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Zentrifugalseparator mit zentraler Verrie-
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gelungsvorrichtung Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalseparator,
dessen Rotor zwei Teile besitzt, die zusammen die Trennkammer des Rotors umgrenzen
und von denen der eine Teil mit einem zentralen Zapfen vereint ist, während der
andere Teil mit Hilfe einer diesen Zapfen umgebenden Hülse lösbar fixiert ist relativ
zum Zapfen und damit relativ'zu dem genannten einen Rotorteil entgegen der Wirkung
von während des Trennvorganges entstehenden axialen Kräften von der Flüssigkeit
in der Trennkammer.
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Ein Zentrifugalseparator von dieser Art ist beispielsweise durch die
US-Patentschrift 519 085 bekanntgeworden, bei dem die genannte Hülse von einer zentral
angeordneten Mutter dargestellt wird, die auf dem genannten zentralen Zapfen festgeschraubt
ist. Innerhalb der Trennkammer des Zentrifugenrotors, d.h. zwischen den axial zusammengehaltenen
Rotorteilen ist ein Satz konischer Platten angeordnet, die den Trenneffekt
des
Zentrifugenrotors erhöhen. Ein ähnlicher Zentrifugalseparator ist aus der schwedischen
Patentschrift 37 195 bekannt, bei dem anstelle einer Mutter der oben beschriebenen
Art eine Schraube angewendet wird, die mit einem verhältnismäßig großen Kopf versehen
ist. Die Schraube ist in einem zentralen axialen Loch in dem oberen Ende des zentralen
Zapfens festgeschraubt und legt mit Hilfe des Kopfes die beiden Rotorteile relativ
zueinander fest.
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Bevor Zentrifugenrotoren von dieser Art entstanden, d.h.
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Zentrifugenrotoren mit zwei durch eine zentrale Verriegelungsvorrichtung
zusammengehaltenen Teilen, wurden die Zentrifugenrotoren oft in einem zusammenhängenden
Stück in Gestalt einer aufwärts offenen Schale hergestellt. Bei einem derartigen
schalenförmigen Zentrifugenrotor war die öffnung oben verhältnismäßig klein, damit
soviel Flüssigkeit wie möglich in dem Rotor während des Antriebes Platz finden konnte.
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Etwa um das Jahr 1890 wurden die sogenannten OC -Platten erfunden
(man vergleiche hierzu beispielsweise den Plattensatz in der genannten amerikanischen
Patentschrift), bei denen es sich gezeigt hatte, daß die Trennwirkung bei einem
Zentrifugalseparator sehr wesentlich erhöht wurde (derartige OC -Platten werden
immer noch bei Zentritugalseparatoren der hier in Rede
stehenden
Art verwendet). Um einen Satz von OL -Platten in den Trennraum eines Zentrifugenrotors
einzuführen ist es notwendig, den Zentrifugenrotor in zwei Teilen herzustellen,
die mit Hilfe einer Verriegelungsvorrichtung von der einen oder anderen Art zusammengehalten
werden. Eine wesentliche Forderung an die Verriegelungsvorrichtung besteht darin,
daß beide Rotorteile auseinandernehrabar sein müssen, wenn eine Inspektion der inneren
Bauteile oder eine Reinigung des Zentrifugenrotors notwendig ist.
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Nachdem die Anforderungen in Bezug auf die Kapazität für Zentrifugalseparatoren
der hier in Rede stehenden Art größer wurden, zeigte es sich verhältnismäßig bald,
daß eine zentrale Verriegelungsvorrichtung von der Art, wie sie beispielsweise in
den beiden oben genannten Patenten gezeigt ist, nicht kräftig genug war, um im Betrieb
den entstehenden großen axialen Kräften zu widerstehen, die von der in dem Trennraum
des Zentrifugenrotors befindlichen Flüssigkeit verursacht werden.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die betreffenden axialen Kräfte bei
-einem wassergefüllten Zentrifugenrotor mit einem Durchmesser von 500 mm bei einer
Drehgeschwindigkeit von 6000 Umdrehungen pro Minute bis auf etwa 120 000 kp steigen.
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Die zentralen Verriegelungsvorrichtungen wurden daher für
große
Zentrifugenrotoren etwa um 1920 herum aufgegeben. Seit diesem Zeitpunkt werden stattdessen
sogenannte Verriegelungsringe verwendet, die dazu eingerichtet sind, die Rotorteile
in der Nähe dessen Umfangs zusammenzuhalten. Verschiedene Konstruktionen für derartige
Verriegelungsringe finden sich heute auf dem Markt. Eine derartige Konstruktion
zeigt die amerikanische Patentschrift 3 785 548.
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Ein lange bekannter Nachteil bei diesen Verriegelungsringen besteht
darin, daß sie die ganze Anordnung zum Zusammenhalten der Rotorteile sehr schwer
machten, wobei sie infolge ihrer Anordnung am Umfang des Zentrifugenrotors das Auswuchten
des Zentrifugenrotors erschwerten, d.h. also die Zentrierung des Schwerpunktes des
Zentrifugenrotors. Ein ordnungsgemäßes Auswuchten des Zentrifugenrotors ist von
äußerster Wichtigkeit für den Betrieb des Zentrifugenrotors.
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Ein anderer Nachteil des am Umfang des Rotors angeordneten Verriegelungsringes
besteht darin, daß das Auseinandernehmen des Zentrifugenrotors oft erschwert wird
aufgrund von Korrosion oder von Ablagerungen in dessen Gewindeverbindung mit dem
einen Rotorteil.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Zusammenhalt der
zwei Rotorteile auf eine Weise zu ermögichen, die die
Nachteile
der bisher bekannten Verriegelungsvorrichtungen vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man zu dem
seit langem aufgegebenen Prinzip einer zentralen Verriegelungsvorrichtung zurückkehrt,
wobei der eingangs erwähnten Hülse, die den zentralen Zapfen umgibt, eine innere
Fläche erteilt wird, die derart schiefgestellt ist, daß sie sich etwas näher der
Drehachse des Rotors an demjenigen Ende der Hülse befindet, welches dem mit dem
Zapfen vereinten Rotorteil näher ist als am entgegengesetzten Ende der Hülse, und
daß zwischen der Hülse und dem zentralen Zapfen eine weitere Hülse lösbar eingekeilt
ist, die sich innen an die Form des zentralen Zapfens anschließt und außen eine
schiefgestellte Fläche besitzt, die der inneren schiefgestellten Fläche an der erstgenannten
äußeren Hülse entspricht und mit dieser in Eingriff steht.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, -die Herstellung
eines Zentrifugenrotors zu ermöglichen, bei dem ein sich um den gesamten Umfang
des Rotors erstreckender Spalt freigelegt werden kann zum Abschleudern von Schlamm,
derim Trennraum des Zentrifugenrotors abgeschieden wird.
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Bisher bekannte Zentrifugenrotoren zum intermittierenden Abschleudern
von abgeschiedenem Schlamm haben, da die beiden
Rotorteile mittels
eines Verriegelungsringes am Umfang zusammengehalten werden, eine große Anzahl von
öffnungen in der Umfangswandung, die verschließbar sind mittels eines innen oder
außen angeordneten axial verschieblichen Schiebers.
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Das angegebene weitere Ziel kann erfindungsgemäß dadurch erreicht
werden, daß die beiden Rotorteile einen ringförmigen Spalt zwischen sich an ihren
jeweiligen radial äußersten Kantenabschnitten belassen, wobei ein an und für sich
bekannter axial verschieblicher Schieber vorgesehen ist zum Öffnen oder Verschließen
des genannten Spaltes.
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Die oben angegebene äußerste Hülse an der zentralen Verriegelungsvorrichtung
kann nach Wunsch in einem zusammenhängenden Stück mit dem genannten anderen Rotorteil
ausgebildet werden.
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Aus Herstellungsgründen ist jedoch eine separate Hülse vorzuziehen,
die beim Zusammenbau in Anlage mit dem angesprochenen Rotorteil gebracht wird. Der
Rotorteil und die separate Hülse sind in geeigneter Weise mit Steuerorganen versehen,
um Relativbewegungen in radialer Richtung zu verhindern. Selbst Relativbewegungen
in der Umfangsrichtung zwischen der Hülse und dem Rotorteil kann mit Hilfe eines
geeignet ausgebildeten Steuerorgans verhindert werden. Die äußerste Hülse hat in
geeigneter Weise eine innere Fläche, die wie die Mantelfläche
eines
Kegelstumpfes ausgebildet ist, während die mit einer entsprechenden äußeren Fläche
versehene innerste Hülse in geeigneter Weise eine innere Fläche besitzt, die wie
die Mantelfläche eines geraden Zylinders, vorzugsweise eines Kreiszylinders ausgebildet
ist. Bei der kegelmantelförmigen Innenseite der äußersten Hülse bildet vorzugsweise
die Erzeugende eine derartigen Winkel mit der Mittelachse des Zentrifugenrotors,
daß der Tangens für diesen Winkel kleiner ist als der herrschende Reibungskoeffizient
in den Anlageflächen zwischen den beiden Hülsen. Eventuell kann aus Sicherheitsgründen
ein separates Organ, beispielsweise eine Mutter, angebracht werden, um eine axiale
Bewegung der inneren weiteren Hülse relativ zu dem zentralen Zapfen zu verhindern.
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Vorteilhafterweise kann die genannte äußere Hülse mit einem Verstärkungsring
versehen werden, etwa eine Kohlefaserverstärkung, welche sich um den Umfang der
Hülse erstreckt. Der Hülse können somit verhältnismäßig kleine Abmessungen erteilt
werden.
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Durch die vorliegende Erfindung ist es möglich geworden, eine zentrale
Verriegelungsvorrichtung bei einem Zentrifugenrotor zum Zusammenhalten der beiden
Hauptteile des Zentrifugenrotors herzustellen, wobei die Verriegelungsvorrichtung
beträchtliche axiale Kräfte aufnehmen kann.
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Die Erfindung wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen die Fig. 1 - 3 verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung zeigen.
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In Fig. 1 ist ein Zentrifugenrotor gezeigt, der zwei Hauptteile 1
und 2 umfaßt, die zwischen sich eine Trennkammer 3 begrenzen.
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In der Trennkammer 3 ist ein Satz konischer Platten 4 angeordnet.
Der Rotorteil 1, der fest mit einer Antriebsachse 5 verbunden ist, ist aus einem
Stück mit einem zentralen zylindrischen Zapfen 6 ausgebildet. Der Zapfen 6 ist hohl
und bildet ein mit dem Rotor rotierendes Rohr zur Aufnahme der in den Rotor eingeführten
Flüssigkeitsmischung.
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Der Zentrifugenrotor hat außerdem einen axial beweglichen Schieber
7, der mit einer ringförmigen Dichtung 8 in Anlage gebracht werden kann, die in
einer Nut im Rotorteil 2 vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 9 in Fig. 1 bezeichnet
den ringförmigen Spalt, der zwischen den Rotorteilen 1 und 2 offenbleibt, wenn der
Schieber 7 in der Fig. 1 axial nch unten außer Eingriff mit der Dichtung 8 geführt
wird.
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Die Zentrifugenteile 1 und 2 sind axial relativ zueinander mittels
einer Hülse 10 festgelegt, die den Zapfen 6 umgibt.
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Die Hülse 10 hat am oberen Ende einen auswärts vorstehenden Flansch
11, der an der Oberseite des Rotorteils 2 anliegt.
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Um die Hülse 10 und damit den Rotorteil 2 relativ zum Zapfen 6 zurückzuhalten,
ist zwischen der Hülse 10 und dem Zapfen 6 eine weitere Hülse 12 eingekeilt. Die
Hülse 10 hat eine konisch ausgeformte innere Fläche 13 und die weitere Hülse 12
besitzt eine dementsprechend konisch ausgeformte äußere Fläche 14.
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Innen schließt die äußere Hülse 12 an die zylindrische Form des Zapfens
6 an.
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Der Zapfen und die Hülse 10 haben am unteren Ende Öffnungen 15 bzw.
16, welche das Innere des Zapfens 6 mit der Trennkammer 3 verbinden. Bezugszeichen
17 in Fig. 1 bezeichnet eine in diesem Zusammenhang konventionelle Anordnung zum
Verteilen der Flüssigkeitsmischung, die in die Trennkammer 3 eingeleitet wird.
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Zum Betätigen des Schiebers 7 weist der Zentrifugenrotor eine konventionelle
Anordnung auf, welche eine zentrale Kammer 18 zum Aufnehmen der Betätigungsflüssigkeit,
einen hiervor ausgehenden radial gerichteten Kanal 19, eine periphere obere Druckkammer
20, in die der Kanal 19 mündet, eine periphere untere Druckkammer 21, die zum Aufnehmen
der Betätigungsflüssigkeit-eingerichtet ist, wenn diese der zentralen Aufnahmekammer
18
im Überschuß zugeführt wird, und eine gedrosselte Austragsöffnung 22 umfaßt zum
Entleeren der Betätigungsflüssigkeit aus der peripheren unteren Druckkammer 21.
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Der obere Rotorteil 2 besitzt eine Öffnung 23, die als Randablauf
für Flüssigkeit dient, die in der Trennkammer 3 abgetrennt worden ist.
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Der Zentrifugenrotor arbeitet im Betrieb auf die folgende Weise.
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Eine Mischung aus Flüssigkeit und Partikeln wird von oben durch den
Zapfen 6 eingeleitet und tritt über die Öffnungen 15, 16 in die Trennkammer 3 ein.
Abgetrennte Partikel sammeln sich am weitesten von der Mittelachse des Rotors entfernt
an, während abgetrennte Flüssigkeit radial einwärts durch den Plattensatz 4 strömt
und dann axial aufwärts zu der Austrittsöffnung 23.
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Von Zeit zu Zeit wird das Betätigungssystem 18 bis 22 aktiviert, so
daß der Schieber 17 sich axial nach unten bewegt und den ringförmigen Spalt 9 zwischen
den Rotorteilen 1 und 2 freilegt. Die in der Trennkammer abgeschiedenen Partikel
werden dadurch durch den Spalt 9 nach außen abgeschleudert, wonach man den Schieber
17 diesen wieder abschließen lößt.
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Der Zentrifugenrotor wird auf folgende Weise zusammengesetzt:
Von
oben wird zuerst auf den Zapfen 6 der Verteiler 17 angeordnet, woraufhin nach und
nach der Plattensatz 4, der Rotorteil 2 und die Hülse 10 zusammen mit der weiteren
Hülse 12 folgen.
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Die beschriebene Anordnung zum Zusammenhalten der Rotorteile 1 und
2 entgegen der Wirkung von den daran in entgegengesetzter Richtung angreifenden
axialen Kräften von der Flüssigkeit in der Trennkammer 3 während des Betriebes des
Zentrifugenrotors beruht auf den Reibungskräften, die an den Grenzflächen teils
zwischen der Hülse 10 und der äußeren Hülse 12, teils zwischen der weiteren Hülse
12 und dem Zapfen .6 entstehen. Dies erfordert, daß der Winkel zwischen der Mittelachse
des Rotors und der Erzeugenden in der Grenzfläche zwischen den beiden Hülsen 10
und 12 ausreichend klein ist, genauer gesagt so klein, daß die Tangente für diesen
Winkel kleiner ist als der Reibungskoeffizient in der in Rede stehenden Grenzfläche
zwischen den Hülsen Der Zapfen 6 muß nicht notwendigerweise eine völlig ebene Außenseite
besitzen. Es ist möglich, Gewinde zwischen der weiteren Hülse 12 und dem Zapfen
vorzusehen. Durch die Klemmwirkung, die um den Zapfen 6 von der äußeren Hülse 12
bei einer axialen Belastung der Hülse 10 erhalten wird, werden
derartige
Gewinde zwischen der weiteren Hülse 12 und dem Zapfen 6 nicht so großen Schubkräften
ausgesetzt, wie es sonst der Fall wäre bei einer reinen axialen Belastung der Hülse
12 relativ zum Zapfen 6.
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Falls dennoch ein äußerlich völlig ebener Zapfen 6 vorgezogen wird,
kann eine einfache Anordnung angebracht werden zur axialen Festlegung der weiteren
Hülse 12 an dem Zapfen 6 (vgl.
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z.B. Fig. 3). Eine äußerst geringe Kraft ist nämlich erforderlich,
um sicherzustellen, daß die notwendige Reibung zwischen der äußeren Hülse 12 und
dem Zapfen 6 entsteht bei einer axialen Belastung der umgebenden äußeren Hülse 10.
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Ein Vorteil bei der beschriebenen Verriegelungsvorrichtung liegt darin,
daß selbst wenn die Anordnung zur axialen Festlegung der weiteren Hülse 12 an dem
Zapfen 6 infolge einer mangelhaften Anbringung der Hülse 12 zerstört werden sollte
und auch die Hülse 12 anfangen sollte, nach aufwärts entlang des Zapfens 6 zu gleiten,
bleiben dennoch beide Hülsen 10 und 12 zusammen mit dem Rotorteil 2 relativ zu dem
Zapfen 6 zentriert.
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Ein beginnendes derartiges Gleiten könnte nur zur Folge haben, daß
ein ringförmiger Spalt rund um den Umfang des Zentrifugenrotors entsteht, durch
den der Inhalt der Trennkammer augenblicklich abgeschleudert würde. Hiernach könnte
eine axiale
Kraft nicht länger auf den Rotorteil 2 einwirken, der
deshalb auf den Zapfen zentriert bleibt und keinen weiteren größeren Schaden anrichten
kann.
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In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform der Anordnung nach
Fig. 1 gezeigt. Die der Fig. 1 entsprechenden Bauteile haben gleiche Bezugszeichen
mit dem Zusatz b.
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Die Hülse 1Ob besitzt in dieser Ausführungsform verstärkte Außenwände
mit einer Kohlefaserarmierung-24, in der die Kohlefasern in Umfangsrichtung der
Hülse 1Ob verlaufen. Ausserdem sind in dieser Ausführungsform Kanäle 25 und 26 in
der weiteren Hülse 12 gezeigt, durch die auf bekannte Weise ein Druckmedium, beispielsweise
Öl, im Zusammenhang mit der Montage und Demontage der Hülse 12 zugeführt werden
kann.
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In Fig. 3 ist noch eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
gezeigt. Es werden entsprechende Bezugszeichen wie in Fig. 1 und 2 verwendet, aber
unter dem Zusatz des Buchstabens c.
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In-dieser Ausführungsform ist die Hülse 10c und der Rotorteil 2c inleinem
zusammenhängenden Stück ausgebildet. Das Bezugszeichen 27 bezeichnet einen Kanal
für das Druckmedium zur Kontaktfläche
zwischen den Hülsen 10c und
12c. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet einen. in einer Nut in dem Zapfen 6c angeordneten
Sicherungsring zum Zurückhalten der Hülse 12c gegen ein axiales Aufwärtsgleiten
relativ zum Zapfen 6c.