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Automatischer Dreiphasen - Zentrifugalschlammab-
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scheider Die Erfindung betrifft einen automatischen dreiphasigen,
schlammabgebenden Zentrifugalabscheider zum Aufspalten einer Primärflüssigkeit in
Schlammu.schwere und leichte Flüssigkeitsbestandteile, mit einem Primärflüssigkeitseinlass,
einer Vielzahl von übereinander gestapelten Abscheiderplatten, einem Leichtflüssigkeitsauslass,
einem Schwerflüssigkeitsauslass, Schlammauslässen, einer grundsätzlich zylindrischen
Gehäusekonstruktion, die den Einlass und die Auslässe umgibt und bildet, einem am
Gehäuse gleitbar angeordneten Ventilzylinder,
der zwischen einer
angehobenen Stellung, bei der die Schlammauslässe geschlossen sind, und einer abgesenkten
Stellung, bei der die Schlammauslässe geöffnet sind, bewegbar ist, einer ersten
vergrösserungsfähigen Druckkammer zum Anheben des Ventilzylinders, einer zweiten
vergrösserungsfähigen Druckkammer zum Absenken des Ventilzylinders, einer Einrichtung,
die eine Schwerflüssigkeits-Abgabepassage zwischen der Gehäusekonstruktion und den
Abscheiderplatten bildet, und einr Antriebseinrichtung zum Drehen der gesamten zuvor
genannten Anordnung.
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Die Erfindung bezieht sich damit auf einen Zentrifugalabscheider für
eine dreiphasige Mischung aus Schlamm, schwerer Flüssigkeit und leichter Flüssigkeit
und insbesondere auf einen automatischen, schlammabgebenden Zentrifugalabscheider,
der Mittel aufweist, um die Höhe an in einer Drehkonstruktion angesammeltem Schlamm
zu erfassen, wobei darauf ansprechende Mittel vorgesehen sind, die eine periodische
Schlammabgabe von der Konstruktion veranlassen.
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Bei konventionellen automatischen schlammabgebenden Zentrifugalabscheidern
werden hohe Konzentrationen an Schlamm in einer Drehkonstruktion erwünschtermassen
exakt bis zu einer veranschlagten Volumenhöhe angesammelt/und wird dann der Schlamm
abgegeben. Dabei ist es jedoch schwierig, das Volumen an in der Drehkonstruktion
abgelagertem Schlamm genau festzustellen. Gewöhnlich erfolgt daher die Schlammabgabe
bei gewissen Zeitintervallen auf einer empirischen Annäherungsbasis oder dann, wenn
die Menge an abgelagertem Schlamm schon zu gross geworden ist. Eine Vielzahl von
Verfahren wurde schon vorgeschlagen, um die Schlammansammlungshöhe zu erfassen.
Ein Verfahren bedient sich beispielsweise des Phänomens, dass eine Flüssigkeitspassage
durch die Oberfläche von in der Drehkonstruktion
abgelagertem Schlamm
verschlossen wird, wenn sich diese dem Drehmittelpunkt nähert. In diesem Zusammenhang
wird beispielsweise auf die japanischen Patentveröffentlichungen 24490/1963, 29839/1969
und 25351/1973 verwiesen. Ein anderes Verfahren bedient sich der in der Drehkonstruktion
durch die Zunahme an Schlammhöhe erzeugten Vibrationen, vgl. z.B. die japanische
Patentveröffentlichung 28837/1969. Ein weiteres Verfahren misst die Schlammhöhe
durch die Auf- und Abwärtsbewegung eines Schwimmers, bedingt durch Unterschiede
im spezifischen Gewicht, vgl.
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japanische Patentveröffentlichung 43345/1971. Schliesslich wird bei
einem anderen Verfahren noch die Schlammhöhe dadurch bestimmt, indem auf den Flüssigkeitsumlauf
aufgrund von Unterschieden im spezifischen Gewicht Bezug genommen wird, vgl.
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japanische Patentveröffentlichung 34041/1973. Diese Verfahren sind
jedoch mit folgenden Schwierigkeiten verbunden: (1) Da die die Schlammhöhe erfassende
Einrichtung gewöhnlich über einen elektrischen Mechanismus mit der Schlammabgabeeinrichtung
verbunden ist, kann, wenn der Zentrifugalabscheider Unter schweren Bedingungen arbeitet,
der elektrische Mechanismus leicht beschädigt werden; daneben sind die Installationskosten
hoch; (2) Die konventionellen zuvor erwähnten Verfahren sind auf eine Zweiphasenabscheidung
anwendbar, bei der Schlamm von Flüssigkeit entfernt wird, doch sind sie nicht wirksam
bei einer Dreiphasenabscheidung, bei der Schlamm, schwere Flüssigkeit und leichte
Flüssigkeit gewonnen werden soll. Bei einem Verfahren, bei dem ein solcher elektrischer
Mechanismus weggelassen ist (vgl. z.B. japanische Patentveröffentlichung 19833/1973)
enthält die in eine Druckkammer zur Abgabe des Schlamms eingeführte Flüssigkeit
selbst eine gewisse Menge Schlamm, so dass eine zur Entfernung der Flüssigkeit aus
der Druckkammer dienende Düse leicht verstopft werden kann.
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Demgegenüber soll durch die Erfindung ein Zentrifugalabscheider der
eingangs erwähnten Bauart geschaffen werden, der insbesondere in Fällen wirksam
ist, wo feste Partikel (Schlamm) und Wassertropfen in Heiz-oder Treibstofföl (Primärflüssigkeit)
schwimmen und abgeschieden werden müssen, d.h. in Fällen, wo das Treibstofföl in
drei Schichten-aus Schlamm, Wasser (schwere Flüssigkeit) und reines öl (leichte
Flüssigkeit) aufgeteilt werden soll. Die Erfindung ist jedoch auch in Fällen anwendbar,
wo im Treibstofföl kein Wasser enthalten ist, d.h. das Treibstofföl nur in Schlamm
und reines öl aufgespalten wird.
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Der. erfindungsgemässe Zentrifugalabscheider für durch Wasser und
Schlammpartikel verunreinigtes Treibstofföl enthält einen Einlass, übereinander
gestapelte Abscheiderplatten, einen Reinöl-Auslass, einen Auslass für abgeschiedenes
Wasser, und durch einen Ventilzylinder gesteuerte Schlammauslässe, wobei der Ventilzylinder
durch eine erste Wasserdruckkammer in seine Schliesstellung und durch eine zweite
Wasserdruckkammer in seine öffnungsstelleung bewegbar ist. Wenn sich die Schlammschicht
aufbaut und eine Wasserabgabepassage absperrt, bildet sich in gleicher Weise das
eingeschlossene Wasser auf und strömt über in eine dritte Kammer, um einen Kolben
nach unten zu drücken. Dies öffnet ein Ventil, so dass Wasser von einer vierten
Kammer in die zweite Kammer eindringen kann, wodurch der Ventilzylinder nach unten
gedrückt wird, um die Schlammauslässe zu öffnen. Das Wasser in der zweiten und dritten
Kammer läuft langsam durch Ablaufdüsen ab, wobei das Wasser in einer fünften Kammer
in die erste Kammer eintritt, um den Ventilzylinder anzuheben und die Schlammauslässe
zu verschliessen-. Dieses Wasser tritt auch in eine sechste Kammer ein, um den Kolben
anzuheben und das Ventil zu schliessen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1, 2 und 3 unterschiedliche geschnittene
Halbansichten
von dem gleichen erfindungsgemäss aufgebauten Zentrifugalabscheider,
wobei Teile, die in der gleichen Schnittebene nicht angeordnet sind, in den Figuren
durch Drehen der Schnittebenen um eine gemeinsame Achse gezeigt sind. Dabei zeigen
die Fig.
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1, 2 und 3 den Zentrifugalabscheider während des normalen Betriebs
unmittelbar vor der Schlammabgabe bzw. während der Schlammabgabe.
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Fig. 4 und 5 vergrösserte teilweise geschnittene Ansichten von Bereichen
der unteren Konstruktion des Zentrifugalabscheiders nach Fig. 1, 2 und 3, wobei
die Schnittebenen zur Andeutung der relativen Lagen der Teile in geeigneter Weise
überlappt sind und Fig. 4 die untere Konstruktion während des normalen Betriebs
und Fig. 5 die untere Konstruktion während der Schlammabgabe veranschaulicht.
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Fig. 1, 2 und 3 zeigen jeweils eine Hälfte von einem Vertikalschnitt
durch die Drehkonstruktion von einem erfindungsgemässen Zentrifugalabscheider. Obschon
die in den Figuren gezeigten Schnitte die gleiche zentrale Drehachse A aufweisen,
sind die Schnitte längs unterschiedlicher vertikaler oder radialer Ebenen gelegt
und weichen daher insbesondere an ihren unteren Bereichen leicht voneinander ab.
Fig. 1, 2 und 3 zeigen die Verhältnisse von und innerhalb der Drehkonstruktion während
eines normalen Betriebs unmittelbar vor bzw. während der Schlammabgabe.
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In Fig. 2 und 3 ist nur der Umriss von einer Gruppe 25 von ScheidqAatten
15 gestrichelt aus Gründen der Einfachheit gezeigt.
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Der Aufbau und die Punktionen von einem Führungszylinder 41,
einer
Steuerplatte 42, einer die Drehkonstruktion haltenden Mutter 46, einer Ventildichtung
47, von Schlammabgabeauslässen 48, eines Ventilflansches 49, eines Ventilzylinders
50, eines Ringes 51 der Drehkonstruktion, einer Gruppe 25 von Scheideplatten 15,
einer Wasserabgabeplatte 17, einer oberen Wasserdruckkammer 31, einer unteren Wasserdruckkammer
32, einer Antriebswellenbuchse 52, einer Antriebswelle 53 und einer in einer Ringnut
angeordneten 0-Ring-Dichtung 54 sind im wesentlichen die gleichen wie bei konventionellen
automatischen Zentrifugalabgabeabscheidern, mit Ausnahme der unteren Bereiche des
Drehgehäuses 45.
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Insbesondere ist der Führungszylinder 41 hohl und besitzt einen oberen
Einlass 19 für die äinfliessende oder primäre,zu behandelnde Flüssigkeit1 und eine
Vielzahl von Primärflüssigkeitsverteilungsöffnungen 20- ist konzentrisch um den
unteren Randbereich des Zylinder 41 angeordnet. Eine Vielzahl von dünnen ScheideEiLatten
15 ist in Abstand voneinander übereinandergestapelt, so dass die Gruppe 25 von ScheideLatten
gebildet ist; wobei.diese Flüssigkeitsdurchlassöffnungen 16 aufweisen, die über
oder oberhalb der Primärflüssigkeitsverteilungsöffnungen 20 angeordnet sind. Die
Gruppe 25 aus Scheideplatten wird durch eine Wasserabgabeplatte oder ein Ablenkblech
17 überdeckt, das wiederum von einem Deckel 44 der Drehkonstruktion so überdeckt
wird, dass dazwischen eine Abgabepassage 27 für schwere Flüssigkeit gebildet ist.
Die Passage 27 kann weiter durch geeignete nicht gezeigte Vorsprünge oder Rippen
definiert werden. Der Deckel 44 der Drehkonstruktion ist mit dem Drehgehäuse 45
durch die Haltemutter 46 verbunden.
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Der Ventilzylinder 50 ist auf dem Drehgehäuse 45 vertikal bewegbar,
um zwischen diesen Teilen eine ringförmige obere Wasserdruckkammer 31 zu bilden,
wobei der Ring 51 der Drehkonstruktion
mit nicht gezeigten Bolzen
an dem Drehgehäuse 45 befestigt ist, um in gleicher Weise die ringförmige untere
Wasserdruckkammer 32 ZU bilden. Die gesamte Drehkonstruktion wird über die Büchse
52 durch die vertikale Antriebswelle 53 angetrieben. Der ausserhalb der Scheideßattengruppe
25 im Drehgehäuse 45 befindliche und dieScheideplattengruppe umgebende ringförmige
Raum bildet eine Schlammsammelkammer 18 und eine Vielzahl von länglichen Schlammabgabeauslässen
48 ist an der Stelle des maximalen Radius der Schlammkammer 18 angeordnet.
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Erfindungsgemäss ist die Drehkonstruktion weiter mit einer unteren
Schale 29 und einem vertikal beweglichen Kolben 36 ausgerüstet. Die untere Schale
29 ist zwischen dem Drehgehäuse 45 und der Scheidegttengruppe 25 angeordnet und
bildet zusammen mit dem Boden des Drehgehäuses 45 eine ringförmige Kammer 30 für
schwere Flüssigkeit. Der Kolben 36 bildet ringförmige Wasserdruckkammern 33, 34
und 35 im Drehgehäuse 45. Ringförmige Kammern 22, 23 und 24 sind vorgesehen, um,
wenn erforderlich, Wasser zu den Kammern 33, 34 und 35, zu der oberen Wasserdruckkammer
31, der unteren Wasserdruckkammer 32 und der Kammer 30 für schwere Flüssigkeit zu
führen. Ein Ring 37 ist in das Drehgehäuse 45 eingeschraubt und bildet die Kammern
23 und 24.
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Fig. 4 und 5 sind vergrösserte geschnittene Ansichten, die den Kolben
36 und die dazu benachbarten Teile zeigen. Diese Figuren sind nicht ganz genau und
enthalten zur besseren Darstellung der relativen Positionen der verschiedenen Teile
absichtlich überlappte Abschnitte. Fig. 4 zeigt die Vorrichtung während des normalen
Betriebs, während Fig. .5 die Vorrichtung
zum Zeitpunkt der Schlammabgabe
(etwas unterschiedlich von Fig. 3) wiedergibt. In Fig. 1 bis 5 sind die Schlammschicht
und die Flüssigkeit durch kleine Kreise bzw. Punkte angedeutet.
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Es versteht sich, dass, obgleich die Zeichnung nur einzelne Passagen,
die die Kammern 22, 23 und 24 mit den Wasserdruckkammern 33, 34 und 35, der oberen
Kammer 31, der unteren Kammer 32 und der Kammer 30 für schwere Flüssigkeit verbinden,
zeigen, es in Wirklichkeit eine Vielzahl von gleichmässig in Abstand befindlichen,
derartigen Passagen gibt, um die Balance und das Gleichgewicht der Drehkonstruktion
aufrechtzuerhalten. In gleicher Weise gibt es eine Vielzahl von Wasserablaufdüsen
56 (Fig. 3) und 58 (Fig. 2), um das in den Kammern 31 bzw. 33 enthaltene Wasser
abführen zu könnten. Diese Passagen und Düsen werden nachfolgend näher erläutert.
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Beschreibung der Betriebsweise Die Steuerplatte 42 ist so gewählt,
dass der Radius R2 für den Schwerflüssigkeitsauslass 2 eine geeignete Grösse für
das Konzentrationsverhältnis von reinem öl (leichte Flüssigkeit) zu Wasser (schwere
Flüssigkeit) im zu behandelnden Treibstofföl (primäre Flüssigkeit) hat'und die Steuerdüsen
11 (Fig. 2) sind so gewählt, dass der Abstand R11 von der Achse A etwas (gewöhnlich
einige mm) geringer als der Abstand R2 ist. Die so ausgewählte Steuerplatte und
die Steuerdüsen werden an der Drehkonstruktion angeordnet. Nachdem der Zentrifugalabscheider
in geeigneter Weise entwässert und
wenn erforderlich,gereinigt
worden ist, wird er mit leerer Konstruktion in Drehbewegustg versetzt. Wenn die
Drehgeschwinaigkeit einen bestimmten Wert erreicht, wird Wasser in die Kammer 23
durch ein Wasserzufuhrrohr 73 (Fig. 1) eingespritzt und fliesst von dort in die
untere Wasserdruckkammer 32. Die Kammer 32 und die damit in Verbindung stehende
Passage 62 werden daher mit Wasser gefüllt, und der hohe, durch die Zentrifugalkraft
erzeugte Wasserdruck hebt den Ventilzylinder 50 an. Als Folge hiervon gelangt der
Ventilflansch 49 in engem Anliegen an die entildichtung 47, wodurch die Schlammabgabeauslässe
48 geschlossen werden. Das Wasser in der Kammer 23 strömt auch durch eine Passage
64 (Fig. 2) in die Kammer 34, wobei der Kolben 36 durch den sich ergebenden Wasserdruck
nach oben gedrückt wird. Die Ringdichtung 38 (Fig. 4) kommt somit zum Anliegen gegen
den ringförmigen Vorsprung 39.
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Danach baut sich das in die Kammer 23 eingespritzte Wasser auf und
fliesst ggf. in die Schlammkammer 18 durch die Passagen 67 und o8 und die Schwerflüssigkeitskammer
30 und wird darin gespeichert, so dass der Radius R13 der Wasseroberfläche konstant
wird. Die Oberflächen des angesammelten oder gespeicherten Wassers sind aufgrund
der starken Zentrifugalkraft im wesentlichen zylindrisch.
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Wenn der Radius der zylindrischen Oberfläche des Wassers in der Kammer
18 geringer wird als der Radius R7 der Aussenkante 7 der Wasserabgabeplatte, wird
die Passage an leichter Flüssigkeit oder öl durch die Abgabepassage 27 für schwere
Flüssigkeit blockiert. Das Wasser in der Kammer 18 kann somit als Blockierwasser
bezeichnet werden. Nachdem die Menge an Blockierwasser eine bestimmte Höhe oder
einen Wert erreicht hat, der
aus der Gesamtmenge an durch das Rohr
73 zugeführtem Wasser abgeschätzt werden kann, kann letzteres geschlossen oder die
Durchströmungsmenge reduziert werden. Danach wird Primärflüssigkeit zu dem am oberen
Bereich des Führungszylinders 41 angeordneten Einlass geführt. Die Primärflüssigkeit
strömt dann im Inneren des Führungszylinders 41 nach unten und tritt in die Abscheiderplattengruppe
25 durch die öffnungen 20 und 16 ein. In der Abscheiderplattengruppe wird die Primärflüssigkeit
einer starken Zentrifugalabscheidung unterworfen und als Folge davon wird leichte
Flüssigkeit oder öl nach innen gedrückt und aus der Konstruktion durch den Leichtflüssigkeitsauslass
1 am oberen Ende der Wasserabgabeplatte 17 abgegeben. Die abgeschiedene schwere
Flüssigkeit oder das Wasser wird mit dem Blockierwasser vermischt und durch die
Passage 27 und den Auslass 2 in der Steuerplatte 42 abgegeben.
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Der abgeschiedene Schlamm setzt sich in der Kammer 18 ab und bildet
eine Flüssigschlamnischicht 28. Die Grenzfläche zwischen der Schicht 28 und der
schweren Flüssigkeit wird zylindrisch und ihr Radius R8 nimmt mit zunehmender Schlammabscheidung
und -ablagerung ab. Wenn eine relativ geringe Menge an Wasser durch das Wasserzufuhrrohr
74, Fig. 3, entweder vor oder nach Zufuhr der Primärflüssigkeit eingespritzt wird,
werden zwar die Kammer 24 und ihre zugeordneten Passagen 66 und 65 mit Wasser gefüllt,
doch kann das Wasser nicht in die Kammer 35 einströmen, da der Vorsprung 39 auf
der Dichtung 38 sitzt, so dass das überschüssige Wasser in die Kammer 23 durch eine
Bohrung 70, wie am besten in Fig. 4 zu sehen ist, fliesst.
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Die Radien der freien Oberflächen von schwerer Flüssigkeit und leichter
Flüssigkeit und der Radius der Grenzfläche zwischen schwerer Flüssigkeit und leichter
Flüssigkeit werden nachfolgend erläutert. Unter normalen Bedingungen ist der Radius
R4 der freien Oberfläche 4 der leichten Flüssigkeit etwas kleiner als der Radius
R1 des Leichtflüssigkeitsauslasses 1. Die freie Oberfläche der schweren Flüssigkeit
erscheint an drei Stellen. Eine Stelle, die das Bezugszeichen 3 trägt, befindet
sich nahe de Steuerplatte 42,und ihr Radius R3 ist etwas kleiner als der Radius
R2 des Schwerflüssigkeitsauslasses 2. Eine weitere freie Oberfläche 10 an schwerer
Flüssigkeit befindet sich in der Kammer 30tund ihr Radius R10 ist ebenfalls etwas
kleiner als der Radius R3. Die letzte freie Oberfläche 12 an schwerer Flüssigkeit
liegt in der Kammer 22 und ihr Radius ist gleich dem Radius R10 aufgrund der offenen
Verbindungspassage 69. Die Grenzfläche 6 zwischen der leichten Flüssigkeit und der
schweren Flüssigkeit in der Scheideplattengruppe 25 ist nicht auffallend; jedoch
ist ihr äquivalenter Radius R6 etwas geringer als der Radius R5 der Aussenkante
5 derScheideplatten.
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Der hier verwendete Ausdruck "normale Bedingungen" gilt, wenn der
Radius einer freien Oberfläche, die erhalten wird, wenn eine bestimmte Menge an
Blockierwasser in die Drehkonstruktion eingespritzt wird, geringer isc als der Radius
R7 und der Radius R9 der Aussenkante 9 der unteren Schale, d.h.
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im wesentlichen gleich dem Radius R6 ist/und wenn der Radius R8 der
Schlammschicht grösser als der RadiuS R7 ist. Unter solchen normalen Bedingungen
fliesst die schwere Flüssigkeit und das reine Wasser in die Passage 27 bzw. die
Kammer 30;
da der Widerstand gegenüber diesen Strömungen jedoch
extrem klein ist und die Dichte oder das spezifische Gewicht der schweren Flüssigkeit
annähernd die gleichen sind wie die von reinem Wasser, ist der Radius R3 annähernd
der gleiche wie der Radius R10. Da ferner die Kammern 30 und 22 miteinander durch
die Passage 69 (Fig. 4) verbunden sind, wird der Radius R10 gleich dem Radius 12.
Folglich ist der Radius R12 annähernd gleich dem Radius R3 und ist der Radius R3
etwas kleiner als der Radius R2.Andererseits ist der Radius R11 um einige mm kleiner
als der Radius R2 und der Radius R11 etwas kleiner als der Radius R12.
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Bei unter normalen Bedingungen fortlaufendem Betrieb nimmt, da die
Menge an Schlamm ansteigt, der Radius R8 ab; d.h.
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der Radius R8 erreicht den Wert R7 (vgl. Fig. 2) und wird schliesslich
kleiner als R7. Wenn dies eintritt sinkt die Aussenkante 7 der Wasserabgabeplatte
allmählich in die Schlammschicht 28 ein, so dass dem Eintritt von schwerer Flüssigkeit
(Wasser) in die Passage 27 ein grosser Widerstand entgegengesetztwird. Da die schwere
Flüssigkeit diesen Widerstand erfährt, nimmt der Druck in der Schlammkammer 18 zu
und nimmt der Radius R6 der Grenzfläche 6 zwischen der leichten Flüssigkeit und
der schweren Flüssigkeit ab. Mit dieser Abnahme ist auch eine graduelle Abnahme
der Radien R10 und R11 verbunden. Wenn der Radius R12 kleiner als der Radius R11
wird, fliesst das Wasser in der Kammer 22 in die Wasserdruckkammer 33 durch die
Passage 21. (Fig. 5) der Steuerdüse 11.
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Die überlappte Fig. 4 zeigt die Vorrichtung unter normalen Bedingungen,
bei denen der Radius R12 grösser ist als der Radius R11. Die überlappte Fig. 5 zeigt
die Vorrichtung, wenn
die Schlammenge zur Abgabe ausreichend vorliegt.
Obgleich das Vorhandensein von Flüssigkeit in diesen Figuren durch Punkte angedeutet
ist, sind die Punkte nicht feste, in der Flüssigkeit enthaltene Partikel.Wenn in
Fig. 2 und 5 das Wasser in der Kammer 22 in die Kammer 33durch die Passage 21 in
die Steuerdüse 11 fliesst, wird dieses Wasser durch die Passage 69 von der Kammer
30 ergänzt. Das Wasser in der ringförmigen Kammer 33 wird langsam aus der Drehkonstruktion
durch die kleine Öffnung 59 der Abflussdüse 58 und die Nut 60 abgegeben und daher
wird eine dem Unterschied zwischen den einströmenden und ausströmenden Mengen entsprechende
Wassermenge in der Kammer 33 gespeichert. Wenn die Kammer 33 mit Wasser gefüllt
ist, wird die den Kolben 36 nach unten drückende Kraft grösser als die ihn nach
oben drückende Kraft, aufgrund des Wasserdruckes in der Kammer 34 und des Wirkflächenunterschiedes
zwischen den beiden Kammern. Demzufolge wird der Kolben 36 nach unten bewegt und
entsteht ein Spalt zwischen der Dichtung 48 am Kolben und dem Vorsprung 39, so dass
das reine in der Kammer 24 gespeicherte Wasser in die Kammer 35 durch die Verbindungspassagen
66 und 65 fliesst.
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Der dann in der Kammer 35 aufgebaute Wasserdruck erzeugt eine weitere
Abwärtskraft auf den Kolben 36.
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Das Wasser in der Kammer 35 fliesst in die obere Wasserdruckkammer
31 durch die Passage 61, Fig. 3. Da das reine Wasser in der Kammer 31 langsam aus
der Drehkonstruktion durch die schmale Bohrung 57 in der Abflussdüse 56 abgegeben
wird, sammelt sich eine Menge Wasser, die dem Unterschied zwischen den einströmenden
und ausströmenden Flussmengen entspricht, in der Kammer 31 -an. Wenn die Kammer
31, die
Passage 61 und die Kammer J5 mit Wasser aufgefüllt sind'
wird die den Ventilzylinder 50 niederdrückende oder öffnende Kraft grösser als die
Schliesskraft von 32 aufgrund der unterschiedlichen Wirkflächen von beiden Kammern
und bewegt sich der Ventilzylinder nach unten. Hierdurch nimmt das innere Volumen
oder die Kapazität der Kammer 31 zu und wird eine grosse Menge an reinem Wasser
in die Kammer eingeführt. Als Folge davon nimmt die Menge an Wasser in der Kammer
24 ab und der Radius R14 zu, Fig. 3.
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Wenn die Durchflussmenge an reinem,in die Kammer 24. von dem Wasserzufuhrrohr
74 eingespritztem Wasser niedrig genug ist, um gegenüber der Durchflussmenge an
aus der Abf lussdüse 56 austretendem Wasser vernachlässigt zu werden, wird, wenn
sich der Ventilzylinder 50 nach unten bewegt, das'in der Kammer 24 verbleibende
Wasser dazu verwendet, das aus der Düse 56 abfliessende Wasser zu ersetzen. Die
Kammer 24 wird jedoch in einer kurzen Zeitdauer geleert1 und im Anschluss daran
wird das Wasser in den Passagen 66 und 65 und der Kammer 35 sukzessive abgeführt
oder ablaufen.gelassen. Hierdurch nimmt der Druck in der Kammer 31 ab, der wiederum
die den Ventilzylinder 50 nach unten drückende Kraft verringert, wobei diese Kraft
schliesslich geringer wird als die den Ventilzylinder von der unteren Wasserdruckkammer
32 her nach oben drückende Kraft. Danach bewegt sich der Ventilzylinder 50 proportional
zur Menge an aus der Abflussdüse 56 entweichendem Wasser nach oben. Daher müssen,
um eine geeignete Schlammabgabezeit zu erhalten, d.h. der Zeitdauer, bei der die
Abwärtsbewegung des Ventilzylinders beyinnt, bis zu der Zeit, bei der seine Aufwärtsbewegung
vollendet ist, die
Abmessungen von jedem Teil geeignet ausgewählt
werden. Wenn die Drehkonstruktion so ausgelegt ist, dass die Anzahl an Wasserabflussdüsen
56,die Gasse der Bohrungen 57 und die effektive Kapazität der Kammer 24 onne weiteres
verändert oder variiert werden können, dann lässt sich die Schlammabgabezeit in
einfacher Weise verändern oder einstellen. Da zwischen dem Ventilflansch 49 und
der Ventildichtung 47 ein Raum vorliegt, wenn der Ventilzylinder 50 in seine untere
Stellung bewegt ist, wird der Schlamm durch Zentrifugalwirkung durch diesen Raum
von den Schlammabgabeauslässen 48 abgeführt.
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Wenn der Schlamm abgeführt wird, nimmt der Radius R8 graduell zu und
wird schliesslich grösser als der Radius R7. Wenn der Radius R8 übermässig gross
wird, wird die schwere Flüssigkeit oder schlimmstenfalls die primäre Flüssigkeit
zusätzlich zum Schlamm abgeführt. Daher muss die Schlammabgabezeitdauer so eingestellt
werden, dass, wenn eine geeignete Schlammmenge, die jedoch geringer ist als die
Gesamtschlammenge, abgegeben ist, sich der Ventilzylinder nach oben bewegt, um den
Abgaberaum zu verschliessen.
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Die Änderung der Wassermenge in der Kammer 33 wird nachfolgend beschrieben.
Die Durchflussmenge an der Kammer 33 durch die Passage 21 der Steuerduse 21 in die
Kammer 22 von der Kammer 30 zugeführtem Wasser nimmt ab, wenn die Schlammabgabe
beginnt1 und der Radius R12 steigt an. Diese Druchflussmenge wird Null, wenn der
Radius R12 grösser als der Radius RI1 wird. Andererseits entweicht das Wasser in
der Kammer 33 kontinuierlich durch die Auflussdüse 58. Daher ist es unmöglich, den
Kolben 36 in seiner unteren Stellung -nur durch den Wasserdruck der Kammer 33 kurz
nach Beginn
der Schlammabgabe zu halten. Es ist jedoch schwierig,
gerade den Zeitpunkt zu bestimmen, bei dem der Druck in der Kammer 33 unterhalb
dem kritischen Niveau abfällt. Wenn daher -die Drehkonstruktion so ausgelegt ist,
dass der Kolben 36, sobald einmal nach unten bewegt, seine Stellung nur durch den
Wasserdruck in der Kammer 35 beibehält, kann die Schlammabgabezeitdauer genauer
eingestellt werden. Wenn die Kammer 35 im wesentlichen entleert und der Ventilzylinder
50 nach oben bewegt ist, falls die Kammer 33 ebenfalls entleert ist, wird der Kolben
36 nach oben bewegt. Wenn jedoch eine geringe Menge an Wasser in der Kammer 33 verbleibt,
wird der Kolben 36 solange in seiner unteren Stellung bleiben, bis das Wasser in
der Kammer abgeflossen ist. Das reine, in die Kammer 24 von dem Wasserzufuhrrohr
74 während dieser Zeitdauer eingespritzte Wasser wird durch die Wasserabflussdüse
56 abgeleitet, so dass kein Wasser in der Kammer 24 gespeichert wird. Da jedoch
vor Vornahme der nächsten Schlammabgabe eine grosse Zeitdauer zur Verfügung steht,
kann der Kolben 36 beträchtlich später als der Ventilzylinder 50 angehoben werdentund
ist demzufolge die Abmessung der Bohrung 59 nicht besonders kritisch. Bei der ersten
vollautomatischen Schlammabgabe nach Inbetriebsetzung des Zentrifugalabscheiders
wird nur ein Teil des Schlamms in der Schicht 28 abgegeben.
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Folglich beginnt der nächste Schlammabgabezyklus früher und danach
werden die Schlammabgaben bei im wesentlichen gleichen Zeitintervallen vorgenommen.
In der Praxis erfolgen natürlich die Abgaben nicht stets bei gleichen Zeitintervallen.
wegen Änderungen im Schlainingehalt der Primärflüssigkeit.
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Zum Unterbrechen des Betriebs des Zentrifugalabscheiders
wird
bevorzugt die Drehbewegung erst dann abgestellt, wenn der gesamte Schlamm, die gesamte
schwere Flüssigkeit und die gesamte leichte Flüssigkeit abgegeben worden sind, wie
dies bei konventionellen Zentrifugalabscheidern üblich ist.
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Zum Abstellen des Zentrifugalabscheiders nach der Erfindung wird zunächst
die Zufuhr an primärer Flüssigkeit abgestellt.
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Danach wird die Durchflussmenge an in die Kammer 23 vom Rohr 73 eingespritztem
Wasser auf einen geeigneten Wert erhöht. Der Radius R6 der Grenzfläche 6zwischen
der schweren und leichten Flüssigkeit nimmt ab, wenn Wasser in die Schlammkammer
18 von der Kammer 23 eingeführt wird und die Abgabe an leichtem Wasser wird fortgesetzt,
bis kein leichtes Wasser mehr vorlieyt. Dann wird eine grosse Menge an reinem Wasser
in die Kammer 22 von dem Rohr 72 innerhalb einer kurzen Zeitdauer eingespritzt.
Als Folge hiervon wird der Radius R12 der Wasseroberfläche in der Kammer 22 kleiner
als der Radius R11/und, wie zuvor beschrieben, tritt ein Schlammabgabezyklus ein.
Nach der Schlammabgabe wird das Wasserzufuhrrohr 72 abgeschaltet und wird, nachdem
der Radius R14 in der Kammer 24 wieder hergestellt ist, eine grosse Menge an reinem
Wasser erneut vom Rohr 72 eingespritzt, um eine weitere Schlammabgabe vorzunehmen.
Wenn annähernd der gesamte Schlamm auf diese Weise abgeführt worden ist, wird ein
abschliessendes Durchspülen vorgenommen, indem das Wasserzufuhrrohr 72 geöffnet
und gleichzeitig eine grosse Menge an reinem Wasser in die Kammer 24 vom Wasserzufuhrrohr74
oder von einem grösseren Wasserzufuhrrohr, das speziell für diesen Zweck vorgesehen
ist, eingespritzt. Da der ~Ventilzylinder 50 in diesem Fall über eine relativ lange
Zeitdauer offen bleibt, wird die Drehkonstruktion vollständig entleert und gereinigt.
Wenn das Entleeren der Drehkonstruktion
in einer kürzeren Zeitdauer
vorgenommen werden soll, wird die Zufuhr an primärer Flüssigkeit unterbunden, die
Durchströmungsmenge an der Kammer 24 zugeführtem Wasser auf einen beträchtlich grossen
Wert erhöht und dann eine grosse Menge an reinem Wasser vorübergehend in die Kammer
22 vom Wasserzufuhrrohr 72 eingespritzt. Der Reinigungsvorgang, der nach Entleerung
der Drehkonstruktion durchgeführt wird, ist der gleiche wie bei konventionellen
Zentrifugalabscheidern.
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Wenn die Durchströmungsmenge an Wasser (schwerer Flüssigkeit)jdas
vom Treibstofföl (primäre Flüssigkeit) getrennt wurde und durch die Passage 27 abgegeben
wird, ausreichend ist, dass der Radius R12- in der Kammer 22 kleiner als der Radius
R11 gemacht werden kann, kann, sobald die äussere Kante 7 der Wasserabgabeplatte
in die Schlammschicht 28 eingesunken ist, das Wasserzufuhrrohr 73 nach Zufuhr einer
speziellen Menge Blockierwasser abgesperrt werden, wodurch sich eine Einsparung
an reinem Wasser erzielen lässt. Obgleich der'Leckverluste unterbindende O-Ring
vorgesehen ist, ist es dennoch notwendig, das durch Leckverluste von den Kammern
32 und 34 verlorengegangene Wasser zu ersetzen. Gewöhnlich kann jedoch dieses Ersetzen
mit Wasser erfolgen, das in die Kammer 23 durch die Bohrung 70 von der Kammer 24
fliesst. Wenn der Gehalt an im Treibstofföl enthaltenem Wasser beträchtlich gering
ist und die Durchströmungsmenge an schwerer Flüssigkeit durch die Passage 27 damit
unzureichend ist, fliesst das reine/in die Kammer 23 von dem Rohr 73 eingespritzte
Wasser in die Schlammkammer 18 durch die Passage 67 und die Kammer 30 und vermischt
sich mit
der schweren Flüssigkeit, was die schwere durch die Passage
27 laufende Flüssigkeit ergänzt. Bei gewöhnlichem Treibstofföl beträgt das Zeitintervall
T1 für die Schlammabgabe 2 bis 4 Stunden'und daher ist es nicht notwendig, bis zu
einer gewissen Zeitdauer T2 (1,5 Stunden z.B.) nach der letzten Schlammabgabe Wasser
vom Rohr 73 einzuspritzen, um den Mangel an schwerer Flüssigkeit zu ergänzen. Da
der Radius R8 des Schlammniveaus ferner unmittelbar vor der Schlammabgabe etwas
unterschiedlich sein kann, kann das zuvor genannte Ergänzen auch lediglich dadurch
vorgenommen werden, indem man Wasser vom Rohr 73 über eine kurze Zeitdauer intermittierend
einspritzt. Durch Minimierung der Summe der Wassereinspritzzeitdauern kann der Verbrauch
an reinem Wasser so gering wie möglich gehalten werden. Somit lässt sich der erfindungsgemässe
Zentrifugalabscheider selbst dann wirtschaftlich betreiben, wenn im Treibstofföl
wenig oder kein Wasser enthalten ist.
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Die untere Schale 29 dient der Verbindung der schweren, in der Höhe
des Radius R9 gehaltenen Flüssigkeit mit der Flüssigkeit in den Kammern 22 oder
23. Wenn diese Verbindung durch Vorsehen einer Passage oder eines Rohres anstelle
der Kammer 30 erfolgt, kann die untere Schale-29 weggelassen werden. Der Radius
R9 muss kleiner als der Radius R7 und vorzugsweise grösser als der Radius R5 sein.
Sofern die Durchflussmenge an schwerer Flüssigkeit gering ist, kann die Querschnittsfläche
der Passage 27 kleiner an der Stelle der äusseren Kante 7 gemacht werden. Um eine
ausreichende Kraft zum Anheben des Kolbens 36 zu erhalten, kann eine Feder anstelle
der Druckkammer 34 verwendet werden.
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Die primäre, durch den erfirldungsgemässen Zentrifugalabscheider zu
behandelnde Flüssigkeit ist nicht auf Treibstoff- oder Heizöl beschränkt, sondern
es können auch mineralische, tierische,Qpflanzliche Öle oder irgendwelche andere
Flüssigkeiten behandelt werden,die sich in drei Schichten trennen lassen. Wenn die
schwere Flüssigkeit kein Wasser ist, wird eine Flüssigkeit, die hinsichtlich ihrer
Qualität mit der schweren Flüssigkeit vergleichbar und frei von fester Materie ist,den
Rohren 72, 73 und 74 anstelle von Wasser zugeführt.