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Füllvorrichtung für Zentrifugen
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Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung für Zentrifugen zur Trennung
von Stoffgemischen, insbesondere für Zentrifugen, bei denen der Feststofftransport
in der Trommel schubweise erfolgt.
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Solchc Zentrifugen werden zur mechanischen Trennung von Suspensionen,
zum Behandeln von körnigen Stoffen, wie etwa Waschen, Extrahieren, in allen Industriezweigen
eingesetzt.
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Es gibt verschiedene Bauarten von Zentrifugen mit schubweisen Transport
des Feststoffes in der rotierenden Trommel wie etwa Schwingzentrifugen und Schubzentrifugen.
Bei Schubzentrifugen wird der abgesiebte Feststoffkuchen schubweise durch einen
oszillierenden Schubboden transportiert. In einem Gehäuse ist die zylinderförmige
Schleudertrommel meist fliegend gelagert und stirnseitig offen. Innen ist die durchlöcherte
Trommel mit Spaltsieben ausgelegt, welche beim Schleudervorgang die Feststoffanteile
zurückhalten und nur die Flüssigkeit durchtreten lassen.
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Der rückwärtige Abschluß des Behandlungsraumes in der Trommel wird
von einem Schubboden gebildet, der über einen Teil der Trommellänge in axialer Richtung
hin- und herbewegt wird. Die Hubbewegungen des Schubbodens werden meist erzeugt
über eine gesteuert angetriebene Kolbenstange, welche sich konzentrisch in der Trommelhohlwelle
befindet. Die Hublängen betragen je nach Trommeldurchmesser etwa 20 bis 120 mm,
die Hubfrequenzen liegen bei 30 bis 100 Hüben pro Minute. Am rotierenden Schubboden
ist meist zur rotationssymmetrischen Verteilung in der Trommel und zur Vorbeschleunigung
der zugeführten Suspension ein Einlauf- oder Beschleunigungskegel befestigt. Das
kontinuierlich zulaufende Feststoff-Flüssigkeitsgemisch wird nach der Vorbeschleunigung
auf einen Teil der Trommelumfangsgeschwindigkeit in der hinteren Zone unmittelbar
vor dem Schubboden in einer Ringspaltzone stetig auf das Trommelsieb aufgegeben.
Bereits in diesem Teil der Trommel wird der überwiegende Anteil der Flüssigkeit
durch das Trommelsieb abgeschleudert und der zurückgehaltene Feststoff vom oszillierenden
Schubboden am gesamten Trommelumfang zu einem Feststoffkuchenring aufgestaut, dessen
Dicke durch die Reibungsverhältnisse des Feststoffkuchens in der Trommel bestimmt
wird.
Bei jedem Vorwärtshub des Schubbodens in Richtung der offenen Trommelseite drückt
der Schubboden den gesamten Feststoffkuchenring in der Trommel ein Stück nach vorne.
Beim Rückhub füllt sich die freiwerdende Ringspaltzone zwischen Schubboden und Kuchenring
mit neu anfiltriertem Feststoff.
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Bei gleichmäßigem Suspensionszulauf in der Vor- und Rückhubphase des
Schubbodens wird der Suspensionsdurchsatz im Betrieb dadurch limitiert, daß beim
Vorwärtshub die noch nicht abfiltrierte Flüssigkeitsmenge während des Aufstauvorganges
radial nach innen ausweicht und über den bereits trockengeschleuderten Feststoffkuchenring
in der Trommel nach vorne durchbricht. Die erreichbare Restfeuchte des Kuchens wird
hierdurch unzulässig verschlechtert.
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Während beim Vorwärtshub des Schubbodens die Füllzone der Trommel
beim Betrieb an der Durchsatzgrenze fast überläuft, ist während des Rückhubes die
freiwerdende Ringspaltzone vor dem Schubboden nur zu einem geringen Teil der maximalen
Höhe mit Suspension gefüllt. Da die Filtrationsgeschwindigkeit stark von dem hydrostatischen
Druck in der Trommel abhängt, wird während des Rückhubes nur ein Teil der maximal
möglichen Filtratmenge abgeschleudert. Durch diese Umstände wird die Filtrationsleistung
der Schub zentrifuge verringert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Filtrationsleistung
dadurch zu steigern, daß die Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Füllzone vor dem
Schubboden in allen Bewegungsphasen des Schubbodens bzw. des Feststoffkuchenringes
in der Trommel konstant und auf einem möglichst großen Wert zu halten ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die maximal
mögliche Füllung der Aufgabezone in der Trommel in allen Bewegungsphasen durch eine
gesteuerte Vorrichtung erzwungen wird.
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Um eine gleichmäßige Füllhöhe in der Aufgabezone zu erreichen, kann
beispielsweise die zulaufende Suspensionsmenge zum Beschleunigungstrichter in Abhängigkeit
der geometrischen Bewegungsphase des Schubbodens durch ein Ventil in der Zulaufleitung
gesteuert werden.
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Die zulaufende Suspensionsmenge kann auch gesteuert werden durch ein
Quetschventil in der Zuleitung, das vom schwankenden hydraulischen öldruck des Schubbodenantriebes
periodisch geöffnet ocier
geschlossen wird. Beim Vorhub des Schubbodens
mit großem Kraftbedarf und Öldruck bleibt das Zulaufventil in der 1"eststoffausschiebephase
des Schubbodens geschlossen, beim Rückhub wird es ganz geöffnet. Die Totzeit dieses
Regelvorganges ist hierbei zu berücksichtigen. Die kontinuierlich zulaufende Suspension
kann in Phasen mit geschlossenem Ventil gespeichert werden, um in den Öffnungsphasen
unter erhöhtem Förderdruck in die Füllzone der Zentrifuge einzuströmen. Das Speichervolumen
kann in- oder außerhalb der Zentrifuge untergebracht sein. Bei konstant zufließender
Suspensionsmenge kann der Verteilerkegel zur Vorbeschleunigung der Suspension auf
Umfangsgeschwindigkeit gleichzeitig als Speicher ausgebildet werden mit geöffnetem,
verengtem oder geschlossenem Ringspalt am Umfang, je nach Bewegungsphase des Schubbodens.
Wird der rotierende Verteilerkegel nicht wie bisher üblich am oszillierenden Schubboden
befestigt, sondern an der Trommel, so verengt sich der Ringspalt am Verteilerumfang
zwischen Schubboden und Verteilerkegel periodisch mit der Vorwärtsbewegung des Schubbodens.
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Ist der maximale Öffnungsspalt zwischen Verteilerkegel und Schubboden
gerade so groß wie der Schubbodenhub in axialer Richtung, so ist am vorderen Umkehrpunkt
des Schubbodens der Offnungsspalt ganz geschlossen. Ist der maximale Öffnuiigssptlt
kleiner als der Schubbodenhub, so wird de Öffnungspalt schon nach einem Teil des
Schubboden-Vorwärtshubes ganz geschlossen.
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Der Verteilerkegel muß hierbei in axialer Richtung beweglich sein,
so daß der Schubboden den in axialer Richtung federnd an der Trommel befestigten
Verteilerkegel weiter nach vorne verschieben kann. Beim Rückhub des Schubbodens
federt der Verteilerkegel wieder einen Teil des Hubes in seine Ausgangslage zurück
und erweitert dann, bei weiterem Rückhub'den Öffnungsspalt, so daß die während des
Schließens gespeicherte Suspensionsmenge nun schlagartig in die sich vergrößernde
Filtrationszone des Trommelsiebes vor dem Schubboden strömen kann. Die axiale Verschiebung
des Verteilerkegels kann durch bewegliche Befestigungselemente an der Trommel oder
durch einen in sich beweglichen oder elastischen Verteilerkegel oder beweglichen
oder elastischen Teilen hiervon bei starrer Befestigung an der Trommel erreicht
werden.
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Die Nachgiebigkeit in axialer Richtung beim Vorwärtshub und bei geschlossenem
Spalt kann auch durch einen in der Zone der Berührung mit dem starren Verteilerkegel
beweglichen oder elastischen Teil des Schubbodens erreicht werden. Es können eine
oder beide Berührungskanten elastisch nachgiebig ausgebildet sein.
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Die Nachgiebigkeit in axialer Richtung beim Vorwärtshub nach dem Schließen
des Öffnungsspaltes kann durch mechanische Verschiebeelemente oder durch elastische
Werkstoffe gewährleistet sein.
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Der Öffnungsspalt für die Suspensionsfreigabe kann so gestaltet sein,
daß die Suspension im Verteilerkegel nach dem öffnen des Spaltes beim Rückhub radial
nach außen, schräg nach hinten in Richtung Schubboden, oder horizontal nach hinten
gegen den Schubboden spritzt und von dort auf das Trommelsieb gelangt. Der Öffnungsspalt
kann den gesamten Umfang oder nur Teile des Verteilerkegelumfanges, etwa Bohrungen
am Umfang, einnehmen. Durch eine in radialer Richtung starre Aufhängung des Verteilerkegels
an der Trommel und eine genau rotationssymmetrische Abspritzkante des Verteilerkegels
wird die Suspension genau rotationssymmetrisch auf das Trommelsieb gebracht und
die Gefahr von Trommelunwuchten vermindert. Die Abspritzkante am Öffnungsspalt soll
so angebracht werden, daß die abgespritzte Suspension nicht auf den bereits aufgestauten,
entwässerten Feststoffkuchenring in der Trommel trifft, da hierdurch der Böschungswinkel
abgeflacht und die freie Siebfläche unmittelbar vor dem Schubboden wieder mit bereits
entwässertem Feststoff eingeschwemmt wird. Die verschleißgefährdeten Bauteile können
mit verschleißfestem Werkstoff überzogen sein oder aus solchem bestehen. Der Verteilerkegel
bildet mit dem axial oszillierenden Schubboden ein sich periodisch öffnendes und
schließendes Ringspaltventil, das die im rotierenden Speicher gut vorbeschleunigte
Suspension mit abnehmender Ausflußmenge dann frei gibt, wenn durch den Rückhub des
Schubbodens die Schluckfähigkeit des Trommelsiebes in der Aufgabezone am größten
ist. Das Schluckvermögen der Aufgabezone läßt sich steigern, wenn die abgeschleuderte
Feststoffschicht vom Schubboden durch einen konisch sich verengenden Trommelsiebabschnitt
entgegen der Zentrifugalkraft radial
nach innen,1bergauf1L, geschoben
wird. Ein Durchbrechen der Flüssigkeit nach vorne wird durch diesen Ringwall verhindert.
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Der größere Schubkraftbedarf kann kompensiert werden durch eine anschließende
konische Erweiterung des Trommelsiebes. Ebenso ist ein Abdichten des Verteilerkegels
mit dem Feststoffring in der Trommel durch einen Kalibrierring von Vorteil, da hierdurch
ebenso ein unkontrolliertes Durchbrechen der Flüssigkeit bei Überfüllung der Aufgabezone
verhindert wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in einer Steigerung
der Filtrationsleistung von Zentrifugen mit schubweisem Feststofftransport in der
Trommel. Die mittlere Zulaufmenge pro Zeiteinheit kann erhöht werden, die erreichte
Restfeuchte wird niedriger, die Gefahr von Unwuchten geringer.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden kurz beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 einen Halbschnitt durch
eine Schubzentrifuge mit axial beweglichen Befestigungselementen Fig. 2 im Halbschnitt
eine Füllvorrichtung mit Schubboden als Drosselorgan und Dichtung am Feststoffring
Fig. 3 im Halbschnitt eine Füllvorrichtung mit axial elastisch verschiebbaren Verteilerkegel
Fig. 4 im Halbschnitt eine Füllvorrichtung mit Speicher in der Aufgabezone der Trommel
In Fig. 1 ist eine einstufige Schubzentrifuge bekannter Bauart dargestellt. Innerhalb
der mit Sieben 2 ausgelegten zylindrischen Trommel 1 bewegt sich der axial oszillierende
Schubboden 3 mit dem Hub 4. Befindet sich der Schubboden 3 nahe seinem hinteren
Umkehrpunkt 5, so fließt die im Einlaufrohr 7 zugeführte Suspension 81 durch den
Verteilerkegel 11 in Umfangsrichtung vorbeschleunigt,durch den geöffneten Ringspalt
9 in die Aufgabezone 10 der Trommel 1 und wird dort entwässert. Beim Vorhub des
Schubbodens 3 wird noch vor Erreichen des vorderen Umkehrpunktes 6 der axial bewegliche
Verteilerkegel 11 gegen den Druck der Federn 12 axial verschoben. In dieser Bewegungsphase
bleibt die Auslaßöffnung in Form eines Ringspaltes 9 geschlossen. Der Schubboden
3 staucht den abgesiebten Feststoff zum Feststoffkuchenring 13 auf und schiebt ihn
ein Stück in der Trommel 1 nach vorne
zum Abwurfende 14. Beim Rückhub
des Schubbodens 3 wird der zwischen Schubboden 3 und Verteilerkegel 11 geschlossene
Ringspalt 9 wieder geöffnet und die ganze, im Verteilerkegel 11 während der vorderen
Bewegungsphase des Schubbodens 3 gespeicherte Suspension 15 fließt sehr schnell
in die sich erweiternde Aufgabezone 10 vor den Schubboden 3 in der Trommel 1. Durch
das öffnen und Schließen des Ringspaltes 9 wird beim Vorhub des Schubbodens 3 der
sich verengende Raum in der Aufgabezone 10 nicht mehr überfüllt, beim Rückhub wird
der jetzt freigeräumte Raum in der Aufgabezone 10 sehr viel rascher mit Suspension
voll aufgefüllt und das Trommelsieb hat hierdurch eine große Entwässerungsleistung.
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In Fig. 2 ist im Halbschnitt eine Füllvorrichtung in einer Schubzentrifuge
dargestellt mit starr an der Trommel 1 befestigtem Speicher und Verteilerkegel 17.
Der Ringspalt 9 wird beim Vorhub des Schubbodens 3 durch Überdeckung der Nase 18
geschlossen und beim Rückhub geöffnet. Gernlge Undichtigkeiten 19 bei geschlossened
Ringspalt stören nicht. Am Verteilerkegel 17 ist bei 20 eine elastische Dichtung
gezeigt, die bei Überfüllung der Aufgabezone 10 mit Suspension ein unkontrolliertes
Durchbrechen der Flüssigkeit nach vorne verhindert, ohne die Pressung des Feststoffes
13 in der Trommel 1 und damit die Reibung und den Verschleiß auf dem Sieb 2 zu erhöhen.
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Fig. 3 zeigt eine starr an der Trommel 1 befestigte Füllvorrichtung,
die durch ein elastisch verformbares Teil 22 dem Schubboden 3 in der vorderen Bewegungsphase
axial ausweichen kann und gleichzeitig den Ringspalt 9 geschlossen hält. Beim Rückhub
federt der äußere Teil 23 des Verteilerkegels 24 axial wieder zurück und gibt bei
weiterem Rückhub des Schubbodens die gespeicherte Suspension im Verteilerkegel 24
frei.
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Fig. 4 zeigt eine Schubzentrifuge mit zylindrischem Trommelabschnitt
26 im Bereich des Schubbodens 3. An den zylindrischen Trommelabschnitt 26 schließt
sich ein konischer Siebabschnitt 27 mit kleinerem Durchmesser an, der den aufgestauten
Feststoffkuchenring
1 3 radial nach innen schiebt und so in der
Trommel 1 einen Ringwall 28 bildet, der ein Durchbrechen der Flüssigkeit 29 aus
der Speicherzone nach vorne verhindert. Der Verteilerkegel 30 kann sowohl an der
Trommel 1 als auch am Schubboden 3 befestigt sein. Ein anschließender konisch erweiterter
Siebabschnitt 31 in der Trommel 1 verringert den Schubkraftbedarf.
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