DE2159894A1

DE2159894A1 - Hydrozyklon

Info

Publication number: DE2159894A1
Application number: DE19712159894
Authority: DE
Inventors: Zsigmond Dr.; Egri Alajos; Budapest. M Kaplar
Original assignee: Banyaszati Kutato Intezet, Budapest
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-08-24
Also published as: HU165483B; AT318655B; CA966068A; GB1373108A

Description

DR. O. DlTTMANN K. L. SCHIFF DR. A. ν. FÜNBR DIPL. INO. P. STRBHL

β MÜNCHEN Θ0 MARIAHIIjFPLATZ 2 & S

DA-7996

Beschreibung

zu der
Patentanmeldung

der

Banyaszati Kutato Intezet, Budapest Ill/Ungarh, Mikoviny u. 2

betreffend

(Priorität: 4. Dezember 1970 - Ungarn - BA-2504)

Die Erfindung betrifft ein Hydrozyklon mit einem aus einem zylindrischen und kegelförmigen, mit einem elastischen Belag versehenen Körper mit einem in den zylindrischen Teil hineinführenden Aufgabestutzen und mit einer in den zylindrischen Teil hineinragenden Abführleitung, wobei an dem Ende des kegelförmigen Teiles eine abgeschlossene Ablassöffnung angeordnet ist.

In Hydrozyklonen werden aus einem Gemisch von Flüs sigkeiten mit unterschiedlicher Dichte die einzelnen Flüssigkei ten getrennt oder aus Suspensionen die Festteile mit grösserer

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Dichte abgeschieden. Zu diesem Zweck lässt man die Gemische der Flüssigkeiten auf der inneren Wandfläche des Hydrozyklons zirkulieren. Dabei bewegen sich die Flüssigkeitsgemische oder Suspensionen infolge der Gravitation auf einer Spiralbahn. Während der Bewegung auf dieser Bahn verdichten sich die Teilchen bzw. Flüssigkeitskomponenten mit grösserer Dichte auf dem in radialer Richtung äusseren Teil der Flüssigkeitsbahn bzw. sie trennen sich P infolge der Zentrifugalkraft ab. Die Flüssigkeitskomponenten mit geringerer Dichte bleiben dagegen am inneren Teil der Flüssigkeitsbahn zurück. Die so getrennten Komponenten können dann von ihrem Bahnabschnitt gesondert abgeleitet werden.

Zur vollen Wirksamkeit und Ausnützung des Arbeitsprinzips der Hydrozyklone müsste ein Idealzustand erreicht werden, bei dem die zu trennende Flüssigkeit .entlang der inneren Wand des Hydrozyklons laminar strömt, d.h. in der Flüssigkeit fe Wirbel, Turbulenz, Kavitationen, Zusammenstösse und andere die laminare Strömung störende Erscheinungen nicht auftreten. Die bekannten Hydrozyklone können diese Forderung nicht erfüllen.

Das Anschlussprofil des Aufgaberohrstutzens der bekannten Hydrozyklone ist zwangsweise kreisförmig, da die Hydrozyklone an die flüssigkeitsführenden Rohrleitungen mit Kreisprofil angeschlossen sind. Zur Leitung der Flüssigkeiten bzw. der Flüssigkeitsstrahlen auf die Spiralbahn auf der inneren Wandfläche des Hydrozyklons ist die Kreisprofileinführung nicht zweck-

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massig, weil auch im Falle einer tangentialen Einführung nur der, in Richtung des Radius des Hydrozyklons betrachtet, oberflächliche Teil des Flüssigkeitsstrahls zu der inneren Wandflache des Hydrozyklons tangential ist, die übrigen Teile des Flüssigkeitsstrahls am Ort des Aufstossens bereits einen gewissen Winkel mit der inneren Wandfläche des Hydrozyklons einschliessen. Der Aufstosswinkel ist umso grosser, je weiter der fragliche Teil des Flüssigkeitsstrahles von der Symmetrielinie des Hydrozyklons, d.h. von der Mittellinie betrachtet von der äussersten Oberfläche des Flüssigkeitsstrahles entfernt ist.

Die auf die Wand des Hydrozyklons in einem Winkel aufstossenden Flüssigkeitsteile zerspritzen infolge des Stosses, ein Teil trennt sich von der Wand und gelangt gegen das Innere des Hydrozyklons fliegend wieder zurück in den Flüssigkeitsstrom. Diese Bewegung der aufstossenden Flüssigkeitsteile verursacht sowohl am Ort des Aufstossens, wie auch am Ort des Wiedereintritts des Flüssigkeitsstromes örtlich Wirbel, Turbulenz., Kavitation, d.h. stört das ideale laminare Strömungsbild. Deshalb treten Strömungsverluste auf, die die je Zeiteinheit durch den Hydrozyklon strömenden Flüssigkeitsmenge bedeutend herabsetzen. Diese Verluste können nur durch bedeutend höhere Aufgabe drücke kompensiert werden.

Die in der im Hydrozyklon strömenden Flücsigkeit auftretenden Wirbel, Turbulenzen, Kavitationen stören und ver-

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zögern den Trennungsprozess, da sie die teilweise schon getrennten bzw. in Radialrichtung nebeneinander strömenden Komponenten wieder vermischen. Diese Erscheinung setzt die Wirksamkeit des Hydrozyklons herab.

Der auf die Wand des Hydrozyklons in einem Winkel aufstossende Teil der zu trennenden Flüssigkeit verliert in-.folge des Aufstossens auf die Wand einen Teil seiner Geschwindigkeit. Das kann nur durch Erhöhung des Aufgabedruckes ausgeglichen v/erden.

Die härteren kornförmigen Stoffteile, die sich in den auf die Wand in einem Winkel aufstossenden Flüssigkeitsteilen befinden, verursachen einen starken Verschleiss der Hydrozyklonwand. Die Verschleisswirkung ist umso grosser, je härter und eckiger das Körnchen, je grosser die auf die Wand ausgeübte Stosswirkung und je grosser der Aufstosswinkel ist. Bei den bekannten Hydrozyklonen v/erden zur Kompensierung dieser Verschleisswirkung elastische verschleissfeste Beläge verwendet, aber die Lebensdauer der bekannten Hydrozyklone ist auch im Falle solcher Beläge verhältnismässig sehr kurz.

Zur Beseitigung der genannten Nachteile werden Hydrozyklone hergestellt, bei denen das an die Rohrleitung angeschlossene Kreisprofil des Aufgaberohrstutzens bis zur Einströmungsöffnung allmählich in ein längliches Viereckpröfil übergeht.

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Die Einströmungsöffnimg ist ein verhältnismässig sehr schlankes Viereck, woraus der Flüssigkeitsstrom tangential zur inneren Wandfläche des Hydrozyklons strömt. Als Ergebnis dieser Lösung ändert sich der Aufstosswinkel der·Flüssigkeitsteile im einströmenden Flüssigkeitsstrahl in einem geringeren Bereich, aber das Aufstossen des überwiegenden Teiles des Flüssigkeitsstrahls in einem gewissen Winkel, d.h. die Bildung örtlicher Wirbel, Turbulenzen und Kavitationen ist auch hier nicht zu vermeiden. Auch

I die Lebensdauer der so ausgeführten Hydrozyklone wird nicht lan- ^ ger, im Gegenteil, sie wird noch herabgesetzt, weil der Flüssigkeitsstrahl hier auf einen kleineren Flächenteil aufstösst als bei Einströmung im Kreisprofil. Folglich stossen auf die Oberflächeneinheit je Zeiteinheit mehrere verschleissverursachende Körner.

Bei den bekannten Hydrozyklonen könnten die Wirbel, Turbulenzen und Kavitationen auch dann nicht vermieden werden, wenn die Einströmung der Flüssigkeit in den Hydrozyklon durch ä eine linienförmige Einströmungsöffnung erfolgen würde, weil bei den bekannten Hydrozyklonen der Flüssigkeitsstrahl tangential eingeführt wird. Die Tangente des Kreises ist eine Approximation O-ter Ordnung des Kreises. Im Falle einer tangentialen Einführung tritt die Zentrifugalkraft an dem Punkt, wo das Flüssigkeitsteilchen von der geradlinigen Bahn auf eine gebogene Bahn übergeht, plötzlich, explosionsartig auf. Dadurch wird der laminare Charakter der Strömung gestört und die oben beschriebenen störenden, schädlichen Erscheinungen treten auf.

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Bei einem Teil der bekannten Hydrozyklone ist der versohleissfeste, elastische Belag nicht an der Wand des Hydrozyklons befestigt. Infolgedessen kann zwar der verschlissene Belag ausgewechselt werden, d.h. die Wartung und der Betrieb des Hydrozyklons ist mit geringeren Kosten verbunden, aber der frei bewegliche, elastische Belag kann leicht in Schwingungen kommen und sich verformen, wodurch die Flüssigkeitsströmung ev. in •einem solchen Mass gestört wird, dass der Hydrozyklon betriebsunfähig wird. ·

Bei einem Teil der bekannten Hydrozyklone wird der Betrieb des Hydrozyklons durch Änderung des Profils der Ablassöffnung geregelt. Die Grosse der Ablassöffnung wird im allgemeinen durch die Verformung eines elastischen Stoffes geändert, aber die bei den bekannten Konstruktionen angewandten Öffnungsregelungsmethoden verursachen eine unkontrollierbare unberechenbare Verformung des elastischen Stoffes im Öffnungsraum. Folglich kann der Betrieb des Hydrozyklons nur ungenau geregelt bzw. gesteuert werden.

Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines Hydrozyklons, bei dem bei verhältnismässig geringem Aufgabedruck eine vollkommene Abscheidung bzw. Trennung zu erzielen ist, bei dem im Vergleich zu den Abmessungen grosse Flüssigkeitsmengen getrennt bzw. abgeschieden v/erden könr.. n, durch am die ~1'^:. . '.jkeit laminar, d.h. ohne Wirbel, Kavitation und Turbulenz strömt.

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Weiter soll auf der Wand des Hydrozyklons kein nennenswerter Verschleiss auftreten; auch soll der Belag in der Strömung der Flüssigkeit keine störenden Erscheinungen verursachen können.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass ein in den zylindrischen Teil einmündender, die Zentrifugalkraft gleichmässig steigernder, einer Schmiegungskurve höherer Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons bildenden Kreises folgend ausgebildeter Aufgaberohrstutzen vorhanden ist.

Vorzugsweise ist der Aufgaberohrstutzen der Schmiegungskurve vierter Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons bildenden Kreises folgend ausgebildet;

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Aufgaberohrstutzen der Schmiegungskurve sechster Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons bildenden Kreises folgend ausgebildet.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Mutter, die die Ablassöffnung regelt, und dem elastischen Ring oder Block auf der Oberfläche der Regelmutter eine Gleitscheibe vorhanden.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

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"Fig.. 1 --■'■'■ zeigt eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Hydrozyklons im Schnitt, teilweise seine Aufsicht.

Fig. 2 ist der Schnitt entlang der Linie II-II des in Fig. 1 dargestellten Hydrozyklons.

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des erfindungsge.--massen Hydrozyklons teils im Schnitt, teils seine Aufsicht.

Fig. 4 ist der Schnitt entlang der Linie IV-IV des in Fig.

3 dargestellten Hydroz3'klons.

Fig. 5 zeigt die Anschlussprofilform des Aufgaberohrstutzens des Hydrozyklons der Fig. 3 und 4 im Schnitt.

Fig. 6 ist der Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4 des Aufgaberohrstutzens.

Fig. 7 ist der Schnitt entlang der Linie VII-VII in Fig.

4 des Aufgaberohrstutzens.

Fig. 8 . ist der Schnitt entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 4 des Aufgaberohrstutzens.

In Fig. 9 ist ein Diagramm aufgetragen, das die Änderung der Zentrifugalkraft im Falle der bei den bekannten Hydrozyklonen angewendeten tangentialen Einführung des Flüssigkeitsstrahles und bei der erfindungsmässigen Einführung des Flüssigkeitsstrphles darstellt.

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Bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsmässigen HydFozyklons besteht der Körper des Hydrozyklons aus einem zylindrischen Teil 1 und einem kegelförmigen Teil 2, die vorteilhaft aus Kunststoff hergestellt werden und miteinander fest verbunden sind. Im Inneren des Hydrozyklonkörpers 1, 2 ist ein aus einem Stück bestehender Gummibelag 3 - z.B. durch Aufkleben - befestigt.

Das Flüssigkeitsgemisch oder die Suspension wird

durch den Aufgaberohrstutzen 4 in den zylindrischen Teil 1 des Hydrozyklons eingeführt. Die Einführung erfolgt entlang der Schmiegekurve höherer, vierter Ordnung des die geometrische Form der inneren Fläche des Hydrozyklons bildenden Kreises. Die Form dieser Schmiegekurve bzw. dieses Kanals ist in Fig. 2 dargestellt.

Die Flüssigkeitskomponente mit grösserer Dichte wird durch die untere Öffnung 5 des Hydrozyklons, die Flüssigkeitskomponente mit kleinerer Dichte durch das Wirbelrohr 6 g vom Hydrozyklon entfernt.

Der Betrieb des Hydrozyklons wird durch den verschieden starken Zusammendruck des elastischen Ringes 7 geregelt, das dadurch erfolgt, dass die auf dem Ende des kegelförmigen Teils des Zyklonkörpers befestigte, durch das äussere Gewinde des Ausflussrohres 8 angeschlossene Regelmutter 9 auf dem Abflussrohr abwärts bzw. aufwärts drehend eingestellt, und dadurch über die

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auf der Regelmutter 9 angebrachte Unterlage 10 der auf der Schulter des Abflussrohres liegende elastische Ring 7 stärker oder schwächer zusammengedrückt wird. Der elastische Ring 7 kann beim Zusammendrücken nur gegen die innere Öffnung 5 der Druckkraft ausweichen. Daher ist der Durchmesser der Öffnung 5 in Abhängigkeit vom Mass des Zusammendrückens des elastischen Ringes 7 fein einstellbar.

Der in Fig. J5 und 4 schematisch dargestellte Hydrozyklon ist dem Wesen nach dem in Fig. 1 und 2 dargestellten ähnlich, mit dem Unterschied, dass hier das Verhältnis zwischen dem zylindrischen und dem kegelförmigen Teil abweichend ist und statt des elastischen Ringes 7 hier ein elastischer Block 11 verwendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Konstrukt ions teile mit derselben Aufgabe mit denselben Bezugszahlen versehen.

Bei dieser Ausführungsform ist die Form des Aufgaberohrstutzens 4' die Schmiegungskurve sechster Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons bildenden Kreises, dessen Profilformen in Fig. 5 bis 8 in Schnitten entlang den Linien nach Fig. 4 dargestellt sind.

Die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemässen Hydrozyklons sind folgende:

Die Einführung der Suspension bzw. des Flüssigkeitsgemisches auf einer gebogenen Bahn sichert eine laminare Strömung. Beim

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Treffpunkt der Einführungsbahn und der inneren Wandfläche des Hydrozyklons unterbleibt die grosse Zentrifugalkraftänderung (in Fig. 9 auf dem mit gestrichelter Linie gezeichneten Kurvenabschnitt mit A bezeichnet) und statt dessen ändert sich die Zentrifugalkraft beim erfindungsmässigen Hydrozyklon langsam. In Fig. 9 entspricht der mit vollausgezogener Linie gezeichnete Kurvenabschnitt A^! dem Schmiegeabschnitt, während der nachfolgende langsam abnehmende Abschnitt der zur inneren Wandfläche des Hydrozyklons gehörenden Kreis- bzw. Spiralbahn entspricht. Beim erfindungsmässigen Hydrozyklon genügen infolge des Ausbleibens der Turbulenzen und Kavitationen bedeutend niedrigere Aufgabedrücke als bei den bekannten Hydrozyklonen, um die gewünschte Trennung zu erreichen.

Die Körner in der Suspension stossen wegen der infolge der gebogenen Einführung nur allmählich aussteigenden Zentrifugalkräfte nicht auf die Wand, sondern sie rollen und gleiten daran. Deshalb ist ihre verschleissende Wirkung bedeu- g tend kleiner. Die von der Wand weiter entfernten Körner rollen und gleiten nicht an der Viand, sondern an den Körnern, die sich zur Wand abstützen und verschleissen also überhaupt nicht die Wand. Die Geschwindigkeit der an der Wand rollenden und gleitenden Körner ist kleiner als die Geschwindigkeit der anderen Körner, wodurch wieder der Verschleiss verringert wird.

Die Strömung kann als laminar betrachtet werden. Daher vermischen sich die bereits getrennten Flüssigkeitskomponen-

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ten bzw. Körner nicht wieder. Demzufolge kann die Trennung im Vergleich zu den bisher bekannten Hydrozyklonen schneller, ungestörter und mit geringerem Energieauf wand durchgeführt v/erden.

Infolge der gebogenen Einführung ändern sich die auf die Wand des Hydrozyklons einwirkenden Kräfte langsam und kontinuierlich. Daher sind in gegebenen Punkten der Wand des Hydrozyklons die Kraftwirkungen immer gleich und es können also keine den Betrieb des Hydrozyklons störenden, aus der Änderung der Kraftwirkungen stammenden schädlichen Schwingungen auftreten.

Der elastische Ring bzw. Block, der die Ablassöffnung bildet, steht nicht unmittelbar mit der zusammendrückenden Regelmutter in Berührung. Deshalb erfährt der elastische Ring oder Block bei der Verdrehung der Regelmutter keine Drehbeanspruchung, weil die Unterlage auf der Oberfläche der Regelmutter gleitet. Deshalb kann der elastische Ring oder Block sich nicht so verformen, dass dadurch der laminare Charakter der Strömung gestört würde.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsformen der Bestandteile der beispielsweise beschriebenen Hydrozyklone. Werden diese mit Bestandteilen ähnlicher Funktion und Wirkung, aber unterschiedlicher Ausführungsform ersetzt, ändert sich der Schutzbereich der Erfindung nicht. So kann z.B. der elastische Belag im Hydrozyklonkörper auch abweiphend von

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der beschriebenen Art befestigt werden. Die verschiedenen Teile des Körpers können anders gestaltet sein, der Belag kann auf jede beliebige V/eise auf den Aufgaberohrstutzen eingespannt werden usw.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

'1. Hydrozyklon mit einem aus einem zylindrischen und kegelförmigen, mit einem elastischen Belag versehenen Körper mit einem in den zylindrischen Teil hineinführenden Aufgabestutzen und mit einer in den zylindrischen Teil hineinragenden Abführleitung, wobei an dem Ende des kegelförmigen Teiles eine abgeschlossene Ablassöffnung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , dass der Aufgabestutzen (4), die Zentrifugal- £ kraft gleichmässig steigernd,längs einer Schmiegekurve höherer "Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons-bildenden Kreises verlaufend ausgebildet ist.
2. Hydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Aufgabestutzen (4) der Schmiegekurve vierter Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons bildenden Kreises folgend ausgebildet ist.
3· Hydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Aufgabestutzen (4) der Schmiegekurve sechster Ordnung des die geometrische Form des Hydrozyklons bildendenKreises folgend ausgebildet ist.
4. Hydrozyklon nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass zwischen einer die Ablassöffnung (5) regelnden Mutter (9) und einem elastischen Ring oder Block (7) auf der Oberfläche der Regelmutter eine gleitende Unterlage (10) angebracht ist.

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