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Tellerzentrifuge mit
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volumdosiertem Schlammaustrag Die Erfindung bezieht sich auf eine
Tellerzentrifuge nach der Gattung des Anspruches 1.
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Bekannte Zentrifugen dieser Art haben ein doppelkonusförmig ausgebildetes
Gehäuse, das aus zwei konischen Gehäuseteilen zusammengesetzt ist, die mit ihren,
den größten Durchmesser aufweisenden Endabschnitten stirnseitig gegeneinanderstoßen
und durch einen am Umfang angeordneten Schraubring zusammengehalten werden. X Drebactse
verläuft bei diesen bekannten Tellerzentrifugen vertikal, wobei die Zentrifugen
nur einseitig an einem in Verlängerung der gemeinsamen Gehäuseachse sich erstreckenden
Wellenstumpf an dem unteren konusförmigen Gehäuseteil fliegend gelagert sind. Infolge
ungleichmäßiger Verteilung der als Schlamm ausgefällten Verunreinigungen bzw.
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Trübstoffe neigen diese seither bekannten Zentrifugen zum Pendeln
um ihre vertikale Drehachse, was zur Folge hat, daß die obere Drehzahl von etwa
14 ooo u/min nicht wesentlich überschritten werden kann. Wegen der vom Quadrat der
Drehzahl abhängigen Schleuderwirktlng besteht das Bedürfnis, die Drehzahl weiter
erhöhen zu können. Dies ist, worauf die vorliegende Erfindung aufbaut, bei einer
horizontal gelagerten und sich um eine horizontale Achse drehenden Zentrifugentrommel
möglich, wobei jedoch die Schwierigkeit besteht, den ausgefällten Schlamm aus der
Trommel abzuführen.
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Bei den bisher ausgeführten Zentrifugen wird der im Schlammraum sich
ansammelnde Trubgehalt mit Hilfe einer Zeitschaltuhr periodisch ausgetragen, indem
Schlitze oder Bohrungen am Umfang der Zentrifugentrommel geöffnet werden.
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Während der Dauer der Öffnung wird der Schlamm ausgetragen.
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Bei Zentrifugen mit großen Schleuder zahlen darf die Offnungsdauer
der einzelnen Öffnungsvorgänge nicht zu lang sein, weil sonst unter Umständen zusammen
mit dem zu entfernenden Schlamm auch bereits gereinigtes Produkt ausgetragen und
dann verlorengehen würde.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Tellerzentrifuge
mit hohen Schleuderzahlen bzw. Drehzahlen ein Austreten des gereinigten Produktes
zu verhindern. Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine volumendosierte
Entleerung des Schlammes aus dem Sammelraum vorgesehen, bei welcher während der
einzelnen Entleerungsvorgänge nur jeweils ein eng begrenztes Volumen an Schlamm
ausgetragen werden kann.
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Zur volumendosierten Entleerung ist im einzelnen gemäß der Erfindung
ein die Entleerungsbohrung an der Trommelinnenseite in der Schließstellung abdeckender
Schieber vorgesehen, der eine in der Schließstellung gegen den Sammelraum offene
Ausnehmung hat, die ein begrenztes Aufnahmevolumen für die als Schlamm angefallenen
Verunreinigungen aufweist und beim Verschieben in die Entleerungsstellung mit der
Bohrung Verbindung bekommt, im übrigen jedoch durch den die Bohrung enthaltenden
Wandteil der Trommel abgedeckt ist. Eine gute Abdichtung des Sammelraumes mit der
Möglichkeit, mehrere Entleerungsbohrungen in der Trommel vorzusehen ergibt sich,
wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der Schieber als ein zur Trommel gleichachsiger
Ring ausgebildet ist, der an seiner Umfangsfläche die Ausnehmung enthält, wobei
diese gegenüber den beiden Stirnseiten des Ringes jeweils mit einem beiderseitige
Dichtflächen ergebenden Abstand angeordnet ist. Wenn in der Trommelwand mindestens
zwei, vorzugsweise vier zur Entnahme der Verunreinigungen dienende Bohrungen vorgesehen
sind, so sollten diese in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit ihren inneren
Mündungen in einer gemeinsamen, zur Trommelachse senkrechten Ebene liegen, damit
alle Bohrungen in der Schließstellung des Schiebers durch diesen vollständig abgedeckt
werden können. Die Ausbildung des Schiebers als zur Trommelachse konzentrischer
Ring, der mit seiner Umfangsfläche an der Innenwand des die Bohrung bzw. Bohrungen
enthaltenden Trommelabschnitts dichtend
anliegt, bietet den Vorteil
mit sich, daß auf eine besondere Führung des Schieber verzichtet werden kann, und
die Möglichkeit eröffnet wird, daß die volumendosierende Ausnehmung als eine entlang
dem Umfang des Ringes verlaufende, in sich geschlossene Nut ausgebildet werden kann,
die von beiden Stirnseiten des Ringes durch als Dichtflächen wirkende Randzonen
getrennt ist.
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Um den als Schieber wirkenden Ring in einfacher Weise parallel zur
Achsrichtung der Trommel verschieben zu können, kann in weiterer Ausgestaltung der
Erfindung der Ring an seiner Bohrungsfläche eine - vorzugsweise ebenfalls als Ringnut
ausgebildete - Ausnehmung enthalten, die für den Eingriff eines axial verschiebbaren
Mitnehmers vorgesehen ist, welcher zweckmäßig am Ende einer gleichachsig zur Trommel
angeordneten Stange sitzt, wobei der Mitnehmer in konstruktiv einfacher Weise als
ein radial abstehender, in die innere Ausnehmung des Ringes eingreifender Zapfen
ausgebildet ist.
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Bei einigen Sorten von Flüssigkeiten, welche mit der erfindungsgemäßen
Tellerzentrifuge gereinigt werden können, beispielsweise bei bestimmten Weinen,
ist es üblich Eiweißfällungsmittel zu verwenden, welche den Separierungsvorgang
begünstigen, jedoch den Nachteil mit sich bringen, daß die ausgefällten Verunreinigungspartikel
sich zu einem zähen Schlamm verdichten, was insbesondere bei der erfindungsgemäßen
Tellerzentrifuge infolge der erhöhten Drehzahl auftreten kann, und dann dazu führt,
daß der Schlamm infolge seiner Zähigkeit nicht mehr zu den Entleerungsbohrungen
bzw zu der volumendosierenden Ausnehmung im Schieber abfließt. Um ein derartiges
Zuwachsen des Sammelraumes zu verhindern bzw. diesem entgegenzuwirken, ist in weiterer
Ausgestaltung der Erfindung eine gegen die Innenwand der Trommel gerichtete, parallel
zur Trommelachse verschiebbare und vorzugsweise an der Innenseite der Trommel anliegende
Reinigungseinrichtung vorgesehen. Eine konstruktiv einfache, jedoch sehr wirkungsvolle
Reinigungseinrichtung ergibt sich, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
die Reinigungseinrichtung mehrere zueinander gleichachsige Ringscheiben enthält,
die an
ihrem Umfang mindestens zwei Ausschnitte enthalten, zwischen
denen radial gegen die Innenwand der Trommel vorspringende Sektoren vorgesehen sind,
die entweder unmittelbar an der Innenwand anliegen, oder dieser nur mit sehr geringem
radialen Abstand gegenüberstehen. Die zweckmäßig aus Stahlblech gestanzten Ring
scheiben können dem zähen Schlamm schon bei wenigen Axialbewegungen eine ausreichende
Fließfähigkeit erteilen, wozu es besonders zweckmäßig ist, wenn in weiterer Ausgestaltung
der Erfindung jeweils zwei der Ringscheiben miteinander auf Lücke derart angeordnet
sind, daß in axialer Richtung gesehen, die Sektoren der einen Ringscheibe den Ausschnitten
der axial benachbarten Ring scheibe gegenüberstehen. Die Ringscheiben können in
einfacher Weise unter Zwischenlage von ihre gegenseitigen Abstände bestimmenden
Distanzrohren auf zwei einander diametral gegenüberstehenden Tragbolzen angeordnet
sein, insbesondere festgespannt sein. Für die axiale Hin- und Herbewegung der Ring
scheiben kann eine besondere Betätigungsvorrichtung eingespart werden, wenn die
Ringscheiben mit Hilfe ihrer Distanzrohre und ihrer Tragbolzen an einer Stirnseite
des ringförmig ausgebildeten Schiebers befestigt sind und mit diesem zusammen bei
dessen Öffnungs- und Schließbewegung axial verschoben werden.
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Ausgestaltun mit en Weitere/in Verbinzung mit der horizontalen Drehachse
der Tellerzentrifuge, des ringförmigen, volumendosierenden Schiebers und der Reinigungseinrichtung
ergeben sich aus den nachstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen.
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Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Tellerzentrifuge in einem
axialen Längsschnitt durch ihre leicht konisch ausgebildete Zentrifugentrommel,
Fig. 2 die Tellerzentrifuge in einer stirnseitigen, axialen Draufsicht, Fig. 3 eine
abgewandelte Ausführungsform des in der Tellerzentrifuge nach Fig.1 vorgesehenen,
volumendosierenden Ringschiebers und seiner Verstelleinrichtung ausschnittsweise
und in einem axialen Halbschnitt,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Tellerzentrifuge, jedoch mit zylindrisch verlaufender Trommelwand
und einer gegen die Trommelwand gerichteten, mit dem Ringschieber gekuppelten Reinigungseinrichtung
mit acht parallelen Ringscheiben im axialen Längsschnitt und Fig. 5 einen Teil dieser
Ringscheiben in raumbildlicher Darstellung.
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Die in Fig.1 und 2 dargestellte Tellerzentrifuge dient zum Entfernen
von kleinen Verunreinigungspartikeln, insbesondere von Trübstoffen aus einer Flüssigkeit
mit großen Schleuderzahlen z.
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Die Schleuderzahl, auch Schleuderziffer genannt ist Z=900 , ist fürdie
des des Zentrifugiervorganges wesentlich, wobei s wegen der quadratischen Abhängigkeit
der Schleuderziffer von der Drehzahl n erwünscht ist, die Tellerzentrifuge mit sehr
hohen Drehzahlen anzutreiben und zur Vermeidung von Unwuchten den wirksamen Radius
r der Trommelbohrung in Grenzen zu halten.
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Die dargestellte Tellerzentrifuge hat eine Trommel 1 mit einer gleichachsig
angeordneten Zentrifugenwelle 2, auf welcher eine Vielzahl von etwa 200 konisch
gezogenen Tellerblechen 3 zu einem Stapel aufgereiht sind, von dessen Tellerblechen
in der Zeichnung der Einfachheit halber nur fünf ebenfalls in ihrem axialen ängsschnitt
dargestellt sind. Durch sämtliche Teller sind vier Kanäle 4 durchgeführt, die achsparallel
verlaufen und mit Zuführungsbohrungen 5 in Verbindung stehen. Diese sitzen in einem
als Wellenstumpf 6 ausgebildeten Ansatz eines Stirnflansches 7, der mit dem Trommelmantel
1 durch nicht dargestellte Schrauben st verbunden ist.
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Folie beim Durchlauf durch die Tellerzentrifuge von Trübstoffen zu
reinigenden Flüssigkeiten wie Wein, Bier, Saft und dergleichen, können in Richtung
des eingezeichneten Pfeiles durch eine Bohrung 8 in einen Verteilerdeckel 9 eingeführt
werden, wo sie sich in dem vom Verteilerdeckel umschlossenen Verteilerraum 10 auf
die vier Zuführungsbohrungen 5 und die Kanäle 4 verteilen können, von wo aus die
Flüssigkeiten durch die dünnen Spalte zwischen den einzelnen Tellern bei hohen Drehzahlen
der Schleudertrommel unter Separierung der zu trennenden Teilchen abgeschleudert
werden.
Die abzutrennenden Teilchen setzen sich an der leicht konischen Innenwand 11 der
Trommel ab, während die gereinigte Flüssigkeit über LÜngsschlitze 12 in die Längsbohrung
13 der Zentrifugenwelle 2 gelangen und von dort aus in Richtung der eingezeichneten
Pfeile abgeführt werden kann.
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Der mit der Längsbohrung 13 versehene Teil der Zentrifugenwelle 2
ist als zweiter Wellenstumpf 14 ausgebildet, der ebenso wie der erste Wellenstumpf
6 dazu dient, die Trommel 1 mit waagrechter Drehachse A zu lagern.
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Wegen des großen Gewichtes der Tellerzentrifuge und des großen Durchmessers
der beiden Wellenstümpfe 6 und 14 sind für jeden der Wellenstümpfe drei Lagerrollen
15 vorgesehen, die in Umfangsrichtung der Trommel 1 bzw. der Wellenstümpfe gegeneinander
jeweils um 1200 versetzt einzeln in eigenen Wälzlagern gelagert sind. Infolge dieser
horizontalen Lagerung der Trommel können wesentlich höhere Schleuderziffern als
bei der seither üblichen Betriebsweise von Tellerzentrifugen mit vertikaler Drehachse
erreicht werden.
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Anstelle der dargestellten Lagerung der Trommel 1 mit Hilfe der Lagerrollen
15 kann eine horizontale Drehachse auch mit bekannten pneumatischen oder hydraulischen
Lagern erreicht werden, wobei sich ebenfalls die eingangs geschilderten Vorteile
hoher Drehzahlen und demgemäß eines hohen Durchsatzes und starker Reinigungswirkung
ergeben.
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Die separierten Verunreinigungen setzen sich jeweils in einem von
der Innenwand 11 der Trommel 1 begrenzten Schlammsammelraum 16 ab, aus welchem sie
periodisch in kurzen Zeitabständen entleert werden müssen. Für diese Entleerung
sind über den Umfang der Trommel verteilt vier bis acht Entleerungsbohrungen 17
angebracht. Diese befinden sich in einem durch eine zylindrische Innenwand 18 gegenüber
der leicht konisch gestaltenen Bohrung 17 abgesetzten Trommelabschnitt. Zum Verschließen
dieser Entleerungsbohrungen dient ein ringförmig ausgebildeter Schieber 20, der
dichtend mit seiner Umfangsfläche an der Innenwand 18 anliegt und eine eingestochene,
umlaufende
Ringnut 21 enthält, die sich bei der in Fig.1 in der
oberen Schnitthälfte dargestellten Schließstellung mit den Verunreinigungen füllt,
da diese während des Schleuderbetriebs unter einem Druck von bis zu 300 bar stehen.
Das Volumen dieser Ringnut 21 bestimmt diejenige Menge von Verunreinigungen, welche
volumendosiert über die Entleerungsbohrungen 17 radial nach außen treten können,
wenn der Schieberring 20 in axialer Richtung gegen den rechten Wellenstutzen hin
bewegt wird, und dabei in die in Fig.1 im unteren Halbschnitt wiedergegebene Stellung
gelangt, in welcher sich die Ringnut 21 mit den Entleerungsbohrungen 17 deckt. Die
in der Ringnut 21 angesammelte Verunreinigungsmcnge kann dann durch die Entleerungsbohrungen
nach außen abgeschleudert werden, wobei gleichzeitig die Entleerungsbohrungen gegen
den Schlammsammelraum 16 abgedichtet sind. Sobald der Ringschieber 20 in die Schließstellung
gemäß dem oberen Halbschnitt der Fig.1 zurückgeschoben wird, dichtet er mit seiner
zwischen der Ringnut 21 und der äußeren Stirnseite 23 des Ringschiebers verbliebenen
Mantelzone 24 die Bohrungen 17 gegen den Druck im Schlammsammelraum 16 ab.
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Es wird deshalb bei jeder Hin- und Herbewegung nur jeweils das in
der Ringnut 21 angesammelte, in seinem Volumen durch die Ringnut begrenzte Verunreinigungsgut
ausgetragen, wobei sichergestellt ist, daß von der bereits gereinigten Flüssigkeit
nichts über die Entleerungsbohrungen unbeabsichtigt entweichen kann.
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Zur Erzielung der oben beschriebenen axialen Verschiebebewegung des
Schieberringes 20 ist gleichachsig zur Drehachse A in der Auslaßbohrung 13 der Zentrifugenwelle
2 eine Schub- und Zugstange 26 angeordnet, welche an ihrem inneren Endabschnitt
einen quer zur Trommelachse A verlaufenden Mitnehmerbolzen 27 trägt, welcher in
eine passende in die Bohrung 28 des Schieberringes 20 eingedrehte, umlaufende Nut
21 eingreift.
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In dem in Fig.3 dargestellten, gegenüber Fig.1 und 2 vergößerten Ausschnitt
ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel für einen Schieberring 20 dargestellt,
der wie die übrigen gleichen oder gleichwirkenden Teile ein gleiches Bezugszeichen
wie in Fig. 1
und 2 trägt. Der in seiner Sliließstellung dargestellte
Schieberring 20 ist an seiner zur volumendosierten Aufnahme von auszutragendem Schlamm
bestimmten Ringnut 21 zur Erzielung eines zusätzlichen Aufnahmevolumens 31 kegelig
ausgedreht und zusätzlich auf seinem als Lager dienendem Wellenstumpf 14 der Zentrifugenwelle
durch eine Ringdichtung 32 gegenüber der gereinigten, entlang des mit Pfeilen verdeutlichten
Linienzuges 33 abgedichtet. Der Mitnehmerbolzen 27 für den Schieberring 20 ist mit
einer Schraubhülse 34 auf den Endabschnitt der nur im Halbschnitt dargestellten
Schub- und Zugstange 26 befestigt.
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Wie Fig.3 deutlich erkennen läßt, ist die Umfangszone 24 zwischen
der Ringnut 21 und der äußeren Stirnseite 23 in axialer Richtung so breit gehalten,
daß in der dargestellten Schließstellung die Entleerungsbohrungen 17 genügend breit
überdeckt und abgedichtet werden, während in dieser Schließstellung die Ringnuten
20 Verbindung mit dem Sammelraum 16 für die separierten Verunreinigungen hat.
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Das wesentliche Merkmal der in Fig.3 dargestellten Ausbildung des
Schieberringes 20 besteht darin, daß der zwischen der äußeren Stirnseite 23 des
Schieberringes 20 und dem stirnseitigen Schild 35 liegende Ringraum 36 druckentlastet
ist, weil dort der gleiche Schlammdruk entstehen kann, welcher unmittelbar vor der
Ringnut 21 herrscht. Hierzu ist nämlich eine Schrägbohrung 37 und eine sich mit
dieser schneidende Längsbohrung 38 vorgesehen, über welche sich der Druck, der vor
der volumendosierenden Ringnut 21 herrscht, mit dem Druck im Ringraum 36 ausgleichen
kann. Auf diese Weise wird verhindert, daß dieser Druck bei der Längsbewegung der
Stellstange 26 überwunden werden muß. Es ist deshalb ohne nennenswerten Kraftaufwand
möglich, den Schieberring 20 aus seiner dargestellten Schließstellung in die Entleerungsstellung
zu bringen und umgekehrt.
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In Fig.3 ist bereits angedeutet, daß die Innenwand 11 der Trommel
1 abweichend von Fig.1 zylindrisch ausgebildet sein kann, wohin-gegen beim Ausführungsbeispiel
nach Fig.1 die Innenwand eine Konizität von etwa 3-5° aufweist, die in Fig.3
mit
unterbrochenen Linien angedeutet ist.
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Bei einer solchen zylindrischen Ausbildung der Innenwand 11 der Trommel
1 ist die Gefahr besonders groß, daß die separierten Sedimente sich in zähflüssiger
Konsistenz verdichten und dann trotz des großen im Sammelraum 16 erzeugten Druckes
sich nur ungenügend in den volumendosierenden Raum der Ringnut 21 bewegen lassen.
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Um die hierfür notwendige Fließbeweglichkeit zu erzielen, ist gemäß
den Fig. 4 und 5 eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen, welche gegen die Innenwand
11 der Trommel 1 gerichtet ist und parallel zur Drehachse A bewegt werden kann.
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Im einzelnen besteht diese Reinigungseinrichtung beim dargestellten
Ausführungsbeispiel aus acht aus Stahlblech gestanzten Ringscheiben, von denen in
Fig.5 drei unmittelbar in gleichmäßigen axialen Abständen hintereinander angeordnete
Ringscheiben mit 41, 42 und 43 bezeichnet sind. Alle acht Ringscheiben sind auf
zwei diametral zueinander liegenden Tragbolzen 40 aufgefäcleltund werden untereinander
durch zwischengelegte, über die Tragbolzen 40 geschobene Distanzrohre 44 in einem
Abstand voneinander gehalten, der kleiner ist, als die für die axialeLängsbeweglichkeit
der Ringscheiben vorgesehene Hin-und Herbewegung s der Ringscheiben, die jeweils
als Ganzes in der dargestellten festen gegenseitigen Zuordnung mit dem ringförmigen
Schieber 20 verbunden sind, und demgemäß keine eigene Stellvorrichtung benötigen.
Vielmehr liegen die Ringscheiben mit ihren radial über ihre jeweils vier, sich über
450 erstrekkenden Ausnehmungen 46 radial vorstehenden Sektoren 45 an der Innenwand
11 der Trommel an, oder stehen dieser mit einem so geringen radialen Abstand gegenüber,
daß bei der axialen Längsbewegung der Ringscheiben 41 bis 43 die festgesetzten Sedimente
aufgerührt und in flüssigen Zustand zurückversetzt werden können.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist gemäß Fig.5 die Anordnung
der Ringscheiben so getroffen, daß jeweils zwei einander axial benachbarte Ring
scheiben einander auf Lücke gegenüberstehen, wobei die Ausnehmungen 46 einer der
Scheiben in Achsrichtung gesehen den Sektoren 45 der benachbarten Ringscheibe
gegenüberstehen.
Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß die Sedimente der volumendosierenden
Ringnut 21 im Ringschieber 20 bei dessen axialen Schiebebewegungen von der Schließstellung
in die Entleerungsstellen in-flssigen ustand gebracht werden können.
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Der besondere Vorteil der in der beschriebenen Weise aufgebauten und
mit dem Schieberring 20 verbundenen Reinigungseinrichtung besteht darin, daß besondere
Betätigungsvorrichtungen für diese Reinigungseinrichtung nicht erforderlich sind,und
gleichzeitig mit der SchlieB- und Öffnungsbewegung des Schieberrings 20 die notwondige
Verflüssigung des Sediments erreicht wird.
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L e e r s e i t e