DE69312643T2

DE69312643T2 - CENTRIFUGAL SEPARATOR

Info

Publication number: DE69312643T2
Application number: DE69312643T
Authority: DE
Inventors: Leonard Borgstroem; Patrik Brehmer; Claes-Goeran Carlsson; Peter Franzen; Claes Inge; Torgny Lagerstedt; Hans Moberg
Original assignee: Alfa Laval Separation AB
Current assignee: Alfa Laval Separation AB
Priority date: 1992-06-16
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2013-05-20
Also published as: DE69312643D1; EP0598099B1; EP0598099A1; SE9201838D0; SE470348B; JPH06509749A; ES2106350T3; SE9201838L; WO1993025314A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifugal-Trennvorrichtung zum Reinigen einer Flügsigkeit von einer in ihr dispergierten Substanz mit niedrigerer Dichte als der der Flüssigkeit, die einen um eine Drehachse drehbaren Rotor aufweist. Der Rotor hat eine Zulaufkammer, eine mit der Zulaufkammer verbundene Trennkammer sowie eine mit der Trennkammer verbundene Ablaufkammer für eine Flüssigkeit, die betrieblich von der Substanz gereinigt wird. In der Trennkammer ist ein Stapel mehrerer kegelstumpfförmiger Trennteller koaxial mit der Drehachse angeordnet. Die Trennteller sind mit Abstandelementen versehen, die die Teller beabstandet halten, so daß zwischen aufeinanderfolgenden Tellern jeweils ein Zwischenraum entsteht. Weiterhin weist die Zentrifugal-Trennvorrichtung eine Einrichtung auf, um die Flüssigkeit mit der darin dispergierten Substanz betrieblich aus der Zulaufkammer einem mittigen Bereich der Tellerzwischenräume so zuzuleiten, daß die Flüssigkeit in den Zwischenräumen radial auswärts fließt.The present invention relates to a centrifugal separating device for cleaning a liquid from a substance dispersed in it with a lower density than that of the liquid, which has a rotor that can be rotated about a rotation axis. The rotor has an inlet chamber, a separation chamber connected to the inlet chamber and an outlet chamber connected to the separation chamber for a liquid that is operatively cleaned of the substance. In the separation chamber, a stack of several frustoconical separating plates is arranged coaxially with the rotation axis. The separating plates are provided with spacer elements that keep the plates spaced apart so that between successive plates In each case, an intermediate space is created. Furthermore, the centrifugal separating device has a device for operatively feeding the liquid with the substance dispersed therein from the inlet chamber to a central region of the intermediate spaces between the plates in such a way that the liquid flows radially outwards in the intermediate spaces.

Zentrifugal-Trennvorrichtungen dieser Art sind seit langem bekannt; ein Beispiel hierfür ist in der US-PS 902 913 offenbart. Das zentrifugal zu behandelnde Flüssigkeitsgemisch wird normalerweise durch in den Trenntellern mittig angeordnete Zulauflöcher in die Zwischenräume geleitet. Handelt es sich bei den Abstandelementen um punktartige Elemente, haben sie auf die Strömung in den Zwischenräumen im wesentlichen keinen Einfluß. Dadurch ist die geostrophische Strömung, die beim Eintreten des sogen. geostrophischen Gleichgewichts in den Zwischenräumen entsteht, im wesentlichen in Umfangsrichtung gerichtet. Die radial auswärts gerichtete Flüssigkeitsströmung erfolgt dann in dünnen Schichten, den sogen. Ekman-Schichten, über die Ober- und Unterseite der Trennteller.Centrifugal separators of this type have been known for a long time; an example of this is disclosed in US-PS 902 913. The liquid mixture to be treated centrifugally is normally fed into the gaps through inlet holes arranged centrally in the separating plates. If the spacer elements are point-like elements, they have essentially no influence on the flow in the gaps. As a result, the geostrophic flow that occurs in the gaps when the so-called geostrophic equilibrium occurs is essentially directed in the circumferential direction. The radially outward-directed liquid flow then occurs in thin layers, the so-called Ekman layers, over the top and bottom of the separating plates.

Der radiale Strömungswiderstand in diesen Zwischenräumen wird hoch, so daß sich die Strömung gleichmäßig auf die Zwischenräume aufteilt. Weiterhin bedeutet der niedrigere Strömungswiderstand in Umfangsrichtung, daß die Strömung in jedem Zwischenraum sich in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt.The radial flow resistance in these gaps becomes high, so that the flow is evenly distributed between the gaps. Furthermore, the lower flow resistance in the circumferential direction means that the flow in each gap is evenly distributed in the circumferential direction.

Da jedoch die radial auswärts gerichtete Strömung in dünnen Ekman-Schichten erfolgt, ist in diesen Schichten die Strömungsgeschwindigkeit hoch. Die Substanzschicht, die im Betrieb in einem Zwischenraum abgetrennt worden ist und sich auf einer radial auswärts gerichteten Seite (im allgemeinen der Oberseite) eines Trenntellers angesammelt hat, erfährt daher eine hohe Scherkraft, die die Substanz radial auswärts bewegen will. Übersteigt diese Scherkraft die Zentrifugalkraft, die die Substanzschicht radial einwärts bewegen will, besteht die Gefahr, daß die Substanz von der Flüssigkeitsströmung mitgenommen und folglich mit der Flüssigkeit aus der Zentrifugal-Trennvorrichtung ausgetragen wird. Dadurch ist die Möglichkeit, eine von der Substanz gereinigte Flüssigkeit zu erhalten, begrenzt.However, since the radially outward flow occurs in thin Ekman layers, the flow velocity in these layers is high. The layer of substance which has been separated in an intermediate space during operation and which has accumulated on a radially outward-facing side (generally the top) of a separating disc therefore experiences a high shear force which tends to move the substance radially outwards. If this shear force exceeds the centrifugal force which tends to move the layer of substance radially inwards, there is a risk that the substance will be carried along by the liquid flow and consequently discharged from the centrifugal separator with the liquid. This limits the possibility of obtaining a liquid purified of the substance.

Zentrifugal-Trennvorrichtungen dienen bspw. zum Reinigen von mit Öl verunreinigtem Wasser. Bisher waren die mit solhen Zentrifugal-Trennvorrichtungen erreichten Trennergebnisse nur gut genug, um das gereinigte Wasser mit niedrigem Durchsatz direkt in das Meer abgeben zu können.Centrifugal separators are used, for example, to clean water contaminated with oil. Until now, the separation results achieved with such centrifugal separators were only good enough to allow the cleaned water to be discharged directly into the sea at a low throughput.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zentrifugal-Trennvorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, deren Trennkapazität für das Trennen einer Flüssigkeit und einer in ihr dispergierten Substanz mit niedrigerer Dichte als der der Flüssigkeit bei höherem Durchsatz zufriedenstellend ist. Bei der Substanz kann es sich um Feststoffteilchen oder Fraktionen einer anderen Flüssigkeit mit niedrigerer Dichte als der der ersterwähnten Flüssigkeit handeln.The aim of the present invention is to provide a centrifugal separator of the type described in the introduction, the separation capacity of which is satisfactory for separating a liquid and a substance dispersed therein with a lower density than that of the liquid at a higher throughput. The substance can be solid particles or fractions of another liquid with a lower density than that of the first-mentioned liquid.

Dieses Ziel wird bei einer Zentrifugal-Trennvorrichtung der angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Trennteller eine radial innere Zone aufweisen, in der sich im wesentlichen keine Hindernisse gegen eine Primärströmung, die sogen. geostrophische Strömung, in Umfangsrichtung befinden. Die radiale Strömung der Flüssigkeit und der dispergierten Substanz findet in diese Zone betrieblich in sehr dünnen Schichten, den sogen. Ekman-Schichte, über die konischen Telleroberflächen statt. Weiterhin haben die Trennteller eine radial äußere Zone, die sich an die radial innere Zone an deren radial äußeren Bereich anschließt und in der sich langgestreckte, radial verlaufende Hindernisse zum Behindern der Flüssigkeitsströmung in Umfangsrichtung befinden, und zwar in einer solchen Anzahl, daß die Primärströmung in dieser radial äußeren Zone im wesentlichen radial auswärts zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömungshindernissen erfolgt. Diese Strömungshindernisse sind um die Drehachse gleichverteilt, und sie sind so lang und bezüglich der Drehrichtung so gerichtet, daß eine Sekundärströmung, die die Primärströmung in der äußeren Zone in einer sogen. Ekman-Schicht auf einer radial auswärts gerichteten Oberfläche eines Trenntellers erzeugt, auf die auf dieser Oberfläche abgetrennte Substanzschicht mit einer Scherkraft wirkt, die auf ein in Drehrichtung vorlaufende Strömungshindernis hinzu gerichtet ist, so daß die abgetrennte Substanz sich an dem vorlaufenden Strömungshindernis sammelt und an diesem entlang radial einwärts strömt.This aim is achieved in a centrifugal separator of the type specified according to the invention in that the Separating plates have a radially inner zone in which there are essentially no obstacles to a primary flow, the so-called geostrophic flow, in the circumferential direction. The radial flow of the liquid and the dispersed substance in this zone takes place in very thin layers, the so-called Ekman layers, over the conical plate surfaces. Furthermore, the separating plates have a radially outer zone which adjoins the radially inner zone at its radially outer region and in which there are elongated, radially running obstacles to impede the liquid flow in the circumferential direction, and in such a number that the primary flow in this radially outer zone occurs essentially radially outwards between two successive flow obstacles. These flow obstacles are evenly distributed around the axis of rotation and they are so long and directed with respect to the direction of rotation that a secondary flow which follows the primary flow in the outer zone in a so-called Ekman layer is produced on a radially outward-facing surface of a separating plate, on the substance layer separated on this surface acts with a shear force which is directed towards a flow obstacle running in the direction of rotation, so that the separated substance collects at the flow obstacle running in the direction of rotation and flows radially inward along it.

Bei einer derart aufgebauten Zentrifugal-Trennvorrichtung wird die Strömung in jedem Zwischenraum in Umfangsrichtung gleichverteilt; man sich einstellende Widerstand gegen eine radial auswärts gerichtete Strömung in den Zwischenräumen - reicht aus, um die Strömung gleichmäßig auf die verschiedenen Zwischenräume im Stapel aufzuteilen. Gleichzeitig erfolgt die radial auswärts gerichtete Flüssigkeitsströmung nicht mehr in dünnen Ekman-Schichten in der radial inneren Zone, sondern als erheblich dickere Schicht der Primärströmung in der radial äußeren Zone. Die Primärströmung in Umfangsrichtung kommt fast völlig zum Stillstand, wenn die Flüssigkeitsstörmung durch die Zwischenräume einen bestimmten Wert übersteigt. Dadurch sinkt die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der radial äußeren Zone, so daß auf die Substanzschicht, die sich auf der radial auswärts gerichteten Seiten des Trenntellers in der äußeren Zone angesammelt hat, aus der Flüssigkeitsströmung eine radial auswärts gerichtete Scherkraft wirkt, die niedriger ist. Es ist besonders wichtig, in dieser, der radial äußeren Zone diese Scherkräfte niedrig zu halten, da die Substanzschichten in dieser Zone dünn sind und daher die resultierende Kraft, die infolge der Zentrifugalwirkung radial einwärts auf eine Substanzschicht wirkt, schwach ist.In a centrifugal separator constructed in this way, the flow is evenly distributed in the circumferential direction in each gap; the resistance that arises against a radially outward flow in the gaps is sufficient to distribute the flow evenly to the various spaces in the stack. At the same time, the radially outward liquid flow no longer occurs in thin Ekman layers in the radially inner zone, but as a considerably thicker layer of primary flow in the radially outer zone. The primary flow in the circumferential direction almost completely comes to a standstill when the liquid flow through the spaces exceeds a certain value. This reduces the flow velocity of the liquid in the radially outer zone, so that a lower radially outward shear force from the liquid flow acts on the layer of substance that has accumulated on the radially outward sides of the separating plate in the outer zone. It is particularly important to keep these shear forces low in this, the radially outer zone, because the layers of substance in this zone are thin and therefore the resulting force acting radially inward on a layer of substance as a result of the centrifugal effect is weak.

Für eine bevorzugte Ausführungsform wird aus Gründen der wirtschaftlichen Fertigung vorgeschlagen, die Srömungshindernisse in der radial äußeren Zone gradlinig und vorzugsweise im wesentlichen radial gerichtet auszuführen.For reasons of economic production, it is proposed for a preferred embodiment that the flow obstacles in the radially outer zone be designed to be straight and preferably essentially radially directed.

Zweckmäßigerweise sind die Strömungshindernisse mindestens so lang wie der größte Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömungshindernissen in Umfangsrichtung.It is advisable for the flow obstacles to be at least as long as the greatest distance between two consecutive flow obstacles in the circumferential direction.

In einer besonderen Ausführungsform sind die Strömungshindernisse in dem Maß, wie sie radial auswärts verlaufen, in Drehrichtung vorwärts gekrümmt. Dadurch wird die Primärströmung in Drehrichtung vorwärts gerichtet. Da die Scherkraft, mit der die Primärströmung auf die Substanzschichten wirkt, in einem Winkel von 45º nach rechts (in der Richtung der Primärströmung gesehen) gerichtet ist, hat die Scherkraft eine solche Richtung, daß sie der Zentrifugalkraft weniger stark entgegenwirkt, so daß das Trennergebnis sich verbessert.In a special embodiment, the flow obstacles are curved forward in the direction of rotation as they extend radially outward. This reduces the primary flow directed forward in the direction of rotation. Since the shear force with which the primary flow acts on the substance layers is directed at an angle of 45º to the right (seen in the direction of the primary flow), the shear force is directed in such a way that it counteracts the centrifugal force less strongly, so that the separation result is improved.

In eines speziellen Ausführungform ist die radial innere Zone ringförmig und umgibt die Drehachse. Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch möglich, einen Trennteller mit einer radial inneren Zone auszufüphren, die die Drehachse nicht umgibt. Bspw. kann eine kleine Anzahl der Strömungshindernisse in der äußerenzone radial einwärts auf einen mittigen Bereich des Trenntellers hinzu verlaufen und die radial innere Zone in Umfangsrichtung begrenzen. Auf diese Weise weist dann die radial innere Zone nur einen Sektor des Trenntellers auf. Dieser Sektor sollte jedoch einen Mittelpunktswinkel von mindestens 45º und vorzugsweise mindestens 60º aufweisen, um in dieser Zone eine ausreichende Primär-, d.h. eine geostrophische Strömung, in Umfangsrichtung zu erreichen.In a special embodiment, the radially inner zone is ring-shaped and surrounds the axis of rotation. However, within the scope of the present invention, it is possible to design a separating plate with a radially inner zone that does not surround the axis of rotation. For example, a small number of the flow obstacles in the outer zone can run radially inwards to a central region of the separating plate and limit the radially inner zone in the circumferential direction. In this way, the radially inner zone then only has one sector of the separating plate. However, this sector should have a central angle of at least 45º and preferably at least 60º in order to achieve sufficient primary, i.e. geostrophic, flow in the circumferential direction in this zone.

Für eine weitere Ausführungsform wirdvorgeschlagen, die Trennteller mit mittig angeordneten Zufuhrlöchern auszuführen. Die abgetrennte Substanz sammelt sich im mittigen Bereich der Trennkammer, d.h. radial innerhalb der Zufuhrlöcher an; diese mittige Lage der Zufuhrlöcher verhindert, daß zugeführtes flüssiges Gemisch sich mit bereits abgetrennter Substanz in der Trennkammer vermischt.For a further embodiment, it is proposed to design the separation plates with centrally arranged feed holes. The separated substance collects in the central area of the separation chamber, i.e. radially within the feed holes; this central position of the feed holes prevents the supplied liquid mixture from mixing with the already separated substance in the separation chamber.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zerichnungen ausführlichen beschrieben.The invention will now be described in detail with reference to the attached drawings.

Fig. 1 zeigt schaubildlich einen Axialschnitt durch einen Rotor in einer erfindungsgemäßen Zentrifugal- Trennvorrichtung;Fig. 1 shows a diagrammatic axial section through a rotor in a centrifugal separating device according to the invention;

Fig. 2 zeigt einen Trennteller in einer Zentrifugal- Trennvorrichtung nach Fig. 1 von oben; undFig. 2 shows a separating plate in a centrifugal separating device according to Fig. 1 from above; and

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Trenntellers in einer Zentrifugal-Trennvorrichtung nach Fig. 1 von oben.Fig. 3 shows another embodiment of the separation plate in a centrifugal separator according to Fig. 1 from above.

Der in Fig. 1 gezeigte Rotor weist einen Oberteil 1 und einen Unterteil 2 auf, die ein Sperring 3 zusammenhält. Innerhalb des Rotors ist ein Ventilschieber 5 im Unterteil axial bewegbar angeordnet. Der Ventilschieber 5 bildet zusammen mit dem Oberteil 1 eine Trennkammer 6; er öffnet und schließt einen Ringspalt am Außenumfang der Trennkammer 6 zwischen dieser und den Ablauföffnungen 7, um periodisch eine Komponente auszutragen, die betrieblich von dem dem Rotor zugeführten Gemisch abgetrennt worden ist und am Umfang der Trennkammer 6 sich angesammelt hat. Der Ventilschieber 5 umschließt gemeinsam mit dem Unterteil 2 eine Schließkammer 8, die einen Zulauf 8 und einen gedrosselten Ablauf 10 für eine Schließflüssigkeit aufweist.The rotor shown in Fig. 1 has an upper part 1 and a lower part 2, which are held together by a locking ring 3. A valve slide 5 is arranged in the lower part within the rotor so that it can move axially. The valve slide 5 forms a separation chamber 6 together with the upper part 1; it opens and closes an annular gap on the outer circumference of the separation chamber 6 between this and the outlet openings 7 in order to periodically discharge a component that has been separated from the mixture supplied to the rotor during operation and has accumulated on the circumference of the separation chamber 6. The valve slide 5, together with the lower part 2, encloses a closing chamber 8, which has an inlet 8 and a throttled outlet 10 for a closing liquid.

Mittig im Rotor ist ein Verteile 11 angeordnet, der ein ortsfestes Zulaufrohr 12 umgibt und eine Zulaufkammer 13 bildet. Die Zulaufkammer 13 ist mit der Trennkammer 6 über zur Mitte hin angeordnete Löcher 14 im konischen Unterteil des Verteilers 11 verbunden. In der Trennkammer 6 ist ein Stapel kegelstumpfförmiger Trennteller 15 koaxial mit der Drehachse angeordnet. Der Stapel wird vom Vertailer 11 gestützt und geführt. Mindestens einige der Trennteller 15 sind identisch miteinander ausgeführt.A distributor 11 is arranged in the middle of the rotor, which surrounds a stationary inlet pipe 12 and forms an inlet chamber 13. The inlet chamber 13 is connected to the separation chamber 6 via holes 14 arranged towards the middle in the conical lower part of the distributor 11. In the separation chamber 6, a Stack of frustoconical separating plates 15 arranged coaxially with the axis of rotation. The stack is supported and guided by the distributor 11. At least some of the separating plates 15 are identical to one another.

Das obere Ende des Oberteils 1 bildet eine mittige Ablaufkammer 16 zum Austragen betrieblich von der Substanz gereinigter Flüssigkeit sowie eine mittige Ablaufkammer 17 zum Austragen der betrieblich abgetrennten Substanz. Über einen im Oberteil 1 gebildeten Ablaufkanal 18 und einen Überlaufauslaß 19 steht die ersterwähnte Ablaufkammer 16 in Verbindung mit der Trennkammer 6. Der im Oberteil 1 gebildete Kanal 18 mündet in einen radial äußeren Bereich der Trennkammer 6. Die letzterwähnte Ablaufkammer 17 steht über einen Überlaufauslaß 20 mit einem mittigen Bereich der Trennkammer 6 in Verbindung.The upper end of the upper part 1 forms a central drain chamber 16 for discharging liquid that has been cleaned of the substance during operation, as well as a central drain chamber 17 for discharging the substance that has been separated during operation. The first-mentioned drain chamber 16 is connected to the separation chamber 6 via a drain channel 18 formed in the upper part 1 and an overflow outlet 19. The channel 18 formed in the upper part 1 opens into a radially outer region of the separation chamber 6. The last-mentioned drain chamber 17 is connected to a central region of the separation chamber 6 via an overflow outlet 20.

In den beiden Ablaufkammern 16, 17 sind auf bekannte Weise die ortsfesten Austrageinrichtungen 21 bzw. 22 angeordnet, um Flüssigkeit bzw. Substanz durch interne Ablaufkanäle 23 bzw. 24 den Abläufen 25 bzw. 26 zuzuleiten.In the two discharge chambers 16, 17, the stationary discharge devices 21 and 22 are arranged in a known manner in order to supply liquid or substance through internal discharge channels 23 and 24 to the discharges 25 and 26, respectively.

Die Fig. 2 zeigt einen Trennteller 15a von oben. Der Pfeil zeigt die betriebliche Drehrichtung des Rotors und damit die Drehrichtung des arbeitenden Trenntellers.Fig. 2 shows a separating plate 15a from above. The arrow shows the operational direction of rotation of the rotor and thus the direction of rotation of the working separating plate.

Auf seiner Oberseite hat der kegelstumpfförmige Trennteller 15a mehrere gradlinige langgestreckte Strömungshindernisse 27a für die Flüssigkeitsströmung in Umfangsrichtung, die um den Mittelpunkt des Trenntellers gleichverteilt sind und im wesentlichen radial durch eine äußere Zone 28a des Trenntellers 15a verlaufen. Die Strömungshindernisse 27a stellen auch Abstandelemente dar, die die Trennteller im Stapel voneinander beabstandet halten, so daß zwischen den Trenntellern Zwischenräume entstehen. Radial innerhalb der äußeren Zone 28a des Trenntellers befindet sich eine innere Zone 29a, in der sich keine Hindernisse für eine Strömung in Umfangsrichtung befinden und die vom radial inneren Bereich der rdial äußeren Zone 28a aus radial auswärts verläuft. Zur Zufuhr der zu behandelnden Flüssigkeit ist in einem radial inneren Teil der radial inneren Zone 29a eine Anzahl von Zulauflöchern 30a um den Mittelpunkt der Trennteller 15a herum gleichverteilt angeordnet.On its upper side, the frustoconical separating plate 15a has several straight, elongated flow obstacles 27a for the liquid flow in the circumferential direction, which are evenly distributed around the center of the separating plate and extend essentially radially through an outer zone 28a of the separating plate. 15a. The flow obstacles 27a also represent spacer elements that keep the separating plates in the stack spaced apart from one another, so that gaps are created between the separating plates. Radially within the outer zone 28a of the separating plate there is an inner zone 29a in which there are no obstacles to flow in the circumferential direction and which runs radially outwards from the radially inner region of the radially outer zone 28a. To supply the liquid to be treated, a number of inlet holes 30a are arranged in a radially inner part of the radially inner zone 29a, evenly distributed around the center of the separating plates 15a.

Die Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Trenntellers 15b von oben. Wie in der Fig. 2 zeigt ein Pfeil A die Drehrichtung des laufendem Rotors und Trenntellers.Fig. 3 shows another embodiment of a separating plate 15b from above. As in Fig. 2, an arrow A shows the direction of rotation of the rotating rotor and separating plate.

Auf seiner Oberseite hat der kegelstumpfförmige Trennteller 15b der Fig. 3 mehrere gekrümmte langgestreckte Hindernisse 27b gegen eine Strömung der Flüssigkeit in Umfangsrichtung; diese Strömungshindernisse sind um die Mitte des Trenntellers herum gleichverteilt und verlaufen radial durch die radial äußere Zone 28b des Trenntellers 15b. Die Strömungshindernisse sind in dm Maß, wie sie sich auswärts erstrekken, in Drehrichtung vorwärts gekrümmt. Wie die Strömungshindernisse 27a auf den Trenntellern 15a bilden die Strömungshindernisse 27b auf den Trenntellern 15b dieser Ausführungsform ebenfalls Abstandelemente. Auch diese Ausführungsform weist eine radial innere Zone 29b auf, die frei von Hindernissen gegen eine Strömung in Umfangsrichtung ist und vom Innenumfang des Trenntellers radial auswärts zum radial inneren Bereich der radial äußeren Zone 28b verläuft. Auch dieser Trennteller 15b enthält eine Anzahl Zufuhrlöcher 30b um den Mittelpunkt gleichverteilt in einem radial inneren Teil der radial inneren Zone 29b.On its upper side, the frustoconical separating plate 15b of Fig. 3 has a plurality of curved, elongated obstacles 27b against a flow of the liquid in the circumferential direction; these flow obstacles are evenly distributed around the center of the separating plate and extend radially through the radially outer zone 28b of the separating plate 15b. The flow obstacles are curved forward in the direction of rotation as they extend outward. Like the flow obstacles 27a on the separating plates 15a, the flow obstacles 27b on the separating plates 15b of this embodiment also form spacer elements. This embodiment also has a radially inner zone 29b which is free of obstacles against a flow in the circumferential direction and extends radially outward from the inner circumference of the separating plate to the radially inner region of the radially outer zone 28b. This separating plate 15b also contains a number of feed holes 30b evenly distributed around the center in a radially inner part of the radially inner zone 29b.

Die Trennteller der Fig. 2 und 3 sind mit weiteren Zonen 31a, 31b versehen, die radial außerhalb der Strömungshindernisse in den äußeren Zonen 28a bzw. 28b liegen. Wie die radial inneren Zonen 29a, 29b liegen diese weiteren Zonen konzentrisch mit der Drehachse und sind frei von Hindernissen gegen eine Flüssigkeitsströmung in Umfangsrichtung. Das Vorhandensein eine weiteren Zone 31a bzw. 31b bedeutet, daß im radial äußeren Teil der Trennkammer 6 die Verteilung der Strömungen usw. in Umfangsrichtung egalisiert wird.The separating plates of Fig. 2 and 3 are provided with further zones 31a, 31b, which are located radially outside the flow obstacles in the outer zones 28a and 28b respectively. Like the radially inner zones 29a, 29b, these further zones are concentric with the axis of rotation and are free of obstacles to a liquid flow in the circumferential direction. The presence of a further zone 31a or 31b means that the distribution of the flows etc. in the circumferential direction is equalized in the radially outer part of the separating chamber 6.

Eine erfindungsgemäß aufgebaute Zentrifugal-Trennvorrichtung arbeitet wie folgt:A centrifugal separator constructed according to the invention works as follows:

Bei Anlassen der Zentrifugal-Trennvorrichtung werden zunächst der Rotor in Drehung versetzt und die Trennkammer 6 geschlossen, indem über den Zulauf 9 der Schließkammer 9 Schließflüssigkeit zugeführt wird. Wird nun über das Zulaufrohr 12, die Zulaufkammer 13 und das Zulaufloch 14 im Verteiler 11 der Trennkammer 6 zu zentrifugierende Flüssigkeit mit in ihr dispergierter Substanz zugeführt, wird diese zugeführte Flüssigkeit über die Zulauflöcher 30a bzw. 30b in die Zwischenräume zwischen den Trenntellern 15 geführt, wo die Trennung im wesentlichen stattfindet. Während der Trennung strömt die spezifisch schwerere Flüssigkeit radial auswärts und sammelt sich im radial äußeren Bereich der Trennkammer; die spezifisch leichtere Substanz sammelt sich auf den radial auswärts weisenden Oberflächen der Trennteller 15 und fließt auf diesen radial einwärts.When the centrifugal separating device is started, the rotor is first set in rotation and the separation chamber 6 is closed by supplying closing liquid to the closing chamber 9 via the inlet 9. If liquid to be centrifuged with a substance dispersed in it is now supplied to the separation chamber 6 via the inlet pipe 12, the inlet chamber 13 and the inlet hole 14 in the distributor 11, this supplied liquid is guided via the inlet holes 30a and 30b into the spaces between the separation plates 15, where the separation essentially takes place. During the separation, the specifically heavier liquid flows radially outwards and collects in the radially outer region of the separation chamber; the specifically lighter substance collects on the radially outward facing surfaces of the separating plates 15 and flows radially inward on them.

Die gereinigte Flüssigkeit strömt durch den Kanal 18 und über den Überlaufauslaß 19 aus der Trennkammer 6 in die Ablaufkammer 16 ab und wird aus der Ablaufkammer 16 durch interne Ablaufkanäle 23 in der ortsfesten Austrageinrichtung 21 und zum Ablauf 25 abgeleitet.The cleaned liquid flows through the channel 18 and via the overflow outlet 19 from the separation chamber 6 into the discharge chamber 16 and is drained from the discharge chamber 16 through internal discharge channels 23 in the stationary discharge device 21 and to the drain 25.

Die abgetrennte Substanz sammelt sich im mittleren Bereich der Trennkammer 6 und strömt aus der Trennkammer 6 über den Überlaufauslaß 20 in die Ablaufkammer 17. Die Substanz wird aus der Ablaufkammer 17 durch innere Kanäle 24 in der ortsfesten äußeren Einrichtung 22 und den Ablauf 26 abgeleitet.The separated substance collects in the middle area of the separation chamber 6 and flows from the separation chamber 6 via the overflow outlet 20 into the drain chamber 17. The substance is drained from the drain chamber 17 through internal channels 24 in the stationary external device 22 and the drain 26.

Sammeln sich im Betrieb spezifische schwerere Feststoffteilchen, Schlamm oder dergl. am größten Radius der Trennkammer, können diese während des Betriebs periodisch durch die öffnung 7 abgelassen werden, indem man die Zufuhr von Schließflüssigkeit zur Schließkammer 8 kurzzeitig unterbricht.If specific heavier solid particles, sludge or the like collect at the largest radius of the separation chamber during operation, they can be periodically drained through the opening 7 during operation by briefly interrupting the supply of sealing liquid to the sealing chamber 8.

Während der Strömung der Flüssigkeit und der dispergierten Substanz in den Zwischenräumen bzw. der radial inneren Zone 29a, 29b entsteht ein sogen. geostrophisches Gleichgewicht, bei dem eine Coriolis-Kraft auf die Flüssigkeit wirkt, die so hoch ist wie eine entgegengesetzte, radial einwärts gerichtete Kraft, die infolge des Druckgefälles auf die Flüssigkeit wirkt. Wird dieses Gleichgewicht erreicht, bewegt der größte Teil de Flüssigkeit sich in einer Primärströmung, einer sogenannten geostrophischen Strömung rechtwinklig zum Druckgefälle. Da in dieser Zone einer Flüssigkeitsströmung in Umfangsrichtung keine Hindernisse entgegenstehen, ist die Primärströmung im wesentlichen in Umfangsrichtung und der Drehrichtung entgegen gerichtet.During the flow of the liquid and the dispersed substance in the interstices or the radially inner zone 29a, 29b, a so-called geostrophic equilibrium is created, in which a Coriolis force acts on the liquid that is as high as an opposite, radially inward-directed force that acts on the liquid as a result of the pressure gradient. When this equilibrium is reached, the largest part of the liquid moves in a primary flow, a so-called geostrophic flow at right angles to the pressure gradient. Since there are no obstacles to the fluid flow in the circumferential direction in this zone, the primary flow is essentially in the circumferential direction and opposite to the direction of rotation.

Infolge der Primärströmung in dem rotierenden System wird eine weitere Flüssigkeitsströmung, eine Sekundärströmung in dünnen Schichten, den sogen. Ekman-Schichten, auf der Oberund Unterseite der Trennteller erzeugt. In diesen Schichten strömt die Flüssigkeit in einer anderen Richtung als die Primärströmung. Diese Richtung variiert dabei mit dem Abstand von der Oberfläche des Trenntellers. In unmittelbarer Nähe einer solchen Oberfläche bildet die Strömungsrichtung in einer Ekman-Schicht einen Winkel von 45º zur Primärströmung. Die Strömungsrichtung der Ekman-Schichten in der inneren Zone hat eine radial auswärts gerichtete Komponente. Der radiale Flüssigkeitsstransport in dieser Zone findet also in diesen dünnen Schichten statt. Der Widerstand gegen eine radiale Flüssigkeitsströmung durch diese Zone ist folglich so hoch, daß die Strömung sich auf die Zwischenräume im Stapel gleichmäßig aufteilt.As a result of the primary flow in the rotating system, another liquid flow, a secondary flow, is generated in thin layers, the so-called Ekman layers, on the top and bottom of the separating plates. In these layers, the liquid flows in a different direction than the primary flow. This direction varies with the distance from the surface of the separating plate. In the immediate proximity of such a surface, the flow direction in an Ekman layer forms an angle of 45º to the primary flow. The flow direction of the Ekman layers in the inner zone has a radially outward component. The radial liquid transport in this zone therefore takes place in these thin layers. The resistance to a radial liquid flow through this zone is therefore so high that the flow is evenly distributed between the spaces in the stack.

Die auf den radial auswärts weisenden Oberseiten der Trennteller angesammelte Substanzschicht wird teilweise von der resultierenden Druckkraft infolge der Zentrifugalwirkung, die die Substanzschicht in einer gewünschten Richtung einwärts führen will, und teilweise von einer Scherkraft aus der Flüssigkeitsströmung in den Ekman-Schichten heraus beeinflußt, die eine radial auswärts gerichtete Komponente hat.The substance layer accumulated on the radially outward facing upper surfaces of the separating plates is influenced partly by the resulting pressure force due to the centrifugal effect, which tends to guide the substance layer inward in a desired direction, and partly by a shear force from the liquid flow in the Ekman layers, which has a radially outward directed component.

Die Zentrifugalkraft nimmt mit der Dicke der Substanzschicht zu. Die Scherkraft ist jedoch von der Schichtdicke unabhängig.The centrifugal force increases with the thickness of the substance layer. However, the shear force is independent of the layer thickness.

In der radial äußeren Zone 28a oder 28b ist die Primärströmung im wesentlichen radial gerichtet, so daß der Flüssigkeitstransport radial auswräts in einer erheblich dickeren als die Ekman-Schicht erfolgt; die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit und der noch nicht abgetrennten Substanz in ihr wird also niedriger. Folglich wird die auf die Substanzschicht wirkende Scherkraft in der radial äußeren Zone 28a oder 28b niedriger.In the radially outer zone 28a or 28b, the primary flow is directed essentially radially, so that the liquid transport takes place radially outward in a layer that is considerably thicker than the Ekman layer; the flow velocity of the liquid and the substance in it that has not yet been separated is therefore lower. Consequently, the shear force acting on the substance layer in the radially outer zone 28a or 28b is lower.

Da die Substanzschicht in der radial äußeren Zone dünn ist, ist es besonders vorteilhaft, die Scherkraft in dieser Zone niedrig zu halten.Since the substance layer in the radially outer zone is thin, it is particularly advantageous to keep the shear force in this zone low.

Werden die Strömungshindernisse 27a bzw. 27b mindestens so lang wie der größte Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strömungshindernissen ausgeführt, bedeutet der Umstand, daß die Scherkraft einen Winkel von 45º zur Primärströmung bildet, daß die Substanz sich in einem erheblichen Ausmaß auf der Rückseite eines vorlaufenden Strömungshindernisses ansammelt und dieses entlang radial einwärts strömt.If the flow obstacles 27a and 27b are designed to be at least as long as the greatest distance between two consecutive flow obstacles, the fact that the shear force forms an angle of 45º to the primary flow means that the substance accumulates to a considerable extent on the back of a leading flow obstacle and flows radially inwards along it.

Sind die Srömungshindernisse, wie es die Fig. 3 zeigt, in Drehrichtung vorwärts gekrümmt, wirkt die Scherkraft de Zentrifugalkraft nicht im gleichen Ausmaß entegegen, aber die resultierende Kraft ergibt eine Richtung, die für das Trennergebnis günstiger ist.If the flow obstacles are curved forward in the direction of rotation, as shown in Fig. 3, the shear force does not counteract the centrifugal force to the same extent, but the resulting force produces a direction that is more favorable for the separation result.

Claims

1. Centrifugal separator for cleaning a liquid from a substance dispersed in it, the density of which is lower than that of the liquid, with a rotor which can rotate about an axis of rotation,

- an inlet chamber (13),

- a separation chamber (6) which is connected to the inlet chamber (13), and

- forms a discharge chamber (16) connected to the separation chamber (6) for a liquid which is operationally cleaned of the substance,

and a stack of several frustoconical separating plates (15, 15a, 15b) which are arranged in the separating chamber (6) coaxially with the axis of rotation and are provided with spacer elements which keep the plates spaced apart from one another so that gaps are created between adjacent plates, whereby devices (14, 30a, 30b) are provided which operatively feed the liquid and the substance dispersed in it from the inlet chamber (13) to a central region of the gaps so that the liquid flows radially outwards in the gaps,

characterized in that

- the separating plates (15, 15a, 15b) have a radially inner zone (29a, 29b) in which there are essentially no obstacles to the primary flow, the so-called geostrophic flow, in the circumferential direction, so that during operation the radial flow of the liquid and the dispersed substance into this zone (29a, 29b) takes place in very thin layers, the so-called Ekman layers, over the conical surfaces of the plates (15, 15a, 15b), and that

- the separating plates (15, 15a, 15b) have a radially outer zone (28a, 28b) which adjoins the radially inner zone (29a, 29b) at its radially outer part and in which there are elongated, generally radially extending obstacles (27a, 27b) evenly distributed around the axis of rotation against a flow of the liquid in the circumferential direction in such a number that in this radially outer zone (28a, 28b) the primary flow between successive flow obstacles (27a, 28b) takes place essentially radially outwards,

wherein the flow obstacles (27a, 27b) are so long and directed relative to the direction of rotation that a secondary flow caused by the primary flow in the outer zone (28a, 28b) in a layer, the so-called Ekman layer, on a radially outwardly directed surface of a separating plate acts on a layer of separated substance located on this side with a shear force directed towards a flow obstacle (27a, 27b) running in the direction of rotation, wherein separated Substance collects at the flow obstacle (27a, 27b) and flows radially inward along it.

2. Centrifugal separating device according to claim 1, characterized in that the flow obstacles (27a) in the radially outer zone (28a) are straight.

3. Centrifugal separating device according to claim 2, characterized in that the flow obstacles (27a) in the radially outer zone (28a) are directed essentially radially.

4. Centrifugal separating device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the flow obstacles (27a, 27b) are radially at least as long as the greatest distance between two successive flow obstacles (27a, 27b) in the circumferential direction.

5. Centrifugal separating device according to claim 1, characterized in that the flow obstacles (27b) in the radially outer zone (28b) are increasingly curved forwards with increasing radial extension outwards in the direction of rotation.

6. Centrifugal separator according to one of the preceding claims, characterized in that the radially inner zone (29a, 29b) is annular and surrounds the axis of rotation.

7. Centrifugal separating device according to one of the preceding claims, characterized in that the device consists of centrally arranged inlet holes (30a, 30b) in the separating plates.

8. Centrifugal separating device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow obstacles (27a, 27b) consist of the spacer elements.