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Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf einen Pumpenseparator zum Abscheiden von Flüssigkeitsbestandteilen aus einem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch.
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In vielen Bereichen der Lebensmittelmittelindustrie und in der Landwirtschaft fallen Flüssigkeit-Feststoff-Gemische (Dispersionen) an. Diese Dispersionen können als Endprodukt eines Produktionsprozesses entstehen und werden anschließend entsorgt oder weiter verarbeitet. In der Regel wird das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch vor der Weiterverarbeitung in seine Bestandteile zerlegt. Hierfür werden die Flüssigkeitsbestandteile von den Feststoffbestandteilen getrennt und die Einzelbestandteile werden anschließend separat entsorgt oder wiederverwendet. Häufig werden für das Entwässern von Dispersionen sogenannte Separatoren eingesetzt, die sich insbesondere für die Entwässerung von größeren Mengen eignen.
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Bekannte Separatoren können, bei geeigneter Zuführung des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches, große Mengen schnell und einfach entwässern. In der Praxis ist es aber schwierig, den Separator ausreichend konstant mit dem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch zu versorgen. Für diesen Zweck werden häufig externe Pumpen eingesetzt. Diese sind in der Regel nicht auf den Abscheider des Separators abgestimmt, und das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch wird entweder unabhängig vom Betriebszustand des Separators gefördert oder die Förderleistung der Pumpe muss steuerungstechnisch an den Separator angepasst werden. Häufig wird der Separator mit einer zu geringen oder einer zu hohen Menge des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches beschickt und eine effiziente und korrekte Entwässerung ist nur durch zusätzlichen Kostenaufwand zu realisieren.
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Die zugrunde liegende Aufgabe besteht folglich darin, einen Separator bereit zu stellen, dessen Zufuhr an Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch an den Betriebszustand des Separators angepasst ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, den Separator derart auszuführen, dass dieser das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch selbstständig ansaugt und dabei eventuell vorhandene Luft im Separator verdrängt.
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Die Aufgabe wird durch einen Pumpenseparator nach Schutzanspruch 1 gelöst. Verschiedene Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Im Folgenden wird ein Pumpenseparator beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Pumpenseparator einen Abscheider zum Abscheiden von Flüssigkeitsbestandteilen aus einem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch, eine selbstansaugende Pumpe, die dazu ausgebildet ist, das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch in den Abscheider zu fördern, sowie eine Antriebswelle auf, wobei der Abscheider und die Pumpe über die Antriebswelle angetrieben werden.
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Der Abscheider kann eine von der Antriebswelle angetriebene Extruderschnecke und einen Siebkorb aufweisen. Des Weiteren kann der Pumpenseparator eine Antriebseinheit aufweisen, die mit der Welle verbunden ist und diese antreibt. Die Drehzahl der Antriebseinheit kann stufenlos einstellbar sein, und die Antriebseinheit kann einen Überlastschutz aufweisen. Des Weiteren kann es sinnvoll sein, die Antriebseinheit mit einem Rechtslauf und einem Linkslauf auszustatten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Pumpe als Exzenterschneckenpumpe ausgebildet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbespiel des Pumpenseparators ist ein druckloser Überlauf an einem Verbindungskanal angeordnet. Der Verbindungskanal ist zwischen Pumpe und Abscheider angeordnet und der dazu ausgebildet, das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch in den Abscheider zu leiten. Der Abscheider kann einen ersten Revisionszugang aufweisen sowie einen abnehmbaren Deckel mit Schnellspannverschlüssen. Der Deckel ist dazu ausgebildet, ein Auswechseln des Siebkorbes zu ermöglichen. Des Weiteren kann der Abscheider eine auswechselbare Entwässerungsmatrize aufweisen, gegen die das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch von der Extruderschnecke gepresst wird.
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Die Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung grundlegender Aspekte, wobei nur solche Merkmale dargestellt sind, die hierfür notwendig sind. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Komponenten mit jeweils gleicher oder ähnlicher Ausgestaltung oder Funktionsweise bezeichnen.
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1 zeigt einen Pumpenseparator mit angeflanschter Antriebseinheit.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines Abscheiders.
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3 zeigt eine Ansicht einer Entwässerungsmatrize, die auf dem Abscheider angebracht ist.
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4 zeigt den Pumpenseparator nach 1 im Längsschnitt.
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5 zeigt den Pumpenseparator mit einer Entwässerungsöffnung und einem Feststoffaustritt.
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In 1 ist ein beispielhafter Pumpenseparator in einer Gesamtansicht dargestellt. Der Pumpenseparator umfasst eine Pumpe 20, die im vorliegenden Beispiel an einem ersten Ende des Pumpenseparators angebracht ist. Die Pumpe 20 kann eine selbstansaugende Pumpe, insbesondere eine Exzenterschneckenpumpe sein. Unter einer selbstansaugenden Pumpe wird eine Pumpe verstanden, die dazu ausgebildet ist, auf der Saugseite vorhandene Luft in der Pumpe selbstständig abzupumpen. Die Luft, die vor dem ersten Ansaugen in den Leitungen der Pumpe und in der Pumpe selbst sein kann, wird bei einer selbstansaugenden Pumpe beim ersten Ansaugen aus der Pumpe befördert. Danach ist die Pumpe mit dem anzusaugenden Medium gefüllt und die Luft ist aus der Pumpe verdrängt worden. Eine derartige Pumpe kann auch als selbstentlüftende Pumpe bezeichnet werden. Alternativ dazu können auch andere Pumpentypen eingesetzt werden. Bei dem in 1 dargestellten Pumpenseparator kann das anzusaugende Medium beispielsweise Gülle, wässriger Schlamm, Gärrest oder auch jedes andere beliebige Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 (Dispersion, siehe auch 2) sein. An der Druckseite der Pumpe 20 ist ein Verbindungkanal 50 angeschlossen, in den die Pumpe 20 im Betrieb das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 abgibt. Der Verbindungskanal 50 hat beispielsweise einen kreisrunden, einen eckigen oder ovalen Querschnitt. Außerdem kann er einen zweiten Revisionszugang 52 aufweisen. An der Seite des Verbindungskanals 50, die der Pumpe 20 abgewandt ist, schließt sich an den Verbindungskanal 50 ein Abscheider 10 an. Der Abscheider 10 kann, wie in 1 dargestellt, mit einem ersten Revisionszugang 13 ausgestattet sein. Durch diesen ersten Revisionszugang 13 kann der Abscheider 10 gewartet werden und der Abscheideprozess überwacht werden. Gleiches gilt für den zweiten Revisionszugang 52. Er dient auch zur erleichterten Wartung und Reinigung. Außerdem kann über diesen zweiten Revisionszugang 52 ein Zerlegen des Pumpenseparators im Reparaturfall erleichtert werden.
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An einem Gehäuse 18 (siehe 2) des Abscheiders 10 kann eine Entwässerungsöffnung 19 angeordnet sein, durch die flüssigen Bestandteile 2 des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches 1 aus dem Pumpenseparator geleitet werden. Die flüssigen Bestandteile 2 können von dort aus in geeignete Behältnisse befüllt oder weiter befördert werden. Der Abscheider 10 weist im vorliegenden Beispiel an jener Seite, die dem Verbindungskanal 50 abgewandt ist, eine (z.B. kreisrunde) Öffnung auf, die von einem Deckel 14 verschlossen werden kann. Der Deckel 14 kann mit Schnellspannverschlüssen 15, die am Gehäuse 18 des Abscheiders 10 angebracht sind, an dem Abscheider 10 fixiert werden. Die Schnellspannverschlüsse 15 ermöglichen ein erleichtertes und schnelles Öffnen des Abscheiders 10 für die Durchführung von beispielsweise Reinigungs- und Wartungsarbeiten. Der Deckel 14 ist mit einem weiteren Rohr 32 so verbunden, dass die Antriebswelle 30 durch das Rohr 32 und somit durch den Deckel 14 hindurch verläuft. Beispielsweise ist das Rohr 32 an dem Deckel 14 angeschweißt. Zwischen dem Rohr 32 und der Welle 30 befindet sich ein Hohlraum 34 (siehe 4), der im Betrieb vom Abscheider 10 mit Feststoffbestandteilen 3 des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches gefüllt wird. Die Feststoffbestandteile 3 werden im Inneren dieses Rohres 32 zum Feststoffaustritt 60 gefördert.
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Über den Feststoffaustritt 60 (in 4 und 5 dargestellt) können die Feststoffbestandteile 3 anschließend aus dem Pumpenseparator und beispielsweise in einem Container oder auf einen Anhänger befördert werden.
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Die in 4 dargestellte Gelenkwelle 30a ist ein Wellenabschnitt der Antriebswelle 30 (Wellenstrang) und mit dieser verdrehfest verbunden sein. Die Antriebswelle 30 (der Wellenstrang) wird von einer gemeinsamen Antriebseinheit 40, beispielsweise einem Elektromotor angetrieben. Durch die Anordnung von Pumpe 20 und Abscheider 10 auf der gemeinsamen Antriebswelle 30 ist es möglich, die Pumpe 20 genau auf den Abscheider 10 abzustimmen. Ein Über- oder Unterfördern des Abscheiders 10 durch die Pumpe 20 kann dadurch weitgehend verhindert werden. Unter Überfördern wird in diesem Zusammenhang ein Betriebszustand des Pumpenseparators verstanden, bei dem die Pumpe 20 mehr Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 zum Abscheider 10 fördert, als der Abscheider 10 verarbeiten kann. Umgekehrtes gilt für das Unterfördern. Eine Anpassung an das zu entwässernde Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 erfolgt über eine Drehzahlregelung des Antriebs 40, die sowohl die Drehzahl der Pumpe 20, als auch die Drehzahl des Abscheiders 10 gleichermaßen einstellt, da ja Pumpe 20 und Abscheider 10 von der gleichen Antriebswelle 30 angetrieben werden. Dadurch können aufwendige Abstimmungsprozesse für die Kombination aus Pumpe 20 und Abscheider 10 eingespart werden. In einem Beispiel des Pumpenseparators kann sowohl die Pumpe 20, als auch der Abscheider 10 eine Durchsatzleistung von 5 m3/h aufweisen. Diese Förderleistung kann beispielsweise bei einem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 erreicht werden, welches z.B. durchschnittlich 8 Volumenprozent Feststoffbestandteile 3 aufweist. Je geringer der Feststoffanteil im Ausgangsmaterial (Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1) ist, desto langsamer sollte die Drehzahl eingestellt werden. Zum einen hat die Pumpe 20 bei sehr dünnflüssigen Material tendenziell eine größere Förderleistung, gleichzeitig braucht man im Abscheider 10 mehr Verweilzeit, damit die große Flüssigkeitsmenge abgeschieden werden kann. Bei sehr dickflüssigem Ausgangsmaterial (hoher Feststoffanteil im Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1) ist es umgekehrt. Der Pumpenseparator hat deswegen bei hohem Feststoffanteil im Ausgangsmaterial eine größere Durchsatzleistung als bei niedrigem Feststoffanteil. Ebenso kann über die Drehzahl der Grad der Entwässerung beeinflusst werden.
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In besonderen Fällen kann es vorkommen, dass das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 einen hohen Anteil an flüssigen Bestandteilen 2 aufweist. In diesen Fällen kann die Drehzahl des Pumpenseparators über eine stufenlose Drehzahlregelung abgesenkt werden. Ist diese Maßnahme, aufgrund eines sehr hohen Anteils an Flüssigkeitsbestandteilen 2 trotzdem nicht ausreichend, kann das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1, das zu viel gefördert worden ist über einen drucklosen Überlauf 51 (siehe 1 und 5) aus dem Verbindungskanal 50 abfließen. Das über den drucklosen Überlauf 51 abfließende Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 kann zurückgeführt werden und zu einem späteren Zeitpunkt wieder von der Pumpe 20 in den Verbindungskanal 50 gefördert werden.
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2 zeigt den Abscheider 10 in einer Längsschnitt-Darstellung mit mehr Details. Der Abscheider 10 kann im Inneren einen kreisrunden Siebkorb 12 und eine darin rotierende Extruderschnecke 11 aufweisen. Unter einer Extruderschnecke wird eine Förderschnecke verstanden, die sich insbesondere durch eine gleichmäßige Förderung des Fördergutes auszeichnet. Die Extruderschnecke 11 kann z.B. zweigängig ausgeführt sein, wodurch eine Selbstzentrierung erreicht wird. Die Steigung der kann abhängig von dem Feststoffgehalt in dem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches 1 gewählt werden.
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Der Siebkorb 12 ist im Abscheider 10 fixiert und konzentrisch zu der Antriebswelle 30 angeordnet. Die Extruderschnecke 11 ist drehfest mit der Welle 30 verbunden und auf dieser fixiert. Die Extruderschnecke 11 kann sich im Betrieb relativ zum Siebkorb 12 bewegen (drehen). Das Abscheiden der flüssigen Bestandteile 2 erfolgt durch mechanisches Pressen des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches 1 gegen eine Entwässerungsmatrize 16 mittels der Extruderschnecke 11. Durch den durch das Pressen erzeugten Druck werden von der Extruderschnecke 11 die flüssigen Bestandteile 2 aus dem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 ausgepresst, wobei die flüssigen Bestandteile 2 über radiale Öffnungen 17 im Siebkorb 12 aus dem Siebkorb 12 in das Gehäuse 18 des Abscheiders 10 abfließen können. Über eine Entwässerungsöffnung 19 können die ausgepressten flüssigen Bestandteile 2 anschließend aus dem Abscheider 10 herausgeführt werden. Im vorliegenden Beispiel wird durch die zentrale Bohrung 33 die Welle 30 hindurchgeführt. Die Bohrung 33 hat dabei einen größeren Durchmesser als die Antriebswelle 30, wodurch ein vordefinierter Spalt 31 zwischen der Antriebswelle 30 und der Bohrung 33 der Entwässerungsmatrize 16 entsteht. Dieser Spalt 31 bestimmt den Widerstand der Entwässerungsmatrize 16 gegenüber dem Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1, der beim Pressen des Flüssigkeit-Feststoff-Gemisches 1 gegen die Entwässerungsmatrize 16 entsteht. Die Entwässerungsmatrize 16 des Pumpenseparators kann auswechselbar ausgestaltet sein. Die Entwässerungsmatrize 16 ist zwischen Deckel 14 und den Gehäuse 18 eingelegt. Sie dient sowohl als Abdichtung zwischen Deckel und Gehäuse als auch zur Erzeugung eines Gegendrucks, der eine bessere Entwässerung zur Folge hat. Der Innendurchmesser der Matrizen 16 kann je nach Ausgangsmaterial variieren. Je dünnflüssiger das Eingangsprodukt, desto kleiner der Ausschnitt (die Bohrung 33) in der Matrize. Der Innendurchmesser der Bohrung 33 in der Matrizen bestimmt sozusagen die „Grundeinstellung“ in Bezug auf den Grad der Entwässerung, welche durch Anpassung der Drehzahl verändert werden kann.
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Der Siebkorb 12 ist ein Verschleißteil, welches in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen in vordefinierten Zeitabständen erneuert werden kann. Zur Realisierung von möglichst hohen Standzeiten des Siebkorbes 12 wird dieser aus einem hochverschleißfesten Material, beispielsweise Stahl oder Edelstahl, mit einer Härte von beispielsweise 45 HRC hergestellt. Die Öffnungen 17 des Siebkorbes 12 können kreisrunde Ausschnitte, umlaufende Spalten oder andere beliebige Geometrien sein, die ein Hindurchfließen der Flüssigkeitsbestandteile 2 erlauben. Mögliche Spaltmaße für einen beispielhaften Siebkorb 12 können, je nach Anwendung, 0,25 mm, 0,5 mm, 0,75 mm oder 1 mm sein. Die Extruderschnecke 11 kann ebenfalls aus einem hochverschleißfesten Stahl gefertigt sein. Die Extruderschnecke 11 kann außerdem an den höher belasteten Bereichen mit Auftragsschweißungen aus verschleißfestem Material versehen sein.
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Die im Inneren des Siebkorbes 12 verbleibenden Feststoffbestandteile 3 werden von der Extruderschnecke 11 weitergefördert und über den Spalt 31 aus dem Abscheider 10 gefördert. Durch Einsetzen verschiedener Entwässerungsmatrizen 16 mit unterschiedlich großen Öffnungen 17 kann ein unterschiedlich großer Spalt 31 gebildet werden. Eine Entwässerungsmatrize 16, die einen kleineren Spalt 31 mit der Welle 30 bildet, erzeugt mehr Widerstand für das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1. Das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 wird stärker komprimiert und es werden mehr Flüssigkeitsbestandteile 2 ausgepresst. Das kann dazu führen, dass die Feststoffbestandteile 3 in der Folge einen geringeren Restfeuchtegehalt haben. Umgekehrtes gilt für den Einsatz einer Entwässerungsmatrize 16, die einen größeren Spalt 31 mit der Welle 30 bildet. Durch Auswechseln der Entwässerungsmatrize 16 kann folglich der Restfeuchtegehalt der Feststoffbestandteile 3 gesteuert werden. Der Spalt 31 kann bei der Verarbeitung eines dünnflüssigen Flüssigkeit-Feststoff-Gemischen 1 tendenziell kleiner gewählt werden. Umgekehrtes gilt für dickflüssigere Flüssigkeit-Feststoff-Gemische 1. Die Entwässerungsmatrize 16 wird von dem Deckel 14, der über die Schnellspannverschlüsse 15 am Abscheider 10 befestigt ist, auf dem Abscheider 10 gehalten.
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In 3 ist der Abscheider 10 in einer Ansicht mit Blick in Richtung der Pumpe 20 dargestellt. Es ist außerdem die Welle 30 mit der Extruderschnecke 11 dargestellt. Die Antriebswelle 30 läuft im Inneren der Bohrung 33 der Entwässerungsmatrize 16 um und bildet mit der Entwässerungsmatrize 16 den Spalt 31. Durch diesen Spalt 31 treten die Feststoffbestandteile 3 aus dem Abscheider 10 aus und werden durch den Deckel 14 in das Rohr 32 geleitet.
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4 zeigt den Pumpenseparator in einem Längsschnitt. In diesem Beispiel ist die lineare Anordnung der Pumpe 20, des Verbindungskanals 50, des Abscheiders 10 und der Antriebseinheit 40 zu erkennen. Wie bereits in 1 beschrieben sind sowohl der Abscheider 10, als auch die Pumpe 10 auf einer gemeinsamen Welle 30 angeordnet und werden von einer gemeinsamen Antriebseinheit 40 angetrieben. Im vorliegenden Beispiel ist ein Wellenabschnitt der Antriebswelle 30 als Gelenkwelle 30a zum Antrieb der Pumpe 10 ausgebildeet. Darüber hinaus weist die Welle 30 im Bereich der Extruderschnecke 11 einen vergrößerten Querschnitt auf. Diese Querschnittserhöhung führt zu einem besseren Förder- und Abscheideverhalten und steigert sowohl die Steifigkeit, als auch die Festigkeit der Antriebswelle 30 im Bereich der stark belasteten Extruderschnecke 11. In 4 ist außerdem der Feststoffaustritt 60 zu sehen, welcher zweigeteilt ausgeführt sein kann und über eine verstellbare Klappe verfügen kann. Die verstellbare Klappe ist über ein Scharnier beweglich gelagert und ermöglicht es, die Austrittsrichtung der Feststoffbestandteile 3 vorzugeben.
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5 zeigt eine weitere Gesamtansicht eines beispielhaften Pumpenseparators. In dieser Ansicht sind neben dem ersten Revisionszugang 13 am Abscheider 10 und dem zweiten Revisionszugang 52 am Verbindungskanal 50 auch die Entwässerungsöffnung 19 am Abscheider 10 und der drucklose Überlauf 51 am Verbindungskanal 50 dargestellt. Die Entwässerungsöffnung 19 und der drucklose Überlauf 51 können mit einem genormten Rohrflansch versehen sein. Dadurch wird eine erleichterte Montage von genormten Schlaukupplungen erleichtert.
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Neben den genannten Beispielen kann der Pumpenseparator auch einen andersartigen Abscheider 10, beispielsweise einen Zentrifugenabscheider umfassen. Für den Antrieb der Welle 30 kann alternativ auch jede andere geeignete Antriebseinheit 40 eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Pumpenseparator auch durch einen Verbrennungsmotor oder über einen Zapfwellenantrieb angetrieben werden. Bei allen Antriebsmöglichkeiten kann der Antrieb direkt oder indirekt über eine Rutschkupplung oder ein Getriebe erfolgen. Die Drehzahl der Antriebseinheit 40 kann stufenlos regelbar sein und die Antriebseinheit 40 kann einen Überlastschutz, der eine Überlastung der Antriebseinheit 40 verhindert, aufweisen. Dieser Überlastschutz kann ein thermischer Überlastschutz sein. Darüber hinaus kann die Antriebseinheit 40 sowohl über eine Rechtslaufeinrichtung, als auch über eine Linkslaufeinrichtung verfügen. Im Falle einer Verstopfung im Inneren des Pumpenseparators kann der Druck auf das Flüssigkeit-Feststoff-Gemisch 1 durch eine Umkehrung der Drehrichtung der Antriebseinheit 40 verringert werden. Verstopfungen können anschließend leichter beseitigt werden. Außerdem kann eine Umkehrung der Drehrichtung der Antriebseinheit 40 die turnusmäßige Reinigung des Pumpenseparators erleichtern.
