DE19719069C1

DE19719069C1 - Zentrifuge

Info

Publication number: DE19719069C1
Application number: DE19719069A
Authority: DE
Inventors: Hans Gerteis
Original assignee: HEINKEL IND ZENTRIFUGEN
Current assignee: HEINKEL IND ZENTRIFUGEN
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1997-05-06
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2017-05-07
Also published as: WO1998050164A1; AU7429098A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einem in einem Ge häuse an einer rotierenden Antriebswelle einseitig freitragend gelagerten Trennsystem, das unter im Gehäuse herrschendem hohen Verfahrensdruck arbeitet, wobei auf ein mit dem Trennsystem verbundenes Ende der Antriebswelle in axialer Richtung eine durch den hohen Verfahrensdruck bedingte, hohe Druckkraft ein wirkt.

Zentrifugen dieser Art mit einseitig oder freitragend gelager tem Trennsystem sind in Gestalt von Leitkanalzentrifugen, Schubzentrifugen, Gleitzentrifugen, Siebschneckenzentrifugen, Filterzentrifugen usw. bekannt. Die DE-PS 12 77 760 zeigt eine solche Leitkanalzentrifuge mit freitragend gelagertem Trennsy stem.

Derartige Zentrifugen arbeiten normalerweise unter Atmosphären druck oder mit geringem Über- oder Unterdruck im Zentrifugenge häuse. Die dabei einerseits durch die geringen Druckdifferenzen zwischen dem Druck im Gehäuse und dem Umgebungsdruck sowie an dererseits durch das Eigengewicht des Trennsystems auftretende, die Antriebswelle belastende Axialkraft kann durch eine geeig nete Auswahl der Lager aufgefangen werden.

Es kommt jedoch vor, daß bei derartigen Zentrifugen mit höheren und hohen Drücken, beispielsweise bis zu 100 bar oder noch hö her gearbeitet werden muß. In diesem Falle kann die einseitig an der Antriebswelle auftretende Axialkraft nicht mehr in ein facher Weise durch Lager aufgefangen werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Zentrifuge so auszubilden, daß sie auch bei hohem Verfahrensdruck eingesetzt werden kann, nämlich bis zu 100 bar oder mehr, oder generell bei solchen Drücken, welche durch übliche Drehlager nicht mehr aufgefangen werden können.

Die Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Zentrifuge durch die Erfindung dadurch gelöst, daß an der Antriebswelle an einer von dem mit dem Trennsystem verbundenen Ende getrennten Stelle eine Kompensationsfläche ausgebildet ist, auf die in axialer Rich tung eine Kompensationsdruckkraft zur Einwirkung gebracht ist, die derjenigen Druckkraft, die an dem mit dem Trennsystem ver bundenen Ende der Antriebswelle angreift, entgegengesetzt ge richtet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Leitkanalzentrifuge herkömmlicher Bauart und

Fig. 2-8 bevorzugte Ausführungsbeispiele von Zentrifugen ge mäß der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Leitkanalzentrifuge, wie sie beispielsweise in der DE-PS 12 77 760 beschrieben ist. Auf ei ner festen Unterlage 1 ist ein Zentrifugengehäuse 2 ortsfest abgestützt, welches eine Einfüllöffnung 3 für ein Feststoff- Flüssigkeits-Gemisch, welches in seine festen und flüssigen Be standteile zerlegt werden soll, aufweist. Im Gehäuse ist eine Antriebswelle 4 mittels Lagern 5, 6 rotierend gelagert. Die Welle 4 ist durch Dichtungen 7, 8 zum Inneren des Gehäuses 2 abgedichtet. Ein auf einer Konsole 9 des Gehäuses 2 gelagerter Motor 11 treibt über Riemenscheiben 12, 13 und einen Keilriemen 14 die Welle 4 drehend an.

Mit dem oben gelegenen Ende der Welle 4 ist freitragend ein Trennsystem 15 verschraubt, welches zusammen mit der Welle 4 rotiert. Das Trennsystem 15 umfaßt eine innen gelegene, flüs sigkeitsundurchlässige Konusfläche 16 und eine damit unter Aus bildung eines Zwischenraumes verbundene, ebenfalls konisch ver laufende perforierte Siebfläche 17. Zwischen den Flächen 16 und 17 sind schräg oder spiralig verlaufende Leitkanäle 18 ausge bildet.

Eine in ihre Bestandteile zu zerlegende Suspension wird über die Einfüllöffnung 3 in das Zentrifugengehäuse 2 eingebracht. Die Suspension gelangt von der Einfüllöffnung 3 in die Leitka näle 18, wo die Flüssigkeit aufgrund der durch die Rotation be wirkten Zentrifugalkraft nach außen durch die Siebfläche 17 ge drückt wird. Die Feststoffe, welche die Siebfläche 17 nicht durchdringen können, wandern in den Leitkanälen 18 nach unten und gelangen in den unteren Bereich des Gehäuses 2. Der obere, die gefilterte Flüssigkeit aufnehmende Bereich des Gehäuses 2 ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 19 bezeichnet, der untere, die Feststoffe aufnehmende Bereich hat das Bezugszeichen 21. Die Flüssigkeit wird über eine Auslaßöffnung 22 abgeführt, der Feststoff tritt durch eine Austragöffnung 23 aus.

Bei der beschriebenen Leitkanalzentrifuge kann kontinuierlich bei Atmosphärendruck oder geringen Über- oder Unterdrücken von beispielsweise 0,5 bis 1 bar gearbeitet werden, wobei die ge ringen Druckdifferenzen von den Lagern 5, 6 aufgefangen werden. Das Auftreten dieser Druckdifferenzen geht darauf zurück, daß dasjenige Ende 24 der Antriebswelle 4, welches dem das Trennsy stem 15 tragenden Ende gegenüberliegt, über die Einführungsöff nung des Keilriemens 14 unter Atmosphärendruck steht. Auf die Lager 5, 6 wirkt weiterhin naturgemäß die durch das Eigenge wicht des Trennsystems 15 bedingte Axialkraft ein.

Wenn mit einer Zentrifuge der in Fig. 1 dargestellten Art bei hohen Drücken, beispielsweise über 5 oder 10 bis zu 100 bar oder mehr, gearbeitet werden soll, entstehen, bedingt durch den hohen Verfahrensdruck, an dem das Trennsystem 15 tragenden Ende der Antriebswelle 4 erhebliche, axial gerichtete Druckkräfte, die dann, wenn das gegenüberliegende Ende 24 unter Atmosphären druck steht, von den Lagern 5, 6 nicht mehr aufgenommen werden können, so daß die Lager 5, 6 und damit die Zentrifuge insgesamt nur eine unbefriedigend kurze Lebensdauer haben.

Nimmt man einen Überdruck von 100 bar und einen für den herr schenden Druck wirksamen Durchmesser der Antriebswelle 4 von 100 mm an, so entsteht eine nach unten gerichtete Axialkraft von 7850 kg. Bei einer Umdrehungszahl der Antriebswelle 4 von 3000 upm tendiert die Lebensdauer der Lager 5, 6 gegen "0".

Die Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die vorerwähnte, auf die Antriebswelle 4 einwirkende, nach unten gerichtete hohe Druckkraft durch eine entgegenge setzt verlaufende etwa gleiche Kompensationsdruckkraft ausge glichen ist. Hierzu ist, wie dargestellt, das untere Ende 24 der Antriebswelle 4 durch einen Boden 25 des umgebenden Gehäu ses 2 hindurchgeführt und dort mittels Dichtungen 8 abgedich tet. Das untere stirnseitige Ende 24 der Welle 4 ragt somit in den Bereich 21 des Gehäuses 2 hinein, in welchem der (in der Zeichnung gestrichelt angedeutete) hohe Verfahrensdruck von beispielsweise etwa 100 bar herrscht. Hierdurch ist die an dem das Trennsystem 15 tragenden Ende der Welle 4 auftretende Druckkraft - abgesehen von der durch das Eigengewicht des Trennsystems 15 bedingten Kraft - kompensiert, wobei die auf dieses Eigengewicht des Trennsystems 15 zurückgehende, nach un ten gerichtete Kraft durch entsprechende Bauart der Lager 5, 6 leicht abgefangen werden kann.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das den Boden 25 des Gehäuses 2 durchdringende Ende 24 der Antriebswelle 4 von einer zusätzlichen Gehäusehaube 26 umschlossen, die dicht mit dem Ge häuse 2 verbunden ist. In dem von der Haube 26 und dem Boden 25 gebildeten Raum kann über eine Leitung 20 und eine Pumpe 27 Druckmedium mit einem solchen Druck eingebracht werden, daß die auf das mit dem Trennsystem 15 versehene Ende der Antriebswelle 4, nach unten gerichtete Axialkraft kompensiert werden kann, und zwar gegebenenfalls einschließlich der auf das Gewicht des Trennsystems 15 zurückgehenden Kraft.

Während bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2 und 3 jeweils das nach unten gerichtete, stirnseitige Ende 24 der Antriebs welle 4 die Kompensationsfläche bildet, an welcher die Kompen sationsdruckkraft angreift, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 zwischen dem oberen, mit dem Trennsystem 15 verbundenen Ende der Welle 4 und deren unten gelegenem Ende 24, welches nicht in denjenigen Bereich des Gehäuses 2 hineinragt, in dem der hohe Verfahrensdruck herrscht, eine besondere Kompensati onsfläche ausgebildet, und zwar an einer an dieser Stelle gele genen, mit der Antriebs welle 4 fest verbundenen Ringbundscheibe 28. Die untere Seite dieser Scheibe 28 bildet die erwähnte Kompen sationsfläche. An der Unterseite des Bundes der Scheibe 28 ist ein Freiraum, der Raum 30, ausgebildet, der von Dichtungen 8 und 29 abgedichtet ist. In diesen Raum 30 ist, ausgehend von dem Bereich 21 des Gehäuses 2 über eine Leitung 31 Verfahrensdruck eingeleitet, so daß an der Unterseite der Scheibe 28 wiederum eine in axialer Richtung wirkende Kompensationsdruckkraft angreift, die derjenigen Druckkraft, die an dem mit dem Trennsystem 15 verbundenen Ende der Welle 4 angreifenden Druckkraft entgegengesetzt gerichtet ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 entspricht konstruktiv dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 mit der Ausnahme, daß der Druck in dem unterhalb der Ringbundscheibe 28 gelegenen Raum 30 nicht vom Verfahrensdruck aus dem Gehäusebereich 21 abgeleitet ist, sondern von einem besonderen, durch eine Pumpe 27 unter Druck gesetzten und über eine Leitung 32 zugeführten Druckmedium er zeugt wird, wie dies bereits bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 vorgesehen ist. Im übrigen funktioniert das Ausführungs beispiel gemäß Fig. 5 genauso wie die Ausführungsform nach Fig. 4.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 erfolgt die Kompensation der an dem mit dem Trennsystem 15 verbundenen Ende der An triebswelle 4 angreifenden Druckkraft in folgender Weise: Die Antriebswelle 4 ist über einen verhältnismäßig dünnen Stab 33, der durch einen Bereich des Gehäuses 2 geführt ist, in dem Verfahrensdruck herrscht, nach oben verlängert. An ihrem Ende trägt der Stab 33 eine durch eine Dichtung 34 abgedichtete kreisrunde Scheibe 35, die zusammen mit der Welle 4 rotiert. An der Unterseite dieser Scheibe 35 greift, wie aus Fig. 6 er sichtlich, wiederum Verfahrensdruck an, so daß die hierdurch erzeugte, nach oben gerichtete Kompensationsdruckkraft, derjeni gen Druckkraft im wesentlichen gleich und entgegengesetzt ist, die an dem mit dem Trennsystem 15 verbundenen Ende der An triebswelle 4 nach unten gerichtet angreift.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen Zentrifugen mit einseitig freitra gend gelagerter Antriebswelle, wobei die Achse der Antriebswel le vertikal verläuft. Im Gegensatz hierzu zeigen die Fig. 7 und 8 Zentrifugen mit horizontal verlaufender Antriebswelle 4.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 verlaufen im Trennsystem 15 und in der Antriebswelle 4 Kanäle 36 bzw. 37, wobei der Ka nal 37 in einen Raum 38 mündet, der das in der Figur links ge legene, stirnseitige Ende 24 der Antriebswelle 4 umschließt. In diesen Raum 38 wird, ausgehend von dem Bereich 19 des Gehäuses 2, in welchem Verfahrensdruck herrscht, über die Kanäle 36, 37 der Verfahrensdruck weitergeleitet, so daß an der vom. Ende 24 gebildeten Kompensationsfläche eine Druckkraft entsteht, die derjenigen Druckkraft, die an dem mit dem Trennsystem 15 ver bundenen Ende der Antriebswelle 4 angreift, entgegengesetzt ge richtet ist.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 unterscheidet sich von demje nigen nach Fig. 7 lediglich dadurch, daß der Raum 38, in den die vom unteren Ende 24 der Antriebswelle 4 gebildete Kompensa tionsfläche hineinragt, über eine Leitung 39 und eine Pumpe 41 mit Druckmedium versorgt wird, welches unter solchen Druck ver setzt wird, daß die an dem mit dem Trennsystem 15 verbundenen Ende erzeugte Druckkraft kompensiert wird. Diese Kompensations druckkraft ist daher von dem Verfahrensdruck unabhängig und kann gegebenenfalls auf einen gewünschten Wert eingestellt wer den. Dies gilt im übrigen selbstverständlich auch für die Aus führungsbeispiele gemäß Fig. 3 und 5.

Die bei den dargestellten Ausführungsbeispielen an dem mit dem Trennsystem 15 verbundenen Ende der Antriebswelle 4 entstehen de, hohe Druckkraft - auch Aktionskraft genannt - leitet sich aus dem Produkt der an dieser Stelle wirksamen Fläche - Akti onsfläche - und dem Aktionsdruck ab:

K_A = F_A × P_A,

wobei K_A die Aktionskraft, F_A die Aktionsfläche und P_A den Ak tionsdruck (= Verfahrensdruck) bedeuten. Hieraus ergibt sich, daß bei einer der Aktionskraft entgegenwirkenden, gleichen Kom pensationsdruckkraft (K_K) sowohl die Kompensationsfläche F_K - zum Beispiel am Ringscheibenbund in Fig. 5 - als auch der Kom pensationsdruck - von der Pumpe 27 in Fig. 5 erzeugt - vari iert werden können:

K_A = K_K = F_K × P_K.

Wenn in dem vom Gehäuse 2 umschlossenen Verfahrensraum ein che misch aggressives Gasgemisch vorliegt, ist es zweckmäßig, im Kompensationsraum - zum Beispiel Raum 30 in Fig. 5 - den nöti gen Kompensationsdruck mit einem neutralen Medium (Gas oder Flüssigkeit) aufzubauen. Der Kompensationsdruck wird dann zweckmäßigerweise außerhalb der Maschine in einem separaten Ag gregat (Pumpe 27) erzeugt.

Die Ausführungsbeispiele wurden im Voranstehenden anhand einer Leitkanal zentrifuge erläutert. Der Grundgedanke läßt sich in gleicher Weise auch auf andere Zentrifugen mit einseitig freitragend gelagertem Trenn system anwenden, wie beispielsweise Schubzentrifugen, Gleitzen trifugen, Siebschneckenzentrifugen und Filterzentrifugen.

Claims

1. Zentrifuge mit einem in einem Gehäuse an einer rotierenden Antriebswelle einseitig freitragend gelagertem Trennsystem, das unter im Gehäuse herrschendem, hohen Verfahrensdruck arbeitet, wobei auf ein mit dem Trennsystem verbundenes En de der Antriebswelle in axialer Richtung eine durch den ho hen Verfahrensdruck bedingte, hohe Druckkraft einwirkt, da durch gekennzeichnet, daß an der Antriebswelle (4) an einer von dem mit dem Trennsystem (15) verbundenen Ende getrenn ten Stelle eine Kompensationsfläche (Ende 24, Ringbund scheibe 28, Scheibe 35) ausgebildet ist, auf die in axialer Richtung eine Kompensationsdruckkraft (K_K) zur Einwirkung gebracht ist, die derjenigen Druckkraft, die an dem mit dem Trennsystem (15) verbundenen Ende der Antriebswelle (4) an greift, entgegengesetzt gerichtet ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsfläche (Ende 24) an demjenigen, Ende der An triebswelle (4) ausgebildet ist, die dem mit dem Trennsy stem (15) verbundenen Ende dieser Welle (4) gegenüberliegt.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsfläche (Ringbundscheibe 28) an einer Stelle ausgebildet ist, die zwischen dem mit dem Trennsystem (15) verbundenen Ende der Antriebswelle (4) und dem gegenüber liegenden Ende (24) dieser Welle (4) ausgebildet ist.

4. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kompensationsfläche (Ende 24) eine Kompensationsdruckkraft (K_K) einwirkt, die direkt vom Verfahrensdruck (P_A) abgeleitet ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kompensationsfläche eine Kompensationsdruckkraft (K_K) einwirkt, die durch ein besonderes Drucksystem (Pumpe 27, 41; Raum 30, 38; Leitung 32, 39) erzeugt ist, dessen Druck (P_K) vom Verfahrensdruck (P_A) unabhängig ist.