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Hängender Zentrifugalabscheider Die Erfindung betrifft einen hängenden
bzw. lotrechten Zentrifugalabscheider, insbesondere einen durch eine Dampfturbine
angetriebenen hängenden Zentrifugalabscheider.
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Hängende Zentrifugalabscheider werden in verschiedenen Industriezweigen,
z.B. in der Zucker-, Salz- und in der pharmazeutischen Industrie angewandt, wobei
der Antrieb durch Elektromotoren erfolgt. Bei einem hängenden Zentrifugalabscheider
wird jeweils ein Arbeitszyklus wiederholt, der im allgemeinen die folgenden Schritte
umfaßt: Anfahren, Guteingabe, Guttrennung, butaustrag, Abstellen.
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Die Dauer dieses Arbeitszyklus ist äußerst kurz. Außerdem variiert
die Drehzahl des Zentrifugalabscheiders während der einzelnen Guteingabe-, Auftrenn-
und Gutaustragsohritte. Ein beispielsweise in der Zuckerindustrie verwendeter Zentrifugalabscheider
wird bei der Guteingabe mit einer Drehzahl von 100 - 250 U/min, bei der Gutauftrennung
mit 1000 - 1500 U/min und beim Gutaustrag
(Abstreifen der Zuckerkristalle)
mit 30 - 60 U/min betrieben, wobei ein Arbeitszyklus normalerweise etwa 3 min dauert,
Zur Gewährleistung dieser Betriebsbedingungen ist daher eine schnelle Drehzahlregelung
der Antriebsmaschine erforderlich. Bei den bekannten hängenden Zentrifugalabscheidern
wurde diese Drehzahlregelung mittels einer Bremsanlage in Verbindung mit dem Elektromotor
oder durch Verwendung eines Gleichstrom-Motors mit regelbarer Drehzahl realisiert.
Die Verwendung einer Bremsanlage ist jedoch insofern nachteilig, als sie ein häufiges
Auswechseln der Bremsbacken derselben erfordert, während andererseits ein Gleichstrom-Motor
mit regelbarer Drehzahl teuer und störungsanfällig ist. Da die Kapazität von Zentrifugalabscheidern
allmählich immer größer wird, hat sich in jüngster Zeit die Verwendung von Elektromotoren
für den Antrieb der Zentrifugalabscheider vom praktischen Standpunkt aus als unzufriedenstellend
erwiesen, da diese Motoren ebenfalls immer größer werden und immer kompliziertere
Konstruktion erfordern. Erfindungsgemäß wird daher die Verwendung einer Dampfturbine
als Antriebsmaschine anstelle des herkömmlicherweise benutzten Elektromotors vorgeschlagen.
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Der Erfindung liegt hierbei die Aufgabe zugrunde, einen hängenden
Zentrifugalabscheider zu schaffen, der als Antriebskraftquelle eine mit einer Bremseinrichtung
versehene Dampfturbine aufweist, so daß die Drehzahl des Zentrifugalabscheiders
entsprechend seinen Betriebseigenschaften regelbar ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem durch eine Dampfturbine angetriebenen,
hängenden Zentrifugalabscheider erfindungsgemäß gelöst durch eine hängende bzw.
lotrechte Zentrifugalabscheidereinheit mit einem in einem Gehäuse drehbar angeordneten
Schleuderkorb, eine Dampfturbineneinheit,
bestehend aus einem Turbinen-Gehäuse,
einer drehbar im Gehäuse gelagerten Turbinen-Welle, einem ersten starr an der Welle
montierten und in Normalrichtung laufenden Turbinen-Rotor, einem zweiten an der
Welle befestigten und in Gegenrichtung laufenden Turbinen-Rotor, einer ersten Dampf-Leitung
zur Beaufschlagung des ersten Rotors mit Druckdampf, einer zweiten Dampf-Leitung
zur Beaufschlagung des zweiten Rotors mit Druckdampf, einem in der ersten Leitung
angeordneten Dampfventil, einem in die zweite Leitung eingeschalteten Dampfventil
und einem im Gehäuse vorgesehenen Dampfauslaß, und durch eine Drehzahl-Untersetzungseinrichtung,
über welche die Antriebskraft der Dampfturbineneinheit auf den Schleuderkorb übertragen
wird.
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Der erfindungsgemäße Zentrifugalabscheider ist insofern vorteilhaft,
als der überschüssige Dampf von der zugeordneten Produktionsanlage für den Antrieb
der Dampf turbine benutzt werden kann. Zudem ist die Dampf turbine erfindungsgemäß
einfach konstruiert und kompakt gebaut, so daß sie sich ideal zur Verwendung bei
einem großen hängenden Zentrifugalabscheider eignet. Außerdem kann die Dampfturbine
erfindungsgemäß auch deshalb sehr zweckmäßig als Antriebsmaschine für einen hängenden
Zentrifugalabscheider benutzt werden, weil sie im Vergleich zu Elektromotoren außerordentlich
große Anfahr- und Bremsdrehmomente erzeugt, die frei regelbar sind.
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Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen lotrechten Schnitt durch einen dampfturbinengetriebenen,
hängenden Zentrifugalabscheider mit Merkmalen nach der Erfindung,
Fig.
2 eine Aufsicht auf den Zentrifugalabscheider, Fig. 3 eine graphische Darstellung
des zeitabhängigen Drehzahl- und Antriebskraftbedarfs des Zentrifugalabscheiders
während eines Arbeitszyklus bei Verwendung des erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheiders
in einer Zuckergewinnungsanlage und Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung,
um den erfindungsgemäßen Zentrifugalabscheider nach einem vorbestimmten Betriebsplan
automatisch arbeiten zu lassen, indem die Turbinendrehzahl durch einen Drehzahlregler
und einen automatischen Zeitgeber geregelt wird.
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Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte hängende Zentrifugalabscheider
mit Merkmalen nach der Erfindung weist eine Zentrifugalabscheidereinheit 1 und eine
Dampfturbineneinheit 2 auf. Die Zentrifugalabscheidereinheit 1 ist mit einem zylindrischen
Gehäuse 3 versehen, in welchem ein zylindrischer Separator- oder Schleuderkorb 4
auf einer lotrechten Welle 5 koaxial zum Gehäuse drehbar angeordnet ist. Die Anordnung
ist dabei so getroffen, daß bei einem Guteingabeschritt eine ein abzusck sidendes
Gut, wie Zuckerkristalle, enthaltende Flüssigkeit aus einem Flüssigkeit-Vorratsbehälter
6 über eine Rinne 7 in das Gehäuse 3 eingegeben wird, während beim Gutaustragschritt
das an der Innenfläche des Schleuderkorbs 4 abgelagerte Gut durch einen Abstreifer
oder Schaber 8, der von einer am Gehäuse 3 angebrachten Halterung 9 lotrecht nach
unten ragt, von der Innenfläche des Schleuderkorbs 4 abgestreift wird. Die Flüssigkeit,
aus welcher das Gut abgetrennt worden ist, fließt am Umfang des Schleuderkorbs 4
aus diesem ab und wird über einen Auslaß 10 nach außen abgeführt.
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Die Dampfturbineneinheit 2 weist eine ein Gehäuse 12 lotrecht durchsetzende
Turbinen-Welle 11 auf. Ein im folgenden als normaler bzw. normal laufender Rotor
bezeichneter Turbinen-Rotor 13, der in Normalrichtung angetrieben wird, und ein
weiterer, im folgenden als gegenläufiger Rotor bezeichneter Turbinen-Rotor 14, der
in Gegenrichtung angetrieben wird, sind innerhalb des Gehäuses 12 starr auf der
Welle 11 montiert, wobei zwischen die beiden Rotoren eine im Gehäuse 12 befestigte,
waagerecht verlaufende Leitplatte 15 eingefügt ist. Eine Leitung 16 dient zur Zufuhr
von unter Druck stehendem Dampf für den Antrieb des normal laufenden Rotors 13,
während eine Leitung 18 Druckdampf für den Antrieb des gegenläufigen Rotors 14 zuführt.
Außerdem ist ein beiden Turbinen-Rotoren gemeinsam zugeordneter Dampfauslaß 17 vorgesehen.
In die Dampfspeiseleitung 16, 18 sind Dampfventile 27 bzw. 29 eingeschaltet, die
auf noch zu beschreibende Weise durch eine Drehzahlregeleinrichtung automatisch
betätigt werden. An dem sich abwärts aus dem Gehäuse 12 heraus erstreckenden unteren
Ende der Welle 11 ist ein Zahnrad 19 befestigt, das mit einem starr an einer drehbaren
Welle 21 angebrachten Zahnrad 20 kämmt. Die beiden Zahnräder 19 und 20 bilden ein
Untersetzungsgetriebe. Die Welle 21 ist über eine Kupplung mit der drehbar gelagerten
Welle des Schleuderkorbs 4 verbunden. Eine Olpumpe 22 dient zur Versorgung der Lager
der Turbinen-Welle 11 und der Welle 21 mit Schmieröl. In der Mitte der Bodenplatte
des Schleuderkorbs 4 ist eine Deckelplatte 23 zum Verschließen der Gutaustragöffnung
vorgesehen. In Fig. 1 ist diese Deckelplatte in von der Austragöffnung abgehobenem
Zustand dargestellt.
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Der erfindungsgemäße hängende Zentrifugalabscheider mit vorstehend
beschriebener Konstruktion wird angefahren, wenn das Dampfventil 27 in der Dampfspeise-Leitung
16 geöffnet wird. Der über die Leitung 16 zugeführte Druckdampf
treibt
den normal laufenden Rotor 13 an und tritt mit reduziertem Druck über den Auslaß
17 aus. Die Drehzahl der Welle 11 wird in dem durch die Zahnräder 19, 20 bestimmten
Untersetzungsverhältnis reduziert und auf den Schleuderkorb 4 übertragen, Ersichtlicherweise
kann die Drehzahl des Schleuderkorbs 4 durch Änderung des bffnungsquerschnitts des
Dampfventils 27 variiert werden. Wenn die Drehzahl des Schleuderkorbs 4 schnell
vermindert werden muß, wird das Dampfventil 27 geschlossen und es wird gleichzeitig
das Dampfventil 29 geöffnet, so daß der Druckdampf über die Leitung 18 dem gegenläufigen
Turbinen-Rotor 14 zugeführt wird, der auf die sich infolge ihrer Trägheit in Normalrichtung
weiterdrehende Turbinen-Welle 11 ein Gegendrehmoment ausübt und somit ihre Drehzahl
schnell vermindert. Wie erwähnt, vermag die erfindungsgemäße Dampftur ineneinheit
2 durch geregelte Betätigung der Dampfventile 27, 29 den Schleuderkorb 4 zu beschleunigen
und zu verzögern, wobei das durch sie erzeugte Anfahr- oder Bremsdrehmoment erheblich
größer ist als das Drehmoment eines Elektromotors. Die Dampfturbineneinheit kann
somit höchst wirksam als Antriebskraftquelle für den hängenden Zentrifugalabscheider
eingesetzt werden, bei dem häufige Drehzahländerungen innerhalb kurzer Zeitspannen
erforderlich sind.
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Die graphische Darstellung gemäß Fig. 3 veranschaulicht die Änderungen
der Drehzahl und der Antriebskraft des hängenden Zentrifugalabscheiders gemäß der
Erfindung, der in einer Zuckergewinnungsanlage mit einer maximalen Drehzahl von
1500 U/min, einer Antriebskraftleistung von 100 kW und einer Arbeitszyklusdauer
von 3 min betrieben wird. In dieser Darstellung bedeutet der Buchstabe a den Anfahrpunkt
des Separators, die Spanne b-c eine Guteingabeperiode, die Spanne c-d-e eine Abtrennperiode,
die Spanne e-f eine Verzögerungsperiode, die Spanne f-g eine
Gutaustragperiode
und der Buchstabe h den Anhaltepunkt des Zentrifugalabscheiders. Die gestrichelte
Linie gibt die Antriebskraft an, während die ausgezogene Linie die Drehzahl angibt.
Der Bereich, in dem die gestrichelte Linie unterhalb der Achse der Abszisse liegt,
gibt die Zeitspanne an, während welcher die Bremswirkung angreift, d.h. der gegenläufige
Turbinen-Rotor in Betrieb ist.
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Fig. 4 veranschaulicht eine Anlage zur automatischen Drehzahlregelung
nach dem in Fig. 3 dargestellten Schema für einen dampfturbinengetriebenen, hängenden
Zentrifugalabscheider. Diese Anlage weist einen Zeitgeberkasten 24 und einen Reglerkasten
25 auf. Im Zeitgeberkasten sind ein Anfahrzeitgeber 31 für den normal laufenden
Turbinen-Rotor, ein Eingabezeitgeber 32, ein Abtrennzeitgeber 33, ein Anhaltezeitgeber
34 für den normal laufenden Rotor, ein Anfahrzeitgeber 35 für den gegenläufigen
Turbinen-Rotor, ein Austragzeitgeber 36 und ein Anhaltteitgeber 37 für den normal
laufenden Rotor enthalten. Diese Zeitgeber werden der Reihe nach jeweils nach Ablauf
einer im betreffenden Zeitgeber eingestellten Zeitspanne betätigt. Im Reglerkasten
25 befindet sich eine an sich bekannte, elektrische oder hydraulische Woodward-Regelvorrichtung,
die im Betrieb des Zentrifugalabscheiders ein Signal von jedem Zeitgeber empfängt
und eine entsprechende Soll- oder Stellspannung erzeugt. Andererseits ist mit der
Turbinen-Welle 11 ein Drehzahlgeber 28 verbunden, wobei eine der durch den Drehzahlgeber
festgestellten Drehzahl der Turbinen-Welle proportionale Spannung dem Reglerkasten
25 eingespeist wird, in welche + in Spannungsunterschied zwischen dieser Spannung
und der genannten'Stellspannung zur Betätigung des Stellglieds des Dampfventils
27 verstärkt wird.
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Das Stellglied beendet seine Betätigung, wenn der Spannungsunterschied
gleich Null wird, und bringt dabei das Dampfventil
27 in eine Position,
in welcher eine vorbestimmte, dem jeweils wirksamen Zeitgeber entsprechende Drehzahl
erreicht wird. Auf diese Weise wird z.B. bei arbeitendem Eingabezeitgeber 32 der
Zentrifugalabscheider mit der Eingabedrehzahl von 200 U/min betrieben und dann auf
die höchste Abtrenndrehzahl von 1500 U/min beschleunigt, wenn der Abtrennzeitgeber
33 betätigt ist, worauf der Zentrifugalabscheider miqdieser Drehzahl weiterläuft,
bis die im Zeitgeber 33 eingestellte Zeitspanne abgelaufen ist. Bei Betätigung des
Zeitgebers 34 spricht gleichzeitig auch der Zeitgeber 35 an, wodurch das Dampfventil
27 geschlossen und das Dampfventil 29 geöffnet wird, so daß der Zentrifugalabscheider
auf beschriebene Weise durch den gegenläufigen Turbinen-Rotor abgebremst wird. Das
Öffnen des Dampfventils 29 erfolgt nicht unter der Steuerung durch den Reglerkasten
25, sondern durch ein elektrisch unmittelbar mit dem Zeitgeber 35 verbundenes Stellglied.
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Das Dampfventil 29 kann durch ein elektrisch betätigtes Ventil ersetzt
werden, das in Abhängigkeit von einem vom Zeitgeber 35 gelieferten elektrischen
Signal arbeitet. Das Dampfventil 29 wird durch einen Grenzschalter geschlossen,
der an dem Punkt betätigt wird, an welchem die durch den Drehzahlgeber 28 festgestellte
Drehzahl des Zentrifugalabscheiders auf einen etwas über der Eingabedrehzahl von
z B. 40 U/min liegenden Wert von z.B. 70 U/min abgefallen ist. Hierauf wird der
Zeitgeber 36 an dem Punkt betätigt, an welchem der Drehzahlgeber 28 eine der Eingabedrehzahl
entsprechende Drehzahl des Zentrifugalabscheiders anzeigt, wobei das Dampfventil
27 betätigt und während der gesamten, im betreffenden Zeitgeber eingestellten Zeitspanne
in einer der Austragdrehzahl entsprechenden Offenstellung gehalten wird.
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Es ist für den Fachmann offensichtlich, daß das Öffnen und Schließen
der Dampfventile von Hand und ohne Verwendung
von Zeitgebern, nämlich
durch Betätigung von Druckschaltern erfolgen kann, die anstelle der Zeitgeber am
Reglerkasten vorgesehen sind. Selbstverständlich sind noch weitere Abwandlungen
und Anderungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
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Zusammenfassend wird mit der Erfindung somit ein Zentrifugalabscheider
geschaffen, der als Antriebskraftquelle eine Dampfturbine mit einem ersten in Normalrichtung
laufenden Rotor und einem zweiten in Gegenrichtung laufenden Rotor aufweist, die
beide auf einer Turbinenwelle montiert sind, wobei der zweite Turbinen-Rotor zur
Ausübung eines Gegendrehmoments auf den Zentrifugalabscheider angetrieben wird,
wenn letzterer schnell verzögert werden soll.