch verformbaren Lochblende nach Fig. 6 erhält die kegelige Kammer 8 am Austrag einen Gewindestutzen 31. Aufschraubbar auf diesen Gewindestutzen ist eine Überwurfmutter 32 mit der Durchtrittsöffnung 33 und einem Handgriff 34. Zwischen einem Widerlager 35 und einem Druckring 36 liegt ein elastisch verformbarer Ringkörper 37. Beim Bewegen des Handgriffs 34 und der damit erfolgten Einwirkung auf den Körper 37 wird dieser Körper, wie strichpunktiert angedeutet, mehr oder minder verformt und damit der Querschnitt des Austrittsstutzens 31 bzw. die Austragsdüsenöffnung vergrößert oder verkleinert. Damit wird auch der Kreisringquerschnitt zwischen dem elastisch verformbaren Körper 37 und dem Luftkern in der Austrittsöffnung verändert.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Trübenaustrag für hydraulische Feststoffabscheider, gekennzeichnet durch eine tangential beaufschlagte, mit zentraler Trübenaustragöffnung (11) im Boden versehene, kegelige Kammer.

2. Trübenaustrag nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trübeneinlaufrohr (7) für die tangentiale Beaufschlagung der Kammer in seinem Querschnitt von außen kontinuierlich regelbar ist.

3. Trübenaustrag nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trübenaustragöffnung im Boden in bekannter Weise als auswechselbare Düse ausgebildet ist, die vorzugsweise im Querschnitt kontinuierlich verstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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