DE60104494T2

DE60104494T2 - Zerstäuberrad mit verschleissbeständigen Einsätzen

Info

Publication number: DE60104494T2
Application number: DE60104494T
Authority: DE
Inventors: Erling Skov Nielsen
Original assignee: Niro AS; Niro Atomizer AS
Current assignee: GEA Process Engineering AS
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: PL198397B1; CZ301079B6; ATE271924T1; CA2354460A1; ES2223760T3; EP1184081B1; DE60104494D1; PL349215A1; CZ20012779A3; US6457657B1; EP1184081A2; EP1184081A3; CA2354460C; DK1184081T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zerstäuberrad zum Zerstäuben von Schlamm abrasivem Materials, umfassend eine Radnabe und eine hauptsächlich zylinderförmige Aussenwand, welche eine ringförmige Kammer mit im wesentlichen schüsselförmigem, die Radnabe koaxial umschliessenden Querschnitt abgrenzt, eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen, die sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und über den Umfang der Aussenwand verteilt sind, und eine Mehrzahl in den Einspritzöffnungen angeordneter Einsätze, von denen jeder eine sich in der im wesentlichen radialen Richtung erstreckende Längsachse aufweist, wobei das inwendige Ende jeder dieser Einsätze in die ringförmige Kammer hineinragt und eine innere Endfläche und eine Berührungsfläche aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Einsatz zum Gebrauch in einem solchen Rad.
Hintergrund der Erfindung
Unter Zerstäubung eines Schlamms werden derartige Einsätze Verschleiss ausgesetzt, der, abhängig von dem zu zerstäubenden Material, sogar sehr massiv sein kann. Dieser Verschleiss ist normalerweise begrenzt, jedoch sind aus Gründen des Verschleisses für bestimmte gewisse Bereiche die Einsätze so montiert, dass sie gedreht werden können, wenn sie nach und nach abgetragen sind, um ihre Lebensdauer zu erhöhen. In den meisten Anwendungsformen umfasst jeder Einsatz eine verschleissbeständige Auskleidung und eine Buchse aus einem geeigneten Material, z. B. Stahl.
Eine Anzahl von Vorsichtsmassnahmen sind unternommen worden, um Deformation und Bruch der Einsätze zu verhindern, so wie in den US Patenten Nr. 3 640 467 und 4 684 065 (Niro) beschrieben ist.
In beiden dieser Dokumente ragen die Einsätze ein Stück in den ringförmigen Raum des Rades hinein, um zu sichern, dass sich unter dem Drehen des Rades eine Flüssigkeitsschicht auf der Aussenwand ablagert und dadurch an Verschleiss hindert. Aufgrund der Zentrifugalkräfte werden die schwereren Teile der Schicht, d. h. das schwebende Feststoffmaterial, von der Flüssigkeit in der Schicht abgeschieden und direkt auf der Wand abgelagert, um den Bereich um die nach innen erstreckenden Teile der Einsätze herum zu füllen.
Das Prinzip des verschleissbeständigen Zerstäuberrades ist wie folgt:
Teile, die durch Einspeisung Verschleiss ausgesetzt sind, sind verschleissfest und austauschbar. Die Innenfläche der Radfelge, die auch einer Berührung mit der Einspeisung ausgesetzt ist, ist durch das einzigartige Prinzip nach innen hervorstehender Einsätze gegen Abrasion geschützt. Unter dem Betrieb setzt sich eine Schicht von zugeführten Feststoffen in einer abhängig von der Länge des Vorsprungs bestimmten Dicke auf der Innenwand ab, weshalb der Verschleiss auf der abgelagerten Schicht an sich und nicht auf der Innenseite des Rades stattfinden wird.
Es hat sich mittlerweile gezeigt, dass unter Zerstäuben einiger Arten abrasivem Schlamms der vorderste Teil der Einsätze, in tangentialer Richtung oder in Drehrichtung gesehen, einer extrem hohen Abnützung ausgesetzt ist, welches mit sich führte, dass nicht nur die verschleissbeständige Auskleidung, sondern auch die Stahlbuchse Zeichen von Abnützung zeigten. Die Ursache ist, wie man annimmt, dass Wirbel bildung an der Bildung einer Schutzschicht lokal am vorderen Ende der Einsätze hindert. Demzufolge müssen die Einsätze häufig gewechselt werden, um Abnützung des Zerstäuberrades an sich, welches zu Beschädigung der umgebenden Aussenwand des Rades und gegebenenfalls zu einem Zerbrechen des Zerstäuberrades führen könnte, zu verhindern.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf das vorstehend Angeführte ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Zerstäuberrad bereit zu stellen, das imstande ist Zerstäubung von selbst sehr abrasivem Material durchzuführen ohne häufiges Auswechseln der Einsätze vornehmen zu müssen, und wo das Risiko von Beschädigung des Rades nahezu ausgeschaltet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Zerstäuberrad der eingangs erwähnten Art erfüllt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass jeder Einsatz mit einer Übergangsfläche versehen ist, die zwischen der inneren Endfläche des Einsatzes und der Berührungsfläche verläuft, und dass die Übergangsfläche zumindest einen Abschnitt umfasst, der mit der Berührungsfläche einen Winkel bildet.
Durch diese Ausführung ist es möglich den Strom des zu zerstäubenden Materials entlang der Übergangsfläche und weiter nach unten zu der Schicht auf der Innenseite der Aussenwand zu leiten. Bei Zerstäuberrädern, die sowohl mit Buchse als Auskleidung versehene Einsätze aufweisen, kann somit Verschleiss auf der Buchse vermieden werden. Ohne den Umfang der Erfindung auf eine spezifische Erläuterung begrenzen zu wollen, wird angenommen, dass der Wirbel, der in her kömmlichen Zerstäuberrädern in den Einsetzen vorne gebildet wird, in bezug auf Richtung in einem solchen Ausmass gesteuert wird, dass nun auf der Innenseite der Aussenwand eine kohärente Schicht aus Schutzmaterial gebildet werden kann, und dass restliche nachteilige Wirkungen eines solchen Wirbels nur auf die Auskleidung und nicht die Buchse Einfluss haben.
Ausserdem hat es sich gezeigt, dass die Vibrationen der Antriebswelle in einem erfindungsgemässen Zerstäuberrad offensichtlich aufgrund einer mehr gesteuerten Strömung im Zerstäuberrad reduziert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Übergangsfläche im wesentlichen konkav, wodurch gesichert wird, dass die Übergangsfläche den Durchfluss hinter die Buchse leitet, indem sie dem zu zerstäubenden Schlamm einen wesentlichen Richtungswechsel auferlegt.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Einsatz für ein Zerstäuberrad vorgesehen, welcher Einsatz eine Längsachse aufweist sowie eine innere Endfläche und eine Berührungsfläche umfasst. Der Einsatz ist dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Übergangsfläche versehen ist, die zwischen der inneren Endfläche des Einsatzes und der Berührungsfläche verläuft, und dass die Übergangsfläche zumindest einen Abschnitt umfasst, die mit der Berührungsfläche einen Winkel bildet.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und mittels der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Teilschnitt eines Zerstäuberrads bekannter Technik.
2–5 sind Teilschnitte in grösserem Massstab von vier Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Einsatzes.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Das in 1 gezeigte Zerstäuberrad bekannter Technik ist im US Patent Nr. 4 684 065 (Niro) beschrieben und umfasst eine ringförmige Kammer 2 mit im wesentlichen schüsselförmiger Querschnittsform, und ist durch eine zentrale Radnabe 1, eine im wesentlichen zylinderförmige Aussenwand 3, einen Bodenteil 4 und einen Mantel 5 abgegrenzt. Im Mantel 5 ist konzentrisch um die Nabe 1 herum eine Öffnung 6 vorgesehen, durch welche der zu zerstäubende Schlamm zum Zerstäuberrad geleitet wird.
Entlang dem Umkreis der Aussenwand 3 des Zerstäuberrads ist eine Anzahl von Einspritzöffnungen vorgesehen, durch welche ein zugeführter Schlamm während des Betriebes von aussen in zerstäubter Form in eine umgebende Trockenkammer eingespritzt wird, in welcher Trockenkammer die durch Zerstäubung gebildeten feinen Partikeln getrocknet werden, so dass deren Gehalt an Feststoffen als feines Pulver auf den Boden der Trockenkammer hinunterfällt. Um Abnützung auf dem Zerstäuberrad selbst zu vermeiden, sind in den einzelnen Einspritzöffnungen Düsen oder Einsätze in Form von Stahlbuchsen 8 mit verschleissfesten Auskleidungen 7 eingesetzt.
Die Buchse 8 ist aus Stahl hergestellt und mit einem nach aussen gerichteten Ansatz versehen, der an einen entsprechend ausgebildeten entgegengesetzt gerichteten Ansatz in der Einspritzöffnung anliegt. Die Buchse 8 ist in der Öffnung lose montiert, und um zu verhindern, dass Partikeln in den somit entstandenen Spielraum eindringen, ist dieser gegen die Aussenwand 3 mittels eines nahe der Innenfläche der Wand 3 angeordneten Dichtungsringes 11 abgedichtet. Eine konische Auskleidung 7 aus einem verschleissbeständigen, vorzugsweise keramischen Material ist in der Stahlbuchse eingesetzt.
Um elastische Deformation der Buchse zu erlauben ohne überaus grosse Spannungen auf die keramische Auskleidung 7 zu übertragen, ist die Buchse 8 auf ihrer der Auskleidung zuwendenden Innenfläche mit einer flachen Aussparung 13 versehen. In der gezeigten Ausführungsform verläuft die Aussparung 13 unter der Aussparung des Dichtungsringes 11 bis nahe zu dem inneren Ende der Buchse 8, d. h. im wesentlichen durch jenen Teil der Buchse, der schlimmstenfalls Spannungen ausgesetzt ist, die im Falle von direkter Übertragung auf die keramische Auskleidung diese beschädigen könnten.
In der in 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform weisen Bezugszeichen mit derselben oder ähnlicher Funktion wie das Zerstäuberrad der bekannten Technik und der Einsatz dasselbe Bezugszeichen auf, wo aber 100 hinzugefügt ist.
Die Buchse 108 des erfindungsgemässen Einsatzes ist im wesentlichen auf dieselbe. Weise wie jene der bekannten Technik ausgestaltet und ist in die Aussenwand 103 eingepasst, wobei ein nach aussen gerichteter Ansatz 109 auf der Buchse 108 gegen einen entsprechend geformten, entgegengesetzt gerichteten An satz 110 in der Einspritzöffnung anliegt. Die Buchse 108 umfasst ein zentral konisches Loch, das die Auskleidung 107 mit einer entsprechend konischen Berührungsfläche 120 aufnimmt. Der Aufbau des Zerstäuberrads ist nicht entscheidend, und andere Teile von diesem können auf andere Weise als vorstehend beschrieben ausgeführt sein. Beispielsweise kann die zylinderförmige Aussenwand, anstelle ein integrierter Teil des Bodenabschnittes zu sein, in einem separaten Teil aufgenommen sein. Ausserdem kann die Buchse 108 aus jedem anderen geeigneten Material als Stahl hergestellt sein.
An dem inneren Ende der Auskleidung 107, das in den ringförmigen Raum des Zerstäuberrads verläuft, ist eine allgemein mit 121 bezeichnete Übergangsfläche vorgesehen. In der gezeigten Ausführungsform hat die Übergangsfläche 121 hauptsächlich konkave Form und umfasst einen ersten geradlinigen Abschnitt 123, der sich in bezug auf eine innere Endfläche 124 der Auskleidung rechtwinkelig, d. h. im wesentlichen parallel mit einer Längsachse 128 des Einsatzes erstreckt. Ein abgerundeter Teil 125 verbindet den ersten Abschnitt 123 mit einem an die Berührungsfläche 120 der Auskleidung 107 angrenzenden zweiten Abschnitt 126. Der zweite Abschnitt 126 verläuft im wesentlichen rechtwinkelig zum ersten Abschnitt 123, welches mit sich führt, dass die Strömungsrichtung des zu zerstäubenden Schlamms virtuell um 90° geändert und somit hinter der Buchse 108 und weiter auf die Innenseite der Aussenwand 103 geleitet wird.
In der in 3 gezeigten Ausführungsform werden nur Teile, die sich auf die vorliegende Erfindung be ziehen, detailliert erläutert. In Bezugszeichen von Elementen mit derselben oder ähnlichen Funktion wie in der Ausführung von 2 wird 100 hinzugefügt.
Die Übergangsfläche 221 besteht in dieser Ausführung aus zwei hauptsächlich geradlinigen Abschnitten 230 und 321 mit in Bezug auf die Längsachse 228 des Einsatzes gradweise ansteigenden Winkeln. Es ist auch denkbar, dass die Übergangsfläche mehr als zwei Abschnitte, oder nur einen Abschnitt umfasst, der somit eine abgeschrägte Übergangsfläche bildet.
Die Übergangsfläche kann als jede geeignete Fläche oder Kombination von Flächenabschnitten mit im grossen und ganzen konkaver Form ausgebildet sein.
In der Ausführungsform von 4 weisen Elemente, die mit Ausführung von 2 gleich oder ähnlich sind, dasselbe Bezugszeichen plus 200 auf. Die Übergangsfläche 321 ist auf dieselbe Weise wie in der Ausführung von 2 ausgestaltet. Jedoch ist in beiden der vorerwähnten Ausführungsformen von 2 und 3 die Berührungsfläche 120, 220 der Auskleidung 107 bzw. 207 in Bezug auf die Längsachse 128, 228 des Einsatzes konisch. In der Ausführung von 4 ist die Berührungsfläche 320 parallel mit der Längsachse des Einsatzes, und die Buchse 308 umfasst an deren äusserem Ende einen stützenden Abschnitt 340. In dieser Ausführungsform besteht die Gefahr, dass Verschleiss auf der Aussenseite des Zerstäuberrads zu Beschädigung des stützenden Abschnitts 340 führen kann. Die Folgen einer derartigen Beschädigung sind schlimmstenfalls, dass die Auskleidung eines solchen beschädigten Einsatzes aufgrund von Zentrifugalkräften diesen locker macht.
Die Einsätze des erfindungsgemässen Zerstäuberrads können unterschiedliche Länge aufweisen, wie im US Patent Nr. 4 898 331 (Niro) näher beschrieben.
Bei Zerstäuberrädern, in welchen die Ladung weniger schwer ist, kann man einen Einsatz wie den in 5 gezeigten verwenden. In dieser Ausführungsform ist die Aussenfläche 420 der Auskleidung 407, die der beschriebenen Berührungsfläche in den vorhergehenden Ausführungsformen entspricht, direkt in die Aussenwand 403 des Zerstäuberrads montiert, d. h. es gibt keine Buchse. An dem inneren Ende des Einsatzes/der Auskleidung 407 verläuft eine Übergangsfläche 421, welche auf dieselbe Weise wie in Ausführung von 2 ausgebildet ist, zwischen der inneren Endfläche 424 und der Aussenfläche 420.
Es ist ferner möglich Einsätze mit speichenähnlichen Vorsprüngen der Art, wie im US Patent Nr. 3 887 133 (Niro) beschrieben ist, zu konstruieren, mit einer sich zwischen einer inneren Endfläche des Einsatzes und der Aussenfläche erstreckenden Übergangsfläche.
Die Erfindung soll nicht als Begrenzung auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform erachtet werden; zahlreiche Modifikationen des Zerstäuberrads und der Einsätze können ausgeführt werden, ohne vom Umfang der anhängigen Ansprüche abzuweichen.

Claims

Zerstäuberrad zum Zerstäuben von Schlamm abrasivem Materials, umfassend: eine Radnabe (1) und eine hauptsächlich zylinderförmige Aussenwand (3), welche eine ringförmige Kammer (2) mit im wesentlichen schüsselförmigem, die Radnabe (1) koaxial umschliessenden Querschnitt abgrenzt, eine Mehrzahl von Einspritzöffnungen, die sich im wesentlichen in radialer Richtung erstrecken und über den Umfang der Aussenwand (3, 103, 403) verteilt sind, und eine Mehrzahl in den Einspritzöffnungen angeordneter Einsätze, von denen jeder eine sich in der im wesentlichen radialen Richtung erstreckende Längsachse aufweist, wobei das inwendige Ende jeder dieser Einsätze in die ringförmige Kammer (2) hineinragt und eine innere Endfläche (124, 224, 324, 424) und eine Berührungsfläche (120, 220, 320, 420) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einsatz mit einer Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) versehen ist, die zwischen der inneren Endfläche (124, 224, 324, 424) des Einsatzes und der Berührungsfläche (120, 220, 320, 420) verläuft, und dass die Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) zumindest einen Abschnitt (126, 231, 326, 426) umfasst, der mit der Berührungsfläche (120, 220, 320, 420) einen Winkel bildet.
Zerstäuberrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erwähnte Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) eine im wesentlichen konkave Form aufweist.
Zerstäuberrad nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) mindestens zwei im wesentlichen geradlinige Abschnitte (123, 126, 230, 231, 323, 326, 423, 426) aufweist.
Zerstäuberrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Abschnitt (123, 323, 423) in bezug auf die innere Endfläche (124, 324, 424) im wesentlichen rechtwinkelig erstreckt, und ein zweiter Abschnitt (126, 326, 426) im wesentlichen senkrecht zum ersten Abschnitt verläuft, und ein abgerundeter Abschnitt (125, 325, 425) die ersten und zweiten Abschnitte verbindet.
Zerstäuberrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass erwähnte Abschnitte (230, 231) in bezug auf die Längsachse (228) des Einsatzes gradweise zunehmende Winkel aufweisen.
Zerstäuberrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erwähnte Übergangsfläche abgeschrägt ist.
Zerstäuberrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Einsatz eine Buchse (108, 208, 308), deren Aussenseite in die Aussenwand (103) hineinpasst, sowie eine in der Buchse angeordnete verschleissbeständige Auskleidung (107, 207, 307) umfasst, derart, dass die Berührungsfläche (120, 220, 320) gegen eine Innenseite der Buchse anliegt.
Zerstäuberrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (120, 220) in bezug auf die Längsachse (12, 228) des Einsatzes konisch ist.
Zerstäuberrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (320) parallel zur Längsachse des Einsatzes (328) ist, und dass die Buchse an deren äusserem Ende (308) einen stützenden Abschnitt (340) umfasst.
Einsatz für ein Zerstäuberrad, welcher Einsatz eine Längsachse (128, 228, 328, 428) aufweist und eine innere Endfläche (124, 224, 324, 424) und eine Berührungsfläche (120, 220, 320, 420) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz mit einer Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) versehen ist, die sich zwischen der inneren Endfläche (124, 224, 324, 424) des Einsatzes und der Berührungsfläche (120, 220, 320, 420) erstreckt, und dass die Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) zumindest einen Abschnitt (126, 231, 326, 426) umfasst, der mit der Berührungsfläche (120, 220, 320, 420) einen Winkel bildet.
Einsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) eine im wesentlichen konkave Form aufweist.
Einsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsfläche (121, 221, 321, 421) mindestens zwei hauptsächlich geradlinige Abschnitte (123, 126, 230, 231, 323, 326, 423, 426) umfasst.
Einsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Abschnitt (123, 323, 423) in bezug auf die innere Endfläche (124, 324, 424) im wesentlichen rechtwinkelig erstreckt, und ein zweiter Abschnitt (126, 326, 426) sich im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt (123, 323, 423) erstreckt, und ein abgerundeter Abschnitt (125, 325, 425) die ersten und zweiten Abschnitte verbindet.
Einsatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass erwähnte Abschnitte (230, 231) in bezug auf die Längsachse (228) des Einsatzes gradweise zunehmende Winkel aufweisen.
Einsatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergangsfläche abgeschrägt ist.
Einsatz nach einem der Ansprüche 10–15, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz eine Buchse (108, 208, 308) und eine in der Buchse angeordnete verschleissbeständige Auskleidung (107, 207, 307) umfasst, derart, dass die Berührungsfläche (120, 220, 320) gegen eine Innenseite der Buchse anliegt.
Einsatz nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (120, 220) in bezug auf die Längsachse (12, 228) des Einsatzes konisch ist.
Einsatz nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungsfläche (320) parallel zur Längsachse des Einsatzes (328) ist, und dass die Buchse an deren äusserem Ende (308) einen stützenden Abschnitt (340) umfasst.