DE3010310C2

DE3010310C2 - Vorrichtung zur stetigen und homogenen Zumischung von Feststoffen in einen Flüssigkeitsstrom

Info

Publication number: DE3010310C2
Application number: DE3010310A
Authority: DE
Inventors: Wolfhart Dr. 4772 Bad Sassendorf Bucher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3010310A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zumischung einer unter hohem Druck stehenden strömenden Flüssigkeit mit einem stillstehenden Gehäuse, das einen Flüssigkeitseinlaß, einen Feststoffeinlaß mit einer Dosiervorrichtung und einen Auslaß für das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch aufweist, mit einem im Gehäuse angeordneten am Umfang offenen Zentrifugenrad, dem die Feststoffe nahe der Rotationsachse zugeführt werden, mit einem Antrieb für das Zentrifugenrad und mit einem Ringraum, der konzentrisch zum Zentrifugenrad im Gehäuse angeordnet ist und von der Flüssigkeit durchsetzt wird.

Um Feststoffe in Rohrleitungen fördern zu können, ist es notwendig, sie in möglichst homogener Form einer Flüssigkeit zuzumischen, wobei der Mischungsvorgang vorteilhaft so zu bewerkstelligen ist, daß der Förderstrom stetig und stets mit einer Mindestgeschwindigkeit bewegt wird, um eine Entmischung der Medien nach Möglichkeit zu vermeiden.

Die Aufgabe kann dadurch gelöst werden, daß in einem Behälter ein homogenes Gemisch aufbereitet wird, und daß dieses Gemisch aus Feststoff und Flüssigkeit durch Pumpen gefördert wird. Auf diese Weise arbeitet ein Gerät nach der GB-PS 14 13 344, bei dem in einer Mischkammer unmittelbar vor der Pumpe der Feststoff mit der Flüssigkeit vermischt wird, wobei besondere Vorkehrungen für eine innige Mischung und gegen einen Rückschlag des Gemischs in den Feststoff-

40 silo getroffen werden. Die Förderung des Gemischs führt aber in der Pumpe zu starken Verschleißerscheinungen, so daß diese Methode nur bei geringen Förderhöhen bzw. nur bei Stoffen mit geringen abrasiven Eigenschaften vorteilhaft angewendet werden kann.

Ein anderer Weg zur Lösung der Aufgabe besteht darin, in einer Kreiselpumpe mit getrennter Förderung der zu mischenden Medien mittels eines von zwei Seiten beaufschlagten Laufrades die Mischung durch Zusammenführung der beiden Förderströme am Laufradaustritt zu bewirken. Dies wird in der DE-OS 22 36 911 vorgeschlagen. Aber auch bei diesem Verfahren ist zu erwarten, daß die Feststoffe an den Bauteilen des Laufrades einen hohen Verschleiß bewirken und überdies kann bei kleinen Feststoffmengen nicht mehr mit Sicherheit erreicht werden, daß diese in gleichmäßiger Verteilung aus dem Laufrad austreten.
Sowohl bei dem in der GB-PS 14 13 344 als auch bei dem in der DE-OS 22 36 911 geschilderten Verfahren ist die erforderliche genaue Dosierung der Zumischung nicht gesichert, da an der Mischstelle zwischen Flüssigkeit und Feststoff keine Beeinflussung des, Mengenverhältnisses mehr möglich ist.

Die in der US-PS 39 23 289 beschriebene Lösung hat diesen Nachteil nicht, vielmehr ist die in Höhe des äußeren Umfangs des Laufrades dem Hauptstrom zugesetzte Menge durch Einsatz einer Förderschnecke

sehr genau dosierbar. Das vorgeschlagene Verfahren ist allerdings für die Mischung relativ leichter Medien vorgesehen, die Zumischung größerer Flüssigkeitsmengen kann zu Verstopfungen im Luftstrom führen. Dennoch wäre es vorstellbar, diese Methode auch für Flüssigkeiten und Feststoffe anzuwenden, in diesem Falle ist allerdings zu befürchten, daß die wandnahe Einbringung der Feststoffe nicht für eine ausreichende Durchmischung geeignet ist und überdies wird durch den in Wandnähe massierten Feststoffstrom ein hoher Abrieb begünstigt

Die Bemühungen, den Abrieb an den Bauteilen der Pumpen und Mischeinrichtungen klein zu halten, haben für den hydraulischen Feststofftransport zu einer Reihe besonderer Lösungen geführt, die vor allem dadurch ausgezeichnet sind, daß die Aufgaben der Druckerzeugung für die Flüssigkeit in herkömmlichen Pumpen von der Zumischung getrennt werden (Zeitschrift Fördern und Heben 28 (1978), Nr. 10). Dabei muß zwischen Verfahren mit stetiger und solchen mit intermittierender Zumischung unterschieden werden. Die Veröffentlichung beschreibt eine Methode, bei der in einem schraubenförmigen Rotor mit teilweise axialer Durchströmung eine Zumischung der Feststoffe in den Flüssigkeitsstrom erfolgt Die Mischung wird dabei durch Zentrifugalkräfte begünstigt, allerdings wird der Rotor auch bei dieser Ausführung vom Gemisch' durchsetzt und daher einem erhöhten Abrieb ausgesetzt

In einer anderen beschriebenen Ausführungsform wird ein Kammersystem abwechselnd mit Feststoff gefüllt und sodann mit Druckflüssigkeit beaufschlagt die den Feststoff mit sich reißt Durch geeignete Steuerung kann auf diese Weise eine nahezu ununterbrochene Förderung erzielt werden.

In ähnlicher Weise kann durch einen rotierenden Mischapparat mit zwei getrennten Kammern eine intermittierende Beaufschlagung mit Feststoff und ein Durchspülen nit Druckflüssigkeit bewirkt werden. Diese Einrichtungen haben zwar kaum noch bewegte Bauteile, dennoch sind die Steuerorgane und die Dichtungen einem verhältnismäßig hohen Verschleiß ausgesetzt

Die bisher bekannten technischen Lösungen sind demnach entweder durch den Nachteil eines hohen Abriebs an den Pumpen oder Dosiereinrichtungen belastet oder sie entsprechen nicht der Forderung nach stetigem und exakt dosierbarem Förderstrom.

Demgegenüber verfolgt die Erfindung den Zweck, eine stetige Zumischung von Feststoffen zu einem unter hohem Druck stehenden Flüssigkeitsstrom zu ermöglichen, wobei sowohl eine exakte Dosierung des Mischungsverhältnisses erreicht werden kann als auch der Abrieb an den Bauteilen der Vorrichtung stark reduziert werden soll, indem zwischen den Feststoffen und den Bauteilen der Vorrichtung nur geringe Relativgeschwindigkeiten auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Zentrifugenrad in seinem Inneren einen im wesentlichen radial gerichteten Hohlraum umschließt, daß der offene Umfang des Zentrifugenrades durch eine zum Zentrifugenrad konzentrische und mit dem Zentrifugenrad umlaufende Glocke überdeckt wird, wobei sich ein Ringspalt zwischen dem Zentrifugenrad und der Glocke ausbildet, und daß die Glocke in axialer Richtung und/oder drehbar gegenüber dem Zentrifugenrad bewegbar ist, wobei der Ringspalt in seinem Querschnitt veränderbar ist

Der schmale Ringspalt gewährleistet einen über den Umfang des Zentrifugenrades gleichmäßig verteilten schmalen Feststoffstrom, der auf diese Weise sehr homogen in den Flüssigkeitsstrom im Ringraum eingetragen wird. Die innige Mischung der Feststoffe mit dem Flüssigkeitsstrom geschieht unmittelbar am Austritt der Feststoffe aus dem Ringspalt im Ringraum durch das schräge Aufeinandertreffen des Flüssigkeitsstroms und der zufolge der Zentrifugalkräfte nach

ίο außen strebenden Feststoffteilchen.

Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung ersichtlich, in welcher die Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist Es zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung nach der Erfindung im Querschnitt,

F i g. 2 eine Ausführung des Zentrifugenrades und der Giocke,

Fig.3 eine Ausführung des Zentrifugenrades mit fliegender Lagerung,

Fig.4 und 5 Abwicklungen des Umfanges des Zentrifugenrades und der Glocke mit sägezahnartigen bzw. stufenförmigen Kanten in geschlossenem (oben) und geöffneten (unten) Zustand des Ringspaltes.

Die F i g. 1 zeigt das fest stehende Gehäuse (1), in

dessen Inneren sich das Zentrifugenrad (2) befindet, das aus einer Bodenscheibe (3) und einer Deckscheibe (4) besteht Zwischen Boden- und Deckscheibe, die durch Rippen (5) miteinander verbunden sind, wird ein im wesentlichen sich radial erstreckender Hohlraum (8) gebildet, der in Umfangsrichtung offen ist, dort aber durch eine Glocke (6) derart abgedeckt wird, daß sich ein schmaler Ringspalt (9) bildet. Durch die Ausführung der Deckscheibe (4) in Form eines Kreisringes ist der Hohlraum (8) auch in Richtung der Achse (7) offen, so daß der Feststoffstrom (10) ungehindert dem Zentrifugenrad (2) zufließen kann.

Durch eine geeignete Einrichtung, z. B. eine Zellenradschleuse (12), kann der Druckunterschied zwischen dem Inneren des Gehäuses und der Feststoffzufuhr von außen ausgeglichen werden.

Der Querschnitt des Ringspaltes (9) kann dadurch verändert werden, daß die Glocke (6) gegenüber dem Zentrifugenrad (2) in axialer Richtung verschiebbar ist, oder aber, wenn der Ringspalt durch eine sägezahn-

« bzw. stufenförmige Kante gebildet wird, kann die Veränderung des Ringspaltquerschnittes durch eine Verdrehung bzw. durch eine Verdrehung und Verschiebung der Glocke gegenüber dem Zentrifugenrad geschehen.

so Die Verdrehung und/oder Verschiebung der Glocke kann durch ein mechanisches Gestänge (11) oder aber in an sich bekannter Weise durch eine hydraulische oder elektrische Verstellung vorgesehen werden.

Der Flüssigkeitsstrom (13) wird dem Ringraum (14)

über eine Zuleitung zugeführt, die derart gestaltet ist, daß die Flüssigkeit den Ringraum unter einem Winkel ρ und etwa tangentiell zum Umfang des Zentrifugenrades durchströmt Der Ringraum (15) weist in einem Schnitt senkrecht zur Achse (7) die Form einer Spirale auf und geht tangentiell in die Druckleitung über.

Durch die Zufuhr des Feststoffstromes in Achsnähe zum Zentrifugenrad und durch das Querschnittsverhältnis zwischen Ringspalt und Hohlraum wird die Belegung der Feststoffe im Hohlraum wesentlich langsamer verlaufen als nach Austritt aus dem Ringspalt Dadurch wird im Zentrifugenrad der Verschleiß gering gehalten. Gegen Verstopfungen oder Anbackungen von Feststoffteilen innerhalb des Zentri-

fugenrades befindet sich innerhalb des Hohlraumes (8) eine Druckstrahldüse (16). Mit Hilfe dieser Düse kann auch der Mischungsvorgang noch unterstützt werden, zu welchem Zweck die Mündung der Druckstrahldüse auf den Ringspalt (9) gerichtet ist.

Zufolge der schnellen Rotation des Zentrifugenrades bildet sich in seinem Inneren ein starkes Druckgefälle aus. Der Druck im Hohlraum liegt daher deutlich unter dem Druck des Flüssigkeitsstromes im Ringraum (15). Durch die Rohrleitung (17) kann die Einstellung eines gewünschten Druckverhältnisses erfolgen, wenn an diese Rohrleitung in an sich bekannter Weise ein Druckbehälter angeschlossen wird. Die Rohrleitung (17) kann aber auch dazu dienen, Reinwasser in den Hohlraum (8) zu pumpen, um einen definierten Rcinwasserstrom durch die erforderlichen Dichtungen zwischen Zentrifugenrad (2) und Gehäuse (1) zu erzielen. Es kann aber auch durch die Rohrleitung (17) überflüssiges Wasser abgeführt werden, wenn dies durch den Zufluß eines schon vorgemischten Gemenges von Feststoff und Flüssigkeit erforderlich sein sollte.

F i g. 2 zeigt eine Ausführung des Zentrifugenrades (2) und der Glocke (6), bei der die Bodenscheibe (3) im Durchmesser kleiner als die Deckscheibe (4) ist, wobei die Innenkontur der Glocke der äußeren Form des Zentrifugenrades angepaßt ist. Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß eine Anbackung von Feststoffen auch an der Innenkontur der Glocke weitgehend vermieden werden kann.

In F i g. 3 ist eine Ausführung des Zentrifugenrades (2) mit fliegender Lagerung dargestellt. Die Feststoffzufuhr kann hierbei rein axial erfolgen. Durch eine an der Deckscheibe (4) aufgebrachte Beschaufelung kann noch

ίο eine Druckerhöhung auch des Flüssigkeitsstromes bewirkt werden. Der Flüssigkeitszutritt (13) ist zu diesem Zweck in radialer Richtung näher zur Achse (7) hin verschoben und die Beschaufelung (18) wird zweckmäßig in der von Kreiselpumpen her bekannten

Form gestaltet.

Durch eine Abwicklung des Umfanges des Zentrifugenrades (2) und der Glocke (6) ergibt sich eine ebene Darstellung des Ringspaltes (9). F i g. 4 zeigt eine solche Abwicklung für eine Ausführungsform des Ringspaltes

mit sägezahnartigen Kanten, F i g. 5 zeigt eine Ausführungsform mit stufenförmigen Kanten. Im oberen Teil der Fig.4 und 5 ist jeweils der Ringspalt (9) geschlossen, im unteren Teil der Figuren jedoch in geöffnetem Zustand dargestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Zumischung einer Feststoffmenge zu einer unter hohem Druck stehenden s strömenden Flüssigkeit mit einem stillstehenden Gehäuse, das einen Flüssigkeitseinlaß, einen Feststoffeinlaß mit einer Dosiervorrichtung und einen Auslaß für das Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch aufweist, mit einem im Gehäuse angeordneten am Umfang offenen Zentrifugenrad, dem die Feststoffe nahe der Rotationsachse zugeführt werden, mit einem Antrieb für das Zentrifugenrad und mit einem Ringraum, der konzentrisch zum Zentrifugenrad im Gehäuse angeordnet ist und von der Flüssigkeit durchsetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugenrad (2) in seinem Inneren einen im wesentlichen radial gerichteten Hohlraum (8) umschließt, daß der offene Umfang des Zentrifugenrades durch eine zum Zentrifugenrad konzentrische und mit dem Zentrifugenrad umlaufende Glocke (6) überdeckt wird, wobei sich ein Ringspalt (9) zwischen dem Zentrifugenrad und der Glocke ausbildet, und daß die Glocke in axialer Richtung und/oder drehbar gegenüber dem Zentrifugenrad bewegbar ist, wobei der Ringspalt in seinem Querschnitt veränderbar ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugenrad (2) aus einer Bodenscheibe (3) und einer kreisringförmigen Deckscheibe (4) besteht, die durch Rippen (5) miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenscheibe (3) des Zentrifugenrades (2) einen geringeren Durchmesser aufweist als die Deckscheibe (4) und daß die Glocke

(6) eine der äußeren Kontur des Zentrifugenrades (2) entsprechende Form hat (F i g. 2).

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (9) durch eine sägezahn- bzw. stufenförmige Kante gebildet wird (F ig. 4 und 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Feststoffstrom ein Teil Flüssigkeit dem Zentrifugenrad (2) aufgegeben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Druckstrahldüse (16) zur Auflockerung des Fördergutes innerhalb des Zentrifugenrades (2) angeordnet ist, deren Strahlrichtung auf den Ringspalt (9) zielt

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrifugenrad (2) an seiner der Feststoffzufuhr (tO) gegenüber liegenden Seite fliegend gelagert ist und daß der axiale Zulauf des Feststoffstroms weitgehend ohne Einbauten bleibt

8. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatte (4) des Zentrifugenrades (2) eine Beschaufelung (18) trägt und daß die Einmündung des Flüssigkeitsstromes (13) radial bis nahe an den Innendurchmesser der Deckscheibe (4) verschoben wird, so daß die beschaufelung in Form einer Kreiselpumpe zur Druckerhöhung des Flüssigkeitsstromes beiträgt

9. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitszuführung in Achsnähe von der der Feststoffzufuhr (10) gegenüberliegenden Seite her erfolgt und daß die Beschaufelung auf der vom Zentrifugenrad (2) abgewandten Seite der Glocke (6) angebracht ist.