DE3102041A1 - Zentrifuge mit einem rotor mit einer vielzahl von ventilen, die zum ablassen des abgetrennten stroemungsmittels geoeffnet werden koennen - Google Patents

Description

Zentrifuge mit einem Rotor mit

einer Vielzahl von Ventilen, die zum Ablassen des abgetrennten Strömungsmittel geöffnet werden können

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge

mit einem Rotor, der entlang seines Umfangs eine Vielzahl von Ventilen aufweist, die während des Betriebs der Vorrichtung geöffnet werden können, um Strömungsmittel aus der Abtrennkammer des Rotors abzulassen, wobei jedes Ventil geöffnet wird, indem man einen Teil desselben in der Axialrichtung des Rotors bewegt.

Eine Zentrifuge mit derartigen Ventilen ist

beispielsweise aus der GB-PS 1 514 072 bekannt. Jedes Ventil weist dabei einen Kanal auf, der mit der Abtrennkammer in Strömung s verbindung steht. Der Kanal endet in einem Mündungsstück aus einem verhältnismäßig harten und erosionsfesten Material, dessen Mündungsöffnung in einer zur Rotorachse rechtwinkligen Ebene liegt. Das Ventil weist weiterhin einen Ventilsitz aus einem verhältnismäßig weichen und verschleißanfälligen Material auf, der in der Achsrichtung des Rotors zwischen einer ersten Lage, in der er am Mündungsstück anliegt, so daß das Ventil geschlossen ist, und einer zweiten Stellung zur Mündungsöffnung hin und von ihr weg bewegbar ist, in der der Sitz von der Öffnung abgehoben liegt und das Ventil vollständig geöffnet ist. Der Ventilsitz ist aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff gefertigt, damit er sich allmählich satt um die Öffnung

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herum an das gesamte Mündungsstück anlegt, auch wenn der Sitz - beispielsweise infolge einer Verformung der den Sitz haltenden Einrichtung - geringfügig schräg zur Öffnung liegt.

Wenn das Ventil öffnet, tritt das Strömungsmittel aus dem Kanal mit hohem Druck durch den Ringspalt aus, der dann zwischen der Öffnung und dem Ventilsitz vorliegt. Enthält das Strömungsmittel erodierend wirkende Teilchen, verschleißen diese während der gesamten Durchflußdauer des Strömungsmittels im Ventil in erster Linie den Ventilsitz. Dieser Verschleiß des Ventilsitzes führt dazu, daß mit der Zeit das Ventil in der Schließstellung nicht mehr dicht schließt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, so daß die Ventile in der Schließstellung dicht schließen, auch wenn durch das geöffnete Ventil ein erodierend wirkendes Strömungsmittel fließt.

Diese Aufgabe wird bei der Zentrifuge nach der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Ventil jeweils einen inneren und einen äußeren Teil aufweist, die relativ zueinander in der Achsrichtung des Rotors verschiebbar sind und einen Innenraum bilden, der an einem Ende geschlossen ist und mit der Abtrennkämmer in Strömungsverbindung steht. Ein erster der Teile hat einen hülsenförmigen Abschnitt aus verhältnismäßig hartem und verschleißfestem Werkstoff, der in der Achsrichtung des Rotors verläuft und eine Öffnung enthält, die vom jeweils anderen Teil bei geschlossenem Ventil abgedeckt wird. Dieser andere Teil hat eine ringförmig umlaufende Endkante aus verhältnismäßig hartem und verschleißfestem Werkstoff, die bei geschlossenem Ventil in der Achsrichtung des Rotors auf eine ringförmige Auflagefläche aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff gedrückt wird, wobei zwischen der Auflagefläche und der Endkan-

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te eine Dichtstelle mit dichtem Abschluß entsteht, die verhindert, daß das Strömungsmittel aus dem Ventil entweicht. Bei einer gegenseitigen Verschiebung der Teile legt diese Endkante die öffnung frei und stellt eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum und der Atmosphäre her, wobei die öffnung in einer solchen Entfernung von der Auflagefläche liegt, daß letztere vom durch die öffnung austretenden Strömungsmittel freiliegt, wenn die Endkante die öffnung freilegt.

Auf diese Weise ist der am wenigsten verschleißfeste Teil des Ventils, d.h. die Auflagefläche, die zusammen mit der Endkante bei geschlossenem Ventil den dichten Abschluß bewirkt, der erodierenden Wirkung des abströmenden Strömungsmittels nicht mehr ausgesetzt. Die Dichtstelle bleibt also unversehrt und das Ventil auch nach einer größeren Anzahl von Entleerungen durch das Ventil dicht, als mit den Ventilen in den bekannten Zentrifuge(n) möglich ist.

Es läßt sich nicht vermeiden, daß das durch das Ventil ausströmende Strömungsmittel die Endkante verschleißt, während sie die öffnung freilegt. Dieser Verschleiß erfolgt jedoch verhältnismäßig langsam, da die Endkante aus verhältnismäßig hartem und verschleißfestem Werkstoff besteht. Im gegebenen Zusammenhang wiegt daher dieser Verschleiß weniger schwer.

Damit jedoch auch die Endkante so weit wie möglich vor dem Verschleiß durch das ausströmende Strömungsmittel geschützt wird, ist die öffnung nach einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung so angeordnet, daß sie bei vollständig geöffnetem Ventil so weit von der Endkante entfernt ist, daß letztere vom durch die öffnung strömenden Strömungsmittel freiliegt. ,

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung j ist die öffnung im ersten Teil ein Schlitz, der im rechten Win- ' kel zur Rotorachse verläuft.

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Auf diese Weise erhält man eine Öffnung, die nur eine kleine axiale Bewegung der Endkante relativ zur öffnung erfordert, um geöffnet zu werden. Die öffnung kann weiterhin ausgerichtet werden; dadurch verhindert man, daß das Strömungsmittel zur Maschine strömt und beispielsweise Steuerelemente derselben blockiert.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der erste Teil ein becherförmiges Element, das im anderen Teil verschiebbar angeordnet ist und mit seinem Boden auf einem Sitz aufliegt, der die ringförmige Auflagefläche aufweist.

Auf diese Weise erhält man eine im Aufbau einfache Ventilkonstruktion, bei der die Auflagefläche sich leicht prüfen und erneuern läßt. Weiterhin wird im Betrieb der Zentrifuge(n) die Auflagefläche bei geschlossenem Ventil durch die Endkante und bei offenem Ventil durch das becherförmige Element in der Sollage gehalten.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der andere Teil Mittel auf, die verhindern, daß das becherförmige Element sich im anderen Teil dreht.

Indem man das becherförmige Element so führt, daß es nicht im Sitz einsitzt, erhält man die Freiheit, den Sitz so zu konstruieren, daß er sich in der Radialrichtung frei bewegen kann, ohne daß die freie Verschiebbarkeit des becherförmigen Elements in der Axialrichtung beeinträchtigt wird - indem man beispielsweise die mit dem becherförmigen Element in Berührung stehende Sitzoberfläche eben gestaltet.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist unten unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung erläutert, in der die

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den

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Rotor einer Zentrifuge

mit einer Vielzahl von Ventilen; die

Fig. 2 einen Schnitt auf der Ebene H-II der Fig. 1 durch einen Teil der Abtrennkammer des Rotors, die mit den Ventilen in Strömungsverbindung steht; und die

Fig. 3 bis 6 das Ventil der Fig. 1 vergrößert zeigen. Dabei stellt die Fig. 3 das Ventil im geschlossenen Zustand, die Fig. 4 das Ventil teilweise geöffnet, die Fig. 5 das vollständig geöffnete Ventil und die Fig. 6 einen Schnitt durch das Ventil auf der Ebene VI-VI der Fig. 5 dar.

Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine Zentrifuge mit einem Rotor 2, der auf einer Welle 3 sitzt und um die Zentralachse 4 der Welle drehbar ist. Der Rotor 2 hat einen Deckel 5 und einen schüsseiförmigen Teil 6, die ein Ring 7 aneinander festlegt.

Eine Mischung aus einem schwereren und einem leichteren Strömungsmittel wird dem Rotor durch einen Einlaßkanal 8 zugeführt, von wo die Mischung über einen Verteilerkanal 9 in die Abtrennkammer 10 des Rotors geführt wird. Dort strebt das schwerere Strömungsmittel nach außen und sammelt sich in den Taschen 11 der Trennkammer ab, die durch keilförmige Einsatzstücke 12 am Rotorumfang ausgebildet sind. Das leichtere Strömungsmittel strömt einwärts zwischen den konischen Einsatzplatten 13 zu einer Kammer 14, von wo es mit einer Schälscheibe 15 abgeführt wird.

An ihren Böden stehen die Taschen 11 über axial verlaufende Kanäle 16 mit den Ventilen 17 in Verbindung, die geöffnet werden

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können, um das Strömungsmittel aus den taschen 11 abzulassen. Die Ventile 17 sind gleichmäßig um den Rotorumfang verteilt und können mit einem gemeinsamen Steuerschieber 18 gleichzeitig geöffnet werden, der in Führungen 19, 20 in Achsrichtung des Rotors zwischen zwei Endlagen verschiebbar angeordnet ist. Befindet der Schieber 18 sich in einer ersten Endlage, in der er dem schüsseiförmigen Teil 6 am nächsten liegt, hält er die Ventile geschlossen; in der anderen Endlage hält er die Ventile offen.

Der Schieber 18 wird in seiner ersten Endlage durch Federn 21 und in der anderen Endlage durch Druckluft gehalten, die durch Kanäle 23, 24, 25 in der Welle 3 und im schüsseiförmigen Teil 6 in einen Raum 22 zwischen dem Schieber 18 und dem schüsseiförmigen Teil 6 eingelassen wird.

Jedes Ventil 17 (vergl. Fig. 3 - 6) besteht aus einer Hülse 31 aus einem verhältnismäßig harten Werkstoff, die im schüsseiförmigen Teil 6 angeordnet ist und deren Kanal 32 den Kanal im schüsseiförmigen Teil 6 fortsetzt. Ein zylindrisches becherförmiges Element 33 aus einem verhältnismäßig harten Werkstoff ist in Kanal 32 verschiebbar angeordnet und wird vom Kanal 32 in seitlicher Richtung geführt, wobei der Raum zwischen dem Element 33 und der Wandung des Kanals 32 einen zylindrischen Spalt 34 bildet, der einerseits so breit ist, daß das Element 33 sich in der Hülse 31 verschieben kann, aber andererseits so schmal ist, daß ein Hindurchtreten des Strömungsmittels durch diesen Spalt so weit wie möglich verhindert ist.

Das Element 33, das das Strömungsmittel'aus der Hülse 31 hinausdrücken will, liegt auf einem Sitz 35 auf, der fest mit dem Steuerschieber 18 verbunden ist. Das Element 3 3 enthält einen Längsschlitz 36, in den hinein ein Stift 37 vorsteht, der mit der Hülse 31 verbunden ist. Auf diese Weise ist verhindert,

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daß das Element 33 sich um seine Längsachse dreht. Das Element 33 liegt mit seinem Boden 38 auf einer ebenen Fläche 39 des Sitzes 35 auf, so daß der Steuerschieber 18 mit dem Sitz 3 5 sich radial relativ zum Element 33 verschieben kann, ohne daß der Sitz 35 das Element 33 radial mitnimmt.

Die Hülse 31 hat eine Stirn- bzw. Endkante 40, auf die der Steuerschieber 18 die Auflagefläche 41 des Sitzes 35 drückt, wenn das Ventil geschlossen ist (Fig. 3), so daß die Endkante 40 und die Auflagefläche 41 gemeinsam die Dichtstelle 42 des geschlossenen Ventils bilden. Damit der Abschluß an der Dichtstelle 4 2 so gut wie möglich wird, ist der Sitz 3 5 aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff gefertigt, so daß die Endkante 40 sich bei geschlossenem Ventil in die Auflagefläche eindrückt und diese ihrer eigenen Kontur anpaßt.

Das Element 33 ist mit einem Schlitz 43 ausgeführt, der unter einem rechten Winkel zur Achse des Elements 33 durch dessen Hülsenwandung verläuft. Dieser Schlitz 4 3 verläuft über etwa 180° in Drehrichtung um die Achse des Elements 33 herum.

Bei geschlossenem Ventil überdeckt die Kante 40 den Schlitz 4 um die Strecke A.

Bei geschlossenem Ventil will das Strömungsmittel im Innern des Elements 33 sieh einen Weg aus dem Ventil erzwingen, wird daran jedoch teilweise durch den mit A bezeichneten Teil des zylindrischen Spalts 34 und teilweise durch die Dichtstelle gehindert.

Das Ventil wird vom Steuerschieber 18 geöffnet (Fig. 4), wobei der Sitz 35 sich von dem Hohlzylinder 31 hinweg bewegt und das Element 33 unter der Wirkung des Strömungsmitteldrucks im Innern des Elements 33 dem Sitz 35 folgt. Dabei legt die Kante 40

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den Schlitz 4 3 frei und kann das Strömungsmittel durch den Schlitz ausströmen.

Das Ventil nimmt seine vollständig geöffnete Stellung (Fig. 5) ein, wenn der Schlitz 4 3 um die Strecke B von der Kante 40 entfernt liegt. Dann strömt das Strömungsmittel durch den Schlitz 43 in im wesentlichen radialer Richtung aus, ohne dabei die Kante 40 oder die Auflagefläche 41 zu berühren. Das Ventil wird wieder geschlossen, wenn der Steuerschieber 18 gemeinsam mit dem Sitz 35 und dem Element 33 in die in Fig. 3 gezeigte Lage zurückkehren.

Der aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff gefertigte Sitz 3 5 stellt denjenigen Teil des Ventils dar, der am verschleiß- bzw. erosionsanfälligsten ist. Daher muß die Auflagefläche 41, die die Dichtfläche der Dichtstelle 42 darstellt, vor dem ausströmenden Strömungsmittel geschützt werden.

Ist jedoch die Strecke A groß genug, kann das aus dem Ventil strömende Strömungsmittel die Auflagefläche 41, d.h. die bei geschlossenem Ventil mit der Kante 40 den dichten Abschluß bildende Fläche, nicht erreichen, was sich wie folgt erläutern läßt.

Wenn die Kante 40 den Schlitz 4 3 freizulegen beginnt (vergl. Fig. 4), strömt das Strömungsmittel aus dem Schlitz zunächst in einer Richtung 4 5 aus, die unter einem Winkel α von etwa 45° zur Achse 46 des Elements 33 verläuft. Das Strömungsmittel trifft auf den Sitz 3 5 entlang eines Kreisbogens im Abstand R von der Achse 46 auf, der, wenn die Strecke A groß genug ist, radial außerhalb der Auflagefläche 41 liegt. Beim weiteren Freilegen des Schlitzes 43 nimmt der Winkelcczu und das Strömungsmittel trifft auf den Sitz 35 immer weiter entfernt von der Auflagefläche 41 auf und strömt, wenn das Ventil die in

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Fig. 5 gezeigte Stellung einnimmt, schließlich im wesentlichen rechtwinklig zur Achse 46 ab.

Der Schlitz 4 3 braucht nicht in einem becherförmigen Element angeordnet zu werden, das sich mit dem Steuerschieber 18 bewegt, Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, die Anordnung umzukehren, d.h. den Schlitz 43 in einem hülsenförmigen Element vorzusehen, das relativ zum schüsseiförmigen Teil 6 festliegt. Dann kann die ringförmig umlaufende Endkante eines becherförmigen Elements, das das hülsenförmige Element mit dem Schlitz umgibt und mit dem Steuerschieber 18 sich bewegt, die gleiche Aufgabe erfüllen wie die oben beschriebene Kante 40.

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Claims (6)

Patentansprüche

1. Zentrifuge mit einem Rotor, der an seinem

Umfang eine Vielzahl von Ventilen aufweist, die im Betrieb der Trennvorrichtung geöffnet werden können, um Strömungsmittel aus der Abtrennkammer des Rotors abzulassen, wobei die Ventile von einem Teil des Ventils geöffnet werden, der in Achsrichtung des Rotors bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ventil einen inneren Teil (33) und einen äußeren Teil (31) aufweist, die relativ zueinander in der Achsrichtung des Rotors verschiebbar sind und einen Innenraum (44) bilden, der an einem Ende geschlossen ist und mit der Abtrennkanuner (11) in S tr ömungs verbindung steht, daß ein erster (33) der Teile einen hülsenförmigen Abschnitt aus verhältnismäßig hartem und verschleißfestem Werkstoff aufweist, der in Achsrichtung des Rotors verläuft und eine öffnung (43) enthält, die bei geschlossenem Ventil der andere (31) der Teile abdeckt, daß der andere Teil (31) eine

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ringförmige umlaufende Stirn- bzw. Endkante (40) aus einem verhältnismäßig harten und verschleißfesten Werkstoff aufweist, die bei geschlossenem Ventil in Achsrichtung des Rotors auf eine ringförmige Auflagefläche (41) aus verhältnismäßig weichem Werkstoff gedrückt wird, wobei die Endkante (40) dann dicht auf der Auflagefläche aufliegt und beide eine Dichtstelle (42) bilden, die verhindert, daß das Strömungsmittel aus dem Ventil entweicht, und daß die Endkante (40) so angeordnet ist, daß durch eine Verschiebung der Teile relativ zueinander die öffnung (4 3) freigelegt und eine Strömungsverbindung zwischen dem Innenraum (44) und der Umgebung hergestellt werden kann, wobei die öffnung (43) um eine solche Entfernung (a) von der Auflagefläche (43) entfernt liegt, daß die Auflagefläche vom aus der öffnung (4 3) austretenden Strömungsmittel frei liegt, wenn die Endkante (40) die öffnung freilegt.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (4 3) bei vollständig geöffnetem Ventil, in einer solchen Entfernung (B) von der Endkante (40) liegt, daß die Endkante vom aus der öffnung (4 3) austretenden Medium frei liegt.

3. Zentrifuge nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung ein Schlitz (4 3) ist, der im rechten Winkel zur Achse (4) des Rotors verläuft.

4. Zentrifuge nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil ein becherförmiges Element (33) ist, das im anderen Teil (31) verschiebbar angeordnet ist und dessen Boden (38) auf einem Sitz (35) aufliegt, der die ringförmige Auflagefläche (41) aufweist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil (31) Mittel (37) aufweist, die ver-

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hindern, daß das becherförmige Element (33) sich im anderen Teil (31) dreht.

6. Zentrifuge nach Anspruch 4 oder 5, dadurch

gekennzeichnet» daß die Sitze aller Ventile (17) in einem gemeinsamen Steuerschieber (18) angeordnet sind, der verschiebbar ist, um sämtliche Ventile (17) gleichzeitig zu betätigen.

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