DE3708668A1 - Geraet zur abscheidung von koernigen feststoffen aus fluessigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Abscheidung von körnigen Feststoffen aus Flüssigkeiten, inbesondere aus Wasser mit einen Hydrozyklon der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei bekannten Hydrozyklonen wird die Rohflüssigkeit zu­ nächst in eine Rotationsströmung versetzt, bevor sie in die darunter befindliche rotationssymmetrische Trenn­ kammer gelangt. Die Rotationsströmung kann beispielsweise durch tangentiale Einströmung oder durch geeignete Leit­ flächen erzeugt werden. In der Rotationsströmung werden die Feststoffteilchen unter dem Einfluß der Zentrifugal­ kraft und der Schwerkraft nach außen und nach unten ge­ führt und gelangen in eine Absetzkammer, in der sie ge­ sammelt und nach außen abgeführt werden können. Die ge­ reinigte Flüssigkeit verläßt die Trennkammer durch ein im oberen Bereich der Trennkammer in der Zyklonachse angeordnetes Überlaufrohr. Im Trennraum bildet sich eine Art Wirbelsenkenströmung aus, in der die Umfangsge­ schwindigkeit radial nach innen ansteigt, um in der Nähe der Zyklonachse wieder auf Null abzufallen. Die Austritts­ öffnung zum Absetzraum wirkt wie ein Drosselorgan, das der Hauptflüssigkeitsmenge den Austritt versperrt. Da­ durch tritt eine Umkehrung der achsnahen Strömungsrichtung nach oben hin ein, aufgrund der sich ein nach oben ge­ richteter Sekundärwirbel ausbildet. Die im Wirbelkern­ bereich nach oben mitgeführten mittleren Korngrößen wer­ den ausgeschleudert und gelangen radial nach außen in den bereits im Primärwirbel vorabgeschiedenen Schlamm­ strom. Die feinsten Fraktionen verlassen das Zykloninnere mit dem Sekundärwirbel durch das Überlaufrohr.

Die bekannten Hydrozyklone weisen eine relativ große Bauhöhe bezogen auf ihren Durchmesser auf. Eine Verkürzung der Bauhöhe konnte bisher nur auf Kosten einer geringeren Trennschärfe erzielt werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Abscheidegerät mit Hydrozyklon der eingangs ange­ gebenen Art zu schaffen, das eine relativ niedrige Bau­ höhe aufweist und dennoch eine hohe Trennschärfe gewähr­ leistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Anspruch 1 ange­ gebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungs­ gedankens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt der Gedanke zugrunde, daß durch die Verwendung geeigneter Leit-, Rückhalte­ und/oder Fangflächen innerhalb der Trennkammer eine Ver­ kürzung des Absetzwegs und damit eine Verkleinerung der Bauhöhe bei gegebener Trennschärfe erzielt werden kann.

Dementsprechend wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß in der Trennkammer unterhalb des Überlaufrohrs ein koaxialer, im wesentlichen hohlkegelförmig ausgebildeter Leitkörper angeordnet ist, der mit seiner Spitze zum Überlaufrohr weist und nach unten hin sich auf einen mindestens dem Durchmesser des Überlaufrohrs entsprechen­ den Durchmesser erweitert, so daß sich auf seiner Außen­ seite eine ringförmige Durchtrittsöffnung von der Trenn­ kammer zum Überlaufrohr bildet und daß nach unten ein ringförmiger Durchlaß für den mit den Feststoffteilchen beladenen rotierenden Restflüssigkeitsstrom verbleibt.

Außerdem ist die Unterseite des Leitkörpers über min­ destens eine achsnahe Öffnung mit dem Überlaufrohr ver­ bunden, deren Durchlaßquerschnitt sehr viel kleiner als die ringförmige Durchtrittsöffnung auf der Außenseite des Leitkörpers ist. Mit der achsnahen Öffnung wird er­ reicht, daß eine Kompensation des absitzenden Feststoff­ volumens durch über die Öffnung abströmende Flüssigkeit erzielt werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in der Trennkammer unterhalb des Leitkörpers zusätzlich eine nach unten zur Absetzkammer hin offene, im unteren Bereich ihrer Mantelfläche mit Fangöffnungen für die mit dem noch rotierenden Restflüssigkeitsstrom ankommen­ den Feststoffteilchen versehene Fangglocke angeordnet, die über mindestens eine achsnahe Öffnung mit dem Über­ laufrohr oder der Unterseite des Leitkörpers verbunden ist. Mit der achsnahen Öffnung der Fangglocke soll gleich­ falls erreicht werden, daß das absitzende Feststoffvolumen durch abströmende Flüssigkeit kompensiert werden kann. Im achsnahen Bereich ist der Saugdruck am größten, so daß dort die beste Wirkung erzielt wird, und zwar ohne die Gefahr einer Mitnahme von Feststoffteilchen aus der radial weiter außen liegenden Abwärtsströmung.

Eine besonders kompakte Bauweise erhält man, wenn der Leitkörper mit seiner die achsnahe Öffnung aufweisenden Spitze von unten her in das Überlaufrohr eingreift. Ent­ sprechendes gilt, wenn die im wesentlichen kegelförmige oder kuppelförmige Fangglocke mit ihrer Spitze von unten her in den hohlkegelförmigen Leitkörper eingreift.

Eine Verbesserung der Trennschärfe bei vorgegebener Bau­ höhe erhält man, wenn die Fangöffnungen durch mindestens eine die mit dem rotierenden Restflüssigkeitsstrom an­ kommenden Feststoffteilchen nach dem Glockeninneren und nach unten zur Absetzkammer ablenkende und die Rotations­ strömung abbremsende Prallfläche begrenzt sind. Wenn dazuhin der Absetzraum eine die Durchtrittsöffnung zur Fangglocke begrenzende ringförmige Abdeckung aufweist, werden im Absetzraum Nischen gebildet, die ein Aufwirbeln und Zurückströmen von Feststoffteilchen verhindern.

Der trichterförmige Absetzraum weist vorteilhafterweise eine nach unten gerichtete, durch ein vorzugsweise als Ventilkörper ausgebildetes Verschlußorgan verschließbare Entleeröffnung auf. Das Verschlußorgan gibt dabei die Entleeröffnung zweckmäßig in Abhängigkeit von der Menge der im Absetzraum abgesetzten Feststoffteilchen frei. Zu diesem Zweck kann das Verschlußorgan als Schwimmer ausgebildet sein, der eine Bodenfläche für die sich im Absetzraum ansammelnden Feststoffteilchen bildet und dessen Schließkraft bei Erreichen eines vorgegebenen Gewichts der auf ihm lastenden Feststoffteilchen unter Freigabe der Entleeröffnung überwindbar ist. Die Boden­ fläche des Verschlußorgans steht zweckmäßig ringförmig über den Rand der Entleeröffnung des Absetzraums über und bildet eine flache Ringmulde als Unterlage für die Feststoffteilchen.

Vorteilhafterweise mündet die Entleeröffnung des Absetz­ raums in eine Ausspülkammer, die ihrerseits eine mit einem Schließkörper gegen Atmosphärendruck verschließ­ bare Ausspülöffnung aufweist. Das Verschlußorgan des Absetzraums ist zweckmäßig mit einem Steuerorgan ge­ koppelt, über das ein den Schließkörper der Ausspülkammer öffnender und/oder schließender Betätigungsmechanismus auslösbar ist. Unter der Einwirkung der bei offener Aus­ spülöffnung auftretenden Druckdifferenz wird das Ver­ schlußorgan zunächst in der Weise gegen den Boden der Ausspülkammer gedrückt, daß die Flüssigkeit nur durch im wesentlichen radial verlaufende Strömungskanäle im Verschlußorgan oder an dessen Boden austreten kann. Da diese Strömungskanäle einen relativ kleinen Durchtritts­ querschnitt aufweisen, werden Flüssigkeitsstöße beim Öffnen und beim späteren Schließen der Ausspülöffnung vermieden. Im Verlauf des Ausspülvorgangs wird das Ver­ schlußorgan allmählich von der Ausspülöffnung abgehoben, so daß der Flüssigkeitsdurchsatz ansteigt und den im Absetzraum angesammelten Feststoffschlamm zuverlässig ausspült.

Der Betätigungsmechanismus für den Schließkörper weist zweckmäßig einen über einen Stößel starr mit dem Schließ­ körper verbunden Kolben auf, der in einem oberhalb des Hydrozyklon angeordneten, über ein Steuerventil wahl­ weise mit dem Überdruck der Flüssigkeit oder mit Atmos­ phärendruck beaufschlagbaren Kolben- oder Membranzylinder angeordnet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich zwischen dem Überlaufrohr und dem Flüssig­ keitsauslaß ein von der aus dem Hydrozyklon ausströmenden Flüssigkeit durchströmtes rückspülbares Filterelement angeordnet. Das Filterelement kann dabei als koaxial oberhalb des Überlaufrohrs angeordneter, von innen nach außen durchströmter Hohlzylinder ausgebildet sein, wobei innerhalb des Filterelements ein mit mindestens einer schlitzförmigen Ringöffnung axial über die Innenfläche des Filterelements verschiebbares, austrittsseitig zum Absetzraum oder zur Ausspülkammer führendes Kanalstück angeordnet ist, dessen Ringöffnung am äußersten Rand eines über die Höhe des Filterelements verschieb­ baren Abstreifers angeordnet ist und das auf dem den Schließkörper der Ausspülkammer mit dem Kolben des Be­ tätigungsmechanismus verbindenden Stößel angeordnet sein kann. Auf dem Stößel ist ferner ein Mitnehmer zum Abheben des Verschlußorgans vom Boden der Ausspülkammer ange­ ordnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Aus­ führungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch einen durch den Grobschmutzanfall automatisch gesteuerten Hydrozyklon-Abscheider;

Fig. 2 einen Ausschnitt eines Hydrozyklon-Abscheiders mit nachgeschaltetem rückspülbarem Filterelement in senkrecht geschnittener Darstellung.

Die in der Zeichnung dargestellten Schmutzabscheidegeräte sind für den Anschluß an Wasserleitungen bestimmt und haben die Aufgabe, die Leitungen und die daran ange­ schlossenen Armaturen und Geräte vor Verunreinigungen zu schützen. Sie bestehen aus einem mit Rohranschlüssen 10, 12 versehenen Kopfteil 14, einer an der Unterseite des Kopfteils 14 angeflanschten Tasse 16′, 16′′, einem innerhalb der Tasse angeordneten Hydrozyklon 18 sowie einer im Kopfteil befindlichen automatischen Betätigungs­ vorrichtung 20 zur Auslösung eines Ausspülvorgangs für den im Absetzraum 22 angesammelten Grobschmutz. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist oberhalb des Hydrozyklon 18 zusätzlich ein rückspülbares Filter­ element 24 angeordnet, dessen Rückspülvorgang gleichfalls über die Betätigungsvorrichtung 20 auslösbar ist.

Der Rohwassereinlaß 26 steht über eine Drallkammer 28 mit schraubenförmig gewundener Leitfläche 30 mit der nach außen hin durch das Tassenoberteil 16′ begrenzten Trennkammer 32 in Verbindung. In die Trennkammer 32 taucht von oben her ein Überlaufrohr 34 ein, das eine zur Trenn­ kammer 32 weisende untere Öffnung 36 und eine zum Flüssig­ keitsauslaß 37 weisende obere Öffnung 38 aufweist.

In der Trennkammer 32 unterhalb des Überlaufrohrs 34 befindet sich ein koaxialer, hohlkegelförmiger Leit- und Rückhaltekörper 40, der mit seiner Spitze 42 nach oben in das Überlaufrohr 34 eingreift und nach unten hin sich auf einen mindestens dem Durchmesser des Über­ laufrohrs 34 entsprechenden Durchmesser erweitert. Der Leitkörper 40 bildet mit dem unteren Öffnungsrand 36 des Überlaufrohrs 34 eine ringförmige Durchtrittsöffnung 44 für die von der Trennkammer 32 zum Überlaufrohr 34 abströmende Flüssigkeit, während zwischen dem Außenrand 46 des Leitkörpers 40 und der Innenfläche des Tassenober­ teils 16′ ein ringförmiger Durchlaß 48 für den nach unten gerichteten rotierenden Restflüssigkeitsstrom verbleibt. Das Innere 50 des Leitkörpers 40 ist über mehrere achsnahe Öffnungen 52 mit dem Überlaufrohr 34 verbunden, deren Durchlaßquerschnitt in ihrer Gesamtheit sehr viel kleiner als die ringförmige Durchtrittsöffnung 44 auf der Außen­ seite des Leitkörpers 40 ist.

In der Trennkammer 32 unterhalb des Leitkörpers 40 ist zusätzlich eine nach unten zur Absetzkammer 22 hin offene, im unteren Bereich ihrer Mantelfläche mit Fangöffnungen 54 versehene, im wesentlichen hohlkegelförmige Fangglocke 56 angeordnet, die mit ihrer Spitze 58 von unten her in den Hohlraum 50 des Leitkörpers 40 eingreift und die über eine achsnahe Öffnung 60 innerhalb des Vierkantrohrs 62 unmittelbar mit dem Inneren des Überlaufrohrs 34 ver­ bunden ist. Sowohl der kegelförmige Leitkörper 40 als auch die Fangglocke 56 ist starr mit der Gehäusetasse 16′, 16′′ verbunden.

Im Tassenunterteil 16′′, das über eine Flanschverbindung 64 mit dem Tassenoberteil 16′ verbunden ist, befindet sich die zur Fangglocke 56 hin offene trichterförmige Absetzkammer 22, deren nach unten weisende Entleeröffnung 66 durch ein als Schwimmer ausgebildetes Verschlußorgan 68 verschließbar ist. Der Schwimmer 68 bildet an seiner als flache Ringmulde ausgebildeten Oberfläche eine Boden­ fläche 70 für die aus der Trennkammer 32 in die Absetz­ kammer 22 gelangenden Feststoffteilchen. Die Schließkraft des Schwimmerventils 68 ist dabei so eingestellt, daß sie durch das Gewicht der auf ihm lastenden Fest­ stoffteilchen unter Freigabe der Entleeröffnung 66 der Absetzkammer 22 überwunden werden kann.

Die Entleeröffnung 66 mündet in eine wassergefüllte Aus­ spülkammer 72, in der sich auch der Schwimmer 68 befindet. Die Ausspülkammer 72 weist an zentraler Stelle ihres konisch nach unten verjüngten Bodens 74 eine Ausspül­ öffnung 76 auf, die durch einen Schließkörper 78 gegen den äußeren Atmosphärendruck verschließbar ist.

Der Schließkörper 78 steht über einen Stößel 80, der durch das Vierkantrohr 62 nach oben geführt ist, mit dem automatisch auslösbaren Betätigungsmechanismus 20 in Verbindung. Das Stößelende ist an einem mit einer Rollmembran 102 überspannten Kolben 104 befestigt, dessen Kolbenfläche über das Steuerventil 106 wahlweise mit dem im wasserführenden Bereich des Geräts herrschenden Überdruck oder mit Atmosphärendruck beaufschlagbar ist.

In der in Fig. 1 gezeigten Betriebsstellung ist das Steuerventil so geschaltet, daß der Kolben 104 unter der Einwirkung einer Druckfeder 122 in der nach unten verschobenen Stellung gehalten wird, in der die Ausspül­ öffnung 76 verschlossen ist.

Wird das Steuerventil 106 in seine Ausspülstellung ge­ bracht, in der der Kolbenzylinder 114 mit Druckwasser beaufschlagt wird, so wird der Kolben 104 entgegen der Kraft der Feder 122 nach oben verschoben. Dabei hebt sich der Schließkörper 78 von seinem Dichtsitz ab und gibt die Ausspülöffnung 76 frei. Wird das Steuerventil 106 anschließend wieder in die Betriebsstellung umge­ steuert, in der der Kolbenzylinder 114 gegen Atmosphären­ druck entlastet wird, so gelangt der Kolben 104 unter der Einwirkung der Druckfeder 122 wieder in seine Aus­ gangslage zurück. Das im Kolbenzylinder 114 befindliche Wasser wird dabei über einen Anschluß 116 des Steuer­ ventils und den Schlauch 118 nach außen in einen Abfluß­ kanal 120 verdrängt. Die Drosselwirkung in den Ver­ bindungskanälen gewährleistet, daß der Kolben 104 langsam in seine Ausgangslage zurückverschoben wird.

Die beschriebenen Funktionen des Betätigungsmechanismus 20 werden durch den Hydrozyklon wie folgt automatisch ausgelöst:

Das über den Flüssigkeitseinlaß 26 ankommende, mit Fest­ stoffverunreinigungen belastete Wasser wird in der Drall­ kammer 28 in eine Rotationsströmung versetzt. In der Rotationsströmung werden vor allem die gröberen Feststoff­ teilchen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft und der Schwerkraft nach außen und nach unten geführt. Der innere Teil der auf diese Weise erzeugten Wirbelsströmung wird an der Außenfläche des Leitkörpers 40 durch die ring­ förmige Durchtrittsöffnung 48 in das Überlaufrohr 34 scharf umgelenkt und zum Flüssigkeitsauslaß 37 geleitet. Der äußere, überwiegend mit den Feststoffen belastete Teil des Flüssigkeitswirbels gelangt als rotierender Reststrom durch den ringförmigen Durchlaß 48 am Leitkörper 40 vorbei in den darunter befindlichen Raum 32′ der Trenn­ kammer und prallt dort auf die Außenfläche der Fangglocke 56, so daß eine Strömungsdrosselung auftritt. Die an der Außenfläche der Fangglocke 56 nach oben gerichteten Flüssigkeitswirbel werden im Inneren 50 des Leitkörper 40 gedämpft und gelangen schließlich mit dem von oben kommenden Reststrom wieder nach unten. Dort tritt der Reststrom durch die Fangöffnungen hindurch in das Innere der Fangglocke 56 ein. Die Begrenzungsflächen der Fang­ öffnungen 54 sind durch Leitflächen 55 begrenzt, die die ankommenden Feststoffteilchen zum überwiegenden Teil schräg nach unten durch die Öffnung 57 hindurch in die Absetzkammer 22 ablenken. Zusätzliche Nischen in der Fangglocke 56 und unterhalb der ringförmigen Abdeckung 59 des Absetzraums 22 sorgen dafür, daß die eingefangenen Feststoffteilchen nicht mehr nach oben gelangen können. Die achsnahen Öffnungen 52, 60 im Leitkörper 40 und in der Fangglocke 56, die unmittelbar zum Inneren des Über­ laufrohrs 34 führen, sorgen für eine Kompensation des Volumens der aufgefangenen Feststoffteilchen durch nach oben austretendes und aufgrund der geometrischen Anordnung der Öffnungen 52, 60 weitgehend von Feststoffteilchen befreites Wasser.

Auf diese Weise füllt sich die Absetzkammer allmählich mit den abgeschiedenen Feststoffen. Wird das Gewicht der abgesetzten Feststoffe schließlich größer als die durch den Auftrieb des Verschlußkörpers im Wasser ge­ bildete Schließkraft, so sinkt das Verschlußorgan 68 unter Freigabe der Entleeröffnung 66 nach unten. Dabei dringt zwar etwas Feststoffschlamm auf den Außenring 71 des Schließkörpers 68 und bildet einen Schüttkegel. Die Ringmulde 70, 71 ist jedoch so bemessen, daß der Fest­ stoffschlamm zunächst noch nicht nach unten in die Aus­ spülkammer 72 fällt.

Mit dem absinkenden Verschlußorgan 68 wird außerdem ein Betätigungsorgan 82 nach unten mitgenommen, das an seinem oberen Kranz einen Dauermagneten trägt. Über den Dauer­ magnet wird ein als Hallsensor ausgebildeter Magnetsensor 84 betätigt, der den eigentlichen Ausspülvorgang über eine mit dem Betätigungsmechanismus 20 verbundene Steuer­ elektronik 107 auslöst.

Durch den mit dem Membrankolben 104 nach oben gehenden Stößel 80 wird der bis dahin in Schließstellung befind­ liche Schließkörper 78 unter Freigabe der Ausspülöffnung 76 zum äußeren Atmosphärendruck geöffnet. Dadurch strömt unter der Einwirkung des innerhalb des Geräts bestehenden Überdrucks momentan Wasser aus der Ausspülöffnung 76 aus, die das Verschlußorgan 68 nach unten gegen den Boden 74 der Ausspülkammer 72 zieht. Das Verschlußorgan 68 umschließt in dieser Stellung ringförmig die Ausspülöffnung 76, so daß zunächst nur noch Wasser durch die im wesent­ lichen radial verlaufenden Kanäle, die durch Einbuchtungen 86 an der Unterseite des Verschlußorgan 68 gebildet sind, ausströmen kann. Die hierdurch hervorgerufene Drosselung verhindert das Auftreten von Druckstößen beim Öffnen der Ausspülöffnung 76.

Der Stößel 80 wird durch den Membrankolben 104 nun all­ mählich nach oben gezogen. Dabei wird schließlich auch das Verschlußorgan 68 von einem auf dem Stößel ange­ ordneten Mitnehmer 88 erfaßt und nach oben mitgenommen, so daß die anfängliche Drosselung aufgehoben wird. Das in dieser Phase mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den Absetzraum 22 zur Ausspülöffnung 76 strömende Wasser nimmt den Feststoffschlamm mit und spült ihn vollständig aus. Am Ende des Ausspülvorgangs wird der Stößel 80 mit dem Schließkörper 78 durch den Betätigungsmechanismus 20 wieder nach unten verschoben. Im unteren Abschnitt, noch bevor der Schließkörper 78 in die Ausspülöffnung 76 eintritt, wird das mitgenommene Verschlußorgan 68 wieder auf den Boden der Ausspülkammer abgesetzt, so daß Druckstöße beim Schließvorgang vermieden werden. Sobald die Ausspülöffnung 76 geschlossen und der Druckab­ fall aufgehoben ist, gelangt das Verschlußorgan 68 auf­ grund seiner Auftriebskraft wieder nach oben und ver­ schließt die Entleeröffnung 66 des Absetzraumes 22. Gleichzeitig wird im oberen Teil der Aufwärtsbewegung des Verschlußorgans das Betätigungsorgan 82 mitgenommen, so daß der Dauermagnet aus dem Wirkungsbereich des Magnet­ sensors 84 herausgelangt. Ein weiterer Ausspülvorgang wird dann erst wieder eingeleitet, wenn so viel Feststoff­ schlamm im Absetzraum angesammelt ist, daß sein Gewicht zum erneuten Absenken des Verschlußorgans 68 ausreicht.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Überlaufrohr 34 des Hydrozyklon 18 und dem Flüssigkeitsauslaß 37 zusätzlich ein rückspülbares Filter­ element 24 angeordnet, das von dem aus dem Hydrozyklon 18 kommenden, vorgereinigten Wasser durchströmt wird. Das Filterelement 24 weist einen zylindrischen Tragkörper mit relativ großen Druchbrüchen auf, über dessen Innen­ fläche ein engmaschiges textiles Filtergewebe gespannt ist. Ein rückspülbares Filterelement dieser Art ist in der EP-PS 1 21 090 beschrieben.

Während des Filtrierbetriebs tritt das durch das Überlauf­ rohr 34 ankommende vorgereinigte Wasser in das Filter­ element 24 ein, durchströmt dieses von innen nach außen und fließt gereinigt durch den Wasserauslaß 37 ab. Die noch im Wasser befindlichen Schwebeteilchen werden am Filtergewebe zurückgehalten. Mit zunehmender Verschmutzung des Filterelements 24 erhöht sich der Druckabfall im Gerät. Deshalb muß das Filterelement 24 von Zeit zu Zeit durch Rückspülen gereinigt werden. Hierzu dient die im Inneren des Filterelements angeordnete Rückspülvorrichtung 130.

Die Rückspülvorrichtung 130 enthält ein relativ zum Filterelement axial verschiebbares Kanalstück, das ein zentrales Rohr 132 und mehrere im Winkelabstand von­ einander angeordnete, schräg nach oben weisende Ver­ bindungskanäle 134 aufweist, die an ihrem äußeren Ende gruppenweise in zwei in axialem Abstand voneinander ange­ ordnete Ringkanäle 136 münden, die ihrerseits eine radial zum Filterelement hin offene Ringöffnung 138 aufweisen. Die Verwendung von zwei im axialen Abstand voneinander angeordneten Ringkanälen 136 hat den Vorteil, daß die gesamte Höhe des Filterelements 24 beim Rückspülvorgang mit verhältnismäßig kleinem Hub überstrichen werden kann.

Beim Rückspülvorgang müssen die Ringkanäle 136 mit ihrer Ringöffnung 138 möglichst dicht gegen die Innenfläche des Filterelements 24 anliegen, damit nur Rückspülwasser von der Reinwasserseite 37 durch das Filterelement 24 zur Ringöffnung 138 gelangen kann und der Zutritt von Wasser aus dem Überlaufrohr 34 vermieden wird. Das Kanal­ stück 130 greift mit seinem nach unten weisenden Rohr 132 durch das Überlaufrohr 34 und den Hydrozyklon 18 hindurch und weist eine zur Ausspülkammer 72 hin geöffnete Auslaßöffnung auf. Das Rohr 132 ist am einen Ende über den Stößel 80 starr mit dem Membrankolben 104 der Be­ tätigungsvorrichtung 20 und am anderen Ende starr mit dem Schließkörper 78 der Ausspülkammer 72 verbunden. Auf diese Weise wird der Rückspülvorgang gleichzeitig mit dem Ausspülvorgang im Hydrozyklon 18 eingeleitet. Das Rückspülwasser gelangt aufgrund des beim Abheben des Schließkörpers 78 von der Ausspülöffnung 76 ent­ stehenden Druckgefälles vom Wasserauslaß 37 durch das Filterelement 24, und das Kanalstück 130 zur Ausspül­ öffnung 76.

Während des Rückspül- und Ausspülvorgangs kann der Filtrierbetrieb aufrechterhalten bleiben da im Hydrozyklon 18 nur ein kleiner Teil des einströmenden Rohwassers zum Ausspülen abgezweigt und das über das Überlaufrohr 34 abströmende Wasser nach wie vor zu den von den Ring­ öffnungen 138 nicht überstrichenen Bereichen des Filter­ elements 24 gelangen kann. Etwaige Grobschmutzteilchen, die beim Verschieben der als Abstreifer ausgebildeten Ringkanäle 136 sich vom Filterelement 24 lösen, können durch das Überlaufrohr 34 nach unten zur Absetzkammer 22 des Hydrozyklon gelangen.

Der Rückspül- und Ausspülzyklus kann auch durch eine zeitabhängige Steuerung nach einer bestimmten Betriebs­ dauer im Filtrierbetrieb, durch eine druckabhängige Steue­ rung aufgrund einer Messung der Druckdifferenz zwischen dem Wassereinlaß 26 und dem Wasserauslaß 37 oder über eine mengenabhängige Steuerung durch Messung der Durch­ flußmenge eingeleitet werden.

Claims (24)

1. Gerät zur Abscheidung von körnigen Feststoffen aus Flüssigkeiten, insbesondere aus Wasser, mit einem unter Überdruck mit der feststoffbeladenen Rohflüssigkeit beauf­ schlagbaren Flüssigkeitseinlaß sowie einem mit dem Flüssigkeitseinlaß und einem Flüssigkeitsauslaß ver­ bundenen Hydrozyklon, bestehend aus einer die ankommende Rohflüssigkeit in eine Rotationsströmung versetzenden Drallkammer, einer sich an die Drallkammer nach unten anschließenden, rotationssymmetrischen Trennkammer, einer in die Trennkammer von oben her unter Freilassung eines ringförmigen Strömungsraums koaxial eintauchenden, nach unten offenen und nach oben zum Flüssigkeitsauslaß führen­ den Überlaufrohr, einer im Abstand unterhalb des Überlauf­ rohrs angeordneten, mit der Trennkammer verbundenen Ab­ setzkammer für die unter der Einwirkung der Zentrifugal­ kraft und der Schwerkraft aus der zum Flüssigkeitsauslaß gelangenden Flüssigkeitsströmung ausgeschiedenen Fest­ stoffteilchen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trenn­ kammer (32, 32′) unterhalb des Überlaufrohrs (34) ein koaxialer, im wesentlichen hohlkegelförmig ausgebildeter, mit seiner Spitze (42) zum Überlaufrohr (34) weisender, auf seiner Außenseite eine ringförmige Durchtrittsöffnung (44) zwischen Trennkammer (32) und Überlaufrohr (34) freilassender, nach unten hin sich auf einen mindestens dem Durchmesser des Überlaufrohrs (34) entsprechenden Durchmesser erweiternder und zusammen mit der Trennkammer­ wand einen Durchlaß (48) für den mit den Feststoffteilchen beladenen rotierenden Restflüssigkeitsstrom bildender Leitkörper (40) angeordnet ist, dessen Unterseite über mindestens eine achsnahe Öffnung (52) mit dem Überlauf­ rohr (34) verbunden ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trennkammer (32, 32′) unterhalb des Leitkörpers (40) eine nach unten zur Absetzkammer (22) hin offene, im unteren Bereich ihrer Mantelfläche mit Fangöffnungen (54) für die mit dem rotierenden Restflüssigkeitsstrom ankommenden Feststoffteilchen versehene und über min­ destens eine achsnahe Öffnung (60) mit dem Überlaufrohr (34) oder der Unterseite (50) des Leitkörpers (40) ver­ bundene Fangglocke (56) angeordnet ist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Durchtrittsöffnung (44) zwischen Trennkammer (32) und Überlaufrohr (34) in ihrem Quer­ schnitt größenordnungsmäßig der Nennweite des Flüssig­ keitseinlasses (26) entspricht und um ein Mehrfaches größer als die achsnahe Öffnung (52) des Leitkörpers (40) ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die achsnahe Öffnung (52) des Leitkörpers (40) in ihrem Durchtrittsquerschnitt um ein Mehrfaches größer als die achsnahe Öffnung (60) der Fangglocke (56) ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leitkörper (40) mit seiner die achsnahe Öffnung (52) aufweisenden Spitze (42) von unten her in das Überlaufrohr (34) eingreift.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die im wesentlichen kegelförmige oder kuppelförmige Fangglocke (56) mit ihrer Spitze (58) von unten her in den hohlkegelförmigen Leitkörper (40) ein­ greift.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fangöffnungen (54) durch mindestens eine die mit dem rotierenden Restflüssigkeitsstrom an­ kommenden Feststoffteilchen nach dem Glockeninneren und nach unten zur Absetzkammer (22) ablenkende und die Rotationsströmung abbremsende Prallfläche (55) begrenzt sind.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Absetzraum (22) eine die Durchtritts­ öffnung (57) zur Fangglocke (56) begrenzende ringförmige Abdeckung (59) aufweist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der im wesentlichen trichterförmig ausge­ bildete Absetzraum (22) eine nach unten weisende, durch ein vorzugsweise als Ventilkörper ausgebildetes Verschluß­ organ (68) verschließbare Entleeröffnung (66) aufweist.

10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan die Entleeröffnung (66) in Abhängigkeit von der Menge der im Absetzraum (22) befindlichen Fest­ stoffteilchen freigibt.

11. Gerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußorgan (68) als Schwimmer ausgebildet ist, der eine Bodenfläche (70, 71) für die sich im Absetz­ raum (22) ansammelnden Feststoffteilchen bildet und dessen Schließkraft bei Erreichen eines vorgegebenen Gewichts der auf ihm lastenden Feststoffteilchen unter Freigabe der Entleeröffnung (66) überwindbar ist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bodenfläche (70, 71) des Ventilkörpers ringförmig über den Rand der Entleeröffnung (66) des Absetzraums übersteht und eine schwach gekrümmte Ringmulde als Unterlage für die Feststoffteilchen bildet.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entleeröffnung (66) des Absetzraums (22) in eine Ausspülkammer (72) mündet oder in einer solchen angeordnet ist, die ihrerseits eine mit einem Schließkörper (78) gegen Atmosphärendruck verschließbare Ausspülöffnung (76) aufweist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußorgan (68) des Absetzraums (22) mit einem Steuerorgan (82) zur Auslösung eines den Schließkörper (78) der Ausspülkammer (72) öffnenden und/oder schließenden Betätigungsmechanismus (20) ge­ koppelt ist.

15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (82) einen Dauermagneten zur Beeinflussung eines den Betätigungsmechansimus auslösenden Magnetsensors (84), insbesondere eines Hall-Sensors, trägt.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußorgan (68) unter der Einwirkung der bei geöffneter Ausspülöffnung auftretenden Druck­ differenz gegen den Boden (74) der Ausspülkammer (72) drückbar ist, und daß an dem Verschlußorgan (68) vorzugs­ weise durch Einbuchtungen (86) an dessen Boden gebildete, im wesentlichen radial verlaufende Strömungskanäle für die ausgespülte Flüssigkeit vorgesehen sind.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Betätigungsmechanismus (20) für den Schließkörper einen über einen Stößel (80) starr mit dem Schließkörper (78) verbundenen Kolben (104) aufweist, der in einem oberhalb des Hydrozyklons (18) angeordneten, über ein Steuerventil (106) wahlweise mit dem Überdruck der Flüssigkeit oder mit dem Atmosphärendruck beaufschlag­ baren Kolbenzylinders (114) angeordnet ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenfläche mit einer flüssigkeitsdicht an der Zylinder­ wandung befestigten Rollmembran (107) überspannt ist.

19. Gerät nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (104) mit Hilfe des Flüssigkeitsüberdrucks aus einer der Flüssigkeitskammern entgegen der Kraft einer Feder (122) von einer Ausgangslage in eine Endlage verschiebbar und mit Hilfe der Federkraft entgegen dem im Kolbenzylinder (114) anstehenden Atmosphärendruck wieder in seine Ausgangslage zurückverschiebbar ist.

20. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Drallkammer (28) mindestens eine die ankommende Flüssigkeit in eine Rotationsströmung versetzende, in den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Trennkammerwand (16′) und dem Überlaufrohr (34) mündende, schraubenförmige Leitfläche (30) angeordnet ist.

21. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Bereich zwischen dem Überlaufrohr (34) und dem Flüssigkeitsauslaß (37) ein von der aus dem Hydro­ zyklon (18) ausströmenden Flüssigkeit durchströmtes rück­ spülbares Filterelement (24) angeordnet ist.

22. Gerät nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (24) als koaxial oberhalb des Überlaufrohrs (34) angeordneter, von innen nach außen durchströmter Hohlzylinder ausgebildet ist, daß innerhalb des Filter­ elements (24) ein mit mindestens einer schlitzförmigen Ringöffnung (138) axial über die Innenfläche des Filter­ elements (24) verschiebbares, austrittsseitig zum Absetz­ raum (22) oder zur Ausspülkammer (72) führendes Kanalstück (130) angeordnet ist, daß die Ringöffnung (138) am radial äußersten Rand eines Abstreifers (136) angeordnet ist, daß das Filterelement (24) in dem vom Abstreifer (136) überstrichenen Bereich eine im wesentlichen glatte Ober­ fläche aufweist und daß das Kanalstück (130) mit dem Schließkörper (78) der Ausspülkammer (72) verbunden ist.

23. Gerät nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Kanalstück (130) auf dem den Schließkörper (78) mit dem Kolben (104) des Betätigungsmechanismus (20) verbindenden Stößel (80) angeordnet ist.

24. Gerät nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem Stößel (80) ein Mitnehmer (88) zum Abheben des Verschlußorgans (68) vom Boden (74) der Ausspülkammer (72) angeordnet ist.