DE2705840A1

DE2705840A1 - Verfahren und vorrichtung zur selbsttaetigen abfuhr einer verdickten fraktion aus dem rotor einer zentrifuge

Info

Publication number: DE2705840A1
Application number: DE19772705840
Authority: DE
Inventors: Jan Putterlik
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1977-02-11
Publication date: 1977-08-18
Also published as: FR2340774A1; GB1544775A; CA1052754A; CS188429B1; BR7700840A; CH615366A5; IT1071309B; IN147761B; SE7700996L; JPS52107672A; US4078718A

Description

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ 8OOO München 22 - Stelnsdorfstr. 1O TELEFON (O89) 2379OI - 29 79 44 - 2BSS1O Telex 522 Ο4β · Telegramm Allpatent München

PATENTANWÄLTE Dipl.-Ina. R. BEETZ sen. Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.·Ing. R. BEETZ Jr. DtPL-PhVS-U-HEIDRICH

Dr.-Ing. W. TIMPE Dipl.·Ina. J. SIEQPRIED

233-26.53OP

11. 2. 1977

Ceskoslovenskä akademie ved, PRAG - CSSR

Verfahren und Vorrichtung zur selbsttätigen Abfuhr einer verdickten Fraktion aus dem Rotor einer

Zentrifuge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selbsttätigen Abfuhr einer verdickten Fraktion aus dem Rotor einer Zentrifuge.

Die erfindungsgemäße Anordnung, die zum öffnen der Abfuhrdüsen ein gesteuertes periodisches Erhöhen des Druckes im Zentrifugenrotor ausnützt, ist vor allem für ein Verdicken von Suspensionen geeignet,

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deren verdickte Fraktion sich mit ihrer spezifischen Masse von der spezifischen Masse der Ausgangssuspension nicht wesentlich unterscheidet.

In der tschechoslowakischen Urheberbescheinigung Nr. 153 120 ist eine Vorrichtung für ein selbsttätiges Steuern der Abfuhr einer verdickten Fraktion aus einem Zentrifugenrotor beschrieben, das auf der Ausnützung elastischer Deformationen elastisch nachgiebiger Körper beruht, durch welche Ventilstangen führen, die Düsen am Umfang des Zentrifugenrotors öffnen und schließen. Die erwähnten elastisch nachgiebigen Körper befinden sich im Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Niveau der verdickten Fraktion, und ihre Deformationen können, da sie von der Verteilung des hydrostatischen Druckes in deren Umgebung abhängig sind, zum Steuern der Lage der Ventilstangen gegenüber den Abfuhrdüsen ausgenützt werden. Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist folgende:

Soweit das Niveau der verdickten Phase nicht den elastisch nachgiebigen Körper erreicht, bleibt die Abfuhrdüse durch die Ventilstange geschlossen. Sobald jedoch die zunehmende verdickte Fraktion gegen die Mitte des Zentrifugenrotors ansteigt, wirkt sie auf den erwähnten Körper wegen ihrer höheren spezifischen Masse als der der verarbeiteten Suspension mit höherem Druck und trachtet, diesen Körper senkrecht zur Ventiletange durch Zusammendrücken bei dessen gleichzeitigem Verlängern in Richtung gegen die Rotorachse zu deformieren. Diese Deformation, die mittels einer Beilage auf die Ventilstange übertragen wird, veranlaßt ein öffnen der Abfuhrdüse. Wenn nun beim öffnen der Abfuhrdüse das Niveau der verdickten Fraktion sinkt, hört der erhöhte Druck auf den elastisch nachgiebigen Körper auf zu wirken, der Körper kommt elastisch in

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seinen ursprünglichen Zustand zurück, und die Ventilstange schließt die Abfuhrdüse wieder. Die beschriebenen Vorgänge wirken augenblicklich, d. h. es kommt zu einer verhältnismäßig schnellen Änderung vom geschlossenen zum offenen Zustand und umgekehrt, da das Verschieben der Ventilstange durch das Ansteigen des auf die Stirnwand der Ventilstange wirkenden hydrostatischen Druckes beim öffnen bzw. durch ein Sinken dieses Druckes beim Schließen der Düse unterstützt wird.

Die beschriebene Anordnung arbeitet verläßlich beim Zentrifugieren der meisten Suspensionen, jedoch kommen beim Zentrifugieren von Suspensionen mit sehr geringem Unterschied der spezifischen Masse der verdickten Fraktion gegenüber der spezifischen Masse der Ausgangssuspension (z. B. biologische Schlämme, Hefesuspensionen und dergleichen) die Ventilstangen erst nach Erreichen eines größeren Unterschiedes des unteren und oberen Standes des Niveaus der verdickten Fraktion in Tätigkeit. Beim Ablassen der verdickten Fraktion und beim Sinken ihres Niveaus bis zum unteren Stand entstehen ein Durchspritzen der dünnen Fraktionen und so eine Herstellung der Konzentration des resultierenden Produktes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die erwähnten Nachteile der in der tschechoslowakischen Urheberbescheinigung Nr. 153 120 beschriebenen Vorrichtung zu beheben und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zu schaffen, bei der im Zentrifugenrotor dauernd ein genügender Vorrat der verdickten Fraktion erhalten wird, der einem Durchspritzen der dünnen Fraktionen vorbeugt.

Der erwünschte kleine radiale Unterschied zwischen dem unteren und dem oberen Niveau der verdickten Fraktion wird nach dem Prinzip der Erfindung derart erzielt, daß

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die elastisch nachgiebigen Körper selbständig lediglich beim Schließen der Abfuhrdüsen arbeiten, während beim öffnen ihre Arbeitsweise durch ein im folgenden beschriebenes periodisches Einwirken von Druckunterschieden auf Teile ihrer Oberfläche unterstützt wird.

Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur selbsttätigen Abfuhr einer verdickten Fraktion aus dem Rotor einer Zentrifuge über eine Abfuhrdüse in Abhängigkeit vom steigenden und sinkenden Niveau der verdickten Fraktion, wobei ein öffnen und Schließen der Abfuhrdüsen von Formänderungen eines elastisch nachgiebigen Körpers gesteuert wird, der im Gebiet des radialen Bereiches des oberen und des unteren Standes der verdickten Fraktion im Rotor angeordnet ist, mit dem Kennzeichen, daß die Stirnwand eines elastisch nachgiebigen Körpers, die der Rotorachse zugekehrt ist, einem konstanten hydrostatischen Druck ausgesetzt wird, der vom hydrostatischen Druck der Suspension bzw. der verdickten Fraktion, welche den restlichen Teil der Oberfläche dieses Körpers umgibt, unabhängig ist, wobei der Druck der Suspension bzw. der verdickten Fraktion im Rotor periodisch durch Erhöhen des Niveaus der Suspension im Rotor erhöht wird.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß ein periodisches Erhöhen des Niveaus der Suspension im Rotor der Zentrifuge durch periodisches Erhöhen des Druckes in der Abfuhrleitung der geklärten Fraktion erzielt wird.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die Abfuhrdüsen enthält, in welche Ventilstangen eingreifen, die mit ihrem

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der Rotorachse zugekehrten Ende durch elastisch nachgiebige Körper durchführen und an diesem Ende mittels einer Beilage an den der Rotorachse zugekehrten Stirnwänden eingehängt sind, mit dem Kennzeichen, daß an diesen Stirnwänden elastische Manschetten vorgesehen sind, die über Ränder von Kammern am Umfang eines scheibenförmigen Regelkörpers übergezogen sind, der sich in der Symmetrieebene des Zentrifugenrotors zwischen den Blöcken der Abscheideteller befindet, wobei im inneren Teil dieses Regelkörpers ein Raum vorgesehen ist, der mit den einzelnen Kammern durch Kanäle in Verbindung steht und mit den Kanälen und Kammern teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, wobei in der Abfuhrleitung der geklärten Fraktion ein Oerät zum Erhöhen des Durchflußwiderstandes angeschlossen ist.

Die Stirnwände des Raumes im Mittelteil des Regelkörpers sind vorteilhaft durch Membranen verschlossen, die einen Druckausgleich ermöglichen.

Der Steuereingang der Vorrichtung zum Erhöhen des Durchflußwiderstandes kann mit den Ausgang einer Steuerimpulsquelle verbunden sein.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens undder Vorrichtung beruht darin, daß auch bei sehr kleinen Unterschieden der spezifischen Masse der verdickten Fraktion und der Ausgangssuspension kein Durchspritzen der dünneren Fraktionen aus dem Zentrifugenrotor zustandekommt.

Ferner ist auch vorteilhaft, daß die Verstärkung der Wirkungsweise der elastisch nachgiebigen Körper auch zum Reinigen der Zentrifuge ausgenützt werden kann. Es ist vorteilhaft, daß man zu diesem Zweck statt der Suspension in die Zentrifuge Wasser oder ein anderes Reinigungsmedium zuführt und nach einem der Zeit nach bestimmten Betrieb

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des Abschließens der Abfuhr der geklärten Fraktion den Betrieb einstellt. Die Lösung des Regelsystems in einer einzigen Maschineneinheit, d. h. im Regelblock, der den Hydromechanismus aller Abfuhrdüsen enthält, bietet eine einfache Manipulation beim Auseinandernehmen und Zusammensetzen der inneren Bestandteile des Rotors. Dabei sind die wasserdichte Verbindung der beweglichen Teile mittels elastischer Manschetten und die Anordnung von Membranen zum Ausgleich des Druckes besonders vorteilhaft.

Einen weiteren Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Zentrifuge bieten Nuten am Umfang des Regelkörpers und am Umfang der Abscheideteller, mittels welcher die Abscheideteller an den Radialschaufeln im Rotorinneren axial aufgezogen sind. Es entfällt dabei die innere mit Nuten versehene Welle, die an allen Tellerzentrifugen üblich ist, so daß dadurch die Konstruktion vereinfacht und der Innenraum des Rotors für den technologischen Vorgang gleichzeitig ausgenützt werden können.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Rotor einer Zentrifuge; und

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Rotor einer Zentrifuge.

Fig. 1 zeigt einen Rotor 1, der am Umfang Abfuhrdüsen 2 für die Abfuhr der verdichteten Fraktion enthält. In den Rotor 1 ist von beiden Seiten ein statischer Rohrkörper 3 mit einem Kanal 4 für die Zufuhr der Suspension und mit einem Greifer 5 und einem Kanal 6 für die Abfuhr der geklärten Fraktion eingesetzt. In der Abfuhrleitung 7 der

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geklärten Fraktion ist ein Gerät 6 zum Erhöhen des Durchflußwiderstandes angeschlossen, dessen Steuereingang mit dem Ausgang einer Quelle 22 von Steuerimpulsen in Verbindung steht. Im Inneren des Rotors 1 befinden sich Radialschaufeln 9 (siehe Fig. 2), auf welchen mittels ihrer Nuten 10 beide Blöcke der Abscheideteller 11 und der Regelkörper 12 eingesetzt sind. Der Regelkörper 12 besitzt an seinem Umfang Kammern 13. über jede Kammer 13 ist von außen eine elastische Manschette 14 aufgezogen, an welche ein elastisch nachgiebiger Körper 15 angeschlossen ist. In der Kammer 13 stützt sich gegen diesen Körper 15 eine Auswuchtungsscheibe 16 ab, die eine eingehängte Ventilstange 17 trägt, die wasserdicht durch den Körper 15 führt und als ein Ventil 18 endet. Die Kammern 13 sind durch Kanäle 19 mit einem mittleren Raum 20 verbunden, dessen Stirnwände durch Membranen 21 für einen Druckausgleich gebildet werden. Das erwähnte Gerät 8 kann ein Ventil, eine drehbare Klappe, ein Schieber oder dergleichen sein.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Rotor der Zentrifuge, wo die schon in der Beschreibung der Fig. 1 erwähnten Elemente dargestellt sind.

Während des Betriebes erreicht die Flüssigkeit im Rotor gewisse radiale Höhen, die in Fig. 1 folgendermaßen bezeichnet sind: das Niveau a und das erhöhte Niveau aa der Flüssigkeitsfüllung im Regelkörper 12, das Niveau b der geklärten Fraktion, das erhöhte Niveau bb der geklärten Fraktion, das Niveau c der Zufuhr der Suspension, das erhöhte Niveau cc der Zufuhr der Suspension, das Niveau d des unteren Standes der verdickten Fraktion.

Die Durchflußrichtungen sind folgendermaßen bezeichnet: Zufuhr in den Zentrifugenrotor ί durch den Pfeil e,

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Richtung der Abfuhr der geklärten Fraktion aus der Zentrifuge durch den Pfeil f, Schleuderrichtung der verdickten Fraktion aus dem Rotor 1 durch den Pfeil g.

Innerhalb des Regelkörpers 12 ist eine Flüssigkeitsfüllung, deren Inhalt so bestimmt ist, daß während des Betriebes das Niveau dieser Füllung im Raum 20 eine radiale Höhe erreicht, die z. B. durch das Niveau a bezeichnet ist. Bei gewissem Widerstand der abgeführten geklärten Fraktion in der Abfuhrleitung 7 und weiter außerhalb der Zentrifuge stellt sich die geklärte Fraktion bei einem Tauchen des Greifers 5 auf eine radiale Höhe ein, die z. B. durch das Niveau b bezeichnet ist. In der Zufuhr wird die Suspension gleichfalls auf einer gewissen radialen Höhe eingestellt, die einem äquivalenten Druckabfall für den Durchfluß durch die Zentrifuge entspricht, welche Höhe beispielsweise durch das Niveau c bezeichnet ist.

Durch die Flüssigkeitsfüllung des Regelkörpers 12 und die Nassen der Auswuchtungsseheibe 16, des elastisch nachgiebigen Körpers 15 und der Ventilstange 17 ist das Regelsystem für ein Schließen der Abfuhrdüse 2 eingestellt, sobald das Niveau der verdickten Nasse auf den unteren zulässigen Grenzwert sinkt, d. h. sobald ein Sinken des Niveaus ein gewisses Emportauchen des Körpers 15 bewirkt, das z. B. durch das Niveau d bezeichnet ist.

Die Suspension tritt in den Zentrifugenrotor 1 in Richtung des Pfeiles e über den Kanal 4 ein. Die Suspension fließt weiter auf bekannte Art durch den Rotor 1 in engen, zahlreichen Spalten zwischen den Abscheidetellern 11 und teilt sich in die geklärte und die verdickte Fraktion. Die geklärte Fraktion wird zentripetal abgeführt, durch den

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Greifer 5 erfaßt und verläßt über den Kanal 6 und das Gerät 8 die Zentrifuge.

Die verdickte Fraktion wird zentrifugal in den Raum um die Abscheideteller 11 abgeführt, wo sie sich sammelt, bildet eine verdickte Masse mit einem zentripetal ansteigenden Niveau und umgibt den Körper 15«

Ein öffnen der Abfuhrdüsen 2 ist nicht wie bei den bisherigen Vorrichtungen lediglich vom Erreichen des oberen Standes des Niveaus der verdickten Nasse gesteuert, sondern es schaltet sich selbsttätig eine Verstärkung des hydrostatischen Auftriebes bzw. der Deformation des Körpers 15 ein, die ein gleichzeitiges öffnen aller Düsen 2 verursacht. Diese Verstärkung dauert nur eine sehr kurze Zeit, so daß im folgenden Augenblick auf den Körper 15 nur mehr der hydrostatische Druck im Rotor 1 einwirkt, für welchen das Regelsystem eingestellt ist. Deshalb kommt es, sobald nach genügendem Abschleudern der verdickten Fraktion deren Niveau auf das untere zulässige Niveau sinkt, bei welcher der Körper 15 entsprechend aufgetaucht ist, zu einem Schließen der Abfuhrdüse 2. Das verläuft schon unabhängig vom äußeren Steuern des hydrostatischen Druckes im Rotor 1. In Fig. 1 ist dieses Schließen bei der unteren Abfuhrdüse 2 angedeutet, während die obere Abfuhrdüse geöffnet dargestellt ist.

In Fig. 2 sind die Abfuhrdüsen 2 abwechselnd geöffnet und geschlossen gezeichnet. In der Zeichnung ist auch die Deformation der elastischen Manschette 14 bei zentripetalem hydrostatischem Auftrieb ersichtlich. Das periodische Verstärken des hydrostatischen Auftriebes des Körpers 15 wird durch kurzzeitiges Schließen und teilweises Schließen des Gerätes 8 erzielt. Dadurch kommt es zu einem periodischen Unterbrechen oder Verlangsamen der Abfuhr der geklärten

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Fraktion aus dem Rotor 1, was bei einer stetigen Zufuhr der Suspension in den Zentrifugenrotor 1 in gewissen Zeitintervallen ein kurzzeitiges Erhöhen des Niveaus b der geklärten Fraktion und des Niveaus c in der Zufuhr der Suspension auf erhöhte Niveaus bb und cc zur Folge hat. Dieses radiale Erhöhen des Niveaus der geklärten Fraktion verursacht ein Erhöhen des hydrostatischen Druckes im Rotor 1 und das schon erwähnte Verstärken des hydrostatischen Auftriebes bzw. der Deformation des Körpers 15. Bei gleichzeitigem Offnen aller Abfuhrdüsen 2 kommt es durch zentripetalen Hub bzw. Deformation der Körper 15 und Verdrängen der elastischen Manschetten 14 in die Kammern 13 zu einem Ansteigen des Niveaus a zu einem erhöhten Niveau aa der Flüssigkeitsfüllung des Regelkörpers 12. Dieses Ansteigen des Niveaus a auf das erhöhte Niveau aa ist jedoch gegenüber dem Ansteigen der Niveaus b und c auf bb und cc gering, so daß die Verstärkung des hydrostatischen Auftriebes der Körper 15 dadurch nicht beeinträchtigt wird. Das periodische kurzzeitige Schließen des Gerätes 8 kann durch eine Quelle 22 von Steuerimpulsen ausgeführt werden, die auf die zeitliche Frequenz des Schließens und auf die Zeit zwischen dem Schließen und dem Offnen des Gerätes 8 eingestellt werden kann.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

rl} Verfahren zur selbsttätigen Abfuhr einer verdickten Fraktion aus dem Rotor einer Zentrifuge über eine Abfuhrdüse in Abhängigkeit vom steigenden und sinkenden JNiveau der verdickten Fraktion, wobei ein öffnen und Schließen der Abfuhrdüsen von Formänderungen eines elastisch nachgiebigen Körpers gesteuert wird, der im Gebiet des radialen Bereiches des oberen und des unteren Standes der verdickten Fraktion im Rotor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwand eines elastisch nachgiebigen Körpers, die der Rotorachse zugekehrt ist, einem konstanten hydrostatischen Druck ausgesetzt wird, der vom hydrostatischen Druck der Suspension bzw. der verdickten Fraktion, welche den restlichen Teil der Oberfläche dieses Körpers umgibt, unabhängig ist, wobei der Druck der Suspension bzw. der verdickten Fraktion im Rotor periodisch durch Erhöhen des Niveaus der Suspension im Rotor erhöht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein periodisches Erhöhen des Niveaus der Suspension im Rotor der Zentrifuge durch periodisches Erhöhen des Druckes in der Abfuhrleitung der geklärten Fraktion erzielt wird.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrene nach Anspruch 1 oder 2, die Abfuhrdüsen enthält, in welche Ventilstangen eingreifen, die mit ihrem der Rotorachse zugekehrten Ende durch elastisch nachgiebige Körper durchführen und an diesem Ende mittels einer Beilage an den der Rotorachse zugekehrten Stirnwänden eingehängt sind, dadurch gekennzeichnet,

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ORIGINAL INSPECTED

daß an diesen Stirnwänden elastische Manschetten (14) vorgesehen sind, die über Ränder von Kammern (13) am Umfang eines scheibenförmigen Regelkörpers (12) übergezogen sind, der sich in der Symmetrieebene des Zentrifugenrotors (1) zwischen den Blöcken der Abscheideteller

(11) befindet, wobei im inneren Teil dieses Regelkörpers

(12) ein Raum (20) vorgesehen ist, der mit den einzelnen Kammern (13) durch Kanäle (19) in Verbindung steht und mit den Kanälen (19) und Kammern (13) teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, wobei in der Abfuhrleitung (7) der geklärten Fraktion ein Gerät (8) zum Erhöhen des Durchflußwiderstandes angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnwände des Raumes (20) im mittleren Teil des Regelkörpers (12) durch Membranen (21) verschlossen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang des Gerätes (8) mit dem Ausgang einer Quelle (22) von Steuerimpulsen verbunden ist.

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