DE3912517C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Förderung und Trennung der Bestandteile eines Fluids, insbesondere einer Suspension, unter Aufschluß verklammerter Teilchen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Förderung und Tren­ nung der Bestandteile eines Fluids, insbesondere einer Suspen­ sion, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ferner bezieht sich die Erfindung als Vorrichtung auf einen Wirbeltrenner zur Durchführung des Verfahrens in einer Aufbereitungsanlage zur Förderung und Tren­ nung der Bestandteile eines Fluids, insbesondere einer Suspen­ sion, nach dem Oberbegriff von Anspruch 2.

Solche Wirbeltrenner sind bekannt aus DE-PS 34 44 329 und DE-OS 37 19 441.

Aus letzterer ergibt sich, daß die Kavitationseinführung zur Trennung miteinander verklammerter Teilchen eine ganz überraschende Wirkung gerade beim Aufschluß eines Fluids, insbesondere eines Schlammes, einer verunreinigten Flüssig­ keit oder dergleichen, bewirkt, welche beispielsweise Sili­ conbestandteile mehrzackiger Form haben, an denen sich Ver­ unreinigungen festlegen oder verklammern. Die Trennung ist dabei nicht ohne weiteres möglich, aber höchst wünschenswert, um den Träger einer wirtschaftlichen Verwendung ohne Verun­ reinigung, beispielsweise als Bauhilfsmittel Sand oder der­ gleichen, zuführen zu können, während die unter Kavitations­ wirkung abgespalteten Teilchen im Bereich eines minimalen Volumens als Deponiegut weiter behandelbar sind.

Hierbei wird unterschieden, daß die miteinander verklammer­ ten Bestandteile verschiedene Dichte haben, so daß durch eine Kavitation die aufgrund der verschiedenen Dichte über­ haupt aufnehmbare Energie eine Abspaltung herbeiführt, wenn nach der Kavitation die nachfolgende Kondensation stattfin­ det. Diese nachfolgende Kondensation von die Kavitation darstellenden Dampfblasen ist schlagartig und wird beson­ ders durch Geschwindigkeitsänderungen in der Strömung her­ beigeführt. Grundsätzlich kann gesagt werden, daß eine Kavi­ tation dann entsteht, wenn bei einer Beschleunigung der sta­ tische Druck örtlich unter den Dampfdruck der Flüssigkeit absinkt. Dadurch bilden sich dann Dampfblasen. Es ist also wesentlich, daß ein Unterdruck hergestellt wird.

Dieses ist bei den bekannten Wirbeltrennern bereits vorge­ sehen. Die Herstellung des Unterdrucks in Verbindung auch mit einer gewissen Förderung des Fluids ist jedoch problema­ tisch.

Einbezogen wird dabei, daß die Kavitation im Bereich einer Umlenkung einer Strömung des aufzuschließenden Fluids einge­ führt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung als Wirbeltrenner dahingehend zu schaffen, daß ein besonders günstiger Aufschluß mit gleichzeitiger För­ derwirkung erreicht wird.

Diese Aufgabe wird einesteils durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Verfahrensgemäß wird eine radiale Abströmung des Fluids im Kavitationszustand gehemmt. Die besondere Erzeugung von Turbulenzen bis zur Wirbelbildung erhöht die Randgeschwindigkeit der Partikel und trägt zur Bildung der sogenannten Dampfblasen als Kondensationserscheinung bei. Hierdurch wird aber trotz der Energieaufnahme eine Förderwirkung aufrechterhalten, weil dann immer eine nachfolgende Druckbeaufschlagung erfolgt. Das Verfahren beinhaltet also eine Unterdruckerzeugung und Druckbeaufschlagung hintereinander.

Die Kombination von Druckimpulsen mit einer Kavitationswir­ kung erbringt eine besonders günstige Lösung. Hierbei wird verfahrensmäßig einbezogen, daß vorteilhaft eine radiale Ab­ strömung der axial eingegebenen Suspension in dem Bereich ge­ hemmt wird, an welchem die Kavitationsentwicklung beabsich­ tigt und vorgesehen ist. Diese Verhinderung der radialen Ab­ strömung in dem Bereich der Turbulenzbildung zur Entwicklung von Kavitationszuständen ist daher ein vorteilhaftes Merkmal.

Es ist bekannt, daß die bei der Kavitation aufgrund der Ge­ schwindigkeitsänderung entstehenden Dampfblasen bei örtli­ cher Absenkung des statischen Drucks unter den Dampfdruck der Flüssigkeit sich bei Kondensation schlagartig dann auflösen, wenn beispielsweise ein Zusammenprall mit Flüssigkeitsteil­ chen erfolgt, wie er im Rahmen der nachfolgenden Druckbeauf­ schlagung entstehen kann. Dieser Einfluß fördert die beab­ sichtigte Zerlegung bzw. Trennung der Bestandteile, weil je­ weils eine Abstimmung auf kürzeste Zeitabstände unterstützt wird.

Die Aufgabe wird andernteils durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. In der Vorrichtung des Wirbeltrenners haben die an ihrer vorlaufenden Stirnseite radial, im wesentlichen geradlinig ausgeführten Flügel an ihrem nach­ laufenden Rand eine Auskehlung. Diese Auskehlung erfüllt ihre Wirkung in der Anordnung am nachlaufenden Rand eines Flügels eines Wirbeltrenners. Durch diese Auskehlung wird nicht nur die Unterdruckbildung zur Bildung von Dampfblasen als Kon­ densationserscheinung gefördert, sondern diese Auskehlung, gerade mit einer Flügelverbreiterung am äußeren Ende zum be­ züglich der Drehrichtung nachlaufenden Kreisstück, hemmt auch die radiale Abwanderung nach außen, so daß in diesem Zusam­ menhang die entstehende Turbulenz in der wechselseitigen An­ ordnung und Einwirkung durch die relativen Geschwindigkeits­ änderungen zu erhöhten partiellen Kavitationen führt. Hier sei wiederholt, daß dadurch auf die zusammengeklammerten Teilchen mit verschiedener Dichte unterschiedliche Energien übertragen werden, und diese unterschiedlichen Energien zu einer überraschenden Trennung und damit Reinigung von Suspen­ sionen führen.

Bevorzugt wird, daß sich die Auskehlung in Draufsicht bogen­ förmig vom äußeren Ende des Flügels bis zu der Nabe erstreckt. Hierdurch wird der Hohlraum zur Kavitationswirkung besonders günstig erstreckt.

Wenn oben von einem Wirbeltrenner mit radialen Flügeln ge­ sprochen wird, versteht sich, daß wenigstens zwei Flügel in der angegebenen Ausgestaltung vorgesehen sind. Bevorzugt wird jedoch eine erhöhte Anzahl von Flügeln derart, daß auch die durch die Auskehlung gebildete äußere, in Umfangsrichtung verlaufende Profilierung gerade nicht den radialen Austritt unter der Druckwirkung die geradlinige Flanke des nachfolgen­ den Flügels behindert.

Eine zweckmäßige Ausführung des Wirbeltrenners besitzt einen solchen Abstand der radialen Flügel, daß der Mittelpunkt eines Kreises, welcher die Auskehlung an dem nachlaufenden Rand bestimmt, auf dem vorlaufenden Rand des in Drehrichtung folgenden Flügels angeordnet ist. Dadurch werden Proportionen geschaffen, welche die zwischen den Flügeln eingefaßte Menge des Fluids in Kavitationszustand einerseits und andererseits in einer Wirbelbildung mit Kavitation auch in eine Transport­ strömung umwandeln.

Mit besonderem Vorteil sind die Flügel an ihren äußeren En­ den einseitig hammerartig mit einem zur nachlaufenden Seite verlängerten Steg ausgeführt, der die radiale Abströmung des eingefaßten Fluids hemmt. Diese hammerartige, d.h. praktisch abgewinkelte Ausführung zur nachlaufenden Seite bildet - selbst bei einer ganz flachen Auskehlung - eine Einfassung des durch den Nachlauf verdünnten Fluids, aber eben derart, daß die radiale Abwanderung bzw. Abströmung gehemmt wird. Hierdurch wird das eingefaßte Fluid bei der genügenden Dreh­ geschwindigkeit der Flügel im obigen Sinne aufgeschlossen. Die Ausführung mit dem verlängerten Steg ist nicht unbedingt an die Auskehlung gebunden.

In der bevorzugten Ausführungsform ist das Flügelrad in ei­ nem Gehäuse an einer Stelle der Umlenkung einer Förderleitung angeordnet und die Flügel, mit Abstand vom äußeren Umfang des Gehäuses endend, sind niedriger als die Höhe seines seit­ lich einmündenden Zuflußkanals, wobei ein Abflußkanal in axialer Richtung des Flügelrades gerichtet ist. Eine solche Anordnung eines Flügelrades ist an sich bekannt, sowie auch, daß dabei die Flügel auf einer angetriebenen Grundplatte an­ geordnet sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung des Wirbeltrenners hat eine Drehzahl der Größenordnung von 3000 min und einen Durchmesser des Flügelrades von etwa 200 mm. Andere Abmes­ sungen werden nicht ausgeschlossen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Flügelrad;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht eines Wirbel­ trenners in einem Suspensionsleitungskanal.

Der Wirbeltrenner besitzt ein Flügelrad 1, das am Boden eines Kanals 2 angeordnet ist, wobei die Achse 3 des Fluids senk­ recht zur Richtung des Kanals 2 angeordnet ist. Die von der Achse 3 bestimmte Welle trägt einen Antriebsmotor 4, der das Flügelrad 1 in einer Umlaufgeschwindigkeit von etwa 3000/min. in Richtung des Pfeiles 5 antreibt.

Das Flügelrad 1 hat nach Fig. 1 beispielsweise radiale Flü­ gel 6-11. Diese haben bezüglich der Drehrichtung im Sinne des Pfeiles 5 jeweils einen vorlaufenden Rand bzw. eine dadurch gebildete vorlaufende Stirnseite 12-14 . . ., die im wesentli­ chen radial gerichtet ist.

Der bezügliche der Drehrichtung im Sinne des Pfeiles 5 nach­ laufende Rand der Flügel 6-11 hat eine Auskehlung 15-18 . . ., die bogenförmig konkav zwischen den äußeren Enden und der inneren Nabe 19 des Flügelrades verläuft. Hierbei kann eine bestimmte Beziehung zwischen der Form der Auskehlung und der Anzahl bzw. dem Abstand der Flügel voneinander vorliegen.

Dabei ist gezeigt, wie durch den gestrichelten Kreis 20 dar­ gestellt ist, daß in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Mittelpunkt 21 dieses Kreises auf dem vorderen Rand 22 eines Flügels 9 liegt, der dem Flügel 10 in Drehrichtung nachfolgt, wobei der Flügel 10 eine Auskehlung 21 hat, die von dem Kreis 20 bestimmt ist. Hierin liegt eine vorteilhafte Ausge­ staltung mit einer bogenförmigen Auskehlung an sich, die er­ hebliche Vorteile für eine Kavitationserscheinung hat.

Eine solche Auskehlung schafft Flügel, die an ihren äußeren Enden jeweils mit einem einseitig hammerartig zur nachlaufen­ den Seite verlängerten Steg 23-26 . . . ausgeführt sind. Diese Ausgestaltung verfestigt im übrigen bei den auftretenden Drücken zugleich die äußeren Flügelenden.

Durch die quasi hammerartigen Stege 23-26 wird einerseits die Auskehlung eingefaßt, andererseits aber, selbst bei feh­ lender Auskehlung, eine Sperre nach außen geschaffen, die ei­ ne radiale Abströmung nach außen jedenfalls im Bereich des nachlaufenden Randes verhindert, so daß in diesem Bereich die Kavitationswirkung gefördert wird.

Hierbei wird anhand der Fig. 2 bemerkt, daß die Suspension in axialer Richtung des Flügelrades 1 eingespeist wird, d.h. in der Darstellung von oben einfällt und zwischen die Flügel ge­ langt. Dann ergeben sich zwischen den Flügeln die oben be­ schriebenen Wirkungen mit Turbulenzen, Dampfblasenbildung und Impulsionen. Durch den Kanal 2 strömt dann in Richtung des Pfeils 27 der Austrag unter der Druckwirkung der Stirnseiten 12-14 der Flügel ab.

Insofern bildet der Wirbeltrenner ein Element der Energie­ eintragung in die Suspension und auch ein Element mit einer gewissen Förderwirkung. Eine Pumpe an sich als Förderelement ist darauf gerichtet, daß ein größtmöglicher Wirkungsgrad für die Förderung erzielt wird. Der erfindungsgemäße Wirbel­ trenner verzichtet auf diese Auswertung und bezweckt zu ei­ nem wesentlichen Teil unter Verlust des Wirkungsgrades einen Energieeintrag in Partikel der Suspension, um dadurch die Ka­ vitation bzw. Dampfblase zu erzeugen.

Dabei liegt ein vorteilhaftes Merkmal darin daß der jeweils hammerartig verlängerte Steg 23-26 den Hohlraum am nachlau­ fenden Rand der Flügel abschirmt.

Wenn das Flügelrad des Wirbeltrenners in einem Gehäuse ange­ ordnet ist dann ergibt sich aus Fig. 2, daß in der beschrie­ benen Ausführung die Flügel 7-10 das Gehäuse nur zu etwa 20% der Höhe des Gehäuses durchsetzen, in welchem das Flü­ gelrad angeordnet ist und umläuft, und auch mit Abstand vom äußeren Umfang des Gehäuses 28 enden. Damit ergibt sich zwischen Zuflußkanal 30 und Abflußkanal 29 eine Förderwirkung mit dem Flügelrad 1 im Bereich der Umlenkung, wobei aber die Flügel mit Abstand vom Umfang des Gehäuses 28 enden und be­ züglich der Höhe des Abflußkanals relativ niedrig sind.

Eine Anordnung des Flügelrades auf einer Grundplatte 31 mit äußeren konischen Rändern 32 ist bereits in DE-P 34 44 329 beschrieben. Diese Ausführung wird einbezogen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Förderung und Trennung der Bestandteile eines Fluids, insbesondere einer Suspension, wobei das Fluid zwecks Aufschluß verklammerter Teilchen in einem wesentlichen Teil der Einströmung unter Turbulenzen in einen Kavitationszustand vor einer nachfolgenden Druck­ beaufschlagung versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine radiale Abströmung des Fluids im Kavitations­ zustand gehemmt wird.

2. Wirbeltrenner zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 in einer Aufbereitungsanlage zur Förderung und Trennung der Bestandteile eines Fluids, insbesondere einer Suspension, unter Aufschluß verklammerter Teil­ chen unter Kavitationswirkung hinter radialen Flügeln, die an einer Nabe auf einer drehbar angetriebenen Grundplatte im Boden eines Förderkanals angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an ihrer vorlaufenden Stirnseite (12-14) radial im wesentlichen geradlinig ausgeführten Flügel an ihrem nachlaufenden Rand eine Auskehlung (15-18) haben.

3. Wirbeltrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Auskehlung (15-18) in Draufsicht bogenförmig vom äußeren Ende des Flügels bis zu der Nabe (19) erstreckt.

4. Wirbeltrenner nach einem der Ansprüche 2 und 3, gekennzeichnet durch einen solchen Abstand der radialen Flügel (6-11), daß der Mittelpunkt des Kreises (20), welcher die Auskehlung (15-18) an dem nachlaufenden Rand bestimmt, auf dem vorlaufenden Rand (12-14) des in Drehrichtung folgenden Flügels angeordnet ist.

5. Wirbeltrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (6-11) an ihren äußeren Enden einseitig hammerartig mit einem zur nachlaufenden Seite verlängerten Steg (23-26) ausgeführt sind, der die radiale Abströmung des eingefaßten Fluids hemmt.

6. Wirbeltrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Flügelrad (1) in einem Gehäuse (28) an einer Stelle der Umlenkung einer Förderleitung angeordnet ist und die Flügel (6-11) mit Abstand vom äußeren Umfang des Gehäuses (28) enden und niedriger sind als die Höhe eines seitlich einmündenden Zuflußkanals (29), wobei ein Abflußkanal (30) in axialer Richtung des Flügelrades (1) gerichtet ist.

7. Wirbeltrenner nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine Drehzahl in der Größenordnung von 3000/min und einen Durchmesser des Flügelrades von etwa 200 mm.