DE3936150C2 - Schälscheibe für Zentrifugalseparatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schälscheibe für Zentrifugalsepa­ ratoren zum Austragen einer im Trennraum der Trommel abge­ trennten und der Austragkammer zugeführten flüssigen Phase, bestehend aus zwei Deckscheiben und dazwischen angeordneten Kanalrippen, die so ausgebildet sind, daß der zwischen zwei angrenzenden Kanalrippen gebildete Austragkanal durch zwei kurvenförmige Seitenflächen der Kanalrippen begrenzt wird, wo­ bei die angeströmte Seitenfläche als Evolente ausgebildet ist. Schälscheiben dieser Art werden bei Zentrifu­ galseparatoren verwendet, bei denen eine oder beide abgetrenn­ ten flüssigen Phasen unter Druck aus der Trommel eines Zentri­ fugalseparators ausgetragen werden.

Die bekannten Konstruktionen von Schälscheiben für Zentrifu­ galseparatoren bauen im wesentlichen auf an sich bekannten Ausführungen eines Kreiselpumpenrades auf. Die Verwendung die­ ser Schälscheiben gegenüber dem Kreiselpumpenrad ist aber in ihrer funktionellen Bedeutung unterschiedlich, da bei Kreisel­ pumpen das Kreiselpumpenrad in einem stehenden Gehäuse ro­ tiert, wogegen die Schälscheibe eines Zentrifugalseparators in einem rotierenden Gehäuse stationär angeordnet ist. Auf Grund dieser funktionellen Unterschiede ergibt sich unter Berück­ sichtigung der Strömungsverhältnisse die Notwendigkeit, die Schälscheibe in ihrer Ausführung konstruktiv verschiedenartig von einem Kreiselpumpenrad auszulegen. So z. B. treten in Ab­ hängigkeit der Strömungsverhältnisse in der sogenannten Schäl­ kammer eines Zentrifugalseparators, in der die Schälscheibe stationär angeordnet ist, strömungstechnische Probleme auf, in deren Folge eine Kavitation auftritt, und bei der Umsetzung der kinetischen Energie in potentielle Energie (Druck) treten Ver­ hältnisse bei Schälscheiben auf, die nicht mit einem Kreiselpumpenrad zu vergleichen sind.

Bei den bekannten Schälscheiben werden die Ableitungskanäle durch kurvenförmige Kanalrippen gebildet, die zwischen zwei Scheibenflächen oder auch Deckflächen genannt, angeordnet sind. Die Deckscheiben können mit den Kanalrippen, beispiels­ weise durch Nieten fest verbunden werden. Der gebildete Quer­ schnitt der Ableitkanäle zwischen den Kanalrippen wird durch die Kurvenform der Seitenflächen der Kanalrippen und der Ka­ nalrippenhöhe bestimmt, wobei in der Regel die von der Flüs­ sigkeit angeströmte Kurvenfläche eine Evolente ist. Bei die­ sen Schälscheiben sind die Kanalrippen so ausgebildet, daß am Umfang entsprechend der Anzahl der gewählten Kanalrippen meh­ rere Eintrittsöffnungen gebildet werden, zwischen denen Stege auf dem Umfang der Schälscheibe liegen.

Es kann infolge der hohen Drehzahl des Zentrifugalseparators in der Nähe der Eintrittszone vor jedem Strömungskanal oder im äuße­ ren Bereich der Kanalrippen auf Grund der vorherrschenden Be­ dingungen zu starken Unterdruckzonen und damit zur Kavitation kommen. Diese Kavitation tritt vorwiegend auf, wenn Schälschei­ ben aus nichtrostendem Stahl zum Einsatz kommen müssen, um die Resistenz gegenüber der zu behandelnden Medien zu sichern. Kavitation führt nach längerer Nutzungsdauer der Schälscheiben bei nichtrostendem Stahl zu Auswaschungen, Porösität und zur Brüchigkeit des Materials, wodurch der Wirkungsgrad und die Lebensdauer dieser Schälscheiben beeinträchtigt wird. Darüber hinaus wird bei diesen Schälscheiben die vorhandene kinetische Energie der Flüssigkeit nur ungenügend in potentielle Energie umgesetzt, was den Wirkungsgrad verschlechtert und sich nega­ tiv auf die Energiebilanz des Zentrifugalseparators auswirkt.

Nach dem betriebsinternen Stand der Technik, der in der nach­ veröffentlichten DD 267 197 bekanntgemacht wurde, ist eine Schälscheibe bekannt bei der eine Bohrung auf dem radial au­ ßenliegenden Steg der Kanalrippen vorgesehen ist, die nahe der Eintrittszone liegt, um eine zusätzliche Verbindung zwischen dem Schälscheibenkanal und der umliegenden Schälkammer auszu­ bilden. Der Durchmesser der Bohrung ist dann in Abhängigkeit der vorhandenen örtlichen Strömungsbedingungen festgelegt. Damit konnte die auftretende Kavitation an der Schälscheibe in der Nähe der Eintrittszone wesentlich ver­ ringert werden. Der Energieverlust bei der Um­ setzung der kinetischen Energie in potentielle Energie blieb jedoch erhalten und wurde infolge der angeordneten Öffnung im radialen Steg der Kanalrippen teilweise noch vergrößert.

Aus der DE 36 03 385 C1 wurde eine Lösung bekannt, bei der in der Schälkammer ein zweites Schälorgan vorgesehen ist, über dessen Schälkammer eine Teilmenge des in die Schälkammer ge­ förderten Konzentrates unmittelbar wieder in die Verteilerkam­ mer zurückgeführt wird. Diese Lösung ist in ihrer Herstellung sehr aufwendig und kostenungünstig und zeigt im Ergebnis kei­ ne zufriedenstellende Erhöhung des Wirkungsgrades, insbesonde­ re dann, wenn man davon ausgeht, daß die Schälscheibe als För­ derorgan wirksam werden soll, d. h., daß auf ein zusätzliches Pumpenaggregat in der nachfolgenden Rohrleitung des Separators verzichtet werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Schälscheiben in der Weise zu verbessern, daß eine Kavitation im Eintrittsbereich verhindert und der Wirkungsgrad zur Um­ setzung der kinetischen Energie in potentielle Energie wesent­ lich erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei der gattungsgemäßen Schälscheibe dadurch gelöst, daß die angeströmte Seitenfläche der Kanalrippe zu der ebenfalls evolentenförmig verlaufenden Seitenfläche der gleichen Ka­ nalrippe so ausgebildet ist, daß der Schnittpunkt im größten Durchmesser der Schälscheibe liegt, so daß eine Schneide gebildet wird, und daß die Eintrittsöffnung des durch zwei be­ nachbarte Kanalrippen gebildeten Austragkanals sich von der Schneide der einen Kanalrippe bis zur Schneide der angrenzenden Kanalrippe aus­ dehnt. Bei dieser Ausbildung ist, wie von der nachveröffent­ lichten DD 267 197 bekannt, die von der auszutragenden Flüs­ sigkeit angeströmte Seitenfläche der Kanalrippe ebenfalls als Evolente ausgebildet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die untere Deckscheibe der Schälscheibe im Bereich der Eintauch­ tiefe der flüssigen Phase in der Schälkammer radial nach in­ nen soweit zurückgesetzt, daß die Schälscheibe axial offen in die flüssige Phase eintaucht. Damit wird erreicht, daß sich die Flüssigkeit in der Schälkammer über die untere Deckscheibe so ausdehnt, daß die äußere Kante der unteren Deckscheibe mit Sicherheit in die Flüssigkeit eintaucht, deren Flüssigkeits­ spiegel durch ein in der Austrittsgestaltung des Zentrifugal­ separators angeordneten Wehr bestimmt wird. Es ist auch mög­ lich, die obere und die untere Deckscheibe der Schälscheibe im Bereich der Eintrittsöffnungen zu den Austragkanälen mit Aussparungen zu versehen. Selbstverständ­ lich ist es auch möglich, daß die obere Deckscheibe der Schäl­ scheibe im Bereich der Eintrittsöffnungen zu den Austragkanä­ len mit Aussparungen ausgebildet ist und die untere Deckschei­ be die Schälscheibe bis zum äußeren Durchmesser bedeckt. Es versteht sich von selbst, daß die vor­ stehende erwähnte Ausgestaltung auch umgekehrt erfolgen kann, d. h., daß die untere Deckscheibe der Schälscheibe im Bereich der Eintrittsöff­ nungen zu den Austragkanälen mit Aussparungen ausgebildet ist und die obere Deckscheibe die Schälscheibe bis zum äußeren Durchmesser bedeckt. Wenn gewünscht, können die durch den Schnittpunkt der kurvenförmigen Seitenflächen der Kanalrippen gebildeten Schneiden mit einem kleinen Radius versehen sein. Es ist auch möglich, die obere und untere Deckscheibe sowie eine der beiden Deckscheiben mit einer sich zum äußeren Durch­ messer der Schälscheibe neigenden Schräge auszubilden, die sich von dem größten Durchmesser der Schälscheibe bis zum Flüssigkeitsring in der Schälscheibe radial nach innen ausdehnen kann.

Dies verhindert weitestgehend Flüs­ sigkeitsstöße und damit eine Kavitation an den Kanalrippen, unabhängig von der gewählten Materialart der Schälscheibe. Durch die Ausbildung der Eintrittsöffnungen der Austragkanäle zwischend den Kanalrippen wird die höchstmöglichste Kapazität des Durchsatzes über die Schälscheibe genutzt und der Wir­ kungsgrad der Schälscheibe bei der Umsetzung der kinetischen Energie der eintretenden Flüssigkeit in potentielle Energie wesentlich erhöht, so daß mit der Schälscheibe des Zentrifu­ galseparators eine Förderleistung erreicht wird, die auch bei größeren Förderstrecken ein zusätzliches Pumpenaggregat aus­ schließt. Eine derartige Schälscheibe ist einfach und kosten­ günstig herzustellen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der oberen und unteren Deckscheibe wird gleichzeitig erreicht, daß die auftretenden Reibungswiderstände zwischen der eintretenden Flüssigkeit und der Schälscheibe verringert werden, folglich ist es mög­ lich, auch Flüssigkeiten höherer Viskosität auszutragen, ohne daß die Antriebsleistung des Zentrifugalseparators überdimen­ sioniert werden muß. Bei der Trennung von Flüssigkeiten einer niedrigen Viskosität ist es sogar möglich, die Energie des An­ triebsaggregates des Zentrifugalseparators abzusenken.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. In der beigefügten Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Teilschnitt einer Schälscheibe,

Fig. 2 einen Teilschnitt einer Schälscheibe mit zu­ rückgesetzter unterer Deckscheibe,

Fig. 3 einen Teilschnitt einer Schälscheibe mit aus­ gesparter unterer Deckscheibe und

Fig. 4 einen Schnitt einer Schälscheibe gemäß Fig. 2.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besteht die Schälscheibe 1 aus Ka­ nalrippen 2, die zwischen der unteren Deckscheibe 8 und der oberen Deckscheibe 11 angeordnet sind. Mit ihren kurvenför­ migen Seitenflächen 3, 4 bilden die Kanalrippen 2 die Austrag­ kanäle 6. Dabei sind die kurvenförmigen Seitenflächen 3, 4 so ausgebildet, daß sie im größten Durchmesser der Schälscheibe 1 einen gemeinsamen Schnittpunkt 5 haben, der eine Schneide der Kanalrippe 2 bildet. Die Schälscheibe 1 ist mit ihrer Auf­ nahmebohrung 10 auf das Eintrittsrohr des Zentrifugalsepara­ tors aufgesetzt.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schälscheibe 1 und beim Schnitt gemäß Fig. 4 ist eine Schälscheibe dargestellt, bei der die untere Deckscheibe 8 radial nach innen zurückgesetzt ist und die obere Deckscheibe 11 dehnt sich bis zum äußeren Radius der Schälscheibe 1 aus, also bis zu den Schneiden der Kanalrip­ pen 2. Damit sind die Kanalrippen 2 in Richtung des Einströmkanals der Flüssigkeit teils unbedeckt und tauchen je nach Ausbildung der unteren Deckscheibe 8 mehr oder weniger in die Flüssigkeit ein.

Wie in Fig. 4 weiter zu sehen ist, sind die äußeren Kanten der oberen Deckscheibe 11 mit einer Schräge 12 und der unte­ ren Deckscheibe 8 mit einer Schräge 13 ausgebildet, um die Reibungsverluste zwischen der stationären angeordneten Schäl­ scheibe 1 und der einströmenden Flüssigkeit in die Schälkam­ mer weiter zu verringern.

In Fig. 3 ist eine Schälscheibe dargestellt, bei der die un­ tere Deckscheibe 8 mit Aussparungen 9 im Eintrittsbereich 7 des Austragkanals 6 ausgebildet sind und die obere Deckschei­ be 11 (nicht dargestellt in Fig. 3) dehnt sich bis zum äuße­ ren Durchmesser der Schälscheibe 1, d. h. bis zum Schnittpunkt 5 der Seitenflächen 3, 4 der Kanalrippen 2 aus. Die in die Schälkammer eintretende Flüssigkeit bildet in der Schälkammer einen Flüssigkeitsring, der durch ein Wehr in den Ableitorga­ nen des Austrittskanals aus dem Trennraum der Trommel eines Zentrifugalseparators bestimmt wird, in den die in der Schälkammer stationär angeord­ nete Schälscheibe 1 eintaucht.

Mit der Ausbildung der Eintrittsöffnung 7 zwischen den Kanal­ rippen 2 der Austragkanäle 6 der Schälscheibe 1 kann die in die Schälkammer eintretende Flüssigkeit unmittelbar in den Austragkanal 6 eintreten und die in der Flüssigkeit enthal­ tene kinetische Energie wird mit hohem Wirkungsgrad in poten­ tielle Energie umgesetzt. Flüssigkeitsstöße und Kavitation, wie sie bei den bekannten Schälscheiben auftreten, werden hierdurch vermieden, da ein kontinuierlicher nicht abreißender Flüssigkeitsstrom zu den Eintrittsöffnungen 7 der Austragka­ näle 6 gewährleistet ist.

Im Zusammenhang mit der gewählten Eintauchtiefe der Deckschei­ ben 8, 11 in den vorbestimmten Flüssigkeitsring der Schälkam­ mer bzw. durch die Ausbildung der Aussparungen 9 und die An­ ordnung der Schrägen 12, 13 an der oberen und unteren Deck­ scheibe 8, 11 werden die in der Schälkammer auftretenden Rei­ bungsverluste zwischen der in der Schälkammer umlaufenden Flüssigkeit und der stationären angeordneten Schälscheibe 1 weiter reduziert. Darüber hinaus ist eine größtmöglichste Ausnutzung der Eintrittska­ pazität der Schälscheibe 1 gewährleistet.

Claims (9)

1. Schälscheibe für Zentrifugalseparatoren zum Austragen einer im Trennraum einer Trommel abgetrennten und einer Austra­ gungskammer zugeführten flüssigen Phase, bestehend aus zwei Deckscheiben und dazwischen angeordneten Kanalrippen, die so ausgebildet sind, daß ein zwischen zwei angrenzenden Kanalrippen gebildeter Austragkanal durch zwei kurvenför­ mige Seitenflächen begrenzt wird, wobei die angeströmte Seitenfläche als Evolente ausgebildet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die angeströmte Seitenfläche (4) der Kanal­ rippe (2) zu der ebenfalls evolentenförmig verlaufenden Seitenfläche (3) der gleichen Kanalrippe (2) so ausgebildet ist, daß der Schnittpunkt (5) im größten Durchmesser der Schälscheibe (1) liegt, so daß eine Schneide gebildet wird und daß die Eintrittsöffnung (7) des durch zwei benachbar­ te Kanalrippen (2) gebildeten Austragkanals (6) sich von der Schneide der einen Kanalrippe (2) bis zur Schneide der angrenzenden Kanalrippe (2) ausdehnt.

2. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckscheibe (8) der Schälscheibe (1) im Bereich der Eintauchtiefe der flüssigen Phase radial nach innen so­ weit zurückgesetzt ist, daß die Schälscheibe (1) axial of­ fen in die flüssige Phase eintaucht.

3. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere und untere Deckscheibe (11, 8) im Bereich der Eintrittsöffnungen (7) zu den Austragkanälen (6) mit Aus­ sparungen (9) versehen sind.

4. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Deckscheibe (11) der Schälscheibe (1) im Bereich der Eintrittsöffnungen (7) zu den Austragkanälen (6) mit Aussparungen (9) ausgebildet ist und die untere Deckscheibe (8) die Schälscheibe (1) bis zum äußeren Durchmesser be­ deckt.

5. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Deckscheibe (8) der Schälscheibe (1) im Bereich der Eintrittsöffnungen (7) zu den Austragkanälen (6) mit Aussparungen (9) ausgebildet ist und die obere Deckscheibe (11) die Schälscheibe (1) bis zum äußeren Durchmesser be­ deckt.

6. Schälscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schneiden der Kanalrippen (2) mit einem kleinen Radius versehen sind.

7. Schälscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der Eintauchtiefe die obere und untere Deckscheibe (11, 8) mit einer zum äußeren Durch­ messer der Schälscheibe sich neigenden Schräge (12, 13) ausgebildet sind.

8. Schälscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die obere Deckscheibe (11) mit einer zum Außendurchmesser der Schälscheibe (1) sich neigenden Schrä­ ge (12) ausgebildet ist.

9. Schälscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die untere Deckscheibe (8) mit einer zum Außendurchmesser der Schälscheibe (1) sich neigenden Schrä­ ge (13) ausgebildet ist.