DE19949194A9 - Vollmantelschneckenzentrifuge mit einem Stauwehr - Google Patents

Abstract

Eine Vollmantelschneckenzentrifuge (10) zum Trennen von Stoffgemischen umfaßt eine Trommel (12), die einen Trennraum (50) mit Austrittsöffnungen (54a, 54b) für mindestens eine leichte Phase, und einen anschließenden konischen Austragsraum (56) mit Austrittsöffnungen (58a, 58b) für eine schwere Phase aufweist. In der Trommel (12) ist koaxial eine drehbare Schnecke (24) angeordnet, die radial bis nahe an eine innere Mantelfläche (30) der Trommel (12) ragt. An der Schnecke (24) ist ein Stauwehr (66) angebracht, das im wesentlichen so radial nach außen gerichtet ist, daß es radial weiter von der Drehachse (22) absteht, als die Austrittsöffnungen (54a, 54b) für die leichte Phase von der Drehachse (22) entfernt sind. Das Stauwehr (66) ist so beweglich, daß es zur inneren Mantelfläche (30) eine in ihrer Größe (b, c) veränderbare Durchtrittsöffnung (72) für die im Trennraum (50) sedimentierte schwere Phase bildet. Um die pro Zeiteinheit ausgetragene Menge der schweren Phase stetig an die pro Zeiteinheit im Trennraum (50) abgeschiedene Menge der schweren Phase auf einfache und selbsttätige Weise anzupassen, kann das Stauwehr (66) von der im Trennraum (50) befindlichen schweren Phase bewegt werden.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Voilmantelschneckenzentrifuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. [0002] Vollmantelschneckenzentrifugen trennen in einer Trommel, die mit hoher Drehzahl um eine Drehachse rotiert, kontinuierlich fließfähige Stoffgemische in mindestens eine leichte und eine schwere Phase. Das fließfähige Stoffgemisch bildet unter Fliehkraft in der Trommel einen Flüssigkeitsring. Die schwere Phase setzt sich als Sediment an einer inneren Mantelfläche der Trommel ab und wird mit Hilfe einer Schnecke, die koaxial in der Trommel mit gering unterschiedlicher Drehzahl rotiert, in einen sich konisch verjüngenden Abschnitt der Trommel gefördert und durch Öffnungen ausgetragen. Die geklärte leichte Phase läuft über ein Überlaufwehr an einem Ende der Trommel.
[0003] An der Schnecke ist ein Stauwehr angeordnet, das von einem Schneckenkörper der Schnecke radial so absteht, daß zwischen dem Stauwehr und der inneren Mantelfläche der Trommel eine Durchtrittsöffnung verbleibt. Vor dem Stauwehr wird Stoffgemisch angestaut, das einen hydraulischen Überdruck erzeugt und dadurch die vor dem Stauwehr sedimentierte schwere Phase durch die Durchtrittsöffnung preßt und austrägt. So kann auch schwere Phase mit schleimiger/schlüpfriger Konsistenz ausgetragen werden, die von einer Schnecke nur schlecht oder überhaupt nicht gefördert werden kann. Da das Sediment im Bereich der inneren Mantelfläche der Trommel dem größten Verdichtungsdruck ausgesetzt ist, weist es dort eine besonders hohe Konzentration auf.

[0004] Die pro Zeiteinheit in die Trommel eingebrachte Menge Stoffgemisch und die Konzentration der schweren Phase im Stoffgemisch schwanken während des Betriebs der Vollmantelschneckenzentrifuge. Damit schwankt auch die Stärke des Volumenstroms der vor dem Stauwehr als Sediment angestauten schweren Phase. Sinkt die Volumenstromstärke der zugeführten und als Sediment im Trennraum der Trommel abgeschiedenen schweren Phase unter die Stärke des Volumenstroms, der durch die Durchtrittsöffnung des Stauwehrs gepreßt wird, so wird mit der schweren Phase unerwünscht auch leichte Phase ausgetragen. Steigt die Stärke des Volumenstroms der zugeführten und als Sediment in der Trommel abgeschiedenen schweren Phase über die Stärke des Volumenstroms, der durch die Durchtrittsöffnung des Stauwehrs gedrückt und ausgetragen wird; so staut sich die schwere Phase vor dem Stauwehr bis zu den Austrittsöffnungen für die leichte Phase zurück und wird in den sogenannten Zentralablauf mitgerissen. Um den Durchtritt der schweren Phase an dem Stauwehr zu regeln, ist es bekannt, das Stauwehr beweglich zu gestalten, so daß sich die Größe der Durchtrittsöffnung verändern läßt.
[0005] Aus der DE 41 19 003 Al ist eine Schneckenzentrifuge bekannt, bei der ein Stauelement angeordnet ist, das mit einer Innenwand einer Zentrifugentrommel einen Durchtrittsspalt für einen Feststoff bildet. Das Stauelement ist an der Förderschnecke angeordnet und über Verstellorgane mit einer außerhalb einer Zentrifugentrommel befindlichen Verstelleinrichtung derart verstellbar, daß der Querschnitt des Durchtrittsspaltes während des Betriebs der Schneckenzentrifuge verändert werden kann. Als Stauelement werden eine Ringscheibe, Ringscheibensegmente, ein Staukonus oder ein Staublech in einem Wendelgang der Förderschnecke genannt. Das verstellbare Stauelement soll es ermöglichen, die Schneckenzentrifuge den im Betrieb auftretenden Veränderungen in der Feststoff-Flüssigkeits-Zusammensetzung, der Konsistenz und/oder einer Schlammaufgabemenge anzupassen. Unter anderem ist erwähnt, daß das Verstellen automatisch und gegebenenfalls auch selbsttätig im Betrieb durch Skimmer, durch veränderte Druckoder Förderkräfte, durch ein verändertes Schneckendrehmoment oder aber durch eine veränderte Schneckenrückdruckkraft erfolgen kann. Jedoch werden hierzu keine konkreten Realisierungsmöglichkeiten angegeben. Die in der DE 41 19 003 Al beschriebene Schneckenzentrifuge erfordert Verstellorgane, die mit einer außerhalb der Zentrifugentrommel befindlichen Verstelleinrichtung zusammenwirken. Dazu sind Durchführungen oder Übertragungsleitungen aus der rotierenden Trommel erforderlich. All diese Bauteile führen zu einem erheblichen Konstruktions-, Herstellungs-, Montage- und Wartungsaufwand.

[0006] Die EP 0 747 127 A2 beschreibt eine Schneckenzentrifuge, bei der an einem Förderer ein Schieberelement angebracht und manuell oder automatisch auf einen variablen vorbestimmten Abstand von einer Innenfläche einer Trommel einstellbar ist, wobei ein Sperrmechanismus die vorbestimmte Stellung relativ zum Förderer hält. Als Schieberelement dient eine Stauscheibe, die zwischen zwei Schneckenwindungen angeordnet ist. Als Sperrmechanismus werden ein hydraulischer Kreislauf, eine Kurvenscheibe, ein Kipphebel-Mechanismus oder eine Schraubenanordnung beschrieben. Der Sperrmechanismus soll durch ein Fenster in der Trommelwand, elektro-mechanisch oder durch eine Reibkupplung einstellbar sein. Zum automatischen Einstellen - das als ebenfalls möglich, jedoch als erheblich teurer bezeichnet wird - soll ein Sensor zum Überwachen des Feuchtigkeitsgehalts einer festen Masse dienen. Nachteilig ist, daß die beschriebenen Sperrmechanismen aufwendig und störungsanfällig sind.

[0007] Aus der DE-OS 25 49 314 ist eine Dekantier-Zentrifuge bekannt, bei der eine Trennwand im wesentlichen axial zu einem Zentrifugenkorb dicht zwischen zwei Schneckengängen eines konischen Teils einer Förderschnecke eingepreßt ist. Die Trennwand kann zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein Teil an den Schneckengängen unlösbar befestigt und ein zweiter Teil höhenverstellbar am ersten Teil lösbar befestigt ist. Das Lösen und Verstellen des zweiten Teils des Stauwehrs kann nur bei stillstehendem Zentrifugenkorb erfolgen.

[0008] Die EP 0 565 268 Bl beschreibt eine Schneckenzentrifuge mit einem zylindrischen und einem kegelstumpfförmigen Abschnitt einer Trommel, sowie einer Förderschnecke, die abgelagertes Material einer schweren Phase zum kegelstumpfförmigen Abschnitt fördert und aus der leichten Phase hebt. Von einem Stauwehr, wie es einleitend beschrieben worden ist, rät die EP 0 565 268 Bl ab, weil ein solches Stauwehr ein weiteres Trennen im kegelstumpfförmigen Abschnitt der Trommel verhindert. Sie schlägt vor, über einen größeren Teil der Länge des kegelstumpfförmigen Abschnitts die Schneckengänge der Förderschnecke unstetig auszubilden, um die schwere Phase anzustauen. In der Nähe von Austragsöffnungen für die schwere Phase ist eine Drosseleinrichtung vorgesehen, die das gestaute Material der schweren Phase berühren kann, um die Strömung dieses Materials aus dem Trommelinneren zu den Austragsöffnungen einzuschränken und das Material axial zu komprimieren. Dieses Komprimieren soll ein weiteres Trennen von Flüssigkeit aus der schweren Phase ermöglichen. Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist ein Teil der Drosseleinrichtung eine kegelstumpfförmige verjüngte Scheibe, die auf der Schneckennabe gelagert ist und deren weites Ende neben den Austragsöffnungen für die schwere Phase in der Trommel liegt. Bei einer Ausführungsform soll die Drosseleinrichtung der Strömung des Materials der schweren Phase aus der Trommel durch die Austragsöffnungen elastisch entgegenwirken. Dazu ist die kegelstumpfförmige Scheibe durch einen Kragen aus elastischem Material gebildet, der

beim Drehen der Schnecke durch Finger radial nach außen gedrängt wird, die der Zentrifugalkraft ausgesetzt sind. Die Gestaltung der Anordnung aus Kragen und Fingern ist aufwendig und kann bei Verschmutzung blockieren. Bei der in der EP 0 565 268 Bl beschriebenen Schneckenzentrifuge muß das Material der schweren Phase von der Schnecke aus der leichten Phase gehoben und zusätzlich gegen den Druck der Drosseleinrichtung gefördert werden. Die Schneckenzentrifuge ist daher nur zum Trennen eines Stoffgemisches geeignet, bei dem das Material der schweren Phase sehr gut von einer Schnecke gefördert werden kann. Dies ist - wie oben beschrieben - bei schleimigen/schlüpfrigen Sedimenten nicht der Fall. Die beschriebene Drosseleinrichtung berührt nur das Material der schweren Phase, taucht also nicht in die leichte Phase ein und steht demnach radial nicht so weit von der Förderschnecke ab, wie die Austrittsöffnungen für die leichte Phase von der Drehachse entfernt sind.
[0009] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vollmantelschneckenzentrifuge so zu verbessern, daß die oben genannten Probleme gelöst sind. Insbesondere soll die pro Zeiteinheit durch die Durchtrittsöffnung des Stauwehrs geförderte Menge an schwerer Phase ohne Hilfe von Durchführungen oder Übertragungsleitungen aus der rotierenden Trommel während des Betriebs geregelt werden.

[0010] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch eine Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

[0011] Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Stauwehrs bewegt sich dieses, angetrieben durch die im Trennraum der Trommel geförderte schwere Phase, und vergrößert oder verkleinert dabei selbsttätig die Durchtrittsöffnung für die schwere Phase. Das Vergrößern und Verkleinern der Durchtrittsöffnung wird entsprechend dem Gehalt an schwerer Phase im Stoffgemisch von selbst geregelt, ohne daß Regelungseinrichtungen erforderlich sind. Damit entfallen sowohl teure Sensortechnik, als auch aufwendige und wartungsintensive Stellorgane. Das selbsttätige Regeln erfolgt ausschließlich innerhalb der Trommel. Es werden daher keine Durchführungen oder Leitungen aus der rotierenden Trommel nach außen benötigt. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Regelung unmittelbar vom Volumenstrom der schweren Phase in der Trommel abhängt, während bei bisher bekannten Systemen andere Größen - wie beispielsweise die Trübung des Stoffgemisches, bevor es in die Trommel geleitet wird - nur eine mittelbare und ungenaue Aussage über den Anteil schwerer Phase im Stoffgemisch ermöglicht haben.
[0012] Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Stauwehr selbst so nachgiebig ausgebildet ist, daß sich die Durchtrittsöffnung durch zunehmenden Staudruck der schweren Phase vor dem Stauwehr vergrößert und durch abnehmenden Staudruck verkleinert. Als steuerndes Bauteil dient bei dieser Weiterbildung nur das Stauwehr selbst. Somit ist die Vollmantelschneckenzentrifuge besonders kostengünstig herzustellen und erfordert nur geringe Wartung. Ferner kann dieses Stauwehr einfach bei bestehenden Vollmantelschneckenzentrifugen nachgerüstet werden. Bei einer Verringerung oder Erhöhung der pro Zeiteinheit anfallenden Menge schwerer Phase im Stoffgemisch wird selbsttätig und nahezu zeitgleich deren Austragsmenge pro Zeiteinheit verringert oder vergrößert. Die Durchtrittsöffnung wird auch selbsttätig vergrößert, wenn sich vor dieser große Partikel stauen. Daher kann die Durchtrittsöffnung an dem erfindungsgemäßen Stauwehr nicht verstopfen.
[0013] Das Stauwehr ist vorteilhaft so weitergebildet, daß ein erstes Ende des Stauwehrs einem Schneckenkörper zugewandt und an diesem befestigt ist, und ein zweites Ende des Stauwehrs zur inneren Mantelfläche der Trommel gewandt und bewegbar ist. Bei einem derart nachgiebig gestalteten Stauwehr bewegt sich das zweite Ende des Stauwehrs mit zunehmendem Staudruck ausgehend von einer im wesentlichen radial gerichteten Grundstellung von der inneren Mantelfläche der Trommel weg, so daß die Durchtrittsöffnung vergrößert wird. Das Aufdrücken des Stauwehrs durch den Staudruck der durch die Schnecke geförderten schweren Phase, erfolgt gegen die am Stauwehr wirkende Fliehkraft. Die Fliehkraft schwenkt das Stauwehr bei nachlassendem Staudruck in Richtung auf seine Grundstellung zurück, so daß die Durchtrittsöffnung wieder verkleinert wird. Die Regelung ist somit besonders einfach realisiert. Im allgemeinen nimmt das Stauwehr im Betrieb seine Grundstellung nicht wieder ein, da stets ein gewisser Staudruck am Stauwehr ansteht. Bei geringerer Drehzahl ist das Stauwehr einer geringeren Fliehkraft ausgesetzt und läßt sich daher leichter auslenken. Dies kann besonders vorteilhaft zum Spülen der Vollmantelschneckenzentrifuge genutzt werden. Beim Spülen rotiert die Trommel mit einer geringen, der sogenannten Trudeldrehzahl, so daß ein Spülmedium die Durchtrittsöffnung dann leicht vergrößern, gut passieren und Reste des Stoffgemisches sowie der schweren Phase leicht aus der Trommel spülen kann. Es ist auch möglich, das Stauwehr so auszubilden, daß es vor dem Einbringen des Stoff gemisches in die Trommel die Durchtrittsöffnung vollkommen verschließt und erst im Betrieb öffnet.

[0014] Eine besonders einfache Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Stauwehr eine Klappe aufweist. Die Masse der Klappe kann so angepaßt sein, daß durch Fliehkraft der gewünschte Gegendruck auf das Stoffgemisch erzielt wird. Auf diese Weise läßt sich auch ein besonders leicht bewegbares Stauwehr realisieren. Dies ist besonders von Vorteil, wenn Stoffgemische getrennt werden sollen, deren schwere Phase durch eine Schnecke schlecht gefördert werden kann. Die Klappe kann aber auch zusätzlich federnd in Richtung auf ihre mehr radial gerichtete Grundstellung vorgespannt sein.

[0015] Die Vollmantelschneckenzentrifuge ist mit Vorteil so weitergebildet, daß das Stauwehr teilweise elastisch verformbar, insbesondere biegsam ist. Das Stauwehr kann dann bewegt werden, ohne daß Lager oder Scharniere für eine Klappe erforderlich sind, die verschmutzen und blockieren könnten. Das elastische Stauwehr stellt sich durch seine Federeigenschaft und/oder durch Fliehkraft von selbst in Richtung auf seine Grundstellung zurück.

[0016] Besonders einfache und robuste Weiterbildungen sehen vor, daß das Stauwehr eine Blattfeder oder eine elastische Wand, beispielsweise aus gummiartigem Material, aufweist. Mit diesen Gestaltungen kann das Stauwehr, je nach Anforderung, der schweren Phase einen besonders hohen (Blattfeder) oder besonders geringen Gegendruck (elastische Wand) entgegensetzen.

[0017] Das Stauwehr ist vorteilhaft zwischen zwei Schneckenwindungen im wesentlichen lotrecht zu diesen angeordnet. Die Schneckenwindungen unterteilen den Trennraum der Trommel in axialer Richtung. Das vorgesehene Stauwehr schließt die in Richtung der Schneckenwindungen verbleibende Lücke zwischen zwei Schneckenwindungen. Das Stauwehr ist klein, leicht und kann einfach am Schneckenkörper oder an den Schneckenwindungen befestigt werden. An den beiden Schneckenwindungen kann je eine von zwei Platten angebracht sein, die zueinander planparallel angeordnet sind und zwischen denen sich das Stauwehr seitlich abgedichtet bewegen kann. Alternativ können am beweglichen Teil des Stauwehrs Dichtungsstreifen angebracht sein, die zu den Schneckenwindungen abdichten. Bei mehrgängigen Schnecken ist in jedem Schneckengang ein Stauwehr angeordnet.

[0018] Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung umfaßt ein Stauwehr im konischen Austragsraum, wobei die Schnecke so axial verschiebbar gelagert ist, daß bei zunehmendem Förderwiderstand der schweren Phase sich die Schnecke entgegen der Förderrichtung dieser Phase axial so verschiebt, daß die Durchtrittsöffnung vergrößert wird, und bei abnehmendem Förderwiderstand der schweren Phase sich die Schnecke in Förderrichtung dieser Phase axial so verschiebt, daß die Durchtrittsöffnung verkleinert wird. Bei dieser Weiterbildung wirkt die gesamte, in der Trommel vorhandene und Förderwiderstand erzeugende schwere Phase auf die Schnecke und treibt dadurch das Verstellen des Stauwehrs an. Diese Gestaltung wird daher eingesetzt, wenn die schwere Phase großen Förderwiderstand bietet und durch die Schnecke gut förderbar ist. Die Schnecke ist hierzu axial federnd abgestützt, wobei das Regelverhalten des Stauwehrs durch eine entsprechend gewählte Steifigkeit der federnden Abstützung abgestimmt werden kann.
[0019] Das zuletzt beschriebene Stauwehr ist vorteilhaft als kreisrunde, im wesentlichen achsnormal zur Drehachse angeordnete Scheibe ausgebildet, die eine ringförmige Durchtrittsöffnung zur inneren Mantelfläche der Trommel bildet. Ein derartiges Stauwehr bildet, im Vergleich zu einem Stauwehr mit einer fensterartigen Durchtrittsöffnung zwischen zwei Schneckenwindungen, bis zur inneren Mantelfläche einen Ringspalt, der sehr schmal ausgebildet sein kann und zugleich eine große Öffnungsfläche aufweist. Der Ringspalt läßt nur den äußersten Teil der abgelagerten schweren Phase durch. Das Regelverhalten des kreisförmigen Stauwehrs hängt vom Kegelwinkel der konischen, inneren Mantelfläche am Stauwehr ab. Bei einem flachen Kegelwinkel kann die Größe des Ringspalts sehr genau verändert werden.

[0020] Durch eine vorteilhafte Anordnung des Stauwehrs nahe dem Übergang vom Trennraum zum konischen Austragsraum kann die gesamte Länge des Trennraums genutzt werden, um Stoffgemisch zu trennen und schwere Phase darin anzustauen.

[0021] Die Vollmantelschneckenzentrifuge ist vorteilhaft so weitergebildet, daß die Austrittsöffnungen für die schwere Phase - beispielsweise gemessen an einer Austragskante am Austragsraum - von der Drehachse radial weiter entfernt sind, als die Austrittsöffnungen für die leichte Phase - z. B. gemessen an einer Überlaufkante eines Überlaufwehrs oder einer Schälscheibe. In der Trommel bilden sich dadurch zwei Niveaus. Das Niveau vor dem Stauwehr steht auf Höhe der Austrittsöffnungen für die leichte Phase. Das Niveau hinter dem Stauwehr auf Höhe der Austrittsöffnungen für die schwere Phase. Die beiden Niveaus sind durch das Stauwehr getrennt, wobei das Niveau vor dem Stauwehr höher ist, als dahinter. Diese Niveaudifferenz erzeugt auf die vor dem Stauwehr gestaute schwere Phase einen hydrostatischen Überdruck, der die schwere Phase durch die Durchtrittsöffnung unter dem Stauwehr drückt.
[0022] Das erfindungsgemäße Stauwehr kann in vielfältiger Weise bei Vollmantelschneckenzentrifugen eingesetzt werden. Beispielsweise ist es mit einem solchen Stauwehr möglich mit einer Vollmantelschneckenzentrifuge sehr unterschiedliche Stoffgemische zu trennen. Diese Anforderung besteht z. B. beim Einsatz in Kläranlagen, in denen mit einer Vollmantelschneckenzentrifuge sowohl biologische Schlämme mit einem geringen Feststoffgehalt eingedickt als auch Faulschlämme mit einem hohen Feststoffgehalt entwässert werden müssen. Für diese Anforderung ist es möglich ein erfindungsgemäßes Stauwehr einzusetzen, das beim Eindicken eine kleine Durchtrittsöffnung und beim Entwässern, bedingt durch den hohen Staudruck des Feststoffs im Faulschlamm, eine große Durchtrittsöffnung bietet. Das Stauwehr vergrößert die Durchtrittsöffnung bei ansteigendem Staudruck, so daß erfindungsgemäß die Durchtrittsöffnung nicht verstopfen kann.

[0023] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand beigefügter schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

[0024] Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge im Längsschnitt,

[0025] Fig. 2 den vergrößerten Schnitt Π-Π in Fig. 1,
[0026] Fig. 3 den Schnitt ΠΙ-ΙΠ in Fig. 2,
[0027] Fig. 4 die Ansicht IV in Fig. 2,
[0028] Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge im vergrö-Berten Schnitt gemäß Fig. 2,

[0029] Fig. 6 den Schnitt VI-VI in Fig. 5,
[0030] Fig. 7 die Ansicht VII in Fig. 5,
[0031] Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge im vergrö-Berten Schnitt gemäß Fig. 2,

[0032] Fig. 9 den Schnitt ΓΧ-ΓΧ in Fig. 8,
[0033] Fig. 10 die Ansicht X in Fig. 8,
[0034] Fig. 11 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge im Längsschnitt, und

[0035] Fig. 12 den Längsschnitt gemäß Fig. 11 in vergrößertem Maßstab.

[0036] Eine Vollmantelschneckenzentrifuge 10 weist eine längliche Trommel 12 auf, die mit Hilfe zweier, an den Stirnseiten der Trommel 12 angeordneter Trommellager 14 und 16 gelagert ist. Die Trommellager 14 und 16 sind so an je einem Rahmteil 18 bzw. 20 eines weiter nicht dargestellten einteiligen Rahmens abgestützt, daß die Trommel 12 um eine Drehachse 22 drehbar ist.

[0037] Im Inneren der Trommel 12 ist koaxial zur Drehachse 22 eine Schnecke 24 angeordnet, die einen zentralen Schneckenkörper 26 und eine darum gewundene Schneckenwendel 28 aufweist. Die Schneckenwendel 28 ragt radial vom Schneckenkörper 26 bis nahe an eine innere Mantelfäche 30 der Trommel 12. Der Schneckenkörper 26 ist an seinen axialen Endbereichen je durch ein Schneckenlager 32 bzw. 34 drehbar in der Trommel 12 gelagert.
[0038] Von einem Endbereich des Schneckenkörpers 26 ausgehend erstreckt sich in diesen, koaxial zur Drehachse 22 ein Einlaufrohr 36. Am Ende des Einlaufrohrs 36 sind im Schneckenkörper 26 Einlaßöffnungen ausgebildet, von denen in Fig. 1 und 11 zwei mit 38 und 40 bezeichnet sind. Zwischen der inneren Mantelfläche 30 der Trommel 12 und dem Schneckenkörper 26 ist ein Trommelraum 42 gebildet, der von der Schneckenwendel 28 geräumt wird. In Richtung eines Pfeils A kann ein Stoffgemisch, das sogenannte Schleudergut, in das Einlaufrohr 36 und durch die Einlaßöffnungen 38 und 40 in den Trommelraum 42 eingebracht werden.

[0039] An dem dem Einlaufrohr 36 entgegengesetzten Ende der Trommel 12 ist mit dieser ein Trommelantrieb 44 und mit der Schnecke 24 ein Schneckenantrieb 46 gekoppelt. Die Antriebe 44 und 46 drehen die Trommel 12 und die Schnecke 24 mit hohen absoluten Drehzahlen. Den Antrieben 44 und 46 ist ein Getriebe 48 zwischengeschaltet, mit dessen Hilfe die Schnecke 24 relativ zur Trommel 12 mit einer geringen Drehzahl gedreht wird.

[0040] Die Trommel 12 weist einen zylindrischen Trennraum 50 auf, der bezogen auf Fig. 1 und 11 auf der rechten Seite an einer Stirnwand 52 endet. In der Stirnwand 52 sind axial gerichtete Durchlässe gebildet, die außen an der Stirnwand 52 teilweise von einem Überlaufwehr 53 abgedeckt sind. Radial innerhalb einer Überlaufkante des Überlauf-

wehrs 53 sind so Austrittsöffnungen 54a und 54b für eine im zugeführten Stoffgemisch enthaltene, leichte Phase - in den dargestellten Ausführungsbeispielen eine Flüssigkeit - gebildet.

[0041] Am der Stirnwand 52 entgegengesetzten Ende des Trennraums 50 schließt an diesen ein sich konisch verengender Austragsraum 56 an. Am engen Endbereich dieses Austragsraums 56 sind radial gerichtete Austrittsöffnungen für eine im zugeführten Stoffgemisch enthaltene, schwere Phase - in den dargestellten Ausführungsbeispielen ein Feststoff - ausgebildet, von denen in Fig. 1 und 11 zwei mit 58a und 58b bezeichnet sind.

[0042] Im Betrieb der Vollmantelschneckenzentrifuge 10 rotieren die Trommel 12 und die Schnecke 24, so daß das zugeführte Stoffgemisch einer Zentrifugalkraft ausgesetzt wird, wodurch es radial nach außen, zur inneren Mantelfläche 30 gedrängt wird und einen Ring bildet. Die schwere Phase lagert sich an der inneren Mantelfläche 30 ab, so daß sich die leichte Phase radial weiter innen, zur Drehachse 22 hin zunehmend klärt. Die Schnecke 24 dreht sich relativ zur Trommel 12 und fördert bzw. unterstützt ein Bewegen der abgelagerten schweren Phase in Förderrichtung X. Die schwere Phase gelangt dadurch in den konischen Austragsraum 56 und über Austragskanten zu den Austrittsöffnungen 58a und 58b. Durch Zentrifugalkraft wird die schwere Phase in eine die Austrittsöffnungen 58a und 58b radial umgebende Austragskammer 60 geschleudert und tritt von dieser aus (Pfeil B in Fig. 1 und 11). Die leichte Phase strömt in bekannter und daher nicht näher beschriebener Weise über das Überlaufwehr 53 in eine Zentratauffangkammer 62, aus der es abfließt (Pfeil C in Fig. 1 und 11).

[0043] Die Vollmantelschneckenzentrifuge 10 dient auch zum Trennen von Stoffgemischen, bei denen die schwere Phase aufgrund schleimiger Konsistenz durch die Schnecke 24 nur schwer oder überhaupt nicht gefördert werden kann. Dies ist z. B. bei biologischen Schlämmen und biotechnologischen Produkten der Fall. Dazu ist am Schneckenkörper 26 ein Stauwehr 66 angebracht, das sich zwischen zwei Schneckenwindungen 68 und 70, lotrecht zu diesen erstreckt - d. h. das Stauwehr 66 ist zur Drehachse 22 in einem Winkel oc geneigt, der dem Steigungswinkel der Schneckenwendel 28 entspricht. Das Stauwehr 66 steht im wesentlichen radial vom Schneckenkörper 26 ab und begrenzt zur inneren Mantelfläche 30 eine spaltförmige Durchtrittsöffnung 72. Das Stauwehr 66 teilt damit als Trennwand den zylindrischen Trennraum 50 vom konischen Austragsraum 56 ab.

[0044] Im Betrieb bildet sich im zylindrischen Trennraum 50 ein Flüssigkeitsniveau 74, das durch den radialen Abstand der Austragskanten der Austrittsöffnungen 54a und 54b bzw. der Überlaufkante des Überlaufwehrs 53 von der Drehachse 22 bestimmt ist. Im konischen Austragsraum 56 bildet sich ein Niveau 76, dessen Lage durch den radialen Abstand der Austrittsöffnungen 58a und 58b bzw. deren Austragskanten von der Drehachse 22 bestimmt ist. Die Austrittsöffnungen 54a und 54b liegen radial weiter innen als die Austrittsöffnungen 58a und 58b, so daß sich zwischen den Niveaus 74 und 76 eine Niveaudifferenz a bildet. Diese Niveaudifferenz a beträgt beispielsweise 5 mm und erzeugt im Trennraum 50 einen hydrostatischen Überdruck, der die abgelagerte schwere Phase durch die Durchtrittsöffnung 72 in den konischen Austragsraum 56 preßt.
[0045] Es soll ermöglicht werden, daß die Größe bzw. Durchtrittsfläche der Durchtrittsöffnung 72 einfach geändert werden kann, wenn sich die Stärke des Volumenstroms der im Trennraum 50 abgeschiedenen schweren Phase ändert. Ferner soll zugleich ein selbsttätiges Regeln dieser Änderung erzielt werden. Dazu ist das Stauwehr 66 so gestaltet, daß es von der im Trennraum 50 befindlichen bzw. vor dem Stauwehr 66 gestauten Menge schwerer Phase teilweise bewegt oder verformt werden kann und dabei die Größe der Durchtrittsöffnung 72 ändert. Im Betrieb der Vollmantelschneckenzentrifuge 10 wird das Stauwehr 66 durch Fliehkraft bzw. federnde Vorspannkraft im wesentlichen radial nach außen gerichtet gestellt und begrenzt ein minimales Durchtrittsspaltmaß b. Erhöht sich, bedingt durch eine zunehmende Menge schwerer Phase pro Zeiteinheit im Trennraum 50, der Staudruck vor dem Stauwehr 66, so wird dieses zumindest teilweise in Richtung Y - also von der inneren Mantelfläche 30 weg bewegt, und öffnet bis zu einem maximalen Durchtrittsspaltmaß c.
[0046] Die Fig. 2 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel des Stauwehrs 66. Das Stauwehr 66 weist eine Klappe 78 auf, die als eine Art Scharnierband an einem Klappenlager 80 schwenkbar gelagert ist. Das Klappenlager 80 ist lotrecht zu den Schnee ken windungen 68 und 70 und tangential zur Drehachse 22 gerichtet. Damit kann die Klappe 78 in Richtung der Schnecken wendel 28 schwenken. Das Klappenlager 80 ist durch Schrauben 82 an einer Rippe 84 befestigt, die radial vom Schneckenkörper 26 absteht. Die Rippe 84 ist mit dem Schneckenkörper 26 verschweißt. Die Klappe 78 ist an ihren den Schneckenwindungen 68 und 70 zugewandten Enden mit einer nicht dargestellten Dichtleiste versehen.

[0047] Im Betrieb der Vollmantelschneckenzentrifuge 10 wird die Klappe 78 allein durch Fliehkraft im wesentlichen radial ausgerichtet. Wenn sich der Staudruck vor der Klappe 78 erhöht, wird diese in Richtung Y geschwenkt und vergrößert die Durchtrittsöffnung 72 bis zum maximalen Durchtrittsspaltmaß c. Weitere, nicht dargestellte Ausführungsformen der Klappe sehen vor, daß diese mehrere radial aneinander anschließende Klappenteile aufweist, die ein "gestuftes" Öffnen und Schließen der Durchtrittsöffnung ermöglichen. Die Dichte des Materials der Klappe 78 bzw. der Klappenteile kann so angepaßt sein, daß ein gezieltes Öffnen bei bestimmten Staudrücken möglich ist. Die Dichte der Klappe 78 ist dabei allgemein etwas größer als die Dichte der zu trennenden schweren Phase.

[0048] In den Fig. 5 bis 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Stauwehrs 66 veranschaulicht. Das Stauwehr 66 umfaßt eine Blattfeder 86, die mit Hilfe einer Gegenplatte 88 und der Schrauben 82 an der Rippe 84 befestigt ist. Die Blattfeder 86 kann sich analog zur Klappe 78 in Richtung Y biegen. Sie erzeugt durch ihre elastische Verformung im gebogenen Zustand aktiv eine Gegenkraft gegen den Staudruck der schweren Phase. Damit ist dieses Ausführungsbeispiel besonders zum Trennen von, mit der Schnecke 24 gut förderbaren und daher hohen Staudruck erzeugenden, schweren Phasen geeignet. An den Schneckenwindungen 68 und 70 ist seitlich neben der Blattfeder 86, lotrecht zu dieser, je eine von zwei nicht dargestellten ebenen Flächen ausgebildet, zu denen die Blattfeder 86 auch im gebogenen Zustand abdichtet.

[0049] Die Fig. 8 bis 10 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel des Stauwehrs 66 mit einer elastischen Wand 90 aus gummiartigem Material. Die elastische Wand 90 ist mit je einem ihrer axialen Endbereiche durch je einen radial gerichtete Stab 92 bzw. 94 mit Hilfe von Schrauben 96 bzw. 98 an einer Schneckenwindung 68 bzw. 70 befestigt. Dadurch ist eine Abdichtung der elastischen Wand 90 zu den Schneckenwindungen 68 und 70 sichergestellt. Die elastische Wand 90 kann zugleich an ihrem der inneren Mantelfläche 30 der Trommel zugewandten Endbereich durch den Staudruck der sedimentierten schweren Phase so verformt werden, daß das Durchtrittsspaltmaß b bis zum Durchtrittsspaltmaß c vergrößert wird.

[0050] Bei der in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsform der Vollmantelschneckenzentrifuge 10 ist im konischen Austragsraum 56 nahe dem Trennraum 50 am Schneckenkörper 26 eine zur Drehachse 22 achsnormale, kreisförmige, starre Scheibe 100 angebracht, die radial vom Schneckenkörper 26 absteht. Die Scheibe 100 begrenzt zur inneren Mantelfläche 30 eine ringförmige Durchtrittsöffnung 72. Die Schnecke 24 ist auf den Schneckenlagern 32 und 34 axial verschiebbar gelagert, wobei die Verschiebung auf eine Strecke d begrenzt ist. Die Schnecke 24 stützt sich axial entgegen der Förderrichtung X an axial wirkenden Federelementen 102 in Gestalt von Schraubenfedern ab, die ihrerseits am Schneckenlager 32 abgestützt sind, und dabei die Schnecke 24 in Förderrichtung X vorspannen.
[0051] Wenn sich im Trennraum 50 keine bzw. wenig schwere Phase befindet, drängen die Federelemente 102 die Schnecke 24 maximal weit in Förderrichtung X in eine Grundstellung, die in Fig. 11 und 12 mit fetten Linien dargestellt ist. In dieser Grundstellung bildet die Scheibe 100 eine Durchtrittsöffnung 72 mit einem minimalen Durchtrittsspaltmaß b.

[0052] Bei ansteigendem Volumenstrom schwerer Phase in der Trommel 12 erhöht sich der Förderwiderstand der schweren Phase an der Schneckenwendel 28 und damit die axiale Abstützkraft der Schnecke 24. Die Federkraft der Federelemente 102 ist so bemessen, daß sie bei ansteigender axialer Abstützkraft der Schnecke 24 nachgeben und sich die Schnecke 24 entgegen der Förderrichtung X maximal bis zu einer Endstellung verschieben kann, die in Fig. 11 und 12 mit dünnen Linien dargestellt ist.

[0053] Durch das Verschieben rückt die Scheibe 100 von der inneren Mantelfläche 30 des konischen Austragsraum 56 ab, so daß die Durchtrittsöffnung 72 maximal bis zu einem Durchtrittsspaltmaß c vergrößert wird.

[0054] Eine weitere nicht dargestellte Ausführungsform der Vollmantelschneckenzentrifuge sieht vor, daß am Schneckenkörper ein im wesentlichen achsnormales Stauwehr vorgesehen ist, das eine oder mehrere Klappen aufweist oder selbst so elastisch bzw. nachgiebig ist, daß es sich durch den Staudruck der sedimentierten schweren Phase in Förderrichtung X aufdrücken läßt und dabei zumindest einen Abschnitt der ringförmigen Durchtrittsöffnung vergrößert.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Vollmantelschneckenzentrifuge (10) zum kontinuierlichen Trennen eines fließfähigen Stoffgemisches in unterschiedlich schwere Phasen, mit

- einer um eine Drehachse (22) drehbaren, im wesentlichen geschlossenen Trommel (12), die einen Trennraum (50) mit Austrittsöffnungen (54a, 54b) für mindestens eine leichte Phase, und einen anschließenden konischen Austragsraum (56) mit Austrittsöffnungen (58a, 58b) für eine schwere Phase aufweist,

- einer koaxial in der Trommel (12) drehbaren Schnecke (24) die radial bis nahe an eine innere Mantelfläche (30) der Trommel (12) ragt, und

- mindestens einem an der Schnecke (24) angebrachten Stauwehr (66), das im wesentlichen so radial nach außen gerichtet ist, daß es radial weiter von der Drehachse (22) absteht, als die Austrittsöffnungen (54a, 54b) für die leichte Phase von der Drehachse (22) entfernt sind, und das so beweglieh ist, daß es zur inneren Mantelfläche (30) der Trommel eine in ihrer Größe (b, c) veränderbare Durchtrittsöffnung (72) für die als Sediment vor dem Stauwehr angestauten schwere Phase bildet, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) von der im Trennraum (50) befindlichen schweren Phase bewegt werden kann.

2. Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) selbst so nachgiebig ausgebildet ist, daß sich die Durchtrittsöffnung (72) durch zunehmenden Staudruck der vor dem Stauwehr (66) sedimentierten schweren Phase vergrößert (c) und durch abnehmenden Staudruck verkleinert (b).

3. Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) mit einem radial inneren Endbereich einem Schneckenkörper (26) der Schnecke (24) zugewandt und an diesem ortsfest angebracht ist, und mit einem radial äußeren Endbereich der inneren Mantelfläche (30) der Trommel (12) zugewandt und bewegbar ist.

4. Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) eine Klappe (78) aufweist.

5. Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) teilweise elastisch verformbar, insbesondere biegsam ist (86, 90).

6. Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) eine Blattfeder (86) oder eine elastische Wand (90) aufweist.

7. Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) zwischen zwei Schneckenwindungen (68, 70) im wesentlichen lotrecht zu diesen angeordnet ist.

8. Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) als kreisrunde, im wesentlichen achsnormal zur Drehachse (22) angeordnete Scheibe (100) ausgebildet ist.

9. Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr im konischen Austragsraum (56) angeordnet ist, und die Schnecke (24) so axial verschiebbar gelagert ist, daß bei zunehmendem Förderwiderstand der schweren Phase sich die Schnecke (24) entgegen der Förderrichtung (X) dieser Phase axial so verschiebt, daß die Durchtrittsöffnung (72) vergrößert wird, und bei abnehmendem Förderwiderstand axial so verschiebt, daß die Durchtrittsöffnung (72) verkleinert wird.

10. Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Stauwehr (66) nahe einem Übergang vom Trennraum (50) zum konischen Austragsraum (56) angeordnet ist.

11. Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (58a, 58b) für die schwere Phase von der Drehachse (22) radial weiter entfernt sind, als die Austrittsöffnungen (54a, 54b) für die leichte Phase.

Hierzu 5 Seite(n) Zeichnungen

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