DE69610913T2 - Zentrifugalabscheider - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge, die insbesondere ausgestaltet ist zum Befreien einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, sowohl von leichten Schwebeteilchen, z. B. Öltropfen, die eine geringere Dichte als die Flüssigkeit haben, als auch von schweren Schwebeteilchen, z. B. Feststoffen, die eine größere Dichte als die Flüssigkeit haben.
• Die Erfindung geht von einer Zentrifuge aus, die einen Rotor zur Drehung um eine sich durch den Rotor erstreckende Mittelachse aufweist, wobei
• · ein Rotorkörper, der eine erste Endwand und eine zweite Endwand umfaßt, die jeweils auf einer Seite einer die Rotorachse umgebenden Trennkammer angeordnet sind, einen Mitteleinlaß für die Flüssigkeit mit den leichten und schweren Schwebeteilchen bildet sowie einen ersten Mittelauslaß durch die erste Endwand für die von den leichten und schweren Schwebeteilchen befreite Flüssigkeit und einen zweiten Mittelauslaß für eine leichte Flüssigkeitsphase mit abgetrennten leichten Schwebeteilchen,
• · ein Stapel von konischen Trennscheiben so in der Trennkammer angeordnet ist, daß die Trennscheiben, die Bodenabschnitte und Scheitelabschnitte aufweisen und voneinander beabstandet angeordnet sind, koaxial mit dem Rotor angeordnet und ihre Scheitelabschnitte zur ersten Endwand gedreht sind,
• · jeder der mehreren Einlaßkanäle, die um die Mittelachse herum angeordnet sind und den Mitteleinlaß des Rotorkörpers mit der Trennkammer verbinden, eine Neigung in Bezug auf die Mittelachse in derselben Richtung hat wie eine Generatrix jeder der konischen Trennscheiben,
• · die Trennscheiben verschiedene Reihen von ausgerichteten Löchern aufweisen, die mehrere parallele Verteilungskanäle durch den Stapel hindurch bilden, die dann mit den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben verbunden sind und an ihren Enden, die der ersten Endwand am nächsten liegen, mit den Einlaßkanälen verbunden sind,
• · jeder der mehreren Auslaßkanäle, die um die Rotorachse herum angeordnet und für die von den leichten und schweren Teilchen befreite Flüssigkeit vorgesehen sind, eine Durchgangsöffnung aufweist, die sich in der Trennkammer in der Nähe der ersten Endwand an einem Ort befindet, der radial außerhalb des Trennscheibenstapels liegt, und die sich von dieser Durchgangsöffnung zur Mittelachse erstreckt, und
• · der Rotor im wesentlichen in einem Strömungsbereich, der sich in der Trennkammer radial außerhalb des Trennscheibenstapels befindet und diesen umgibt, frei von Mitreißelementen ist, so daß sich die Flüssigkeit, die die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben verläßt, bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit drehen kann als der Rotorkörper, während sie in Richtung der Durchgangsöffnungen strömt,
• Eine Zentrifuge dieser Art, wie sie z. B. aus der SE-19666 und der SE-21885 (beide 1904 erteilt) bekannt ist, hat gewisse Vorzüge gegenüber anderen Zentrifugen. Ein Vorteil besteht darin, daß die in der Zentrifuge zu behandelnde Flüssigkeit durch die Rotortrennkammer an der Rotorendwand zugeführt wird, der die Scheitelabschnitte der Trennscheiben zugewandt sind. Dieses macht im Hinblick auf die Trennung einen effektiven Gebrauch der Einlaßkanäle möglich, die sich zwischen dem Mitteleinlaß des Rotors und den sogenannten Verteilungskanälen im Trennscheibenstapel befinden. Aufgrund der Neigung dieser Einlaßkanäle in Bezug auf die Rotorachse kann somit die Vortrennung der in den Einlaßkanälen befindlichen Flüssigkeit auf ein Maximum gesteigert werden, d. h. das Ergebnis dieser Vortrennung wird nicht durch eine ungewünschte Querströmung von Teilströmungen der Flüssigkeiten beeinträchtigt, die man durch die Vortrennung erhält, wenn die Flüssigkeit weiter in die Verteilungskanäle geleitet wird. Eine solche Querströmung würde jedoch auftreten, wenn die Flüssigkeit am entgegengesetzten Ende des Trennscheibenstapels in Verteilungskanäle geleitet würde, nachdem sie durch die entsprechenden Einlaßkanäle geströmt ist, die dieselbe Neigung in Bezug auf die Mittelachse in diesem Teil des Rotors haben.
• Ein anderer Vorzug einer Zentrifuge der definierten Art besteht darin, daß die in der beschriebenen Weise in die Trennkammer geleitete Flüssigkeit mit Vorteil an der Endwand des Rotorkörpers in den Rotor eingeleitet werden kann, an der sich die Einlaßkanäle befinden. Somit muß die Flüssigkeit nicht axial durch den ganzen Rotor geführt werden, bevor sie in die Trennkammer eintritt, was heutzutage bei den meisten Zentrifugen mit kegelstumpfförmigen Trennscheiben der Fall ist. Das ist insbesondere vorteilhaft in Verbindung mit einem Rotor, der relativ kleine Ausmaße hat und dessen jeweilige Endwände beide axial zusammengehalten werden durch kraftaufnehmende Elemente, die mittig im Rotor angeordnet sind.
• Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Zentrifuge der gerade beschriebenen Art auf solche Weise zu verbessern, daß in Verbindung mit einem Trennbetrieb, bei dem die Flüssigkeit eine sehr kleine Menge von leichten Schwebeteilchen aufweist, z. B. 1 Volumen-% oder weniger, nicht nur die getrennte Flüssigkeit im wesentlichen frei von den leichten Schwebeteilchen ist, sondern auch die leichte Flüssigkeitsphase, die die abgetrennten leichten Teilchen enthält, im wesentlichen frei von der Flüssigkeit ist.
• Nach der Erfindung kann dieses Ziel erreicht werden durch die Merkmale, daß
• · sich die Einlaßkanäle in eine Gegendruckkammer öffnen, die sich um die Rotorachs herum erstreckt und axial von Kammerwänden umgrenzt wird, die im wesentlichen frei sind von rotierenden Mitreißelementen, so daß sich die Flüssigkeit in der Gegendruckkammer bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit drehen kann als der Rotorkörper,
• · die Gegendruckkammer einen ersten Abschnitt aufweist, der mit den Verteilungskanälen verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der sich radial außerhalb des ersten Abschnittes befindet und mit wenigstens einem Schlammdurchlaß verbunden ist, und
• · sich der Schlammdurchgang in die Trennkammer an einem Ort radial außerhalb des Trennscheibenstapels öffnet.
• Es hat sich bei dieser Erfindung herausgestellt, daß es möglich ist, den Mittelauslaß des Rotors für die leichte Flüssigkeitsphase in einem extrem großen radialen Abstand vom Mittelauslaß des Rotors für die von den Teilchen befreite Flüssigkeit anzuordnen. Dadurch kann die Phasengrenzschicht, die während des Rotorbetriebs in der Trennkammer zwischen der abgetrennten Flüssigkeit und der leichten Phase gebildet wird, relativ nahe an den radial äußeren Enden der Trennscheiben gehalten werden. Daraus ergibt sich, daß ausreichend Zeit besteht, um die leichte Phase, die ein relativ kleines Volumen hat und radial einwärts in die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben strömt, von der Flüssigkeit zu trennen.
• Gleichzeitig wird auf effektive Weise verhindert, daß die leichten Schwebeteilchen, die die zugeführte Flüssigkeit auf ihren Weg durch die Einlaßkanäle begleiten, durch die Schlammdurchgänge in die Trennkammer eintreten und als Folge davon Gefahr laufen, weiter in die Auslaßkanäle für die abgetrennte Flüssigkeit zu strömen. Das wird teilweise dadurch erzielt, daß ein Gegendruck oder ein Widerstand zur radialen Flüssigkeitsströmung in der Gegendruckkammer während des Rotorbetriebs erzeugt wird, wodurch der Hauptteil der eintretenden Flüssigkeit in eine Strömung in die Trennkammer durch die Verteilungskanäle gezwungen wird, und teilweise dadurch, daß die leichten Teilchen, die Teile der aus der Gegendruckkammer in den Schlammdurchgang eintretenden Flüssigkeit begleiten, von der Flüssigkeit getrennt werden und zur Gegendruckkammer zurückströmen können aufgrund der Tatsache, daß sich der Schlammdurchgang etwas radial außerhalb des Trennscheibenstapels erstreckt. Die aus der Gegendruckkammer zurückkehrenden leichten Teilchen können dann mit dem größten Teil der Flüssigkeit in die Verteilungskanäle strömen.
• Eine noch größere Sicherheit gegen das Eintreten von leichten Teilchen in die Trennkammer über den Schlammdurchgang kann erzielt werden, wenn sich letzterer in die Trennkammer an einem Ort radial außerhalb der Öffnungen der Auslaßkanäle in der Trennkammer öffnet.
• Vorzugsweise kann sich der Schlammdurchgang radial auswärts der Gegendruckkammer fortsetzen und wie diese im wesentlichen frei von rotierenden Mitreißelementen sein. Dadurch kann ein noch größerer Gegendruck in der Gegendruckkammer erzielt werden, um zu verhindern, daß einströmende Flüssigkeit über den Schlammdurchgang in die Trennkammer eintritt.
• Der Hauptzweck des Schlammdurchgangs besteht darin, einen separaten Strömungsweg für Feststoffe in die Trennkammer zu bilden, die schon in den Einlaßkanälen von der Flüssigkeit getrennt worden sind. Aus diesem Grund werden diese Feststoffe nicht in die Verteilungskanäle im Trennscheibenstapel geleitetet, wo sie sonst die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben verstopfen würden. Aufgrund der Tatsache, daß der Schlammdurchgang so lang ist, daß er sich bis radial außerhalb des Trennscheibenstapels erstreckt, fließt auf diesem Weg ein Minimum der einströmenden Flüssigkeit in die Trennkammer. Hauptsächlich verlassen daher abgetrennte Feststoffe den Schlammkanal und treten direkt in den radial äußersten Teil der Trennkammer ein.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der ersten Endwand und dem Trennscheibenstapel eine konische Unterteilung angeordnet, wobei die Gegendruckkammer durch die konische Unterteilung und die erste Endwand gebildet wird und zwischen diesen liegt. In einer Ausführungsform dieser Art weist die konische Unterteilung vorzugsweise Durchgangsöffnungen auf, durch die Einlaßkanäle mit den Verteilungskanälen verbunden sind. Die konische Unterteilung erstreckt sich vorzugsweise auch bis radial außerhalb des Trennscheibenstapels und kann dadurch sogar den Schlammdurchgang zwischen sich und der ersten Endwand begrenzen.
• Die Auslaßkanäle für die abgetrennte Flüssigkeit, die ihre Einlaßöffnungen an einem Ort radial außerhalb des Trennscheibenstapels haben, können durch Röhrenelemente gebildet werden, bestehen aber vorzugsweise in Vertiefungen oder Bohrungen durch die konische Unterteilung. Falls gewünscht, kann die konische Unterteilung aus zwei konischen Scheiben bestehen, die koaxial und in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Auslaßkanäle zwischen den Scheiben begrenzt werden und eine Vielzahl von Flügeln dazwischen angeordnet und um die Rotorachse herum verteilt sind.
• Vorzugsweise liegen die Einlaßöffnungen der Auslaßkanäle in einem ringförmigen Bereich zwischen dem Trennscheibenstapel und dem Bereich der Schlammdurchgangsöffnung in die Trennkammer. Dadurch wird das Risiko vermieden, daß in den Einlaßkanälen und im Schlammdurchgang von der einströmenden Flüssigkeit abgetrennte schwere Teilchen auf ihrem Weg in die Trennkammer eine Strömung der abgetrennten Flüssigkeit kreuzen, die sich in der Trennkammer Weg von den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben zu den Auslaßkanalöffnungen bewegt.
• Da die Zentrifuge nach der Erfindung in erster Linie zur Trennung von recht kleinen Mengen von leichten und schweren Schwebeteilchen einer Flüssigkeit gedacht ist, wobei die Ausgabemenge an getrennter Flüssigkeit relativ groß im Verhältnis zur Menge der abgetrennten leichten Flüssigkeitsphase ist, hat der Rotor sowohl seinen Mitteleinlaß als auch seinen ersten Mittelauslaß, die für die getrennte Flüssigkeit vorgesehen sind, in der ersten Rotorendwand, wohingegen der zweite Mitte lauslaß des Rotors, der für die abgetrennte leichte Phase gedacht ist, in der zweiten Rotorendwand sitzt. Die letzte Endwand ist daher am geeignetsten für die Verbindung mit einer Antriebswelle zum Drehen des Rotors.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erklärt.
• In der Zeichnung ist ein Rotor 1 gezeigt, der am oberen Ende einer drehbaren Antriebswelle 2 befestigt ist. Der Rotor hat eine Mittelachse R, die mit der geometrischen Achse der Antriebswelle 2 zusammenfällt. Ein Motor (nicht gezeigt) dient zur Drehung der Antriebswelle 2 und dadurch zur Drehung des Rotors 1 um die Mittelachse R.
• Der Rotor 1 weist weiterhin einen Rotorkörper mit einem unteren Teil 3, einem oberen Teil 4 und einem Mittelteil 5 auf. Der untere Rotorkörperteil 3 umgibt die Antriebswelle 2 und ist fest damit verbunden. Der Mittelteil 5 ist durch einen Bolzen 6 mit der Antriebswelle 2 verbunden und ruht axial auf einem Mittelabschnitt des unteren Rotorteils 3. Auf dem oberen Abschnitt des Mittelteiles 5 befindet sich ein mit einem Gewinde versehener Ring, der mittels eines radial nach innen gerichteten Flansches eine ringförmige Abdeckung 8 axial gegen den Mittelteil 5 bildet. Der Ring 7 ist weiterhin so angeordnet, um den oberen Rotorkörperteil 4 axial gegen einen radial äußeren Abschnitt des unteren Rotorkörperteils 3 zu pressen. Auf diese Weise werden die Rotorkörperteile 3 und 4 axial gegeneinaner gepresst und fest mit der Antriebswelle 2 verbunden.
• Der Rotorkörper begrenzt eine Trennkammer 9, die die Achse R umgibt. Der obere Rotorkörperteil 4 bildet eine erste Endwand 10 und eine umgebende Wand 11. Der untere Rotorkörperteil 3 bildet eine zweite Endwand 12.
• In der Trennkammer 9 ist zur Drehung mit dem Rotorkörper ein Stapel von kegelstumpfförmigen Trennscheiben 13 mit kleinen axialen Abständen untereinander befestigt. Zwischen den benachbarten Trennscheiben 13 sind Abstandselemente (nicht gezeigt) angeordnet, die als Mitreißelemente in den Räumen zwischen den Trennscheiben dienen. Der Stapel der Trennscheiben 13, die koaxial zur Achse R angeordnet sind und deren Scheitelabschnitte der ersten oder oberen Endwand 10 der Trennkammer zugewandt sind, ruht auf dem unteren Rotorkörperteil 3.
• Im Bereich der Trennkammer 9 ist der Mittelteil 5 von einer Hülse 14 umgeben, die radial innerhalb des Trennscheibenstapels 13 angeordnet ist. Die Trennscheiben 13 weisen radial äußere Enden und radial innere Enden auf, und zwischen den letzteren und der Hülse 14 wird ein Strömungsraum 15 definiert.
• Axial durch den unteren Rotorkörperteil 3 erstreckt sich ein Kanal 16, der über sein oberes Ende mit dem Strömungsraum 15 und über sein unteres Ende mit einem sich radial erstreckenden Kanal 17 verbunden ist. Der Kanal 17 ist an seinem radial äußeren Ende mit dem unteren Teil der Trennkammer 9 verbunden und an seinem radial inneren Ende mit einem Mittelauslaß des Rotors in Form eines Überlaufauslasses 18. Es können mehrere Kanäle 16 und 17 vorgesehen sein, die um die Achse R herum angeordnet sind.
• An ihrem oberen Ende ist die Hülse 14 mit einer kegelstumpfförmigen Scheibe verbunden, die eine Unterteilung 19 innerhalb des Rotorkörpers bildet. Diese Unterteilung 19 befindet sich axial zwischen dem Trennscheibenstapel und der oberen Endwand 10 des Rotors und hat mehrere Durchgangsöffnungen 20, die um die Achse R herum angeordnet und axial mit den entsprechenden Durchgangsöffnungen in den Trennscheiben ausgerichtet sind. Die Öffnungen durch die Trennscheiben bil den mehrere parallele sogenannte Verteilungskanäle 21, die mit den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben 13 und an ihren Enden, die der Endwand 10 am nähesten liegen, mit einem ringförmigen Raum 22 verbunden sind, der sich zwischsen dieser Endwand 10 und der Unterteilung 19 befindet. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, befinden sich die Verteilungskanäle 21 im wesentlichen näher an den Außenkanten der Trennscheiben 13 als an deren Innenkanten.
• Der Raum 22 erstreckt sich ohne Unterbrechung um die Rotorachse R herum, und die Endwand 10 wie auch die Unterteilung 19 sind frei von Vorsprüngen oder anderen rotierenden Mitreißelementen im Bereich des Raumes 22. Zum Abstandhalten von der Endwand 10 während der Drehung des Rotors können zwischen dem radial äußersten Teil der Unterteilung 19 und der Endwand 10 Abstandselemente (nicht gezeigt) angeordnet sein.
• Auf ihrer Oberseite trägt die Unterteilung 19 entlang ihres radial innersten Abschnittes mehrere sich radial erstreckende Flügel, die zusammen mit der Unterteilung 19 und einem oberen Abschnitt des Mittelteils 5 mehrere Einlaßkanäle 23 begrenzen. Jeder diese Einlaßkanäle 23, die eine Neigung relativ zur Achse R entsprechend der Neigung der Generatrix jeder der Trennscheiben 13 aufweisen, nimmt seinen Anfang von einer mittleren Aufnahmekammer 24 im Rotor und öffnet sich in den ringförmigen Raum 22. Wie zu sehen ist, erstrecken sich die Flügel und damit die Einlaßkanäle 23 radial auswärts zu einem Ort durch die Öffnungen 20 in der Unterteilung 19.
• Die mittlere Aufnahmekammer 24 wird von den oberen Abschnitten des Mittelteils 5 bzw. der konischen Unterteilung 19 und einer ringförmigen weiteren Unterteilung 25 begrenzt. Oberhalb der Unterteilung 25 wird zwischen dieser und der Abdeckung 8 eine Auslaßkammer 25 begrenzt.
• Durch die kegelstumpfförmige Unterteilung 19 erstrecken sich mehrere Auslaßkanäle 27 aus der Trennkammer 9 von einem Ort radial außerhalb des Trennscheibenstapels zu einer entsprechenden Anzahl von kurzen, sich axial erstreckenden Rohren 28, die mit dem Mittelabschnitt der Unterteilung 19 verbunden sind. Die Rohre 28 erstrecken sich durch den Mittelteil 5 und die ringförmige Unterteilung 25 und öffnen sich in die Auslaßkammer 26. Axial oberhalb der Öffnungen der Rohre 28 in die Auslaßkammer 26 ist in der letzteren eine ringförmige sogenannte Schwerkraftscheibe 29 angeordnet, die einen mittleren Überlaufauslaß 30 aus der Trennkammer in die Auslaßkammer 26 bildet.
• Ein stationäres Einlaßrohr 31 öffnet sich in die Aufnahmekammer 24 und erstreckt sich mittig in den Rotor durch die Abdeckung 8 und die ringförmige Unterteilung 25.
• Eine ebenfalls stationäre sogenannte Schälscheibe 23 ist mit dem Einlaßrohr 31 verbunden und erstreckt sich in die Auslaßkammer 26 zu einem Ort radial außerhalb des Überlaufauslasses 30, der von der Schwerkraftscheibe 29 gebildet wird.
• In der Trennkammer 9 erstreckt sich ein radial äußerer Abschnitt 33 der kegelstumpfförmigen Unterteilung 19 zu einem Ort radial außerhalb der Öffnungen der Auslaßkanäle 27 in der Trennkammer. Dieser radial äußere Abschnitt 33 der Unterteilung 19 wie auch der Abschnitt derselben Unterteilung, der sich radial zwischen den Öffnungen der Auslaßkanäle 27 und den radial äußeren Enden der Trennscheiben 13 befindet, haben im wesentlichen glatte Oberflächen, die der Trennkammer 9 zugewandt sind. Diese Oberflächen sind somit frei von Mitreißelementen.
• Zwischen der Endwand 10 des Rotorkörpers und dem radial äußeren Abschnitt 33 der Unterteilung 19 wird ein sogenannter Schlammdurchgang 34 gebildet, der eine Verlängerung radial außerhalb des Raumes 22 bildet und in Bezug auf die Rotorachse R in derselben Weise geneigt ist wie die Einlaßkanäle 23. Radial außerhalb des Schlammdurchgangs 34 öffnet sich ein Bereich 35 der Trennkammer 9, von dem sich Teilchen aus dem Schlammdurchgang 34 in den radial äußersten Teil der Trennkammer bewegen können. Der Trennscheibenstapel 13 wird von einem Raum 36 umgeben, der einen Teil der Trennkammer 9 bildet und durch den Flüssigkeit von den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben 13 zu den Einlaßöffnungen der Auslaßkanäle 27 in der Unterteilung 19 und in sie hinein strömen kann.
• Im unteren Teil der Trennkammer 9 weist der untere Rotorkörperteil 3 mindestens eine schmale radiale Rille 37 auf, die einen Durchgang bildet, der die Trennkammer radial außerhalb des Trennscheibenstapels 13 mit einem Kanal 17 verbindet. Dieser Durchgang dient zum automatischen Ablassen der Trennkammer, wenn der Rotor nach einer beendeten Trennung abgeschaltet wird.
• Die in der Figur gezeigte Zentrifuge arbeitet auf die folgende Weise.
• Nachdem der Rotor in eine Drehung um die Achse R versetzt worden ist, wird eine Flüssigkeit durch das Einlaßrohr 31 in eine Aufnahmekammer 34 geleitet, wobei sich in der Flüssigkeit Schwebeteilchen befinden, die leichter sind als die Flüssigkeit, wie auch Teilchen, die schwerer sind als die Flüssigkeit.
• Aus der Aufnahmekammer 24 strömt die Flüssigkeit weiter durch die Einlaßkanäle 23, in denen sie vollständig in die Drehbewegung des Rotors mitgerissen wird. Aufgrund der Drehung der Flüssigkeit und der Neigung der Einlaßkanäle 23 in Bezug auf die Achse R wird eine effektive Vortrennung der Schwebeteilchen erzielt, wäh rend die Flüssigkeit durch die Einlaßkanäle strömt. Somit erreichen die leichten Schwebeteilchen innerhalb der Einlaßkanäle 23 eine Schicht in nächster Nähe der Unterteilung 19 und sind in dieser konzentriert, wohingegen die schweren Schwebeteilchen eine Schicht in nächster Nähe der neben dem Mittelteil 5 liegenden Flächen erreichen und in dieser konzentriert sind.
• Wenn die Flüssigkeit die Öffnungen 20 in der Unterteilung 19 erreicht, wo sich die Einlaßkanäle 23 in den Raum 22 öffnen, strömt ein Teil der Flüssigkeit weiter durch die Öffnung 20 in die Verteilungskanäle 21 und ein anderer Teil der Flüssigkeit beginnt stattdessen im Raum 22 um die Achse R mit einer geringeren Geschwindigkeit als diejenige des Rotorkörpers zu rotieren. Das beruht auf der Tatsache, daß der Raum 22 frei von Mitreißelementen ist.
• Die verringerte Drehgeschwindigkeit des Teiles der Flüssigkeit im Raum 22 führt zu einem Gegendruck für die radial nach außen gerichtete Flüssigkeitsströmung durch den Raum 22. Somit bildet der Raum 22 eine Art von Gegendruckkammer. Eine Folge davon ist, daß der Widerstand, der der Flüssigkeit in ihrer Strömung durch die Öffnung 20 und weiter in die Verteilungskanäle 21 entgegengesetzt wird, kleiner ist als der Widerstand, der der Flüssigkeit in ihrer Strömung in die Trennkammer 9 durch den gesamten Raum 22 und den Schlammdurchlaß 34 entgegengesetzt wird.
• Ein großer Teil der schon vorgetrennten schweren Teilchen, die sich in der Nähe der Endwand 10 im Raum 22 befinden, wird sich jedoch weiter entlang dieser Endwand 10 sowohl durch die Gegendruckkammer 22 als auch durch den Schlammdurchlaß 34 und dann durch den Bereich 35 hinaus in den radial äußersten Teil der Trennkammer 9 bewegen.
• Ein kleiner Teil der Flüssigkeit, die leichte Schwebeteilchen enthält, bewegt sich eine Strecke radial auswärts in die Gegendruckkammer 22 und in den Schlammdurchlaß 34. Während dieser Flüssigkeitsströmung werden jedoch die leichten Schwebeteilchen graduell von der Flüssigkeit im Schlammdurchlaß aufgrund der Zentrifugalkraft getrennt und in einer Schicht in nächster Nähe der Unterteilung 19 gesammelt. In dieser Schicht bewegen sie sich als Folge ihres geringen spezifischen Gewichtes radial nach innen und erreichen graduell die Öffnungen 20 und werden von der Flüssigkeit mitgerissen, die durch diese Öffnungen in die Verteilungskanäle 21 strömt.
• Die in die Verteilungskanäle 21 eingetretende Flüssigkeit strömt weiter in die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben 13. Zwischen den Trennscheiben werden die leichten Schwebeteilchen von der Flüssigkeit getrennt und bewegen sich zur Rotorachse R. An einem radialen Ort irgendwo im Zwischenraum zwischen den Trennscheiben 13 wird während des Rotorberiebs eine Phasengrenzschicht zwischen einer sogenannten Leichtphase, die im wesentlichen aus abgetrennten leichten Teilchen besteht, und der von solchen leichten Teilchen befreiten Flüssigkeit gebildet. Falls die leichten Teilchen aus Öl bestehen oder diese Ölteilchen oder -tropfen in einer bestimmten Konzentration koagulieren, kann die leichte Phase aus einer kontinuierlichen Phase einer Flüssigkeit bestehen, die eine geringere Dichte hat als die von den leichten Teilchen befreite Flüssigkeit. Alternativ kann die leichte Phase aus einer konzentrierten Suspension von leichten Teilchen in Flüssigkeit, z. B. Fettglobulen bestehen, die immer noch in einer geringen Menge der ursprünglichen Trägerflüssigkeit verteilt sind. In beiden Fällen wird die leichte Phase aufgrund der Zentrifugalkraft graduell von Rückständen der ursprünglichen Trägerflüssigkeit befreit, wenn die leichte Phase den Strömungsraum 15 radial innerhalb der Trennscheiben 13 erreicht. Die leichte Phase enthält im Strömungsraum 15 ein Minimum der ursprünglichen Trägerflüssigkeit und strömt von hier aus dem Rotor durch die Kanäle 16 und 17 und den Überlaufauslaß 18.
• Die von den leichten Schwebeteilchen befreite Flüssigkeit verläßt die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben 13 radial auswärts und strömt durch den Bereich 36 der Trennkammern 9 in die Auslaßkanäle 27.
• Solange sich die Flüssigkeit zwischen den Trennscheiben 13 befindet, dreht sie sich um die Achse R des Rotors bei im wesentlichen gleicher Winkelgeschwindigkeit wie der Rotor. Im Bereich 36, der keinerlei Mitreißelemente aufweist, dreht sich die Flüssigkeit bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit als der Rotor. Die Flüssigkeit in diesem Bereich bewegt sich somit sowohl axial in Richtung der Auslaßkanäle 27 als auch um den Trennscheibenstapelherum. Der Bereich, in dem die Flüssigkeit relativ zum Rotor in Umfangsrichtung des letzteren strömt, nachdem sie die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben 13 verlassen hat, umfaßt sowohl den Raum zwischen dem Trennscheibenstapel selbst - entlang der gesamten axialen Ausdehnung des Stapels- als auch den ringförmigen Raum, der sich unmittelbar außerhalb der Öffnungen der Auslässe 27 befindet und durch den radial äußersten Abschnitt 33 der Unterteilung 19 begrenzt wird.
• Es sollte jedoch angemerkt werden, daß der Bereich 35 der Trennkammer 9, durch den sich die vorgetrennten schweren Teilchen vom Schlammdurchgang 34 zum radial äußersten Teil der Trennkammer 9 bewegen, gänzlich außerhalb des gerade erwähnten Bereichs liegt, in dem die Flüssigkeit zwischen den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben in die Auslaßkanäle 27 strömt. Dadurch besteht kein Risiko, daß die vorgetrennten schweren Teilchen von der Flüssigkeit in die Auslaßkanäle 27 mitgerissen werden.
• Als Folge der Tatsache, daß die Flüssigkeit nicht vollständig in die Drehbewegung des Rotors im Bereich 36, der die Trennscheiben umgibt, mitgerissen wird, erzeugt die Flüssigkeit in diesem Bereich einen Strömungswiderstand gegenüber der Flüssigkeit, die auf ihrem Weg in eine Richtung fort von der Rotorachse in Richtung der Auslaßkanäle 27 ist. Das bedeutet, daß die Flüssigkeitssäule, die zu einem großen Teil aus der abgetrennten leichten Phase besteht und sich zwischen dem Bereich 36 und dem Überlaufauslaß 18 befindet, relativ hoch sein kann, d. h. sie kann eine relativ große radiale Ausdehung haben. Selbst wenn sich die Flüssigkeit im Bereich 36 bei derselben Geschwindigkeit wie der Rotor drehen würde, würde die Flüssigkeitssäule notwendigerweise höher werden, d. h. sie würde eine größere radiale Ausdehnung haben als die Flüssigkeitssäule, die im wesentlichen aus der abgetrennten Flüssigkeit besteht und sich zwischen dem Bereich 36 und dem Überlaufauslaß 30 der Schwerkraftscheibe 29 befindet. Aufgrund des Umstandes, daß der Bereich 36 keine Mitreißelemente für die Flüssigkeit aufweist, kann der Höhenunterschied zwischen den beiden Flüssigkeitssäulen extrem groß gemacht werden. Das macht eine maximale Reinheit der letztlich abgetrennten leichten Phase möglich, für die auf diese Weise ausreichend Zeit zur Verfügung steht, um von Rückständen der ursprünglichen Trägerflüssigkeit gereinigt zu werden.
• Wie schon früher erwähnt, sind die Oberflächen der Unterteilung 19, die zur Trennkammer zeigen, glatt, so daß sie nur zu einem unwesentlichen Grad einen Mitreißeffekt auf die Flüssigkeit im Bereich 36 ausüben. Die Rille 37 im unteren Rotorkörperteil 3 ist so schmal, daß sie die Flüssigkeitsströmung im Bereich 36 nicht beeinflußt.

Claims (13)

1. Zentrifuge zum Befreien einer Flüssigkeit von leichten Schwebeteilchen, die eine geringere Dichte als die Flüssigkeit haben, und von schweren Schwebeteilchen, die eine größere Dichte als die Flüssigkeit haben, wobei die Zentrifuge einen Rotor (1) aufweist der zur Drehung um eine sich durch den Rotor erstreckende Mittelachse (R) angeordnet ist, und wobei

· ein Rotorköper (3-5), der eine erste Endwand (10) und eine zweite Endwand (12) umfaßt, die jeweils auf einer Seite einer die Rotorachse (R) umgebenden Trennkammer (9) angeordnet sind, einen Mitteleinlaß (24) für die Flüssigkeit mit den leichten und schweren Schwebeteilchen bildet sowie einen ersten Mittelauslaß (26) durch die erste Endwand für die von den leichten und schweren Schwebeteilchen befreite Flüssigkeit und einen zweiten Mittelauslaß (18) für eine leichte Flüssigkeitsphase mit abgetrennten leichten Schwebeteilchen,

· ein Stapel von konischen Trennscheiben (13) so in der Trennkammer (9) angeordnet ist, daß die Trennscheiben, die Bodenabschnitte und Scheitelabschnitte aufweisen und voneinander angeordnet sind, koaxial mit dem Rotor angeordnet und ihre Scheitelabschnitte zur ersten Endwand (10) gedreht sind,

· jeder der mehreren Einlaßkanäle (23), die um die Mittelachse herum angeordnet sind und den Mitteleinlaß (24) des Rotorkörpers mit der Trennkammer (9) verbinden, eine Neigung in Bezug auf die Mittelachse (R) in derselben Richtung hat wie eine Generatrix jeder der konischen Trennscheiben (13),

· die Trennscheiben (13) verschiedene Reihen von ausgerichteten Löchern aufweisen, die mehrere parallele Verteilungskanäle (21) durch den Stapel hindurch bilden, die dann mit den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben (13) verbunden sind und an ihren Enden, die der ersten Endwand (10) am nächsten liegen, mit den Einlaßkanälen (23) verbunden sind,

· jeder der mehreren Auslaßkanäle (27), die um die Rotorachse (R) herum angeordnet und für die von den leichten und schweren Teilchen befreite Flüssigkeit vorgesehen sind, eine Durchgangsöffnung aufweist, die sich in der Trennkammer (9) in der Nähe der ersten Endwand (10) an einem Ort befindet, der radial außerhalb des Trennscheibenstapels liegt, und die sich von dieser Durchgangsöffnung zur Mittelachse (R) erstreckt, und

· der Rotor im wesentlichen in einem Strömungsbereich (36), der sich in der Trennkammer (9) radial außerhalb des Trennscheibenstapels (13) befindet und diesen umgibt, frei von Mitreißelementen ist, so daß sich die Flüssigkeit, die die Zwischenräume zwischen den Trennscheiben verläßt, bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit drehen kann als der Rotorkörper, während sie in Richtung der Durchgangsöffnungen strömt,

dadurch gekennzeichnet, daß

· sich die Einlaßkanäle (23) in eine Gegendruckkammer (22) öffnen, die sich um die Rotorachse (R) herum erstreckt und axial von Kammerwänden umgrenzt wird, die im wesentlichen frei sind von rotierenden Mitreißelementen, so daß sich die Flüssigkeit in der Gegendruckkammer (52) bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit drehen kann als der Rotorkörper,

· die Gegendruckkammer (22) einen ersten Abschnitt aufweist, der mit den Verteilungskanälen (21) verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der sich radial außerhalb des ersten Abschnittes befindet und mit wenigstens einem Schlammdurchlaß (34) verbunden ist, und

· sich der Schlammdurchgang (34) in die Trennkammer (9) an einem Ort radial außerhalb des Trennscheibenstapels (13) öffnet.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, wobei sich der Schlammdurchlaß (34) in die Trennkammer (9) an einem Ort radial außerhalb der Durchgangsöffnungen öffnet.

3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Schlammdurchlaß (34) radial auswärts von der Gegendruckkammer (22) fortsetzt und wie diese im wesentlichen frei ist von rotierenden Mitreißelementen.

4. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Rotor im wesentlichen frei ist von Mitreißelementen, auch in den Bereichen der Trennkammer, die axial mit dem Strömungsbereich (36) ausgerichtet sind, der sich radial außerhalb des Trennscheibenstapels (13) befindet und diesen umgibt.

5. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei zwischen der ersten Endwand (10) und dem Trennscheibenstapel (13) eine konische Unterteilung (19) angeordnet ist, wobei die Gegendruckkammer (22) durch die konische Unterteilung (19) und die erste Endwand (10) gebildet wird und sich dazwischen befindet.

6. Zentrifuge nach Anspruch 5, wobei die konische Unterteilung (19) Durchgangsöffnungen (20) aufweist, durch die die Einlaßkanäle (23) mit den Verteilungskanälen (21) verbunden sind.

7. Zentrifuge nach Anspruch 5, wobei sich die konische Unterteilung (19) radial außerhalb des Trennscheibenstapels (13) erstreckt und eine im wesentlichen glatte Oberfläche hat, die axial dem Strömungsbereich (36) zugewandt ist, der sich radial außerhalb des Trennscheibenstapels (13) befindet und diesen umgibt.

8. Zentrifuge nach Anspruch 7, wobei die konische Unterteilung (19) die Auslaßkanäle (27) und ihre Durchgangsöffnungen in der Trennkammer (9) begrenzt.

9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei sich ein Abschnitt (33) der konischen Unterteilung (19) bis zu einem Ort radial außerhalb der Durchgangsöffnungen erstreckt, der zwischen diesen und der ersten Endwand (10) liegt.

10. Zentrifuge nach Anspruch 9, wobei der Abschnitt (33) der konischen Unterteilung (19) eine im wesentlichen glatte Oberfläche hat, die der Trennkammer (9) in einem Bereich radial außerhalb der Durchgangsöffnungen zugewandt ist.

11. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich die Verteilungskanäle (21) durch den Trennscheibenstapel (13) über eine Strecke von den radial äußere Enden der Trennscheiben erstrecken, wobei die Strecke kleiner ist als der Abstand zwischen den Verteilungskanälen (21) und den radialen inneren Kanten der Trennscheiben.

12. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich der Mitteleinlaß (24) des Rotors für die zu behandelnde Flüssigkeit durch die erste Endwand (10) erstreckt.

13. Zentrifuge nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei sich der zweite Mittelauslaß (18) des Rotorkörpers, der für die leichte Flüssigkeitsphase vorgesehen ist, durch die zweite Endwand (12) erstreckt.