DE924979C - Vorrichtung zum OEffnen und Schliessen eines Schlammventils einer Zentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein Zentrifugen und insbesondere Zentrifugen, die zur Sedimentation oder Abtrennung von Feststoffen aus Flüssigkeiten bestimmt sind. Die Feststoffe bzw. die Stoffe hoher Dichte werden der Einfachheit halber im folgenden als Schlamm bezeichnet und die Stoffe geringerer Dichte als Flüssigkeit, obgleich die Flüssigkeit durch die Zentrifuge auch in verschiedene Phasen unterschiedlicher Dichte getrennt werden kann. Die Entfernung von Schlamm aus einer Flüssigkeit kann daher der Hauptzweck der Zentrifuge sein, oder es kann die Entfernung des Schlammes neben einer Trennung der Flüssigkeit durch Fliehkraft in zwei oder mehr Phasen herlaufen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Schlamm aus einem schnell rotierenden Zentrifugenrotor durch eine Mehrzahl von Schilammventilen, die in Abständen um die Peripherie des Rotors angeordnet sind, zu entfernen, wobei die ao Innenfläche des Rotors in Richtung auf die Ventile geneigt sind, damit der Schlamm durch Fliehkraft zu den" Ventilen befördert wird. Natürlich sollten die Ventile nicht unnötigerweise offen bleiben, da es erwünscht ist, den Ausfluß von wesentlichen Mengen Flüssigkeit durch sie auf ein Minimum herabzusetzen. Es ist daher zweckmäßig, die Schlammventile in Intervallen für lediglich diejenige Zeit zu öffnen, die für den Durchtritt des angesammelten Schlammes ausreicht. Das Öffnen

der Schlammventile bietet wegen der hohen Drehzahl des Rotors, in dem die Ventile angeordnet sind, und wegen, der infolgedessen auftretenden hohen mechanischen Kräfte beträchtliche Schwierigkeiten. Elektrisch betätigte Ventile haben sich nicht als geeignet erwiesen, da die erforderlichen Schleifringe und Bürsten bei Drehzahlen, die weit über denjenigen liegen, die im allgemeinen bei elektrischen Anlagen auftreten, arbeiten müssen ίο und weil diese Schleifringe notwendigerweise auf sich drehenden Teilen liegen müssen, wo sie Dampf, anderen schädlichen Gasen, Wasser und sogar dem in dem Rotor abgetrennten Schlamm ausgesetzt sein können.

Bei der Ausführung der Erfindung in einer bevorzugten Form werden die Schlamm ventile durch Fliehkraft, die auf den Betätigungsmechanismus der Ventile wirkt, geschlossen gehalten. Dieser Mechanismus wird durch den im Innern des Rotors der Zentrifuge auftretenden Flüssigkeitsdruck nicht betätigt. Die Schlammventile schließen sich, wenn der Rotor in Umdrehung versetzt wird, und bleiben ohne Rücksicht auf den Flüssigkeitsdruck innerhalb -des Rotors geschlossen. Zu Beginn des Laufes tritt also· kein Flüssigkeitsverlust auf. Insbesondere wirkt eine Druckspitze, die durch die Wirkung der Zentrifugalkraft auf die in einer Verbindungsleitung befindliche Flüssigkeit entsteht, auf den Ventilbetätigungsmechanismus und öffnet das Ventil, wenn die Druckspitze ausreicht, die Zentrifugalkraft zu überwinden., die normalerweise die einzelnen Schlammventile geschlossen hält.

Nach der Erfindung können die Ventile weiterhin durch eine nicht rotierende Vorrichtung gesteuert werden, die außerhalb des Rotors angeordnet ist. Im Zusammenhang mit den Verbindungsleitungen ist eine öffnung zum Austritt der Flüssigkeit aus diesen Leitungen vorgesehen. Die Leitungen werden in Abhängikeit von den relativen Mengen der ein- und ausströmenden Flüssigkeit geleert oder gefüllt. Ein Flüssigkeitsspeisering ist so eingerichtet, daß die Flüssigkeit in einen Strömungskanal in dem Rotor, der zu den Leitungen führt, eingebracht werden kann. Um die Zeit, während der die Flüssigkeit strömt, und den Zeitabschnitt zwischen den Strömungszeiten., während denen die Ventile zum Auslaß des Schlammes geöffnet sind, zu regeln, sind ZeiteinStellvorrichtungen vorgesehen.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. ι ist eine Seitenansicht einer teilweise geschnittenen Zentrifuge nach der Erfindung, bei der Teile weggebrochen sind, um den inneren Aufbau zu zeigen;

Fig. 2 ist ein waagerechter Schnitt gerade oberhalb der Schlammventile der Fig. 1, bei der einige Teile weggelassen sind;

Fig. 3 ist ein vergrößerter Schnitt, der der Fig. ι entspricht, bei der jedoch der Betätigungsmechanismus der Ventile vereinfacht und teilweise schematisch dargestellt ist;

Fig. 4 ist ein vergrößerter Schnitt der Schlammventilanlage nach der Linie 4-4 der Fig. 1;

Fig. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Flüssigkeitsspeiseringes;

Fig. 6 ist ein Teilschnitt nach der Linie 6-6 in Fig. 4, und

Fig. 7 ist eine teilweise schematisch dargestellte Ansicht der Zeiteinstellvorrichtung des in Fig. 1 · gezeigten Speiseventils.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des Ventils nach der Erfindung ist in eine Zentrifuge 10 eingebaut, deren Rotor 11 durch eine Welle 12 angetrieben wird, die drehbar in einem Lager 13 gelagert ist und die ihrerseits durch einen Motor beliebiger Art angetrieben wird. Der Rotor 11 ist an einer Muffe 14 befestigt, die fest mit der Welle 12 verbunden ist und sich mit dieser dreht.

Das Gemisch aus Flüssigkeiten und Feststoffen, das durch ein Speise- oder Einlaß rohr 15 zugeführt wird, strömt nach unten durch den Raum zwischen einem Rohr 16 und der Muffe 14 und unterhalb des Randes i6^a des Rohres 16 nach außen. Die leicht abtrennbaren Feststoffe wandern in den Raum bzw. die Kammer 17, die aus den geneigten Wänden n^a und ii^& des Rotors 11 gebildet wird. Eine wirksame Abtrennung oder Sedimentation der ver-₁ bleibenden Feststoffe findet statt, wenn die Flüssigkeit innerhalb der übereinanderliegenden Teller 18 fließt und der Schlamm oder die schwereren Feststoffe nach außen geschleudert werden. Die Flüssigkeit fließt in dem an die Außenseite des Rohres 16 angrenzenden Raum nach oben und über einen Stauring 19 zur Entnahme durch den feststehenden Auslaß 20.

Im Bereich der Wände, ii" und n^& angesammelter Schlamm wird durch Öffnungen 21⁰ in einem Stutzen 21 herausgelassen, durch einen konischen Ring 22 nach unten abgelenkt und aus einem Kanal 23 entnommen. Das Ablenkblech 22 kann in bekannter Weise mittels Schrauben 22^fi, die durch das feststehende Gehäuse gehen, gehalten werden.

Mit jedem der Stutzen 21, von denen in Fig. 3 zehn gezeigt sind, ist eine Schlammventilanlage 24 verbunden. An jeder dieser Anlagen ist ein Rohr 25 angebracht,, das eine Verbindungsleitung zu einer außenliegenden Quelle einer Hilfsflüssigkeit bildet. In Fig. 1 wird die Hilfsflüssigkeit aus einem Zufuhrungsrohr 26 unter Regulierung durch ein von Hand zu betätigendes Ventil 27, das schnell geöffnet und geschlossen werden kann, durch einen Düsenring 28 nach oben in die Nähe einer vorstehenden- Kante 29° eines an dem Rotor 11 befestigten Bechers 29 geleitet. Der Ring 28, dessen Draufsicht Fig. 5 zeigt, kann beispielsweise mittels eines Armes 28°, der an dem feststehenden Lager 13 befestigt ist, gehalten werden.

Nach der Erfindung wird nach dem öffnen des Ventils 27 durch den Hebel 27° Flüssigkeit durch eine Anzahl Öffnungen 28⁶ gegen die Innenkante des Bechers 29 und in eine durch diese gebildete Ausnehmung geleitet, die am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Mit Hilfe einer Anzahl Rippen 29* wird die Hilfsflüssigkeit rasch auf die Geschwin-

digkeit des Rotors 11 gebracht. Die Flüssigkeit strömt durch Strömungskanäle 30 nach oben in eine der damit verbundenen Leitungen· 25.

Bevor das Ventil 27 (Fig. 1) geöffnet wird, um die Hilfsflüssigkeit einzulassen, ist die infolge der hohen Drehzahl des Rotors 11 entwickelte Fliehkraft der Ventilspindel 24" und des Ventilkolbens 24^& (Fig. 3) groß genug, um das konische Ende der Spindel 24" fest gegen den Ventilsitz an der Innenseite des Stutzens 21 zu pressen und dort festzuhalten. Der Ventilsitz kann als auswechselbarer Einsatz 2i^& aus abnutzungsfestem Werkstoff ausgebildet sein. Die Ventilbetätigungsanlagen 24 werden je von den Rohren 25 gehalten, die mit den Ventilkörpern verlötet sind, und ruhen ferner beispielsweise mit in einem Winkel angeordneten Flächen 24' des Ventilkörpers auf den geneigten Flächen 1 i^b. Der Kolben 24^s ist mit einer ringförmigen Schürze versehen, deren innere, bearbeitete Fläche in flüssigkeitsdichtem Eingriff auf einer von der Zylinderwand 32 gehaltenen Packung 31 oder auf einem entsprechenden Kolbenring gleitet. Eine Öffnung 33 in einem Strömungskanal 33^a, der in Fig. 3 schematisch als in Verbindung mit der Leitung 25 dargestellt ist, regelt das Ausströmen der Flüssigkeit aus dieser Leitung.

Unter Berücksichtigung der obigen Erläuterung der Arbeitsweise der beschriebenen Teile soll nun angenommen werden, daß das Ventil 27 zum Einlaß der Hilfsflüssigkeit in die ringförmige Kammer, die durch die Kante 29 gebildet wird, geöffnet sei. Wenn die Flüssigkeit die erforderliche Geschwindigkeit erreicht hat, strömt sie nach oben durch den Kanal 30 (Fig. 3) und durch die Leitung 25 nach außen in die innere Kammer 40 des Ventilzylinders. Innerhalb eines kurzen Zeitraumes von der Größenordnung-einer Zehntelsekunde ist die Druckspitze, die durch die Flüssigkeit auf die Innenfläche des Kolbens 24^s infolge der Fliehkraft ausgeübt wird, groß genug, um die Ventilspindel 24° zu betätigen und das Schlammventil 24 zu öffnen, so· daß der Schlamm durch die Öffnung 2i^e des Stutzens 21 nach außen fließt. Das Ausströmen des durch die Sedimentation abgetrennten Schlammes erfolgt auf Grund der großen darauf einwirkenden Fliehkraft sehr rasch. Sämtliche Ventilanlagen 24 werden, wie aus Fig. 2 hervorgeht, gleichzeitig betätigt, und der Schlamm kann nach dem Ablenken durch das Blech 22 schnell in die Rinne 23 abgelassen werden. Die Ventile brauchen nur während einer kurzen Zeitspanne und nur so lange geöffnet zu bleiben, wie es notwendig ist, um den Raum 17 vom Schlamm zu leeren. Durch entsprechende Steuerung des Zuflußventils 27 (Fig. 1) kann der Flüssigkeitsverlust aus dem Rotor 11 auf ein Minimum herabgesetzt werden.

. Während die Schlammventile geöffnet sind, strömt die Hilfsflüssigkeit ununterbrochen aus den Öffnungen 33 aus; da aber die zugeführte Flüssigkeitsmenge wesentlich größer ist als die durch die Öffnung 33 ausströmende Menge, so bewirkt diese Öffnung zunächst kein Schließen· des Ventils. Sobald jedoch das Einlaßventil 27 geschlossen wird, wird die Leitung 25 rasch durch die Öffnung 33 entleert und das Schlaimmventil innerhalb eines Zeitraumes von der Größenordnung einer Zehntelsekunde nach dem Schließen des Einlaßventils 27 geschlossen. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, kann das Einlaßventil 27 vorzugsweise selbsttätig durch eine Einstellvorrichtung geöffnet und geschlossen werden. Diese Vorrichtung enthält beispielsweise eine Magnetspule 34, deren Stromzuführung durch eine Einstellvorrichtung 35 beliebiger Art gesteuert werden kann, von der sich eine Reihe im Handel befindet und dem Fachmann bekannt ist. Die Einstellvorrichtung 35 enthält einen Knopf 35" zum Einstellen derjenigen Zeit, während der das Ventil 27 geöffnet sein soll, während durch einen Knopf 35^s die Zeit eingestellt werden kann, während der das Ventil 27 geschlossen sein soll. Diese Zeiten können durch Zeigervorrichtungen, die je durch die Knöpfe angetrieben werden und mit zweckmäßigerweise in Minuten und Sekunden unterteilten Skalen verbunden sind, rasch eingestellt werden. So können die Öffnungs- und Schließungszeiten in Übereinstimmung mit den Erfordernissen des Verfahrens ausgewählt werden, je nachdem, ob der Hauptzweck der Zentrifuge die Gewinnung eines in großen Mengen enthaltenen Schlammes oder die Klärung von nur geringen Mengen Schlamm enthaltenden Flüssigkeiten ist. Die Anpassungsfähigkeit und Einfachheit der Vorrichtung nach der Erfindung macht diese besonders für einen weiten Bereich verschiedener Anwendungszwecke geeignet.

Da Fig. 3 zur besseren Verständlichkeit der Erfindung etwas schematisch gehalten ist, wird der ins einzelne gehende Inhalt der Fig. 4 nunmehr leicht verständlich sein. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Leitung 25 in Verbindung mit dem Kanal 25° in einem Körper 38 steht, der durch Öffnungen 39^a des Zylinderbodens 39 in den Zylinder 40 führt. Aus einem Arm des Kanals 25" kann Flüssigkeit zur Öffnung 33 strömen,, die in einem Teil 41 ausgebildet ist, der genau in einen in den Körper 38 eingeschraubten Ausflußstutzen 42 eingepaßt ist. Das. eine Ende des Stutzens 42 liegt gegen eine Fläche eines Stutzens 43 an, der in den Rotor n eingefügt ist, wobei ein Dichtungsring 44 vorgesehen ist, um eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu bilden. Die austretende Flüssigkeit fließt durch eine an ihrem unteren Ende durch einen Schraubverschluß 46° (Fig. 6) abgesperrte Leitung 45 abwärts und durch Öffnungen 46 in dem Rotor 11 nach außen. Zwei derartige Öffnungen sind in Fig. ι sichtbar. Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß die Austrittsöffnungen 46 unterhalb der oberen Kante des ringförmigen Teiles 47 des Gehäuses angeordnet sind und daß so> vermieden wird, daß die Hilfsflüssigkeit mit dem oberhalb der oberen Kante des Teiles 47 entnommenen Schlamm vermischt wird. Die Hilfsflüssigkeit tritt aus der Zentrifuge durch einen Stutzen 48 aus.

Aus Fig. 4 ist ferner ersichtlich, daß die Öffnung in dem Rotor 11, in der der Stutzen 43 untergebracht ist, durch einen Schraubverschluß 50 abgeschlossen ist.

Der Kolben 51 in Fig. 4 entspricht dem Kolben 24⁶ der Fig. 3. Seine ringförmige Schürze gleitet in gleicher Weise auf der Außenwand des Zylinderteiles 32, der mit einem außenherum verlaufenden Flansch versehen ist, welcher einen Dichtungsring 52 hält. Der Zylinderboden 39 hat einen verjüngten rückwärtigen Teil, welcher in eine Ausnehmung in einem Einsatz 53 eingepaßt ist, dessen Grundfläche mit einer an einer Fläche des Körper 38 anliegenden Dichtung 54 belegt ist. Durch Fliehkraft werden die betreffenden Teile nach außen und gegen die Dichtungen 52· und 54 gepreßt, wobei der Zylinderboden 39 eine ausreichend große Masse besitzt, um einen flüssigkeitsdichten Verschluß an dem Ring 54 zu gewährleisten, und sich relativ zu dem Zylinder 32 nach außen bewegen kann.

Da ein geringer Flüssigkeitsverlust zwischen dem Ring 31 und der Kolbenschürze eintreten kann, sind Mittel vorgesehen, um eine Ansammlung von Flüssigkeit zwischen der Außenseite des Kolbens . 51 und dem Zylinderkopf 55 zu verhindern. Sie bestehen aus einer Leitung 56, die in dem Körper 38 vorgesehen ist und die Außenseite des Kolbens 51 mit einer öffnung in einem Stutzen 57 verbindet, der sich mit seinem einen Ende über einen Dichtungsring 59 gegen das Ende eines Stutzens 58 im Rotor 11 anlegt. Jede Flüssigkeitsansammlung wird durch die Öffnung 58« des Stutzens 58 entfernt. Zwei derartige Öffnungen sind in Fig. 1 sichtbar.

Der Zylinderkopf 55 ist mit einem ringförmigen Vorsprung 55^a versehen, der gegen den erwähnten Flansch der Zylinderwand 32 anliegt. Ein Dichtungsring 60 ist zwischen einer Fläche des Körpers 38 und dem durch Schrauben 61 gehaltenen Zylinderkopf 55 angeordnet.

Die Ventilspindel 24^s erstreckt sich durch in einer Linie angeordnete Öffnungen in dem Zylinderboden 39 und dem Einsatz 53, wobei der letztere eineAusnehmung hat, in der eine Packung oder ein Dichtungsring 62 angeordnet ist. Fliehkraft und Flüssigkeitsdruck, die auf die Packung 62 wirken, halten diese in flüssigkeitsdichter Verbindung mit der Ventilspindel 24° und den angrenzenden, sie einschließenden Flächen. Das äußere Ende des Schaftes 24⁰ kann als Ventilkegel 63 ausgebildet sein, der zum leichteren Auswechseln gesondert gefertigt sein kann.

Der der Flüssigkeit ausgesetzte Teil des Einsatzes 53 ist durch eine konisch geformte öffnung 64 klein gehalten, so daß die Gesamtkraft, die durch den Flüssigkeitsdruck in dem Rotor 11 auf diesen Einsatz ausgeübt wird, gering bleibt und auf alle Fälle nicht ausreicht, den Ventilkegel 63 zu öffnen. Der Öffnungsbewegung des Schlammventilkegels 63 wirkt auf Grund der hohen Drehzahl die auf die Ventilteile einschließlich der Spindel 24^s und des Kolbens 51 einwirkende starke Fliehkraft entgegen. Auch die Saugkraft der Dichtungsmittel 31 und 62 wirkt der Öffnungsbewegung entgegen. Die zum Abheben des Ventilkegels 63 von seinem Sitz 2i^b verfügbare Kraft ist das Produkt aus Innenfläche des Kolbens 51 und Wasserdruck in dem Zylinder bzw. der Druckkammer 40, der von der Größe in radialer Richtung bzw. der Länge der Wassersäule in der Leitung 25 abhängt. Dementsprechend muß die Innenfläche des Kolbens 51 so groß gewählt werden, daß ein Öffnen des Schlammventils 24 gewährleistet wird, wenn die Leitung 25 ganz oder zum Teil mit Wasser gefüllt ist, daß jedoch, wenn das Wasser allmählich aus der Leitung 25 austritt, der von der Zentrifugalkraft abhängige Wasserdruck im Zylinder 40 nicht mehr ausreicht, das Schlammventil gegen die Zentrifugalkraft, die es zu schließen bestrebt ist, in Offenstellung zu halten.

Es ist ein weiterer Vorteil der nach der Erfindung ausgebildeten Vorrichtung, daß die Zentrifugalkraft auf die ganze Ventilanlage wirkt und sie in ihrer Lage festhält. Im einzelnen bilden die Endflächen der Stutzen 42 und 57 mit den gleichartigen Flächen der Stutzen 43 und 58 zwei Lager für die Ventilanlage. Das dritte Lager wird durch den nach unten ragenden· Fortsatz des Ventilkörpers gebildet, der durch die geneigte Fläche 24' begrenzt ist. Diese Dreipunktauflage gewährleistet eine sichere Unterstützung für die Ventilanlage 24. Die nach außen wirkende Zentrifugalkraft erhöht die Sicherheit der Auflage, die sich bei hoher Drehzahl in keiner Richtung verschieben kann. Darüber hinaus bildet das verhältnismäßig steife Rohr 25 mit den Ausnehmungen der Stutzen 43 und 58 eine ausreichende Unterstützung für die Ventilanlage 24. Die Rohre 12.5 (Fig. 3) sind in der Nähe der Rotorachse durch beliebige Vorrichtungen verankert, die eine Platte 65 enthalten, die durch nicht dargestellte Kopfschrauben festgehalten wird. Die Platte 65 drückt nach unten auf T-Rohrstücke 67, mit denen die Rohre 25 verschweißt oder verlötet sind. Die Rohrstücke 67, die einen rechtwinkligen Querschnitt haben können, liegen mit ihren Querarmen gegen die Muffe 14 an und erstrecken sich mit ihren Schenkeln je in radialer Richtung..

Ein Ring 69 besitzt in radialer Richtung verlaufende öffnungen, in denen die Schenkel derart angeordnet sind, daß die Querarme über die Innenseite des Ringes greifen, um der nach außen wirkenden Zentrifugalkraft Widerstand zu leisten. In Fig. 3 erstreckt sich der Querarm des Rohrstücks 67 senkrecht zur Zeichnungsebene; seine Schnittlinie mit dem horizontalen Schenkel ist durch die gestrichelte Linie 6j^a angedeutet. In den Ouerarm des Rohrstücks 67 erstreckt sich ein Stutzen 68, durch den eine Verbindung zwischen dem Strömungskanal 30 und dem Rohr 25 hergestellt wird.

Die beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung können innerhalb des Erfkudungsgedankens und des Rahmens der Erfindung abgeändert werden.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zum öffnen und Schließen eines Schlammventils einer Zentrifuge, gekennzeichnet durch in dem Rotor der Zentrifuge sitzende Ventilbetätigungsmittel zum Öffnen und Schließen des von der im Rotor befindlichen

   Flüssigkeit ■ umibeeinflußbaren Schlammventils, die durch Zentrifugalkraftwirkung das Schlammventil schließen oder geschlossen halten, und von denen eine Leitung (25) zu der Achse des Rotors geführt ist, durch die von außerhalb des Rotors Druckflüssigkeit zum öffnen des Ventils entgegen der Zentrifugalkraft zu den Ventilbetätigungsmitteln strömt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilbetätigungsmittel einen Kolben (24^s) aufweisen, der zum Bewegen einer die Ventilöffnung steuernden Ventilspindel (24^α) dient.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (25) mit ^;der Kolbenseite in Verbindung steht, von der der das Ventil betätigende Teil (24°) ausgeht.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Packungsstopfbüchse (62) zur Abdichtung des Kolbens (24^s) der das Ventil betätigenden Vorrichtung gegenüber der Flüssigkeit innerhalb des Rotors, die durch die Zentrifugalkraft in Dichtstellung gehalten wird.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Packungsstopfbüchse einen die Ventilspindel umgebenden Packungsring aufweist, der neben der Wand liegt, die die Ventilbetätigungsmittel von der in dem Rotor befindlichen Flüssigkeit abschließt.

   Angezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 621 391, 652292, 963.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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