DE19618249A1 - Schneckenzentrifuge mit Fliehkraft-Ventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere Schneckenzen­ trifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen mit einem drehbar gelagerten Trommelmantel und einer darin mit abweichender Drehzahl rotierbaren Förderschnecke und mit in der Stirnwandung der Zentrifugentrommel angeordneten Flüssigkeits-Ablauföffnungen und mit Feststoff-Austragsöffnungen am anderen Ende der Zentrifugen­ trommel.

Vollmantel-Schneckenzentrifugen haben eine Einrichtung zum zentra­ len Zuführen des zu trennenden Feststoff-Flüssigkeitsgemisches in die Zentrifugentrommel sowie Auslaßöffnungen für den Austrag der von­ einander getrennten leichten und schweren Stoffe. Zum Ablauf der von den Feststoffen befreiten Flüssigkeit sind in der Stirnwandung der Zentrifugentrommel mehrere um den Umfang verteilte Flüssigkeits-Ablauföffnungen angeordnet, und das andere, meist konisch verjüngte Trommelende weist an seiner Peripherie ebenfalls um den Umfang verteilte Austragsöffnungen auf, durch welche der von der Förder­ schnecke innerhalb der Trommel transportierte und von der Flüssig­ keit weitgehend befreite Feststoff ausgetragen wird.

Wie z. B. aus Fig. 1 der DE-OS 40 33 070 gut zu ersehen, bildet sich beim Betrieb einer solchen Schneckenzentrifuge innerhalb der Zentri­ fugentrommel ein Flüssigkeitsring aus, dessen Innendurchmesser von der radialen Anordnung der um den Umfang der Trommelstirnwand gleichmäßig verteilten Flüssigkeits-Ablauföffnungen bzw. von der Höhe radial einstellbarer Wehrscheiben bestimmt ist, durch deren Verstellung das Flüssigkeitsniveau bzw. die Teichtiefe verändert wer­ den kann. Beim Abstellen der Schneckenzentrifuge (Abfahrvorgang) verringert sich die Drehzahl der Zentrifugentrommel bis zum Still­ stand und damit verringert sich auch die Zentrifugalkraft. Es wird dann beim Auslaufen der Zentrifugentrommel eine Drehzahl erreicht, bei der die Zentrifugalkraft niedriger wird als die Gravitationskraft mit der Folge, daß der in der Zentrifugentrommel sich ausbildende Flüssigkeitsring zusammenbricht und der Füllstand der Flüssigkeit in­ nerhalb der Zentrifugentrommel über die Feststoff-Austragsöffnungen hinausreicht, so daß an diesen Öffnungen, wenn auch nur kurzfristig, in unerwünschter Weise schwallartig auch Flüssigkeit ausgetragen wird.

Aber auch dann, wenn wie in der DE-OS 40 33 070 vorgeschlagen beim Abfahrvorgang der Schneckenzentrifuge die Wehrscheiben der Flüssigkeits-Ablauföffnungen radial nach außen verstellt werden, um möglichst schnell die Teichtiefe des Flüssigkeitsringes zu reduzieren, verbleibt immer noch eine erhebliche Restmenge an Flüssigkeit in der Zentrifugentrommel, d. h. der an der Trommelinnenwandung verblie­ bene Flüssigkeitsring bricht vor dem Betriebsstillstand schlagartig zu­ sammen und er kann in unerwünschter Weise die Trommel an der Feststoff-Austragsseite verlassen. Umgekehrt erhöht beim Wiederan­ fahren der Schneckenzentrifuge die in der Zentrifugentrommel ver­ bliebene Flüssigkeit das Trägheitsmoment des Rotors und erschwert damit die Beschleunigung der in Rotation zu versetzenden Massen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Schneckenzentrifuge zu schaffen, bei deren An­ fahrvorgang und Abfahrvorgang keine Probleme mehr auftreten, die von der in der Zentrifugentrommel befindlichen bzw. verbliebenen Flüssigkeitsmenge herrühren, insbesondere das Problem des Austre­ tens von Flüssigkeit an den Feststoff-Austragsöffnungen beim Abfahr­ vorgang.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beruht auf der Idee, bei Schneckenzentrifugen den oben beschriebenen in der Zentrifuge befindlichen bzw. verbliebenen Flüs­ sigkeitsring, der während des Anfahr- und Abfahrvorganges der Zen­ trifuge zu Problemen führt, in der Anfahr- und Abfahrphase zum Ver­ schwinden zu bringen. Bei der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifu­ ge ist nämlich in der Trommelstirnwand radial außerhalb der Flüssig­ keits-Ablauföffnungen wenigstens eine Trommel-Entleerungsöffnung angeordnet, vorzugsweise sind radial außerhalb der Flüssigkeits-Ab­ lauföffnungen mehrere gleichmäßig um den Umfang verteilte Trom­ mel-Entleerungsöffnungen angeordnet, um die Zentrifugentrommel vollständig von verbliebener Restflüssigkeit entleeren zu können. Die­ se in der Trommelstirnwandung angeordneten Trommel-Entleerungs­ öffnungen sind jeweils von einer Bohrung radial durchkreuzt, in der jeweils ein Fliehkraft-Ventil eingeführt ist mit einem federbelasteten Ventilkörper bzw. Verschlußkörper in der Weise, daß der Verschluß­ körper bei hoher Trommeldrehzahl (Betriebsdrehzahl) die Trommel-Entleerungsöffnung jeweils verschließt und bei niedriger Trommel­ drehzahl die Entleerungsöffnung öffnet. Das Fliehkraft-Ventil der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge wirkt also genau umgekehrt wie z. B. bei Teller-Separatoren angewandte Rücklaufventile, die bei hoher Drehzahl des Separators infolge hoher Fliehkraft und Pro­ duktbelastung die Austragsöffnungen für die schwere Phase öffnen, während genau konträr dazu bei der erfindungsgemäßen Schnecken­ zentrifuge mit auftretender hoher Fliehkraft das integrierte Fliehkraft-Ventil schließt.

Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung kann der Verschluß­ körper des Fliehkraft-Ventils aus einem Kolbenschieber bestehen, der in eine radial innerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung an diese in der Trommelstirnwand ansetzende Sackbohrung einführbar ist und in dieser unter Einwirkung der Kraft einer Feder sowie der im Zentrifu­ genbetrieb aufgebauten Fliehkraft kolbenartig hin- und herfahrbar ist und dabei die kreuzende Trommel-Entleerungsöffnung freigibt oder verschließt. Dabei ist die Feder vorzugsweise eine in der Trommel­ stirnwandung radial außerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung ange­ ordnete vorgespannte Druckfeder, z. B. Schraubenlinienfedern, deren Spannkraft, welche die Gegenkraft zur Zentrifugen-Fliehkraft aufbaut, abgestimmt ist auf die Öffnungsdrehzahl, bei welcher der Ventil-Kol­ benschieber radial nach innen bewegt wird und dabei die jeweilige Kolben-Entleerungsöffnung beim Abfahrvorgang der Zentrifuge frei­ gibt.

Beim Abfahrvorgang der Schneckenzentrifuge, d. h. ab Erreichen einer bestimmten erniedrigten Drehzahl der Zentrifugentrommel bis zum Stillstand verringert sich die Zentrifugalkraft, die auf den Ver­ schlußkörper des Fliehkraft-Ventils einwirkt, so daß sich der Ver­ schlußkörper infolge der Kraft der gespannten Druckfeder radial nach innen bewegt und dabei die Trommel-Entleerungsöffnung bzw. die um den Umfang verteilten mehreren Öffnungen mehr oder weniger schlagartig freigibt, so daß die Zentrifugentrommel von restlicher ver­ bliebener Flüssigkeitsmenge entleert wird und die Gefahr des uner­ wünschten Herausschwappens dieser restlichen Flüssigkeitsmenge an den Feststoff-Austragsöffnungen nicht mehr gegeben ist. Umgekehrt werden beim Anfahrvorgang die Trommel-Entleerungsöffnungen unter Einwirkung der federbelasteten Fliehkraft-Ventilkörper bis zum Errei­ chen einer bestimmten Betriebsdrehzahl offen gehalten, so daß das An­ fahren der Schneckenzentrifuge bzw. das Beschleunigen des Rotors durch eine in der Trommel verbliebene restliche Flüssigkeitsmenge nicht behindert ist.

Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden an­ hand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spieles näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Schneckenzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen aus­ schnittsweise im Bereich des Trommelendes, an wel­ chem die von den Feststoffen befreite Flüssigkeit (Zentrat) aus der Zentrifugentrommel abläuft;

Fig. 2 vergrößert herausgezeichnet aus Fig. 1 das in der Peripherie der Stirnwandung der Zentrifugentrommel angeordnete Fliehkraft-Ventil zur Trommelentleerung in geschlossener Ventilstellung;

Fig. 3 das Fliehkraft-Ventil der Fig. 2 in der die Trommel-Entleerungsöffnung freigebenden Ventilstellung, und

Fig. 4 ausschnittsweise den Querschnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 2.

Wie Fig. 1 zeigt, weist die erfindungsgemäße Schneckenzentrifuge einen Trommelmantel 10 mit darin koaxial angeordneter mit Schnec­ kenwendeln 11 versehener Förderschnecke auf, die in gleicher Dreh­ richtung wie die Zentrifugentrommel 10, aber mit von dieser abwei­ chender Drehzahl rotiert. Das zu entwässernde Feststoff-Flüssigkeits­ gemisch wie z. B. der Klärschlamm wird in die Zentrifugentrommel über das zentrale Zuführungsrohr 12 eingeführt. Beim Betrieb der Schneckenzentrifuge bildet sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft innerhalb der Zentrifugentrommel 10 ein Flüssigkeitsring aus, aus dem die schweren Stoffe mit Hilfe der Förderschnecke 11 nach rechts transportiert und über das meistens konische Trommelende zu den in Fig. 1 nicht dargestellten Feststoff-Austragsöffnungen gefördert wer­ den, während die von den Feststoffen befreite Flüssigkeit (Zentrat) aus der Zentrifugentrommel über Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 abläuft, die in der am linken Trommelende angebrachten Trommelstirnwan­ dung 14 gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordnet sind. Der Innendurchmesser des sich in der Zentrifugentrommel 10 ausbildenden Flüssigkeitsringes wird durch die Höhenstellung der die Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 außen teilweise abdeckenden Wehrscheiben 15 bestimmt.

Nach dem Abfahren der Schneckenzentrifuge verbleibt innerhalb der Zentrifugentrommel 10 in jedem Fall eine restliche Flüssigkeit erheb­ licher Menge, die sowohl beim Abfahrvorgang als auch beim Wieder­ anfahren der Schneckenzentrifuge die oben geschilderten Probleme bereitet.

Diese Probleme werden dadurch beseitigt, daß bei der erfindungs­ gemäßen Schneckenzentrifuge in der Trommelstirnwand 14 radial außerhalb der Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 wenigstens eine, vor­ zugsweise mehrere um den Umfang verteilte Trommel-Entleerungs­ öffnungen 16 angeordnet sind, die jeweils von einer Bohrung 17 radial durchkreuzt sind, in der jeweils ein Fliehkraft-Ventil 18 eingeführt ist mit einem federbelasteten Verschlußkörper in der Weise, daß der Ver­ schlußkörper bei hoher Trommeldrehzahl (Betriebsdrehzahl) die Trommel-Entleerungsöffnung 16 verschließt und bei niedriger Trom­ meldrehzahl die Entleerungsöffnung 16 öffnet. In Fig. 1 ist das Flieh­ kraft-Ventil 18 in seiner die Trommel-Entleerungsöffnung 16 ver­ schließenden Stellung gezeichnet, und in dieser Stellung ist das Ventil 18 in Fig. 2 vergrößert herausgezeichnet. In Fig. 3 ist das Fliehkraft-Ventil 18 in seiner die Trommel-Entleerungsöffnung 16 öffnenden Stellung herausgezeichnet.

Wie deutlich in den Fig. 2 bis 4 zu erkennen, besteht der Verschluß­ körper des Fliehkraft-Ventils 18 aus einem Kolbenschieber 19, der nach Stellung in Fig. 2 in seinem unteren Totpunkt und nach Fig. 3 in seinem oberen Totpunkt angeschlagen ist. Der Kolbenschieber 19 ist in eine radial innerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung 16 an diese in der Trommelstirnwand ansetzende Sackbohrung 17 einführbar und in dieser unter Einwirkung der Kraft einer Feder 20 sowie der im Zen­ trifugenbetrieb aufgebauten Fliehkraft kolbenartig hin- und herfahrbar, wobei er die kreuzende Trommel-Entleerungsöffnung 16 nach Fig. 3 freigibt bzw. nach Fig. 2 verschließt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gut erkennbar, ist die Feder 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine in der Trommelstirnwandung 14 radial außerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung 16 angeordnete vorge­ spannte Druckfeder, deren Spannkraft, welche die Gegenkraft zur Zentrifugen-Fliehkraft aufbaut, abgestimmt ist auf die Öffnungsdreh­ zahl, bei welcher der Ventil-Kolbenschieber 19 radial nach innen be­ wegt wird und dabei die Trommel-Entleerungsöffnung 16 beim Ab­ fahrvorgang der Zentrifuge freigibt. Das heißt: Beim Abstellen der Schneckenzentrifuge verringert sich die Drehzahl der Zentrifugen­ trommel 10 bis zum Stillstand und damit verringert sich auch die Zen­ trifugalkraft. Es wird dann beim Auslaufen der Zentrifugentrommel 10 eine Drehzahl erreicht, bei der die Zentrifugalkraft niedriger wird als die Gravitationskraft mit der Folge, daß der in der Zentrifugentrom­ mel sich ausbildende Flüssigkeitsring zusammenbricht. Dieser zusam­ menbrechende Flüssigkeitsring schafft aber bei der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge nicht mehr die oben geschilderten Probleme, weil in diesem Stadium des Zentrifugenbetriebes die Kolbenschieber 19 der um den Umfang verteilten Fliehkraft-Ventile radial nach innen bewegt werden und damit die um den Umfang verteilten Trommel-Entlee­ rungsöffnungen 16 freigeben, über welche die auslaufende Zentrifu­ gentrommel 10 restlos von Flüssigkeit entleert wird. Diese Offenstel­ lung der erfindungsgemäß angeordneten Fliehkraft-Ventile 18 zeigt die Fig. 3. Umgekehrt bewegen sich die Kolbenschieber 19 erst ab einer bestimmten Trommeldrehzahl radial nach außen und sie verschließen erst dann die Trommel-Entleerungsöffnungen 16 beim Wiederanfahren der Zentrifuge.

Die Fig. 2 und 3 lassen auch erkennen, daß die an der Kolbenstange 21 des Kolbenschiebers 19 angreifende Ventilfeder 20 mit ihrem radial außen liegenden Ende in einer kappenförmigen Verschlußschraube 22 abgestützt ist, die in die Stirnseite der Trommel-Stirnwandung 14 vom Umfang her radial zur Zentrifugenachse liegend eingeschraubt ist. Der radial außen liegende Kopf dieser kappenförmigen Verschlußschraube weist mit Vorteil eine Durchgangsbohrung 23 zum Flüssigkeitsabfluß und zur Selbstreinigung des Fliehkraft-Ventils mit Selbstreinigung der Windungen der Schraubenlinienfeder 20 auf.

Der Kolbenschieber 19 des Fliehkraft-Ventils 18 hat sowohl im unte­ ren Totpunkt (Fig. 2) als auch im oberen Totpunkt (Fig. 3) einen si­ cheren Anschlag, so daß sich sowohl im geschlossenen Zustand als auch im geöffneten Zustand des Ventiles eine stabile Ventilposition einstellt. Zusätzlich wird der im Ausführungsbeispiel zylindrische Teil des Schiebekörpers 19 durch den in der Zentrifugentrommel 10 herr­ schenden Druck gegen die Führungsfläche gepreßt, so daß der ver­ bleibende Restspalt 24 zwischen Kolbenschieber 19 und Wandung der Sackbohrung 17 praktisch bis auf Null reduziert wird, wie Fig. 4 gut erkennen läßt.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Flüssigkeits-Ab­ lauföffnungen 13 und die Trommel-Entleerungsöffnungen 16 samt Fliehkraft-Ventilen 18 miteinander zu kombinieren bzw. zu ver­ einigen.

Claims (6)

1. Zentrifuge, insbesondere Schneckenzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen mit einem drehbar gelagerten Trommelmantel (10) und einer darin mit abweichender Drehzahl rotierbaren Förderschnecke (11) und mit in der Stirnwandung (14) der Zentrifugentrommel angeordneten Flüssigkeits-Ablauföffnun­ gen (13) und mit Feststoff-Austragsöffnungen am anderen Ende der Zentrifugentrommel, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trommelstirnwand (14) radial außerhalb der Flüssigkeits-Ablauf­ öffnungen (13) wenigstens eine Trommel-Entleerungsöffnung (16) angeordnet ist, die von einer Bohrung (17) radial durchkreuzt ist, in der ein Fliehkraft-Ventil (18) eingeführt ist mit einem federbe­ lasteten Verschlußkörper (19) in der Weise, daß der Verschluß­ körper bei hoher Trommeldrehzahl (Betriebsdrehzahl) die Trom­ mel-Entleerungsöffnung (16) verschließt und bei niedriger Trom­ meldrehzahl die Entleerungsöffnung öffnet.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußkörper des Fliehkraft-Ventils (18) aus einem Kolben­ schieber (19) besteht, der in eine radial innerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung (16) an diese in der Trommelstirnwand (14) ansetzende Sackbohrung (17) einführbar ist und in dieser unter Einwirkung der Kraft einer Feder (20) sowie der im Zentrifugen­ betrieb aufgebauten Fliehkraft kolbenartig hin- und herfahrbar ist und dabei die kreuzende Trommel-Entleerungsöffnung (16) frei­ gibt oder verschließt.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ der (20) eine in der Trommelstirnwandung (14) radial außerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung (16) angeordnete vorgespannte Druckfeder ist, deren Spannkraft, welche die Gegenkraft zur Zen­ trifugen-Fliehkraft aufbaut, abgestimmt ist auf die Öffnungs­ drehzahl, bei welcher der Ventil-Kolbenschieber (19) radial nach innen bewegt wird und dabei die Trommel-Entleerungsöffnung (16) beim Abfahrvorgang der Zentrifuge freigibt.

4. Zentrifuge nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die an der Kolbenstange (21) des Kolbenschiebers (19) angreifende Ventilfeder (20) mit ihrem radial außen liegenden Ende in einer kappenförmigen Verschlußschraube (22) abgestützt ist, die in die Stirnseite der Trommel-Stirnwandung (14) vom Um­ fang her radial zur Zentrifugenachse liegend eingeschraubt ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ra­ dial außen liegende Kopf der kappenförmigen Verschlußschraube (22) eine Durchgangsbohrung (23) zum Flüssigkeitsabfluß und zur Selbstreinigung des Fliehkraft-Ventils (18) aufweist.

6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Trommel-Stirnwand (14) mehrere gleichmä­ ßig um den Umfang verteilte Trommel-Entleerungsöffnungen (16) und Fliehkraft-Ventile (18) angeordnet sind.