DE1536770B - Zweistufige Trenneinrichtung für Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Trenneinrichtung mit einer durch eine Hydrozyklonanlage gebildeten ersten und einer durch ein mechanisches Filter gebildeten zweiten Stufe, die insbesondere zur Reinigung von Flüssigkeiten geeignet ist.

Vorrichtungen der genannten Art sind bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 1 827 732). Sie dienen zum Abtrennen von Fremdstoffen, wie Metallabrieb, aus Flüssigkeiten, und werden beispielsweise bei der Reinigung von Kühlmitteln in der spanabhebenden Fertigung verwendet. Neben diesen, als Beispiel genannten Einsätzen ist es möglich, die vorliegende Erfindung im weiten Umfang zur Abscheidung von Fremdstoffteilchen aus Flüssigkeiten zu benutzen.

Gegenüber der bekannten Vorrichtung stellt sich im Rahmen einer -Verbesserung die Aufgabe, die Abscheidung zu verbessern, die Standzeit und den Wirkungsgrad zu erhöhen und — gemessen an diesen Parametern —■ die Größe der Vorrichtung zu verringern. Um diese Aufgabe zu lösen, wird vorgeschlagen, an die Hydrozyklonanlage der Trenneinrichtung einen Feststoff sammelbehälter anzuschließen, wobei vom oberen Teil des Feststoffsammelbehälters eine in Art einer Überströmleitung angeordnete Verbindungsleitung zur zweiten Trennstufe führt und die Abflußleitung aus der zweiten Trennstufe mit einer den Durchfluß steuernden Drosselvorrichtung versehen ist.

Dabei ist es bekannt, an die Hydrozyklonanlage einen Feststoffsammelbehälter anzuschließen (deutsche Patentschrift 891 381). Durch die in bestimmter Höhe angeordnete Verbindungsleitung fließt eine Art Nebenstrom, der zur Entlastung der allgemeinen Feststoffansammlung beispielsweise über ein Filter geführt wird. Die Drosselvorrichtung dient zur Begrenzung des Nebenstroms.

Eine kompakte Bauweise der Vorrichtung läßt sich dadurch erreichen, daß innerhalb eines Gehäuses der Hydrozyklonanlage Zentrifugaltrennvorrichtungen angeordnet sind. Weiterhin hat sich als günstig für den Aufbau der Strömungsverhältnisse erwiesen, Tragwände in einem Teil des Gehäuses zur Aufnahme und Halterung der Zentrifugaltrennvorrichtungen vorzusehen, wobei drei vertikal übereinanderliegende Kammern gebildet werden. Die erste Kammer trägt den Auslaß für die behandelte Flüssigkeit, die zweite Kammer die Einlaßöffnung für die zu behandelnde Flüssigkeit und die .Einlaßöffnungen der Zentrifugaltrennvorrichtungen, und die dritte Kammer trägt die Anschlußvorrichtungen für den Feststoffsammelbehälter und außerdem die Auslaßöffnung der Zentrifugaltrennvorrichtung.

Schließlich wird zur einfachen Regelung des Nebenstromes vorgeschlagen, die Drosselvorrichtung in ihrer Größe regulierbar zu machen.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einige Teile weggebrochen bzw. geschnitten,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung,

F i g. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 in F i g. 1,

F i g. 4 einen Querschnitt gemäß der Linie 4-4 in Fig. 1, wobei Teile weggebrochen sind,

F i g. 5 und 6 Schnittdarstellungen gemäß der Linie 5-5 in Fig. 1, wobei der Deckel in geschlossener Stellung und in Vorbereitung zur Abnahme dargestellt ist,

F i g. 7 ein Schema der Arbeitsweise einer Zentrifugaltrennvorrichtung.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Gehäuse einer mittels Zentrifugalkraft arbeitenden Trenneinrichtung für Flüssigkeiten (Hydrozyklonanlage) bezeichnet. Die Einrichtung besitzt einen oberen und einen unteren, im wesentlichen zylindrischen Teil 11 bzw. 12.

ίο Das Gehäuse 10 ist starr an einer Wand 13 über ein Paar Tragarme 14 aufgehängt. Die an dem Teil 11 der.Einrichtung 10 angreifenden Tragarme 14 tragen das Gehäuse 10 so, daß dessen Längsachse im wesentlichen vertikal steht. Das obere Teil 11 hat einen wesentlich kleineren Durchmesser als das untere Teil 12. Ersteres enthält ein Paar von Zentrifugalkrafttrennvorrichtungen 15. Das obere Teil Il trägt am Oberteil einen Auslaß 16 für die behandelte Flüssigkeit, seitlich einen Flüssigkeitseinlaß 17 axial etwas oberhalb des Zentrums und einen zweiten Flüssigkeitsauslaß 18 im Bereich des Bodens.

Das untere Teil 12 des Gehäuses 10 ist wesentlich / weiter als das Teil 11 und dient als abnehmbarer Feststoffsammelbehälter. Das untere Ende des Teiles 11 ist bei 20 nach außen geflanscht und bildet einen elliptischen Deckel, der auf eine elliptische Öffnung im oberen Teil des Feststoff Sammelbehälters 12 paßt. Die Außenkanten des elliptischen Flansches 20 sind nach unten (bei 21) und dann radial nach außen (bei 22) gepreßt. Ein Gummi-O-Ring 23 ist auf die obere Fläche des sich nach außen erstreckenden Flansches 22 aufgelegt und dichtet den oberen Teil 11 gegen den Feststoffsammelbehälter 12 ab. Die obere Kante des Feststoffsammelbehälters 12 zeigt bei 24 ein wenig nach oben. Die Außenkante 25 ist radial nach außen gepreßt und paßt zu dem Flansch 22 des oberen Teiles 11. Ein Auslaß 26 mit Stopfen liegt in der Nähe des oberen Endes des Feststoffsammelbehälters 12.

Um den Feststoffsammelbehälter 12 vom Gehäuse 10 zu trennen, wird der Auslaß 26 geöffnet, um derart den Flüssigkeitsspiegel zu senken. Der Feststoffsammelbehälter 12 wird dann angehoben (gestrichelte Linien in Fig. 1) und um 90° gedreht (Fig. 6). Nachdem der Behälter 12 um 90° gedreht ist, kann er leicht nach einer Seite oder der anderen Seite längs der Hauptachse des elliptischen Flansches 20 des Teiles 11 abgenommen werden. Der Behälter 12 wird leicht gekippt, damit ein Ende des elliptisehen Flansches 20 aus der Öffnung herauskommt. Dann wird der Behälter in anderer Richtung entnommen. Um den Behälter wieder anzubauen, werden .. die Schritte in umgekehrter Reihenfolge vorgenommen.

Das Teil 11 des Gehäuses 10 weist ein Paar Trennwände 30 und 31 auf, welche das Teil in drei vertikal übereinanderliegende Kammern aufteilen. Es sind dies die Kammer 32, die sich im Teil 11 zuoberst befindet, die mittlere Kammer 33 und die untere Kammer 34, die in Verbindung mit dem Feststoffsammelbehälter 12 steht. Der Auslaß 16 für die behandelte Flüssigkeit steht in Verbindung mit der Kammer 32, der Flüssigkeitseinlaß 17 mündet in die Kammer 33, und der zweite Flüssigkeitsauslaß 18 geht von der Kammer 34 und dem Feststoffsammelbehälter 12 aus. Die Wände 30 und 31 dienen gleichzeitig als Haltevorrichtung für die Zentrifugaltrennvorrichtungen 15, die vertikal in der Kammer 33 angeordnet sind. Da

jede der in F i g. 1 dargestellten Zentrifugaltrennvorrichtungen 15 gleich ausgebildet ist, werden die Konstruktion und die Arbeitsweise nur einer der Vorrichtungen beschrieben.

In F i g. 3 ist eine Zentrifugaltrennvorrichtung 15 im Querschnitt dargestellt. Zu der Vorrichtung 15 gehören ein erstes Rohr 40 und ein zweites Rohr 41. Das Rohr 40 hat einen kreisförmigen Querschnitt mit je einer Öffnung 44 bzw. 43 am oberen und am unteren Ende. Das Unterteil 42 verengt sich konisch nach innen zur Öffnung 43. Auf diese Weise ist die Öffnung 43 am unteren Ende wesentlich enger als die Öffnung 44 am oberen Ende. Das. zweite Rohr 41 ist ebenfalls im Querschnitt kreisförmig, mit einer Öffnung 47 am unteren Ende und einer Öffnung 48 am oberen Ende. Der Außendurchmesser des Rohres 41 ist wesentlich kleiner als der der Öffnung 44 im Rohr 40. Das Rohr 41 wird durch ein Paar wendeiförmiger Leitbleche 45 und 46, die koaxial im Rohr 40 angeordnet sind, getragen, so daß die untere Öffnung 47 im Abstand konzentrisch innerhalb der Öffnung 44 im oberen Ende des Rohres 40 angeordnet ist. Die Leitbleche 45 und 46 sind fest zwischen der Außenfläche des Rohres 41 und der Innenfläche des Rohres 40 angeordnet. Jedes Leitblech 45 und 46 beginnt auf einer Seite des Rohres 41 längs eines Durchmessers des Rohres 40 und erstreckt sich um etwa 270° zum Ende eines um 90° gedrehten und nach unten versetzten Durchmessers des Rohres 40.

Das obere Ende des Rohres 41 durchbricht die Wand 30; das untere Ende des Rohres 40 durchbricht die Wand 31 und wird von dieser getragen. Die Öffnung 48 im oberen Ende des Rohres 41 öffnet sich in die Kammer 32, während die Öffnung 44 im oberen Ende des Rohres 40 sich in die Kammer 33 öffnet. Die Öffnung 43 im unteren Ende des Rohres 40 endet in der Kammer 34.

In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Zentrifugaltrennvorrichtungen 15 dargestellt. Es kann jedoch auch nur eine Vorrichtung oder auch eine größere Anzahl benutzt werden. Die Anzahl hängt von den Eigenschaften der Flüssigkeit ab, wie beispielsweise von der Viskosität. Außerdem spielen die Größen der Fremdstoffpartikeln, die ausgefiltert werden sollen, und die Kapazität des Filters eine Rolle.

Der zweite Auslaß 18 am Gehäuse 10 steht mit dem Einlaß 50 eines elliptischen Deckels 51 in Verbindung, der auf einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 52 aufliegt. Das Gehäuse 52 ist im wesentlichen ähnlich wie der Feststoff sammelbehälter 12 am Unterteil des Gehäuses 10 ausgebildet.

Der Deckel 51 ist an der Wand 13 über einen Tragarm 53 befestigt. Das Gehäuse 52 kann vom Deckel 51 in der gleichen Weise getrennt werden, wie dies im Zusammenhang mit dem Feststoffsammelbehälter 12 erläutert wurde. Der Deckel 51 hat einen zentral angeordneten Auslaß 54 mit einem Rohr 55, das darin befestigt ist und sich nach unten in das Zentrum des Gehäuses 52 erstreckt. Das Rohr 55 hat eine Vielzahl von Bohrungen 56 in seiner Wand zum Einlaufen der Flüssigkeit. Das untere Ende des Rohres 55 trägt einen Stopfen 57, welcher eine mit Gewinde versehene Bohrung zur Aufnahme einer Flügelschraube 58 besitzt.

Ein Durchflußfilterelement 59 trägt an jedem Ende eine Metallscheibe mit einer dazwischenliegenden Filtervorrichtung, die aus zwei perforierten, radial in Abstand stehenden Metallzylindern besteht, die zwischen sich ein Faltenfilterelement halten. Das gesamte Filterelement 59 besitzt zur Aufnahme des Rohres 55 eine zentrale Bohrung am oberen Ende.

Das obere Ende des durchlässigen Filterelementes 59 stößt gegen eine elastische Dichtung 60, die an der Unterseite des Deckels 51 oder an der Oberseite des Filterelementes 59 befestigt sein kann. Das gesamte Filterelement wird durch die Flügelschraube 58 gehalten, welche in der Bohrung der unteren Metallplatte des Filters 59 sitzt. Die Flüssigkeit strömt durch den Einlaß 50 und durch ein Rohr 61, das im Einlaß 50 befestigt ist und das die Flüssigkeit zum Boden des Gehäuses 52 führt. Anschließend fließt die Flüssigkeit durch die Seiten des durchlässigen Filterelementes 59 nach oben. Dies Zirkulation bewirkt, daß große und schwere Partikeln sich am Boden des Gehäuses absetzen. Die Flüssigkeit strömt dann durch die Öffnung 56 des Rohres 55 und in den Auslaß 54.

2p Das dargestellte Durchflußfilterelement 59 ist nur ein Ausführungsbeispiel; es sind innerhalb des Rahmens der Erfindung verschiedene Ausführungsformen möglich.

Der Auslaß 54 im Deckel 51 des Gehäuses 52 setzt sich in eine daran befestigte Leitung 62 fort, die die Nebenströmung zurück zur Druckquelle der Flüssigkeit führt, welche beispielsweise als Sumpf ausgebildet ist. Eine Drosselvorrichtung 63 am Ende des Rohres 62 kann abnehmbar — beispielsweise über ein Schraubgewinde — oder fest am Ende angeordnet sein. Weiterhin kann die Drosselvorrichtung 63 auch statt am Ende des Rohres 62 in einem beliebigen Bereich des Nebenstromweges angeordnet sein. Die Drosselvorrichtung 63 hat eine Öffnung 64, deren Größe je nach der gewünschten Menge der Nebenströmung bestimmt wird. Die lichte Weite der Öffnung 64 ist eine wichtige Größe, denn zu ihr sind die Flußmengen durch den Einlaß 17 und den Auslaß 16 etwa quadratisch proportional. Wenn der Einlaß 17 des Filters an ein Flüssigkeitssystem angeschlossen ist, das eine abweichende Fließgeschwindigkeit aufweist, so kann der vorliegende Filter schnell durch Auswechseln der Drosselvorrichtung 63 mit einer anderen Öffnung 64 angepaßt werden.

Funktionsbeschreibung

Die Flüssigkeit fließt durch die Einlaßöffnung 17 und füllt die Kammer 33. Die Flüssigkeit fließt dann unter Druck in die öffnung 44 an der oberen Seite des Rohres 40 und wird nach unten durch die Leitbleche 45 und 46 geleitet. Die Leitbleche 45 und 46 bewirken, daß die Flüssigkeit eine Spiralbewegung nach unten ausführt, so daß im Rohr 40 ein Wirbel geschaffen wird, der aus der Bodenöffnung 43 heraustritt.' Sobald der Feststoff sammelbehälter 12 und die untere Kammer 34 des Teiles 11 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sind, bewirkt der Druck der wirbeiförmig nach unten nachfließenden Flüssigkeit, daß die wirbeiförmig fließende Flüssigkeit ihre Richtung ändert. Sie fließt anschließend axial und wirbeiförmig zurück nach oben in das Rohr 41. Die nach oben fließende Flüssigkeit bildet eine Zone geringerer Turbulenz innerhalb der nach unten fließenden, wirbelnden Flüssigkeit. Dies geht besonders deutlich aus F i g. 7 hervor. Die nach unten wirbelnde Flüssigkeit bildet die in durchgezogenen Pfeilen 70 dargestellte Turbulenzzone längs der Innenfläche des

Rohres 40; die nach oben fließende Flüssigkeit bildet eine relativ schwache Turbulenz im Zentrum der größeren Turbulenz, die durch die gestrichelt dargestellten Pfeile 71 angedeutet ist. Der axiale Richtungswechsel der Flüssigkeit vom äußeren zum inneren Wirbel erfolgt stufenförmig über den gesamten konischen Bereich 42 des Rohres 40. Die inneren und äußeren Wirbelfelder erstrecken sich üblicherweise bis zum unteren Endteil 43 des Rohres 40 und können sich zum Boden der Feststoffsammelvorrichtung 12 fortsetzen.

Es wird mit allen Mitteln angestrebt, daß der Umkehrvorgang der Flüssigkeit vom äußeren Wirbel zum inneren Wirbel sich im wesentlichen im Bereich des Rohres 40 und innerhalb eines kleinen Bereiches des Behälters 12 vollzieht, da der untere Teil des Behälters 12 die sich absetzenden Feststoffpartikeln aufnimmt, welche wieder aufgewirbelt werden, wenn der benachbarte Flüssigkeitsstrom in Turbulenz gerät. Der nach unten gerichtete, wirbelnde Flüssigkeitsstrom (Pfeile 70) im Rohr 40 bewirkt, daß die Feststoffpartikeln im Feststoffsammelbehälter 12 nach außen in den Bereich der Innenfläche des Rohres 40 geführt werden, wo die Partikel sich absetzen. Der saubere, nach oben gerichtete Flüssigkeitsstrom (Pfeile 71) tritt in die untere öffnung 47 des Rohres 41 ein und fließt durch das Rohr 41 in die Kammer 32, wo er durch den Auslaß 16 nach außen geführt wird. Feststoffteilchen, die im Rohr 40 wieder aufgenommen werden und die in dem nach oben gerichteten, wirbelnden Flüssigkeitsstrom 61 mitgeführt" werden, tendieren nach außen geführt zu werden und damit in den nach unten gerichteten Wirbelstrom 70. Auf diese Weise ist die in das Rohr 41 eintretende Flüssigkeit im wesentlichen von Feststoffpartikeln frei.

Wenn der Feststoffsammelbehälter 12 und die Kammer 34 mit Flüssigkeit gefüllt sind, fließt ein Teil der Flüssigkeit über den zweiten Auslaß 18 in das Gehäuse 52 ab. Wenn das Gehäuse 52 vollständig mit Flüssigkeit gefüllt ist, ist die Flüssigkeit gezwungen, durch das Filterelement 59 und den Auslaß 54 in das Rohr 62 und durch die Drosselvorrichtung 63 zu fließen. Dieser Flüssigkeitsstrom wird hier als Nebenstrom bezeichnet; die Menge des Nebenstromes wird durch die Weite der Öffnung 64 in der Drosselvorrichtung 63 bestimmt. Die Nebenströmung durch den zweiten Auslaß 18 verringert die Wiederaufnahme der Fremdstoffpartikeln dadurch, daß der Anteil des Überganges von Flüssigkeit zwischen der äußeren Turbulenz (Pfeile 70) und der inneren Turbulenz (Pfeile 71) im Feststoffsammelbehälter 12 verringert wird.

Diese Erscheinung wird an einem Extremfall erläutert: Ist die Nebenströmung durch den Auslaß 18 Null, so wird die gesamte Flüssigkeit der äußeren Wirbelströmung (Pfeile 70), die in den Feststoffsammelbehälter 12 eintritt, durch die öffnung 43 im Boden des Rohres 40 und anschließend spiralförmig (Pfeile 71) in das Rohr 40 zurückgeleitet. Sie verläßt die Zentrifugaltrennvorrichtung 15 durch das Rohr 41. In diesem Fall wird ein Maximum an Fremdstoffpartikeln im Feststoffsammelbehälter 12 wieder aufgenommen, da der Flüssigkeitsweg bis auf den Boden des Behälters 12 durchschlägt. Im anderen Extremfall ist der Strom durch die öffnung 18 so groß, daß die gesamte Flüssigkeit, die durch die öffnung 43 im Boden des Rohres 40 in den Feststoffsammelbehälter 12 strömt, durch den Auslaß 18 in das Gehäuse 52 abfließt. In diesem Fall ist keine Wiederaufnahme der Fremdstoffpartikeln durch die behandelte Flüssigkeit im Feststoffsammelbehälter 12 möglich, da im Behälter 12 keine Flüssigkeit spiralförmig zurück in die Zentrifugaltrennvorrichtung 15 fließt. Jedoch wird durch die starke Nebenströmung eine große Menge Fremdstoffpartikeln in das Gehäuse 52 abgeführt. Diese Partikeln prallen mit relativ hoher

ίο Geschwindigkeit auf das durchlässige Filter 59 und reduzieren dadurch die Standzeit des Filters erheblich. Die Drosselvorrichtung 63 verkleinert den Nebenstrom auf einen Wert zwischen den beiden Extremen, so daß zwar ein Teil der Flüssigkeit zwischen dem äußeren und dem inneren Turbulenzbereich (Pfeile 70 bzw. 71) im Behälter 12 die Richtung umkehrt, die Wiederaufnahme von Fremdstoffpartikeln jedoch unterhalb eines unerwünschten Wertes in bezug auf das Filterelement 59 bleibt. Im allgemeinen ist der

ao Anteil des Nebenstroms zum Gesamtfluß durch die Einrichtung auf einen Wert in der Größenordnung von etwa 0,3 bis 5,0 % begrenzt, wenn die Einrichtung zur Filterung eines Kühlmittels benutzt wird.

Die erfindungsgemäße Einrichtung weist eine Anas zahl von Vorteilen gegenüber den bekannten Anordnungen auf. Auf Grund der spiralförmigen Führung in den Zentrifugaltrennvorrichtungen 15 können diese nahe zueinander angeordnet sein; somit kann die gesamte Einrichtung im Vergleich mit bisher bekannten Filtern relativ kompakt gebaut werden. Mit Hilfe der Drosselvorrichtung 63 im Nebenstrom kann die vorliegende Einrichtung unter einer großen Anzahl verschiedener Arbeitsbedingungen arbeiten und ermöglicht eine Anzahl verschiedener weiterer Vorteile: Beispielsweise kann das durchlässige Filter 59 mit einer möglichst langen Standzeit betrieben werden. In diesem Fall wird die Öffnung 64 der Drosselvorrichtung 63 verkleinert, so daß der Anteil der Nebenströmung verringert wird. Hierdurch wird die Geschwindigkeit, mit der die verstopfenden Feststoffpartikeln gegen das durchlässige Filter 59 stoßen, verringert und die Standzeit des Filters vergrößert. Soll jedoch die Filterung der Flüssigkeit im Auslaß 16 besonders gut sein und ist eine lange Standzeit des Filters nicht wichtig, so wird die Öffnung 64 in der Drosselvorrichtung 63 vergrößert, so daß der Nebenstrom vergrößert wird. Die Einrichtung kann außerdem schnell und leicht durch einfaches und rasches Abnehmen des Feststoffsammelbehälters 12 und des Gehäuses 52 gereinigt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Trenneinrichtung mit einer durch eine Hydrozyklonanlage gebildeten ersten und einer durch ein mechanisches Filter gebildeten zweiten Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß — wie an sich bekannt — sich an die Hydro-Zyklonanlage (11) ein Feststoffsammelbehälter (12) anschließt, wobei vom oberen Teil des Feststoffsammelbehälters (12) eine in Art einer Überströmleitung angeordnete Verbindungsleitung (18) zur zweiten Trennstufe (59) führt und die Abflußleitung (62) aus der zweiten Trennstufe (59) mit einer den Durchfluß steuernden Drosselvorrichtung (63) versehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich-

net durch mehrere innerhalb eines Gehäuses der Hydrozyklonanlage (11) angeordnete Zentrifugaltrennvorrichtungen (15).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Tragwände (30, 31) im Gehäuse der Hydrozyklonanlage (11) zur Halterung der Zentrifugaltrennvorrichtungen (15), derart, daß drei vertikal übereinanderliegende Kammern (32,33,34) gebildet werden, wobei die erste Kammer (32) den Auslaß (16) für die behandelte

Flüssigkeit aufweist, die zweite Kammer (33) den Einlaß (17) für die zu behandelnde Flüssigkeit und die Öffnungen (44) der Zentrifugaltrennvorrichtungen aufweist, und die die Anschlußvorrichtungen für den Feststoffsammelbehälter (12) tragende Kammer (34) die Auslaßöffnung (43) der Zentrifugaltrennvorrichtungen enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselvorrichtung (63) in ihrer Größe regulierbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen