DE4301485A1 - Zentrifuge zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher Dichte - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zum Trennen von Stoffen un­ terschiedlicher Dichte mit einer um eine Achse drehbaren ein- oder mehr­ teiligen Zentrifugentrommel, deren Trommelwelle in Lagern abgestützt ist.

Das beim Betrieb der Zentrifuge sich an der Zentrifugentrommel innen ab­ setzende Material verursacht wegen nicht zu vermeidender ungleichmäßi­ ger Masseverteilung Unwuchten, die zu Vibrationen, verbunden mit hohem Körperschall und Lagerverschleiß führen.

Vorrichtungen zur Vermeidung unerwünschter Schwingungen an rotieren­ den Maschinenteilen sind bekannt. So wird beispielsweise in der DE-OS 37 34 761 vorgeschlagen, bei Zentrifugen zur Vermeidung hoher Kräfte und Erschütterungen von Lagern und Maschinengestell, die infolge des Ei­ gengewichts der Zentrifuge und betriebsbedingter Unwuchten durch eine stattfindende Verlagerung der Drehachse der Zentrifugen hervorgerufen werden, das Lagergehäuse gegenüber dem Maschinengestell über mehrere Schraubenfedern abzustützen.

Eine andere bekannte Möglichkeit der Dämpfung von Schwingungen rotie­ render Maschinenteile besteht darin, zur Lagerung hydraulische Lagerab­ stützungen einzusetzen, wie beispielsweise in der DE-OS 38 31 928 vorge­ schlagen wird. Diese hydraulischen Lager besitzen ein mit einem Fluid ge­ fülltes Kammersystem. Am rotierenden Maschinenteil auftretende Schwin­ gungen werden von einem Meß- und Regelsystem erfaßt und über ein Ser­ voventil in Druckänderungen im Fluid der Kammer umgesetzt. Die erzeug­ ten Druckänderungen werden als Kraftwirkungen auf die äußeren Lager­ schalen des Rotors bzw. auf die Welle übertragen. Die Kraftübertragung geschieht hierbei senkrecht zur Achse des Rotors über Betätigungsele­ mente, die beispielsweise eine Linearkugel- bzw. Rollenführung aufweisen oder aus Biegestangen bestehen.

Bei dieser bekannten Ausführung einer hydraulischen Lagerabstützung, bei der die mit einem Fluid gefüllte Kammer aus zwei in Reihe geschalteten Membranen gebildet wird, sind die übertragbaren Kräfte begrenzt und größere Rotationsmassen können mit dieser Ausführungsform somit nicht abgestützt werden. Bei auftretenden Tangentialkräften ist darüber hinaus nicht auszuschließen, daß sich die Kammer entsprechend verschieben kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, Zentrifugen der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß auch größere schwingende Massen durch kon­ struktiv einfach gestaltete Maßnahmen ausreichend gedämpft werden kön­ nen.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, die Zentrifugentrommelwelle mit mindestens einen aktiven hydraulischen Lagerabstützung abzustützen, wird erreicht, daß neben einer weitgehenden Dämpfung der durch Unwuchten hervorgerufenen Vibrationen auch die beim An- und Abfahren der Zentri­ fuge auftretenden Resonanzbereiche in ihrer Wirkung stark abgeschwächt werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist bei Dekantern die horizontal oder vertikal angeordnete Zentrifugentrommelwelle durch aktive hydrauli­ sche Lagerabstützung abgestützt, wobei die aktive hydraulische Lagerab­ stützung z. B. an der Antriebsseite der Zentrifugentrommel angeordnet ist, da insbesondere hier die vom Antrieb der Zentrifuge ausgehenden und sich auf die Trommelwelle auswirkenden Kräfte am besten kompensiert werden können. Es reicht dann aus, das andere Ende der Zentrifugentrommelwelle mit einem bekannten passiven Lager abzustützen.

Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß es ausreichend ist, nur die Zentrifugen­ trommelwelle mit einer aktiven hydraulischen Lagerabstützung abzustützen. Die innerhalb der Zentrifugentrommel angeordnete Transportschnecke wird durch die Zentrifugentrommel mit zentriert.

Zentrifugen mit vertikaler Trommelwelle, beispielsweise Separatoren, wer­ den gemäß der Erfindung direkt unterhalb der Zentrifugentrommel mit einer aktiven hydraulischen Lagerung abgestützt, da hier die aktive Abstützung der Welle ihre Wirksamkeit optimal entfalten kann.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist die aktive hydraulische Lager­ abstützung für die Abstützung von Zentrifugentrommelwellen in besonders einfacher und kostengünstiger Ausführung gestaltet. In dem den äußeren Lagerring umschließenden Gehäuse sind eine oder mehrere kammerartige Ausnehmungen angeordnet, die mit einem Fluid gefüllt und zum äußeren Lagerring hin jeweils mit einer Membrane verschlossen sind. Die Membrane liegt mit ihrer gesamten Wirkfläche direkt am äußeren Lagerring an. Bei Druckänderungen im Fluid, die in gleicher Weise wie bei den bekannten ak­ tiven hydraulischen Lagerabstützungen durch ein Servoventil in das Fluid eingebracht werden, wird dieser Druck nun nicht wie bei den bekannten Lagerabstützungen punkt-, linienförmig oder wie bei der Verwendung von Biegestangen mit einer kleinen Fläche auf den äußeren Lagerring übertra­ gen, sondern mit der sehr viel größeren Wirkfläche der gesamten Mem­ brane, wodurch bei gleicher Kraftübertragung niedrigere Drücke als bei den bekannten Lagerabstützungen erforderlich werden. Insbesondere bei De­ kantern mit ihren großen Trommelwellendurchmessern ist die Einwirkung einer größeren Fläche gegenüber einer beispielsweise punktförmigen oder linienförmigen Kraftübertragung wegen der zu bewegenden Masse vorteil­ haft.

Zusätzlich kann zur weiteren Schwingungsdämpfung der Zwischenraum zwischen dem Lagerring und dem Lagergehäuse im Bereich der aktiven hydraulischen Lagerabstützung mit körperschallreduzierenden Zwischenla­ gern gefüllt und damit eine Entkoppelung der schwingungserzeugenden Trommelwelle von dem Lagergehäuse erreicht werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform der aktiven hydraulischen Lagerabstüt­ zung gemäß der Erfindung wird die von einem Fluid gefüllte Kammer zum Lagerring hin von einem radial verschiebbaren Kammerboden begrenzt und nach oben hin (zur Trommelachse abgewandten Seite) von einer Membrane verschlossen. In die Kammer durch das Servoventil eingebrachte Druckun­ terschiede werden durch Wegänderungen des radial verschiebbaren Kam­ merbodens über Übertragungselemente, die beispielsweise kugel- oder rol­ lenförmig ausgebildet sein können, indirekt auf den Lagerring übertragen, wobei die Membrane als Feder wirkt. Die Federwirkung kann durch eine weitere Membrane (oder mehrere), die oberhalb der die Kammer ver­ schließenden Membrane parallel angeordnet ist, verstärkt werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der aktiven hydraulischen La­ gerabstützung mit einem radial verschiebbaren Kammerboden sind größere Kräfte übertragbar als bei den bekannten Ausführungsformen, und durch die seitliche Führung der gleichfalls radial verschiebbaren Kammerseiten­ wände im Lagergehäuse bleiben tangential auftretende Kräfte ohne Wir­ kung bezüglich einer Schiefstellung der Kammer.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Erläuterungen von in schematischen Zeichnungsfi­ guren dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigt

Fig. 1 einen Dekanter mit einer aktiven hydraulischen Lagerab­ stützung der Trommelwelle;

Fig. 2 einen Separator mit einer unterhalb der Zentrifugen­ trommel angeordneten aktiven hydraulischen Lagerab­ stützung der Trommelwelle;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine aktive hydraulische Lagerab­ stützung mit einer direkt auf den Lagerring wirkenden mit Fluid gefüllten Kammer;

Fig. 4 einen Schnitt durch eine aktive hydraulische Lagerab­ stützung mit einer indirekt auf den Lagerring wirkenden mit Fluid gefüllten Kammer mit radial verschiebbarem Kammerboden.

Die Abb. 3 zeigt eine die Trommelwelle (15) einer Zentrifuge abstüt­ zende aktive hydraulische Lagerabstützung (10) mit einem die Wälzkör­ per (18) des Lagers umschließenden äußeren Lagerring (12), der wiederum von einem Lagergehäuse (13) - mit Abstand - umschlossen ist. Im Lagerge­ häuse (13) sind vier Kammern (14) ausgespart, die mit einem Winkelab­ stand von 90° am Innenumfang des Lagergehäuses (13) angeordnet sind. Zum äußeren Lagerring (12) hin sind diese Kammern mit einer Mem­ brane (16) verschlossen, wobei sich die Membrane (16) so weit vorwölbt, daß der Abstand zwischen dem Lagergehäuse (13) und dem äußeren La­ gerring (12) überbrückt wird und die Membrane (16) mit ihrer Wirkfläche direkt am äußeren Lagerring (12) anliegt. Der äußere Lagerring (12) wird somit von den Membranen (16) abgestützt und ist entsprechend der Mem­ branwölbungen verschiebbar. Die durch die Membrane (16) verschlossenen Kammern (14) sind mit einem Fluid, beispielsweise Öl, gefüllt und über eine Leitung (11) mit einem Servoventil (nicht dargestellt) verbunden.

Beim Betrieb der Zentrifuge hervorgerufene Vibrationen der Trommel­ welle (15), beispielsweise durch Unwuchten der Zentrifugentrommel, wer­ den durch Sensoren erfaßt (nicht dargestellt) und in Druckänderungen im Fluid eines hydraulischen Systems umgewandelt. Über das Servoventil werden diese Druckänderungen in das Fluid der Kammern (14) eingebracht und über die Membrane (16) direkt auf den äußeren Lagerring (12) übertra­ gen, so daß sich dieser entsprechend dem ausgeübten Druck verschiebt. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Servoventile wird jeweils nur die Kammer (14) mit Druck beaufschlagt, die sich in der Nähe der Schwin­ gungsrichtung der Vibrationsschwingung befindet. Auf diese Weise wird den Vibrationen der Trommelwelle entgegengewirkt und diese dadurch ge­ dämpft.

Zur zusätzlichen Dämpfung von möglichen Vibrationen sind im Zwischen­ raum zwischen dem Lagerring (12) und dem Lagergehäuse (13) im Bereich der aktiven hydraulischen Lagerabstützung (10) körperschallreduzierende Zwischenlagen (21) so angeordnet, daß eine Entkoppelung der Trommel­ welle von dem Lagergehäuse erreicht wird, die auch bei einem Defekt der aktiven hydraulischen Lagerabstützung wirksam bleibt.

Die Abb. 4 zeigt einen Schnitt durch eine aktive hydraulische Lager­ abstützung (30), die mit der Wirkfläche des radial verschiebbaren Kammer­ bodens (25) über Übertragungselemente (24), die im dargestellten Beispiel walzenförmig ausgebildet sind, mit dem Lagerring (12) über einen Zwi­ schenring (29) in Wirkverbindung steht.

Der radial verschiebbare Kammerboden (25) bildet mit der radial verschieb­ baren Kammerseitenwand (26), der feststehenden zentralen Kammerin­ nenwand (28) sowie mit der Membrane (23), die die Kammerseiten­ wand (26) mit der Kammerinnenwand (28) verbindet, eine geschlossene Kammer (22), die mit einem Fluid gefüllt ist und die über eine Öffnung (31) mit dem nicht dargestellten Servoventil in Verbindung steht.

Eine beim Betrieb über das Servoventil über die Öffnung (31) in das Fluid der Kammer (30) eingebrachte Druckerhöhung führt in dem Bestreben, das Volumen der Kammer (30) zu vergrößern, zu einer zur Trommelwelle (15) hingerichteten Verschiebung des radial verschiebbaren Kammerbodens (25) und der mit diesen fest verbundenen Kammeraußenwände (26). Diese Be­ wegung wird über die Übertragungselemente (24), die im dargestellten Bei­ spiel Walzenkörper sind, aber beispielsweise auch kugelförmig ausgebildet sein können, über den Zwischenring (29) auf den Lagerring (12) übertra­ gen. Auf diese Weise findet eine indirekte Kraftübertragung von der Kam­ mer (22) auf den Lagerring (12) statt, die bei entsprechender Schaltung des Servoventils den Vibrationsschwingungen der Trommelwelle (15) ent­ gegengerichtet ist.

Bei der Verschiebung des Kammerbodens (25) und der Kammerseiten­ wände (26) wirkt die Membrane (23) als dämpfende Feder. Diese Wirkung kann noch verstärkt werden, wenn, wie in der Fig. 4 dargestellt ist, eine weitere Membrane (27) parallel zur Membrane (23) zwischen Kammersei­ tenwand (26) und Kammerinnenwand (28) angeordnet ist. Die Mem­ brane (27) kann dabei dünner als die Membrane (23) ausgebildet sein, da sie nur als dämpfende Feder wirkt und nicht mit Druck durch ein Fluid be­ aufschlagt wird wie die Membrane (23).

Auch bei dieser dargestellten indirekt wirkenden aktiven hydraulischen La­ gerabstützung (30) ist es sinnvoll, genau wie im Beispiel der Fig. 3 aus den dort genannten Gründen zusätzlich körperschallreduzierende Zwischenla­ gen (21) zwischen dem Lagerring (12) und dem Lagergehäuse (13) anzu­ ordnen.

Die Abb. 1 zeigt schematisch einen günstigen Abstützungsort für eine aktive hydraulische Lagerabstützung bei Einbau in einen Dekanter (19) mit horizontal angeordneter Trommelachse (15). Durch die nahe Anordnung der aktiven hydraulischen Lagerabstützung zur Antriebsvorrichtung (17) des Dekanters (19) wird auch den vom Antrieb hervorgerufenen Vibratio­ nen wirksam begegnet.

Die Abb. 2 zeigt schematisch für einen Separator (20) mit vertikaler Trommelachse (15) einen günstigen Abstützungsort mit einer aktiven hydraulischen Lagerabstützung im Hinblick auf die Dämpfung von Vibratio­ nen, die von der Zentrifugentrommel ausgehen.

Claims (9)

1. Zentrifuge zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher Dichte mit einer um eine Achse drehbaren ein- oder mehrteiligen Zentrifugentrommel, deren Trommelwelle in Lagern abgestützt ist, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eines der die Trommelwelle (15) abstützenden Lager mit einer aktiven hydraulischen Lagerabstützung (10) ausgebil­ det ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive hydraulische Lagerabstützung (10) in dem den äußeren Lagerring (12) umschließenden Lagergehäuse (13) mindestens eine mit einem Fluid gefüllte Kammer (14) aufweist, die in Richtung der Trommelwelle (15) mit einer Membrane (16) verschlossen ist, die mit ihrer Wirkfläche unmittelbar am äußeren Lagerring (12) anliegt und die die im Fluid der Kammer durch ein Servoventil hervorgerufenen Druckänderungen di­ rekt auf den Lagerring (12) überträgt.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive hydraulische Lagerabstützung (30) in dem den äußeren Lagerring (12) umschließenden Lagergehäuse (13) mit mindestens einer mit einem Fluid gefüllte Kammer (22) ausgerüstet ist, die aus einem in Richtung der Trommelwelle (15) angeordneten radial verschiebbaren Kammer­ boden (25), aus mit dem Kammerboden (25) verbundenen Kammer­ seitenwänden (26), sowie aus einer Membrane (23), die die Kammer­ seitenwände (26) mit der feststehenden zentralen Kammerinnen­ wand (28) verbindet, gebildet wird und wobei der Kammerboden (25) mit seiner Wirkfläche mittelbar über Übertragungselemente (24) mit dem äußeren Lagerring (12) in Wirkverbindung steht und die im Fluid der Kammer (22) durch ein Servoventil hervorgerufene Druckänderun­ gen indirekt auf den Lagerring (12) überträgt.

4. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der die Kammer (22) verschließenden Membrane (23) mindestens eine weitere, die radial verschiebbaren Kammerseitenwände (26) mit der feststehenden Kammerinnenwand (28) verbindende Membrane (27) angeordnet ist.

5. Zentrifuge nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge ein Dekanter ist, dessen Trommelwelle (15) an der Seite, die dem Antrieb (17) der Trommelwelle (15) zugeordnet ist, von einer aktiven hydraulischen Lagerabstützung (10, 30) abgestützt wird.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rotie­ rende Masse des Dekanters größer als 2 t ist.

7. Zentrifuge nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ hältnis von Länge zu Durchmesser des Dekanters größer als 3 : 1 ist.

8. Zentrifuge nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifuge ein Separator ist, bei dem das obere und/oder un­ tere, die vertikale Trommelwelle (15) abstützende Lager eine hydrauli­ sche Lagerabstützung (10, 30) ist.

9. Zentrifuge nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der aktiven Lagerabstützung (10, 30) der Lagerring (12) durch körperschallreduzierende Zwischen­ lagen (21) vom Lagergehäuse (13) entkoppelt ist.