DE2736893C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten mit einer Außentrommel und einer als Förderschnecke ausgebildeten Innentrommel, die über ein Getriebe mit der Außentrommel gekuppelt ist und mit einer von der Drehzahl der Außentrommel abweichenden Drehzahl rotiert, und mit einem regelbaren Bremsgenerator, der mit einer von beiden Trommeln gekuppelt ist.

Eine derartige Zentrifuge ist durch die US-PS 19 26 995 bekanntgeworden. Um Beschädigungen der sehr großen und teuren, in einem Zahnradkasten angeordneten Zahnräder eines Differentialgetriebes möglichst auszuschließen, bremst ein Generator die Außentrommel ab, wenn die Zahnräder des Differentialgetriebes zu stark belastet werden. Dieser Fall tritt bei ansteigender Leistung des Motors ein. Aufgrund des Antriebes über das in dem Zahnradkasten angeordnete Differentialgetriebe liegt die Drehzahldifferenz zwischen der Innen- und der Außentrommel dieser Zentrifuge auf einem vorbestimmten festen, nicht regelbaren Wert fest. Eine Regelung der Drehzahldifferenz ist nicht möglich, und der Bremsgenerator dient nur dazu, den festgelegten Wert der Drehzahldifferenz zu halten. Um bei einer Zentrifuge mit zwei Trommeln einen möglichst trockenen Feststoff zu erreichen, sollte die Drehzahldifferenz zwischen der Innen- und der Außentrommel möglichst gering sein. Wenn jedoch bei dieser Zentrifuge eine niedrige Drehzahldifferenz fest eingestellt wird, kann dies zum Festlaufen der Innentrommel infolge eines Anhäufens von Feststoff führen, sobald sich eine zu große Abweichung von den bei der Einstellung geltenden Prozeßgrößen ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zu schaffen, die es erlaubt, insbesondere selbsttägig eine möglichst niedrig eingestellte Drehzahldifferenz konstant zu halten und bei Änderung des verlangten Drehmomentes, d. h. bei drohendem Festlaufen der Innentrommel, eine vorübergehend erhöhte Drehzahldifferenz zu erreichen, ohne daß dies zu einem schwankenden Trockenstoffgehalt führt.

Diese Aufgabe wird bei einer Zentrifuge der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Bremsgenerator mit der Innentrommel gekuppelt und Bestandteil einer eine Drehzahldifferenz zwischen der Außen- und der Innentrommel aufrechterhaltenden Regelung ist, die aus zwei miteinander verbundenen Regelkreisen besteht, von denen der erste ein Einstellorgan zum Einstellen der Drehzahl der Innentrommel umfaßt, das ein der Drehzahl der Innentrommel proportionales Ausgangssignal an einen Drehzahlregelverstärker abgibt, und der mit dem ersten verbundene zweite Regelkreis einen integrierenden Regler umfaßt, der ein zu dem Generatorstrom proportionales Signal an den Drehzahlregelverstärker abgibt und bei unerwünschten Drehzahldifferenzen die Drehzahl des Generators vorübergehend ändert. Damit läßt sich eine stabile Regelung der Außen- und Innentrommel einer Zentrifuge erreichen, bei der zwei Regelvorgänge, nämlich eine proportionale und eine integrierende Regelung, kombiniert stattfinden. Mit Hilfe der beiden miteinander gekoppelten Regelkreise läßt sich zum einen die Drehzahldifferenz möglichst niedrig halten, um einen möglichst großen Feststoffanteil am Ausgang der Zentrifuge zu erhalten. Zum anderen läßt sich vermeiden, daß der Feststoffanteil in der Zentrifuge zu groß wird und die Zentrifuge festläuft.

In vorteilhafter Ausgestaltung empfängt ein erster Eingang des Drehzahlregelverstärkers das Ausgangssignal des Einstellorgans, ein zweiter Eingang das zu der Drehzahl des Generators proportionale Signal und ein dritter Eingang das einen Zielwert I _S für den Generatorstrom I bildende Signal des integrierenden Reglers. Sobald sich eine zu geringe Drehzahldifferenz zwischen der Außen- und der Innentrommel ergibt, wird der Zielwert für den Generatorstrom I erhöht und der Generator dadurch abgebremst, so daß die Drehzahl der Außentrommel ab- und die Drehzahl der Innentrommel zunimmt.

Wenn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ein Stromregelverstärker mit zwei Eingängen an den Drehzahlregelverstärker angeschlossen ist, von denen der erste Eingang den Zielwert I _S und der zweite Eingang das zu dem Generatorstrom proportionale Signal empfängt, sind ein zusätzliches Bremsen des Generators und eine entsprechend höhere Differenzdrehzahl möglich.

Wenn der integrierende Regler bei einem zunehmenden Eingangssignal eine kleinere Zeitkonstante als bei einem abnehmenden Eingangssignal besitzt, wird der Regelkreis stabilisiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Zentrifuge und

Fig. 2 einen Regelkreis, der bei der Zentrifuge von Fig. 1 angewendet wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Zentrifuge umfaßt eine Außentrommel 1 mit einem konischen Teil 2. In der Außentrommel 1 befindet sich eine Innentrommel 3, die ebenfalls konisch verläuft und als Förderschnecke ausgebildet ist. Am breiten Ende der Trommeln befindet sich ein zentrales Zufuhrrohr 4, das dazu dient, der Zentrifuge eine Mischung aus Flüssigkeit und Feststoff zuzuführen. Weiterhin befindet sich auf derselben Seite der Trommeln eine Abfuhröffnung 5 für die vom Feststoff befreite Flüssigkeit. Das Flüssigkeitsniveau in den Trommeln, bei dem Abfuhr der Flüssigkeit erfolgt, wird durch ein einstellbares Stauorgan 6 bestimmt.

Bei der abgebildeten Zentrifuge ist für den Antrieb ein Kurvenscheiben-Untersetzungsgetriebe 7 vorgesehen, versehen mit einer Trommelriemenscheibe 8 für den Antrieb der Außentrommel 1 und mit einer Schneckenriemenscheibe 9, die mit der Innentrommel 3 gekuppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe ergibt im vorliegenden Beispiel ein Übersetzungsverhältnis von 25 : 1, so daß bei einer Drehzahl der Trommelriemenscheibe n _tp =1600 und einer Drehzahl der Schneckenriemenscheibe n _wp =1400 die Außentrommel 1 eine Drehzahl n _t =1600 hat, während die Innentrommel 3 eine Drehzahl

hat. Daraus ergibt sich auch, daß eine Abbremsung der Schneckenriemenscheibe 9 eine höhere Drehzahl der Innentrommel 3, also eine höhere Drehzahldifferenz, zur Folge hat.

Mit der Schneckenriemenscheibe 9 ist eine als Generator wirkende elektrische Maschine 20 (Fig. 2) gekuppelt, z. B. über eine Riemenübertragung.

Der Regelkreis umfaßt ein Potentiometer 21, mit dessen Hilfe ein bestimmter Spannungswert eingestellt werden kann, der dem einen Eingang 22 eines Drehzahlregelverstärkers 23 zugeführt wird. Dieser Spannungswert entspricht der Drehzahl n _wp der Schneckenriemenscheibe 9. Der Verstärker 23 hat ferner noch zwei Eingänge 24 und 25, deren Funktion noch näher beschrieben werden wird. Der Verstärker 23 wirkt als Differenzverstärker und zugleich als Umkehrverstärker. Am Ausgang des Verstärkers 23 entsteht nun ein Spannungssignal, das mittels eines Potentiometers 27 einem Eingang 29 eines zweiten Verstärkers 28 zugeführt wird und als Zielwert I _s für den Generatorstrom I der Maschine 20 dient. Weiterhin wird einem zweiten Eingang 30 des Verstärkers 28 ein dem Strom I proportionales Signal über eine Rückkopplungsschleife zugeführt, die einen Umformer 31 zum Umsetzen einer Spannung in Phasendifferenzen, eine Thyristorregelvorrichtung 32, einen Stromtransformator 33 und einen Gleichrichter 34 umfaßt. Die Thyristorregelvorrichtung 32 ist weiterhin mit dem Generator der Maschine 20 gekoppelt, der wieder mit einem Tachogenerator 35 gekoppelt ist, der dem Eingang 24 des Verstärkers 23 ein der Drehzahl des Generators der Maschine 20 entsprechendes Signal zuführen kann.

Wenn das Signal des Tachogenerators 35 am Eingang 24 größer ist als das der eingestellten Drehzahl der Schneckenriemenscheibe 9 entsprechende Signal, bedeutet dies, daß der Generator, und also auch die Schneckenriemenscheibe 9, eine zu große Drehzahl hat, was infolge des zwischengeschalteten Kurvenscheiben-Untersetzungsgetriebes 7 eine zu geringe Drehzahldifferenz zwischen der Außentrommel 1 und der Innentrommel 3 zur Folge hat.

Der Verstärker 23 erzeugt nun infolge der an den Eingängen 22 und 24 herrschenden Eingangsspannungen einen höheren Zielwert für den Strom I des Generators der Maschine 20, wodurch der Generator abgebremst wird. Auch wird dadurch die Schneckenriemenscheibe 9 abgebremst, so daß die Drehzahl n _wp abnimmt und die Drehzahl n _w der Innentrommel 3 zunimmt.

Es hat sich gezeigt, daß eine solche Regelung der Drehzahldifferenz nicht genügt, um ein Festlaufen zu vermeiden. Wird bei einer gewählten Differenzdrehzahl die Menge oder die Konzentration des zu zentrifugierenden Stoffes erhöht, so kann die Transportkapazität der Zentrifuge überschritten werden; es wird mehr Stoff niedergeschlagen als ausgetrieben, wobei der Stoff eine unverrückbare Verbindung zwischen Trommel und Schnecke bildet.

Dazu wird das dem Eingang 30 des Verstärkers 28 zugeführte Rückkopplungssignal, das dem Strom I proportional ist, auch einem integrierenden Organ 38 zugeführt. Der Ausgang dieses integrierenden Organs 38 ist mit dem Eingang 25 des Drehzahlregelverstärkers 23 verbunden. Eine Steigerung des I-Wertes durch höhere Ablagerung verschafft nun vorübergehend ein zusätzliches Eingangssignal am Eingang 25, wodurch der Zielwert für I höher wird und eine vorübergehende zusätzliche Bremsung des Generators und der Schneckenriemenscheibe 9 auftritt, so daß die Differenzdrehzahl höher wird.

Diese zusätzliche Bremsung führt eine geregelte Drehzahldifferenzerhöhung zwischen der Innentrommel 3 und der Außentrommel 1 herbei, um das höhere Stoffangebot zu räumen. Die Regelung ist kontinuierlich und sorgt für eine nicht-pendelnde Drehzahldifferenz.

Das integrierende Organ 38 hat bei einem zunehmenden Eingangssignal eine kleinere Zeitkonstante als bei einem abnehmenden Eingangssignal, was die Stabilität des Regelkreises bewirkt.

Claims (4)

1. Zentrifuge zum Abtrennen von Feststoffen aus Flüssigkeiten mit einer Außentrommel und einer als Förderschnecke ausgebildeten Innentrommel, die über ein Getriebe mit der Außentrommel gekuppelt ist und mit einer von der Drehzahl der Außentrommel abweichenden Drehzahl rotiert, und mit einem regelbaren Bremsgenerator, der mit einer von beiden Trommeln gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsgenerator (Maschine 20) mit der Innentrommel (3) gekuppelt und Bestandteil einer eine Drehzahldifferenz zwischen der Außen- und der Innentrommel (1, 3) aufrechterhaltenden Regelung ist, die aus zwei miteinander verbundenen Regelkreisen besteht, von denen der erste ein Einstellorgan (Potentiometer 21) zum Einstellen der Drehzahl der Innentrommel (3) umfaßt, das ein der Drehzahl der Innentrommel (3) proportionales Ausgangssignal an einen Drehzahlregelverstärker (23) abgibt, und der mit dem ersten verbundene zweite Regelkreis einen integrierenden Regler (Organ 38) umfaßt, der ein zu dem Generatorstrom (I) proportionales Signal an den Drehzahlregelverstärker (23) abgibt und bei unerwünschten Drehzahldifferenzen die Drehzahl des Generators (Maschine 20) vorübergehend ändert.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Eingang (22) des Drehzahlregelverstärkers (23) das Ausgangssignal des Einstellorgans (Potentiometer 21), ein zweiter Eingang (24) das zu der Drehzahl des Generators (Maschine 20) proportionale Signal und ein dritter Eingang (25) das einen Zielwert (I _S ) für den Generatorstrom (I) bildende Signal des integrierenden Reglers (Organ 38) empfängt.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromregelverstärker (Verstärker 28) mit zwei Eingängen (29, 30) an den Drehzahlregelverstärker (23) angeschlossen ist, von denen der erste Eingang (29) den Zielwert (I _S ) und der zweite Eingang (30) das zu dem Generatorstrom (I) proportionale Signal empfängt.

4. Zentrifuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierende Regler (Organ 38) bei einem zunehmenden Eingangssignal eine kleinere Zeitkonstante als bei einem abnehmenden Eingangssignal besitzt.