DE2157444B2 - Dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten Flüssigkeiten suspendierten Teilchen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten Flüssigkeiten suspendierten Teilchen mit einem in einem abgedichteten Gehäuse angeordneten, im wesentlichen zylinderförmigen, auf einer Drehachse zentrierten Rotor, der an seiner Peripherie einen Filtereinsatz umfaßt, wobei im Gehäuse ein Flüssigkeitseinlaß für die verunreinigte Flüssigkeit, ein mit einer Saugleitung verbundener Flüssigkeitsauslaß für die gereinigte Flüssigkeit, sowie ein Teilchenausfaß im unteren Teil des Gehäuses für die abgetrennten Teilchen vorgesehen ist.

Die ausschließlich mit Zentrifugalkräften arbeitenden Trennvorrichtungen haben im allgemeinen keinen vollkommenen Wirkungsgrad. Dies ist beispielsweise bei den sogenannten Zyklontrennvorrichtungen der Fall. Will man eine absolute Trennwirkung erzielen, muß man notwendigerweise auf Filterplatten oder Filterwände zurückgreifen. Dabei ergibt sich aber auf der anderen Seite das Problem der Bildung von Schichten oder »Kuchen« der abzutrennenden Teilchen, deren

Dicke den Druckabfall bestimmt. Die bekannten mit Filtereinsätzen versehenen dynamischen Trennvorrichtungen — man vergl. hierzu beispielsweise die AT-PS 2 58 313 — ermöglichen es jedoch nicht, im Dauerbe-■> trieb und bei praktisch konstanten Druckabfall unter wirtschaftlichsten Bedingungen eine Flüssigkeit von den in ihr suspendierten Teilchen abzutrennen. In allen diesen bekannten Vorrichtungen folgen sowohl die Flüssigkeit als auch die Teilchen in einem vorgegebenen in Augenblick entgegengesetzten Trajektorien und verursachen dadurch einen zusätzlichen Druckabfall.

Unter gewissen, aus Resonanzphänomenen resultierenden Umständen, kommt es sogar vor, daß der Druckabfall anstatt konstant zu bleiben mit einer ι? großen Geschwindigkeit anwächst, so daß man gezwungen ist, periodisch die Zirkulation der Flüssigkeit anzuhalten, um aus der rotierenden Anordnung einen wesentlichen Teil der anwachsenden und an der Rotation teilnehmenden Teilchenmasse zu entfernen, um auf diese Weise auf einen normalen Widerstandswert für die Flüssigkeit auf deren Zentripetal-Trajektorie zurückzukehren. Häufig muß man sogar den Filtereinsatz reinigen oder durch einen neuen ersetzen. Dies ist beispielsweise bei sogenannten Rotationsfiltern der Fall. Schließlich ist man sogar häufig gezwungen, zusätzliche Reinigungsschritte anzuwenden, wie beispielsweise eine Vibrationsabtrennung, ein Gegenstromblasen, ein Auswaschen des Einsatzes od. dgl.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Schwierigkeiten der bekannten Vorrichtung zu verbessern oder zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer dynamischen Trennvorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß der Filtereinsatz einen stromaufwärtigen Raum, der mit dem Flüssigkeitseinlaß in direkter Verbindung steht, ringförmig umschließt, sowie aus einer Folge von im wesentlichen senkrecht zur Drehachse bzw. zur Peripherie des Rotors ausgerichteten Filterwänden besteht, die derart im Abstand zueinander angeordnet und voneinander abgetrennt sind, daß sie abwechselnd radiale Kanäle, die eine direkte Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen Raum für die zu reinigende Flüssigkeit und einem außerhalb des Rotors befindlichen Raum für die abgetrennten Teilchen herstellen, und transversale Kanäle, die die durch die Filterwände gesaugte und gereinigte Flüssigkeit aufnehmen, sowie mit dem Flüssigkeitsauslaß verbunden sind, bilden.

Dank dieser Anordnung sind die in der verunreinigten Flüssigkeit suspendierten Teilchen nicht nur der Mitnahmewirkung der Flüssigkeit unterworfen, sondern darüber hinaus der Trägheitskraft infolge des Zentrifugalkraftfeldes. Sie werden somit direkt von der Achse bis zu Peripherie des Rotors quer zu den radialen ■» Kanälen mitgenommen, um sich anschließend infolge der Schwerkraft im unteren Bereich des Gehäuses in Höhe des Teilchenauslasses zu sammeln.

Was die gereinigte Flüssigkeit anlangt, so folgt diese anfänglich einer Zentrifugaltrajektorie, die zunächst in w) etwa parallel zu den Filterflächen verläuft und sich anschließend in etwa dort rechtwinklig krümmt, wo die Flüssigkeit die Filterflächen schneidet, um so in den stromabwärtigen Raum zu gelangen.

Als Folge davon verlaufen die Flüssigkeit und die

f>5 Teilchen niemals gegeneinander, wie es bei den bislang bekannten Vorrichtungen der Fall war, so daß dadurch eine permanente Reinigung der Filterflächen erleichtert wird. Die erfindungsgemäße dynamische Trennvorrich-

tung kann deshalb kontinuierlich mit einer praktisch konstanten Druckdifferenz arbeiten.

Anhand des in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung nachstehend mit Einzelheiten näher erläutert werden. Dabei zeigt

F i g. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine dynamische Trennvorrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt If-II durch die Trennvorrichtung nach Fig. 1,

Fig.3 einen Teilschnitt längs der Linie II1-III der Trennvorrichtung nach F i g. 1,

Fig.4 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines Filterblocks der Trennvorrichtung nach den Fig. 1-3.

Die Filtervorrichtung bzw. dynamische Trennvorrichtung gemäß den F i g. I —3 besteht im wesentlichen aus einem Rotor 1, der im Inneren eines abgedichteten Gehäuses 2 untergebracht ist welches bei horizontaler Achse im wesentlichen Zylinderform aufweist Der Rotor 1, der gleichfalls Zylinderform besitzt ist auf einer horizontalen Welle 3 mit kreuzförmigem Qverschnitt befestigt, die ihrerseits an ihren Enden drehbar in Kugellagern 4 gelagert ist, welche auf den seitlichen Flanschen des Gehäuses 2 angeordnet sind. Eines der Enden der Welle 3 mit kreuzförmigem Querschnitt setzt sich außerhalb des Gehäuses in einem Fortsatz fort und trägt eine Riemenscheibe 5 um den Rotor 1 mit der gewünschten Geschwindigkeit über einen nicht dargestellten Motor anzutreiben.

Das abgedichtete Gehäuse 2 ist mit drei getrennten öffnungen versehen, nämlich einem Flüssigkeitseinlaß 6 für die mit Teilchen verunreinigte, zu reinigende Flüssigkeit, einem Flüssigkeitsauslaß 8 für die abgetrennten Teilchen.

Der Flüssigkeitseinlaß 6 für die verunreinigte Flüssigkeit mündet in eine erste ringförmige Kammer 9, die sogenannte stromaufwärtige Kammer, die auf einem der seitlichen Flansche des Gehäuses die Welle 3 umgebend ar^eordnet ist, während der Flüssigkeitsauslaß 7 in eine weitere ringförmige Kammer 10, die stromabwärtige Kammer, mündet, die in identischer Weise auf dem anderen seitlichen Flansch des Gehäuses angeordnet ist. Was den Teilchenausiaß 8 anlangt, so liegt dieser im unteren Abschnitt des Gehäuses 2 am Ende eines Trichters 11.

Der Rotor 1 ist mit einem Filtereinsatz versehen, der hier aus sechs quaderförmigen Filterblöcken 12 besteht, die zwischen zwei Kreisflanschen 13 und 14 montiert sind. Diese sechs Filterdecke sind regelmäßig in Form eines Hexagons an der Peripherie des Rotors angeordnei und bilden somit in ihrem Zentrum einen stromaufwärtigen Raum 15, der die Welle 3 umgibt. Der Kreisflansch, ist über eine kreisförmige öffnung 16, die praktisch in der Miite liegt, auf der Welle 3 befestigt, so daß durch diese öffnung eine Verbindung zwischen der stromaufwärtigen Kammer 9 des Gehäuses 2 mit dem stromaufwärtigen Raum 15 des Rotors 1 besteht Der zweite Kreisflansch 14 trägt in gleicher Weise eine zentrale Kreisöffnung um die Welle 3, die jedoch durch eine Scheibe 17 abgedichtet ist, welche starr am Kreisflansch befestigt ist und gleichzeitig dazu dient, den Rotor 1 drehfest mit der Welle 3 zu verbinden.

Zwischen dem Kreisflansch 14 und dem entsprechenden Flansch des Gehäuses 2 befindet sich ein dritter Kreisflansch 18, der über die zylindrische Wand 19 des Rotors 1 mit den beidin erstgenannten Flanschen verbunden ist. Der dritte Kreisflansch 18 begrenzt

zusammen mit dem Kreisflansch 14 eine ringförmige stromabwürtige Kammer 20, deren Funktion weiter unten noch näher erläutert werden soll. Die so im Rotoi 1 gebildete stromabwärtige Kammer 20 steht in direkter Verbindung mit der stromabwärtigen Kammer 10 des Gehäuses 2, da die Welle 3 mit kreuzförmigem Querschnitt den Kreisflansch 18 in einer kreisförmigen Öffnung 21 des Kreisflansches 13 durchsetzt

In Höhe der Kugellager 4 und gleichzeitig zwischen den Kreisflanschen 13 und 18 und den entsprechenden Flanschen des Gehäuses 2 sind Dichtungselemente 22 vorgesehen, um eine perfekte Abdichtung zum einen zwischen dem Flüssigkeitseinlaß 6 und dem stromaufwärtigen Raum 15 des Rotors 1 über die stromaufwärtige Kammer 9 des Gehäuses 2 und zum anderen zwischen der stromabwärtigen Kammer 20 des Rotors 1 und dem Flüssigkeitsauslaß 7 über die stromabwärtige Kammer 10 des Gehäuses 2 sicherzustellen.

Man erkennt im übrigen, daß der Kreisflansch 13 lösbar am zylindrischen Rand 19 des Rotors 1 mit Hilfe eines Befestigungsflansches 23 befestigt ist, um das Einsetzen der Filterblöcke 12 ins Inneiv des Rotors 1 und eine eventuelle Ersetzung zu ermöglichen.

Wie man am besten aus F i g. 2 ersehen kann, sind die sechs Filterblöcke 12 untereinander durch Zwischenräume 24 in Form von Prismen mit dreieckiger Grundfläche getrennt. Die prismatischen Zwischenräume 24 kommunizieren direkt mit der stromabwärtigen Kammer 20 des Rotors 1 über dreieckige Öffnungen 25 des Kreisflansches 14, dessen sich daraus ergebende Form man in Fig.3 erkennen kann. Man erkennt darüber hinaus, daß die zylindrische Wand 19 des Rotors 1 in Höhe der Filterblöcke 12, wie durch die Bezugszeichen 26 in F i g. 2 angedeutet, durchbrochen ist, wobei die Funktion dieser Durchbrüche weiter unten näher erläutert wird. Zwischen den beiden Kreisflanschen 13 und 14 existiert die Wand 19, somit nur im Bereich der prismatischen Zwischenräume 24, die lediglich auf der Seite des Kreisflansches 14 gegen die Kammer 20 geöffnet sind.

Bezugnehmend auf die Fig.4 soll im folgenden der Aufbau der Filterblöcke 12 beschrieben werden.

Zunächst ist festzustellen, daß die Filterblöcke 12 im wesentlichen durch aufeinanderstapeln rechteckförmiger Filterwände 27 gebildet sind, die senkrecht zur Rotationsachse des Rotors 1 angeordnet sind, wobei der Aufbau und die Ausgestaltung der Filterwände 27 entsprechend der zu reinigenden Flüssigkeit und der in ihr enthaltenen Teilchen gewählt ist. Diese Filterwände

27 sind voneinander durch Streben getrennt, die so angeordnet sind, da3 sie einmal die radialen Kanäle 28 bilden, die den stromaufwärtigen Raum 25 des Rotors 1 über die öffnungen 26 mit dem Raum außerhalb des Rotors 1 verbinden und andererseits zur Bildung der transversalen Kanäle 29 dienen, welche direkt in die prismatischen Zwischenräume 24 münden. Die Kanäle

28 und 29 wechseln sich regelmäßig ab und stehen untereinander ausschließlich quer über die Filterwände 27 in Verbindung. Man erkennt aus F i g. 4, daß jeder radiale Kanal 28 gegenüber den benachbarten prismatischen Zwischenräumen 24 durch zwei seitliehe Streben 30 abgeschlossen ist, während jeder transversale Kanal

29 durch zwei seitliche Streben 31 gegen den stromaufwärtigen Raum 15 des Rotors 1 und die Öffnungen 26 geschlc «sen ist

Eine Filtervorrichtung bzw. dynamischen Trennvorrichtung der beschriebenen Art funktioniert in folgender Weise:

Wie bei allen Filiervorrichtungen erfolgt die Strömung der Flüssigkeit von der stromaufwärtigen Seite zur stromabwärtigen Seit?, d. h. vom Flüssigkeitseinlaß 6 zum Flüssigkeitsauslaß 7 durch eine Druckdifferenz zwischen diesen beiden öffnungen, die mit Hilfe irgend eines bekannten geeigneten Mittels erzeugt wird. Der Rotor 1 wird über die auf der Welle 3 verkeilte Riemenscheibe 5 mit einer bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit in Rotation versetzt, wodurch das angesprochene Zentrifugalkraftfeld entsteht.

Die am FlüssigkeitseinlaB 6 ankommende, mit Teilchen verunreinigte Flüssigkeit gelangt zunächst in die ringförmige stromaufwärtige Kammer 9 des Gehäuses 2 und von dort aus durch die kreisförmige öffnung 16 in den stromaui'wärtigen Raum 15 des Rotors t.

Anschließend dringt die Flüssigkeit in die radialen Kanäle 28 der Filterblöcke 12 ein. wobei sie einer Zentrifueallrajektorie folgt, die in etwa parallel /n ilrn Filterwänden 27 verläuft. Diese Trajektorie krümmt sich in etwa rechtwinklig in dem Moment, wo die Flüssigkeit die Filterwände 27 durchsetzt, um in die stromabwärtige Kammer 20 des Rotors 1 zu gelangen, wobei sie nacheinander die transversalen Kanäle 29, die prismatischen Zwischenräume 24 und die dreieckigen öffnungen 25 des Kreisflansches 14 durchsetzt. Von dort aus gelangt die gereinigte Flüssigkeit in die stromabwärtige Kammer 10 des Gehäuses durch die kreisförmige öffnung 21 und wird durch den Flüssigkeitsauslaß 7 abgenommen.

Die in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen, welche die Filterwände 27 nicht durchsetzen können, werden nicht nur durch die Flüssigkeit mitgeschleppt, sondern sind darüber hinaus den Trägheitskräften des Zentrifugalkraftfeldes unterworfen. Diese Trägheitskraft trägt im übrigen auch verstärkt dazu bei, daß sich die Teilchen von der Rotorachse entfernen, nachdem die mitnehmende Wirkung durch die strömende flüssigkeit abnimmt.

Durch die Wirkung dieser beidtn Kräfie werden die Teilchen durch die radialen Kanäle 28 und die Öffnungen 26 von der Rotorachs* in den Raum außerhalb des Rotors bewegt uno sammeln sich anschließend infolge der Schwerkraft im Trichter 11. von wo sie periodisch, oder auch durch eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung, am Teilchenaus laß 8 abgenommen werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daC die Teilchen und die Flüssigkeit niemals im Gegenstrorr

j zueinander bewegt sind, wie es bei den bislang bekannten Vorrichtungen der Fall war. Daraus ergibl sich eine permanente und wirksame Reinigung der Filterwände 27, so daß ein kontinuierlicher Betrieb mil praktisch konstanter Druckdifferenz möglich ist.

in Man erkennt gleicherweise, daß die die Teilchen mitnehmende Kraft der Flüssigkeit eine nützliche parallel zu den Filtcrwändcn 27 gerichtete, Komponen-Ic sowie eine senkrecht zu den Filterwänden 27 gerichtete schädliche Komponente aufweist, wobei

Ii diese letztere Komponente danach trachtet, die Teilchen in Kontakt mit der Filterwand 27 zu halter oder zumindest mit dem sich darauf bildender »Kuchen«, da die Bohrungen der Filterwand kleiner sind ak dir Ahmrssnngrn rlrr milgp<;<-hlpnntpn Trilrhnn

id Man wird daher danach trachten, den Wert dieser schädlichen Komponente der Mitnahmekraft der strömenden Flüssigkeit so klein wie möglich zu machen wobei dieser Wert im wesentlichen von der Oberfläche der Filterwändc 27 abhängt.

.'■> Was die Nutzkomponente der Mitnahmekraft dei Flüssigkeit anlangt, so vermindert sich diese auch fortlaufend je weiter man sich von der Welle 3 entfernt Normalerweise verschwindet sie vollständig oder nahezu vollständig in der Nähe der Peripherie de*

in Rotors 1, da dann die gesamte Flüssigkeit durch die Filterwände 27 zur stromabwärtigen Seite gelangt ist Man kann indessen absichtlich ein fcwisses Entweichen in den stromaufwärtigen Bereich dann ermöglichen wenn die Trägheitskraft allein sich als unzureichlich

i-i erweist um die Teilchen vollständig mitzunehmen. Der dabei entweichende Teil kann anschließend eventuell zum Filtereingang zurückgcführl werden oder auch in einfacher Weise in die Atmosphäre abgeleitet werden.

Gegebenenfalls kann der dynamischen Trennvorrich-

4(i tung eine Vorabtrennungseinrichtung vorgeschaltet sein, um zu große Teilchen bereits vorab zu eliminieren die infolge ihrer Größe die Gefahr mit sich brächten, die freien Kanäle 28 zwischen den Filterwänden 27 zu verstopfen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten Flüssigkeiten suspendierten Teilchen mit einem in einem abgedichteten Gehäuse angeordneten, im wesentlichen zylinderförmigen, auf einer Welle zentrierten Rotor, der an seiner Peripherie einen Filtereinsatz umfaßt, wobei im Gehäuse ein Flüssigkeitseinlaß für die verunreinigte Flüssigkeit, ein mit einer Saugieitung verbundener Flüssigkeitsauslaß für die gereinigte Flüssigkeit, sowie ein Teilchenauslaß im unteren Teil des Gehäuses für die abgetrennten Teilchen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Filtereinsatz einen stromaufwärtigen Raum (15), der mit dem Flüssigkeitseinlaß (6) in direkter Verbindung steht, ringförmig umschließt, sowie aus einer Folge von im wesentlichen senkrecht zur Welle (3) bzw. zur Peripherie des Rotors (1) ausgerichteten Filterwänden (27) besteht, die derart im Abstand zueinander angeordnet und voneinander abgetrennt sind, daß sie abwechselnd radiale Kanäle (28), die eine direkte Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen Raum (15 für die zu reinigende Flüssigkeit und einem außerhalb des Rotors (1) befindlichen Raum für die abgetrennten Teilchen herstellen, und transversale Kanäle (29), dre die durch die Filterwände (27) gesaugte und gereinigte Flüssigkeit aufnehmen, sowie mit dem Flüssigkeitsauslaß (7) verbunden sind, bilden.

2. Dynamische Trennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Filterwänden (27) aufgebaute Filtereinsatz aus einer Mehrzahl quaderförmiger Filterblöcke (12) besteht, welche regelmäßig an der Periph "ie des Rotors (1) angeordnet und untereinander durch axial verlaufende, prismenförmige Zwischenräume (24) mit dreieckiger Querschnittsform getrennt sind, in die die transversalen Kanäle (29) einmünden und daß die Zwischenräume (24) mit einer ringförmigen, den Rotor (1) seitlich abschließenden Kammer (20) kommunizieren, die dicht mit dem Flüssigkeitsauslaß (7) verbunden ist.