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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Dekanterzentrifuge zum Trennen
eines eingefüllten
Materials in eine leichte Phase und eine schwere Phase, umfassend
einen langgestreckten Behälter,
der dafür eingerichtet
ist, um seine Längsachse
zu rotieren, wobei der Behälter
eine Trennkammer mit einer darin koaxial angeordneten Förderschnecke
aufweist, wobei die Förderschnecke
eine Welle umfasst, die eine einen oder mehrere Gewindegänge ausbildende Wendel
trägt,
und die eine Nenntransportgeschwindigkeit hat, die sich entlang
der Längsachse ändert, mit
einem Einlass mit mindestens einer Einlassöffnung in der Förderschnecke
zum Einfüllen
des zu trennenden Materials, und mit mindestens einer Auslassöffnung für die schwere
Phase in dem Behälter an
einem Ende der Förderschnecke,
wobei die Förderschnecke
dafür eingerichtet
ist, relativ zum Behälter
zu rotieren, um die schwere Phase in Richtung der Auslassöffnungen
für die
schwere Phase zu fördern, und
wobei die Förderschnecke
mit einem zwischen den Einlassöffnungen
und den Auslassöffnungen
angeordneten Staublech versehen ist, wobei dieses Staublech die
Trennkammer unterteilt in einen im wesentlichen zylindrischen Trennabschnitt
und in einen zumindest teilweise konischen Austragsabschnitt, wobei
die Auslassöffnungen
für die
schwere Phase in dem Austragsabschnitt angeordnet sind, und wobei die
Einlassöffnungen
in Bezug auf die Auslassöffnungen
auf der gegenüberliegenden
Seite des Staublechs angeordnet sind.
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Eine
Dekanterzentrifuge dieser Art ist aus der
WO-A-97/22411 bekannt, die
eine Dekanterzentrifuge mit einem Staublech beschreibt, das als
Rippe ausgebildet ist, die sich von der stromaufwärts liegenden
Seite einer Wendelwindung als Teil einer Windung mit einer größeren Steigung
als die Wendel nach der stromabwärts
liegenden Seite einer Wendelwindung in einem axialen Abstand von
ihrem Ausgangspunkt erstreckt.
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Die
US-A-3 934 792 beschreibt
eine Dekanterzentrifuge mit einem Staublech, das sich axial von der
stromaufwärts
liegenden Seite der Wendelwindung nach der stromabwärts liegenden
Seite der benachbarten Wendelwindung erstreckt. Ein ähnliches Staublech
ist in der
US-A-5 653
573 beschrieben.
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Der
Gewindegang/die Gewindegänge
einer Förderschnecke
bildet/bilden einen Durchgang zwischen benachbarten Windungen durch
die während des
Betriebs der Dekanterzentrifuge Material fließt. Ein Staublech ist allgemein
ein Teil, das einen Teil des Querschnitts des Durchgangs in einem
Abstand von der Innenwand des Behälters versperrt. Wenn nur ein
Gewindegang vorhanden ist, bildet er einen einzigen Durchgang, der
sich um die Welle der Förderschnecke
windet und das Staublech umfasst ein einziges Teil. Wenn mehrere
Gewindegänge
vorhanden sind, wird zwischen ihnen eine ähnliche Anzahl an Durchgängen gebildet
und das Staublech umfasst daher ein Teil in jedem Durchgang.
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In
einer Dekanterzentrifuge findet eine Trennung der schweren Phase
und der leichten Phase in dem Trennabschnitt statt, wobei die leichte
Phase Wasser sein kann und die schwere Phase ein zu entwässernder
Schlamm sein kann. Der Schlamm, von dem das Wasser abgezogen ist,
wird mittels der Förderschnecke
durch den Behälter
zu dem Staublech, unter das Staublech, d. h. zwischen dem Staublech und
die Innenwand des Behälters
und zu den Auslassöffnungen
gefördert,
wo der verhältnismäßig trockene
Schlamm die Zentrifuge verlässt,
wobei das Staublech verhindert, dass Wasser oder die leichte Phase die
Auslassöffnungen
für die
schwere Phase erreicht.
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Der
Trennabschnitt und der darin liegende Abschnitt der Wendel sind
so ausgebildet, dass die höchstmögliche Effizienz
der Entwässerung
erreicht wird. Es kann jedoch eine Ansammlung der schweren Phase
unmittelbar vor den Staublech auftreten, zum Teil auf Grund der
Drosselung des Strömungsquerschnitts
für die
schwere Phase durch das Staublech, zum Teil auf Grund des verringerten
Querschnitts in dem konischen Austragsabschnitt der so rückwärts wirkt,
dass das Trennverfahren in dem Trennabschnitt nicht den vorgesehenen
Verlauf nimmt, was darüber
hinaus zu einer schlechteren Verfahrensökonomie und einer geringeren
Entwässerung
führt.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, dieses Problem zu verringern.
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Dieses
Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
dass – in
Bezug auf die Förderrichtung
gesehen – unmittelbar
stromaufwärts
des Staublechs ein Übergangsabschnitt
zwischen dem Trennabschnitt und dem Austragsabschnitt vorgesehen
ist und dass die Förderschnecke
innerhalb des Übergangsabschnitts
eine größere Nenntransportgeschwindigkeit
erreicht als in dem Trennabschnitt unmittelbar vor dem Übergangsabschnitt,
und dass die Änderung
der Nenntransportgeschwindigkeit der Förderschnecke von der Nenntransportgeschwindigkeit
in dem Trennabschnitt unmittelbar vor dem Übergangsabschnitt auf die höhere Nenntransportgeschwindigkeit
innerhalb des Übergangsabschnitts durch
eine Änderung
der Steigung der Wendel begründet
ist.
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Unter
Nenntransportgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit zu verstehen,
bei der ein vorgegebener Abschnitt der Wendel die schwere Phase
fördern
würde,
ohne dass Störungen
durch die umgebenden Abschnitte der Schnecke auftreten, wie z. B. eine
Akkumulation der schweren Phase stromabwärts. Die Nenntransportgeschwindigkeit
hängt in nicht-linearer
Weise von der Steigung der Wendel ab und ist am höchsten bei
einem Steigungswinkel von etwa 45°,
bezogen auf die tangentiale Richtung.
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Indem
die Wendel gemäß der Erfindung
ausgebildet wird, wird erreicht, dass die Ansammlung der schweren
Phase in dem Austragsabschnitt nicht in dem gleichen Maße stattfindet
wie es sonst der Fall wäre.
Wenn die Transportgeschwindigkeit vor dem Staublech zunehmen kann,
wird die Gefahr des Zerreißens
der schweren Phase, die an diesem Punkt den Charakter eines zusammenhängenden
Kuchens hat, minimiert, was die Gefahr einschließen würde, dass die leichte Phase
zu dem Austragsabschnitt durchbricht, was vermieden werden muss,
da es gleichbedeutend ist mit einem erneuten Nasswerden der eben
entwässerten
schweren Phase.
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Die Änderung
der Steigung der Wendel kann abrupt sein, was von einem Konstruktions-Gesichtpunkt
aus günstig
sein kann, aber die Änderung
der Steigung der Wendel kann wahlweise auch graduell sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Steigungswinkel der Wendel in dem Trennabschnitt wesentlich
kleiner als 45°,
bezogen auf die tangentiale Richtung, und die Änderung der Steigung der Wendel
von dem Trennabschnitt nach dem Übergangsabschnitt
ist eine Steigerung. Diese Steigerung beträgt vorzugsweise 40 bis 80%.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
ist der Steigungswinkel der Wendel in dem Trennabschnitt wesentlich
größer als
45°, bezogen
auf die tangentiale Richtung, und die Änderung der Steigung der Wendel
ist eine Senkung von dem Trennabschnitt nach dem Übergangsabschnitt.
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Um
die volle Wirkung der Erfindung zu erzielen, sollte die schwere
Phase, die auf das Staublech zu gefördert wird, mit der erhöhten Geschwindigkeit über die
gesamte periphere Erstreckung des Staublechs gefördert werden. Daher hat die
Wendel die höhere
Nenntransportgeschwindigkeit über
mindestens 1/3 × 1/n
einer Drehung vor dem Staublech, vorzugsweise über etwa 2/3 × 1/n einer
Drehung, wobei n die Anzahl der Gewindegänge ist, entsprechend einer Achsenlänge von
1/3 und vorzugsweise 2/3 der Steigung in dem Übergangsabschnitt, wenn nur
ein Gewindegang vorhanden ist, oder dem axialen Abstand zwischen
zwei benachbarten Drehungen, wenn mehrere Gewindegänge vorhanden
sind.
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Bei
einer Ausführungsform,
bei der das Staublech eine axiale Erstreckung aufweist, wird die Grenze
zwischen dem Austragsabschnitt und dem Übergangsabschnitt als im Mittelpunkt
der axialen Erstreckung des Staublechs liegend angesehen.
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Der
Einlass ist vorzugsweise stromaufwärts von dem Übergangsabschnitt
in dem Trennabschnitt selbst angeordnet. Auf diese Weise wird die
Gefahr von Turbulenzen auf Grund der Änderung der Geschwindigkeit,
die den Einlassstrom stört,
ausgeschaltet.
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Die
Steigung der Wendel kann in dem Trennabschnitt in einer Richtung
von dem Übergangsabschnitt
weg zunehmen. Auf diese an sich bekannte Weise wird eine abnehmende
Konzentration der schweren Phase in einer Richtung weg von dem Einlass
und Austragabschnitt kompensiert.
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Die
Erfindung wird im folgenden im Detail an Hand einiger Beispiele
für Ausführungsformen
und unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert; dabei zeigt
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1 in
etwas schematischer Form einen Längsschnitt
durch eine bekannte Dekanterzentrifuge, die einen Behälter mit
einer Förderschnecke
mit einer ringförmigen
Staublech-Scheibe umfasst, und
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2 eine
Förderschnecke
nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform,
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3 eine
Förderschnecke
nach einer zweiten Ausführungsform
und
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4 eine
Förderschnecke
nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
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Die
Dekanterzentrifuge 1 in 1 hat einen Hohlbehälter 2 mit
einer Trennkammer, enthaltend eine Förderschnecke 3 mit
einer Welle 4 mit einer Wendel mit einem Gewindegang 7,
die in einer Anzahl von Windungen gedreht ist. Die Welle 4 ist
im wesentlichen zylindrisch und hat einen konischen Abschnitt 5 an
einem Ende. In der Förderschnecke 3 sind
Einlassöffnungen 6 für das zu
trennende Material vorgesehen und in dem Behälter 2 sind Auslassöffnungen 14 für die abgetrennte
schwere Phase vorgesehen. Wie in der Figur gezeigt, befindet sich
die leichte Phase 12 am nächsten an der Welle der Förderschnecke 4,
während
sich die schwere Phase 13 an der Innenseite des Behälters 2 befindet.
Die leichte Phase wird über
eine Auslasskante 10 des Behälters abgezogen. Die schwere
Phase wird durch die Drehung der Wendel auf die Austragsöffnungen 14 in dem
Behälter
an seinem konischen Ende hin gefördert.
Die Figur zeigt ein Staublech 8, umfassend eine ringförmige Scheibe,
die senkrecht zu der Längsachse
oder der Achsenrichtung der Förderschnecke steht.
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2 zeigt
eine Förderschnecke 3,
die wie die Förderschnecke
in 1, mit einem Staublech 8 in Form einer
ringförmigen
Scheibe und einer Einlassöffnung 6 versehen
ist. Die unterbrochenen Linien in 2 zeigen
die Hüll-Fläche für die Wendeldrehungen
des Gewindegangs 7. Die Hüll-Fläche umfasst einen zylindrischen
Abschnitt 15 und einen konischen Abschnitt 16.
Die Hüll-Fläche entspricht
mit einer geeigneten lichten Weite der Form des Behälters, in
den die Förderschnecke
eingebaut werden soll.
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Das
Staublech 8 befindet sich nahe dem Übergang zwischen dem konischen
Abschnitt 16 und dem zylindrischen Abschnitt 15 und
es teilt die Zentrifuge oder die Trennkammer im wesentlichen in
einen zylindrischen Trennabschnitt 17 und einen konischen
Austragsabschnitt 18. Bei der Ausführungsform umfasst der Austragsabschnitt 18 jedoch
einen kleinen Teil des zylindrischen Abschnitts 15.
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Die
Steigung der Wendel variiert über
die Förderschnecke 3 in
axialer Richtung 20. So tritt an einem Punkt oder einer
axialen Stelle 21 ein abrupter Sprung der Steigung von
etwa 58% auf. Die Stelle 21 markiert auf Grund der durch
den Sprung aufgetretenen Änderung
eine Trennlinie zwischen dem Trennabschnitt 17 und einem Übergangsabschnitt 19 zwischen
dem Trennabschnitt 17 und dem Austrittsabschnitt 18.
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Die
Steigung ist bei dieser Ausführungsform von
der Stelle 21 bis zu den Austrittsöffnungen für die schwere Phase konstant.
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Die
Steigung der Wendel in dem Trennabschnitt 17 nimmt in diesem
Beispiel in axialer Richtung 20 so ab, dass die Steigung
unmittelbar vor dem Übergangsabschnitt 19 am
kleinsten ist. Der Einlass 6 befindet sich in dem Trennabschnitt 17 kurz
vor dem Übergangsabschnitt 19.
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3 zeigt
eine andere Ausführungsform, mit
einem Staublech 8, das sich axial erstreckt. Der Gewindegang 7 der
Förderschnecke 3 zeigt
an der Stelle 21 einen Sprung der Steigung, die folglich
in dem Übergangsabschnitt 19 größer ist
als in dem Trennabschnitt 17. In dem Trennabschnitt 17 ist
die Steigung konstant. Auf Grund der axialen Erstreckung des Staublechs 8 wird
die Trennlinie zwischen dem Übergangsabschnitt 19 und
dem Austragsabschnitt 18 so vorgesehen, dass sie auf dem
axialen Mittelpunkt 23 des Staublechs liegt. Da die Stelle 21 etwas
stromabwärts
von dem Ausgangspunkt 24 des Staublechs liegt, liegt die
Stelle 21 etwas mehr als eine halbe Steigung vor dem Mittelpunkt 23 des
Staublechs. Die Steigung des Gewindegangs 7 ist in den bisher
beschriebenen Förderschnecken
gleich den axialen Dimensionen des Durchgangs 25, der zwischen
den benachbarten Windungen des Gewindegangs 7, gebildet
wird, und der Steigungswinkel des Gewindegangs 7 in dem
Trennabschnitt 17 ist wesentlich kleiner als 45°, bezogen
auf die tangentiale Richtung.
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4 zeigt
eine Ausführungsform,
bei der die Wendel der Förderschnecke 3 drei
Gewindegänge 7' mit einem Steigungswinkel
aufweist, der wesentlich größer ist
als 45°,
bezogen auf die tangentiale Richtung in dem Trennabschnitt 17.
An einer axialen Stelle 21' ändert sich
die Steigung, der Steigungswinkel wird in Richtung von 45° geändert, worauf
hin die Nenntransportgeschwindigkeit zunimmt.
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An
der Stelle 21' erstreckt
sich ein Staublech-Teil 8' von
jedem Gewindegang 7' aus,
wobei sich das Staublech-Teil als Teil einer Windung mit einer stärkeren Steigung
als der Gewindegang 7' in dem Übergangsabschnitt 19 und
dem Austragsabschnitt 18 erstreckt, aber mit der gleichen
Drehrichtung wie die Staublech-Teile 8' von einer stromabwärts gelegenen
Seitenfläche 26 des
Gewindegangs 7' zu
einer stromaufwärts
gelegenen Seitenfläche 27 des
benachbarten Gewindegangs 7'.
Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform
haben die Staublech-Teile 8' die
gleiche Steigung wie die Gewindegänge 7' in dem Trennabschnitt, das muss
jedoch nicht der Fall sein.
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Die
Staublech-Teile 8',
die sich von der Stelle 21' aus
erstrecken und eine Steigung von weniger als 90° (axiale Richtung) aufweisen,
und die Trennlinie zwischen dem Übergangsabschnitt 19 und
dem Austragsabschnitt 18 sind so aufgebaut, dass sie an
dem axialen Mittelpunkt 23 der Staublech-Teile liegen,
wobei der Sprung bezüglich
der Nenntransportgeschwindigkeit bei mehr als 1/6 (1/2 × 1/3 (3
= Anzahl der Gewindegänge))
eines Gewindegangs stromaufwärts
von dem Übergangsabschnitt,
entsprechend mehr als der Hälfte
der axialen Erstreckung eines Durchgangs 25 zwischen zwei
benachbarten Gewindegängen 7' in dem Übergangsabschnitt
liegt.
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Eine
Zentrifuge mit einer Förderschnecke nach
der Erfindung arbeitet auf die folgende Weise.
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Das
zu trennende Material, z. B. eine wässrige Aufschlämmung, wird
durch den Einlass 6 in die Trennkammer geführt. Die
Aufschlämmung
strömt durch
den Durchgang 25, der durch den Gewindegang 7 der
Schneckenwendel gebildet wird, oder die Durchgänge 25, die durch
die Gewindegänge 7' gebildet werden,
nach der linken Seite der Figuren. Auf diese Weise setzt sich die
schwere Phase, d. h. der Schlamm, wie in 1 gezeigt,
ab.
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Die
Förderschnecke 3 zieht
auf Grund ihrer Rotation bezogen auf den Behälter 2, den sedimentierte
Schlamm nach der rechten Seite der Figuren (stromabwärts) der
Schlamm wird in dem Trennabschnitt 15 bis zu der axialen
Stelle 21 gepresst. Hier bildet der Schlamm einen zusammenhängenden
verhältnismäßig festen
Kuchen.
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Von
der Stelle 21 aus wird der Schlamm auf Grund der Veränderung
der Steigung des Gewindegangs 7 oder der Gewindegänge 7' beschleunigt.
Die Stelle 21 liegt bei der Ausführungsform der 2 etwa
2/3 Drehung vor dem Schnittpunkt 21 der Wendelwindung 7,
wobei das Staublech 8 einem axialen Abstand zwischen der
Stelle 21 und dem Punkt 22 von 2/3 der Steigung
der Wendelwindung oder der axialen Dimension des Durchgangs an diesem
Punkt entspricht. Bei den Ausführungsformen
der 3 und 4 befindet sich die Stelle 21 etwas
mehr als die Hälfte
der axialen Dimension des Durchgangs 25 stromaufwärts von
dem axialen Mittelpunkt 23 des Staublechs 8 oder
der Staubleche 8'.
Auf diese Weise befindet sich der Änderungspunkt für die Transportgeschwindigkeit
ausreichend weit entfernt von dem Staublech 8, 8', um den Schlamm
entlang der Peripherie des gesamten Staublechs mit der erhöhten Geschwindigkeit
zu fördern.
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Der
Raum zwischen der Peripherie des Staublechs 8 und der Innenwand
des Behälters 2 ist
kleiner als die Dicke des Schlamms an dem Punkt 21. Die erhöhte Geschwindigkeit
in dem Übergangsabschnitt 19 kompensiert
bis zu einem gewissen Grad diesen Unterschied. Die Kompensation
liegt jedoch etwas unter 100%, da eine Kompensation von 100% oder
mehr das Risiko bergen würde,
dass der Schlammkuchen zerreißen
würde,
was zu einem Durchbrechen der leichteren Phase unter und hinter das
Staublech 8 führen
könnte.
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Die
erhöhte
Geschwindigkeit kompensiert auch den verringerten Querschnitt des
konischen Abschnitts des Behälters 2 in
dem Austragsabschnitt 18.
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Obwohl
verschiedene Ausführungsformen der
Förderschnecken 3 nach
der Erfindung hier beschrieben worden sind, weisen diese Ausführungsformen
unterschiedliche Kombinationen von Anzahl der Gewindegänge und
Steigungswinkel und Staublech-Arten auf, und es ist zu verstehen,
dass insbesondere Steigungswinkel der Gewindegänge und Arten von Staublechen
in beliebiger Weise im Rahmen der Erfindung kombiniert werden können.