EP0027630A1 - Zentrifuge zum Trennen von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a centrifuge for separating solid-liquid mixtures, in which at least one thickened solid phase is discharged at least partially through at least one opening arranged below the liquid level in the jacket of the drum, and which has at least one control device for opening or closing the same.
- a known centrifuge of the type mentioned has nozzles with control devices for opening or closing the same on the circumference of the drum.
- the control devices are automatically acting valves which can be actuated by the pressure in the thickened solid phase and which allow this solid phase to be discharged automatically from the centrifuge (DE-AS 1482708).
- valve-like control devices consist of complicated, high-precision mechanical parts, the sensitivity and susceptibility to failure of which are not suitable for the rough operation of a centrifuge.
- This object of the invention is to provide a centrifuge of the type mentioned, in which the control device for opening and closing the openings arranged in the casing of the drum is as straightforward as possible, and in particular does not require any mechanical parts to be manufactured with accuracy.
- Another part of the task is to be able to adjust the actuation of the control device so sensitively that thickened Solid-liquid mixtures can be controlled in accordance with operating parameters that are controlled by control technology and can be discharged in a controlled quantity and / or quantity per unit of time and in particular can be discharged without jerky accelerations.
- the device according to the invention should be low-wear, easy to maintain and can preferably be operated with a simple operating device, for example with remote control and feedback on a control panel.
- control device is equipped with a drive.
- a drive is understood here to mean any energy input point at the input of a machine or a transmission or a mechanism, this being part of a machine or machine system which transmits a movement to it and the mechanical energy for this is fed in from the outside.
- control device essentially consists in the fact that it forms the functionally integrated part of a machine system, which enables the arbitrary actuation by feeding mechanical energy in a simple manner, for example via a gear, from the outside.
- the invention therefore has the advantage that the control device is functional is controllable and can be actuated, for example, by a transmission, which ensures that a dependency on operating conditions such as pressures or jerky accelerations is avoided in a simple manner.
- control device is arranged such that it can rotate relative to the drum and is connected to the drum via the drive. This has the advantage that the control device can be carried out in an uncomplicated and robust manner and is therefore also insensitive to interference.
- a further embodiment provides that the control device is driven to the drum at a differential speed.
- the differential speed can be set variably, for example, from zero to the amount of the drum speed.
- control device is operatively connected to the opening, which can expediently be designed so that it is at a Relative movement to the drum casing alternately covers or releases the opening.
- control device can be designed such that it has a width that at least partially covers the opening.
- the control device in operative connection with the opening has a width at which the opening is only partially covered, this does not result in the opening being closed, but does increase the flow resistance and thus reduce the amount of sludge escaping per unit of time.
- a width covering the opening in operative connection of the control device with the opening the flow of the sludge through the opening is interrupted. It must not necessarily between a complete shock circuit - be the controller and the opening.
- control device is at a distance from the opening from the width of a gap with a labyrinth effect in the closed position, and that the distance between the opening and the control device is preferably adjustable.
- control device can be arranged both inside and outside the drum.
- a preferred embodiment further provides for a control device arranged inside the drum to have a disk-shaped configuration and to have at least one recess and / or a preferably cam-like projection in the region interacting with the opening.
- control device is a baffle plate, which preferably covers the opening with an edge portion.
- the dust disk can be arranged on the screw body of a discharge screw, for example, and the screw helix can be guided through a recess in the baffle disk.
- control device is provided before that it is designed as a rotary valve.
- control device with a device for Keeping the opening acidic is preferably equipped with an elastic wiper.
- a further expedient embodiment results in cooperation with the opening and control device in that the opening is arranged in a nozzle body which can preferably be screwed into the drum shell from the outside.
- the opening of the nozzle body is variable in cross-section and is preferably formed by inserts made of elastic, wear-resistant material.
- the jacket is cylindrical. This measure makes it particularly advantageously possible to enlarge the discharge area for the heavy solid-laden phase, in particular in the case of separators.
- control devices and openings are arranged distributed on the jacket. This results in an increased sensitivity of the discharge control.
- the invention is also expediently designed in such a way that the nozzle-like openings are controlled independently of one another.
- a particularly expedient embodiment of the device according to the invention provides that a plate pack has spacers between the individual plates with deflecting members projecting beyond the plate ends. This measure gives the separated heavy solids-laden phase a movement component parallel to the axis of rotation, but also parallel to the circumference of the jacket, in a particularly simple manner, so that the nearest outlet nozzle is reached in the shortest possible time.
- the drum 1 is the Solid bowl screw centrifuge 2 with a circumference Number of outlet openings 3 equipped. These are in nozzle-shaped bodies 4 in accordance with an enlarged and detailed illustration in the figures Arranged 2 to 6, the same parts being otherwise provided with the same reference numerals in these figures. These openings 3 are covered by the control member 5 in the position shown, closed in this way, thereby preventing the flow of the thickened sludge phase. As is known, this sludge phase sediments at the deepest point of the accumulation inside the drum 1 Clarification pond, the mirror 6 of which is fixed by the height-adjustable weirs 7. These are located at the openings 8 provided for the overflow of the center of the front closure plate 9 of the drum 1.
- This drum 1 is otherwise on the conically tapered side 10 of a support structure and bracket 11 is added, which in turn is rotatably supported in the bearing assembly 12.
- the drum is driven via the V-belt pulley 13 by a V-belt transmission, not shown, and a motor, also not shown.
- the suspension is entered, as indicated by arrow 14, through a feed pipe 15 into the interior of centrifuge 2.
- the centrifuge 2 has a rotatably mounted screw body 15 which carries the screw spirals 16.
- the direction of movement of the screw body 15 is indicated by arrow 17.
- the screw body 15 is rotatably supported within the drum 1 by the intermediate bearings 18 and 19.
- the rotary movement transmitted by the V-belt drive 13 to the drum 1 is transmitted via the end plate 9 to a hollow shaft 21 mounted in the bearing arrangement 20, and from there to a differential gear 21, which in turn is driven on the output side by the shaft 22 with the left-hand end plate 23 of the step , corner body 15 is firmly connected.
- the screw spirals 16, during their rotational movement in the direction of the arrow 17, transport sediment in the direction of the arrow 24.
- the screw spiral 16 is, according to the detailed illustration in FIG of the control member 5 passed.
- Fig. Lb shows the arrangement of screw helix 16 and control disk 5 in section corresponding to Section plane A - A in FIG. 1.
- the illustration according to FIG. 1b shows the cut screw body 15 with the screw spiral 16 also cut, as well as the disk-shaped control device 5 in view.
- the nozzle body 4 is in the drum casing 1 screwed with the opening 3 from the outside.
- the control device 5 there is the recess 25 through which - perpendicular to the viewing plane - solid is transported through the screw spiral 16.
- the control device 5 is equipped with a rubber-elastic scraping element 26, which projects beyond the periphery 28 of the control element 5 by the amount 27. This scraper member 26 is fastened in a receptacle 29.
- FIG. 1c The functional assignment of a control device 5 and a screw helix 16 is further illustrated in the sectional view according to FIG. 1c. It can be seen that the screw helix 16 passes through the recess 25 of the control member 5, the control disk 5 optically withdrawing to the edge part 50 of the recess 25 on the right, since it is covered by the helix 16 for the viewer's eye while conversely to the left of the recess 25, the helix 16, which cuts at an angle behind the control disk 5, is optically concealed by it from the viewer's eye.
- the helix 16 rotates in the direction of the arrow 17, solid is transported from the viewing plane towards the viewer.
- the screw body 15 is equipped with the screw coils 16 and also equipped with the control element 5.
- this is a disk-shaped organ which has a width covering the opening 3.
- the control function can be brought about either by recesses in the width or recesses in the diameter, the arrangement and design of which, however, fall within the skill of the skilled worker and are therefore not shown in more detail in FIG. 2.
- control device 5 with a T-shaped cross section can be seen in FIG. 3.
- FIG. 4 shows one U-shaped opening 3 bent in the direction of flow in cooperation with the disk-shaped control device 5.
- this has control cams 51 placed on the end face, which close the drain opening 3 when they overlap, and open in the release position.
- FIG. 6 An arrangement of a nozzle body 4 containing the opening 3 with a wear-resistant insert 52 is shown in FIG. 6.
- the control device 5 is a disk with a T-shaped cross section.
- the distance between the control device 5 and the wear-resistant mouthpiece 52 is designated by the number 53. This can be varied as desired by screwing the body 4 more or less deeply into the thread 54.
- the gap width 53 is in the practical case, for example, between 20 and 500 microns.
- the nozzle body 4 has an elastic insert 55 which is variable in cross section and which changes in diameter 57 within relatively wide limits by screwing in the screw 56 more or less deeply can be.
- the two rotating bodies 1 and 15 are connected to one another in a force-locking manner via the hollow shaft 21 and the shaft 22 and the differential gear 21.
- the differential gear 21 allows a differential speed to be set between the drum 1 and the worm body 15 by mechanical, electrical or hydraulic adjustment intervention, the size of which can be varied as desired.
- the differential speed can be zero revolutions per minute on the one hand, and the speed of the drum casing 1 at zero speed of the screw body on the other hand. In practical operation, the speed difference is between 2 and 10 revolutions per minute.
- the control device 5 rotates with a Relative speed with respect to the drum casing 1 and moves with its edge part 50 past the nozzle bodies 4 receiving the openings 3.
- this results in a gap width in the order of magnitude of, for example, 20 to 500 microns in the overlapping state, that is to say in the closed state.
- the control device 5 reaches one of the openings 3 with its recess 25 during its relative movement to the drum 1, the closed state is released and the opening 3 is opened.
- thickened sludge is expelled through the opening 3 in a controllable amount per unit of time, which results from the opening diameter, liquid pressure and viscosity.
- Recess 25 and the relative speed resulting time is restored when the relative movement continues the closed state between the control member 5 and the opening 3, after which the play of opening and closing is repeated periodically.
- a technical control of the amount of sludge escaping per unit of time is possible on the one hand by the type and design of the control element and the differential speed, and on the other hand by an arbitrarily variable number of openings 3 on the circumference of the drum casing 1, and by variable choice of the diameter 57 of each Openings 3.
- FIG. 7 An arrangement of the control device according to the invention in a separator is shown in FIG. 7.
- the housing 70 of the separator consists, in a manner known per se, of the two housing parts 71 and 72 screwed together. In the region of the largest diameter, nozzle-like openings 73 are arranged which allow the heavy sludge phase to pass freely.
- the control element 75 designed according to the invention is arranged in the example shown, which is set in rotation in relation to the housing 70 with a differential speed.
- the housing 70 with the hollow shaft 74 is rotatably mounted in the bearing 76
- the inner parts of the separator are rotatably mounted on the shaft 77 independently of the housing 70.
- the shaft 77 and the hollow shaft 74 are supported one inside the other by needle bearings 78.
- the control device 75 is arranged in support arms 79, which in turn are fixed to the shaft 77 are connected. Likewise, the body 81 carrying the separator plates 80 is screwed and rotated firmly to the shaft 77, connected to the control device 75 on the same shaft, at a differential speed with respect to the housing 70.
- the control device 75 covers the opening 73 in the position shown and closes it in the way already described. However, if, as a result of the relative movement, the recess 85 moves past the opening 73, it is released for a short time and the accumulated sludge can escape from the housing 70.
- both the hollow shaft 74 and the shaft 77 are each equipped with a separate drive disk 82 and 83. These are driven by a Vario transmission 86 with the motor 87 with an adjustable speed difference via the V-belt transmissions 88 and 89.
- the slurry is introduced in a manner known per se according to arrow 90 through the feed pipe 91 into the interior of the body 81 carrying the separator plates 80, on the conically enlarged wall of which the suspension is conducted downwards and through the openings 92 into the conically enlarged distributor 93 arrives from where the suspensions arrive in the separating space of the separator in a manner known per se.
- the lighter phase reaches the outlet chamber 93 in the upper region of the separator and from there into the outlet pipe 94.
- the amount of sludge discharged per unit of time is set on the one hand by the number and size of the openings 73 on the diameter of the separator housing 70, and on the other hand controlled by the type and design of the control device 75 and its recesses 85 via the differential speed.
- Fig. 8 shows the control device according to the invention in a centrifuge in which three phases of different weights of solid-liquid mixtures and / or mixtures of liquids of different densities can be separated.
- the cylindrical housing 70 of the centrifuge consists of the two housing parts 71 and 72 screwed together. In the area of the largest diameter, a number of nozzle-like openings 73 are arranged on the jacket 70, which enable the heavy phase to pass freely.
- the centrifuge In addition to the control device 75, the centrifuge also has special internals 80 which serve to increase the separating effect.
- control takes place as described for FIG. 7 by means of one or more control devices 75, which are arranged in support arms 79. It is also part of the invention that the control of the individual nozzle-like openings 73 can take place independently of one another by setting different differential speeds of the control devices 75 with respect to the housing 70.
- the three-phase mixture is entered in a known manner according to arrow 90 by Feed pipe 91 into the interior of the internals 80 designed as a plate pack, which is carried by the body 81, on the conically widened wall of which the suspension is guided downwards and through the openings 92 into the conically widened distributor 93, from where the three phases in get into the separation space of the centrifuge in a manner known per se.
- the medium-heavy phase enters one Outlet chamber 104 and from there into the outlet pipe 105, while the light phase rises between the plates 97 of the plate pack 80 and is drawn off via the outlet pipe 106.
- FIGS. 9, 10 and 11 show in detail the configuration of the plate internals 80 when the device according to the invention is designed with a cylindrical jacket.
- deflection elements 99 are provided, for example by extending the spacers 96 between the individual plates 97 over the Plate ends 98 beyond. By bending the deflection elements 99 in a suitable manner, the movement towards the nearest outlet nozzle 73 is predetermined for the heavier phase.
- the upper edges of the ends 100 of the deflection elements 99 are, as shown in FIG Priority axes 101 in the direction of rotation 102 rotated by an angle alpha ⁇ between 0 to 90 0, preferably 60 0, so that the axial flow component is amplified.
- the deflection elements 99 are bent in the flow direction 103 by an angle Beta ⁇ between 0 and 90 °, preferably between 45 and 60 °.
- a kink or bend of the deflection members 99 with respect to the axis of rotation can also give the flowing heavy phase a movement component parallel to the axis of rotation and is also part of the subject matter of the present invention.
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Trennen von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, bei welcher mindestens eine eingedickte Feststoffphase mindestens teilweise durch mindestens eine unterhalb des Flüssigkeitsspiegels im Mantel der Trommel angeordnete Öffnung ausgetragen wird, und welche mindestens eine Steuervorrichtung zum Öffnen oder Schließen derselben aufweist.
- Eine bekannte Zentrifuge der genannten Gattung weist am Umfang der Trommel Düsen mit Steuervorrichtungen zum Öffnen oder Schließen derselben auf. Die Steuervorrichtungen sind automatisch wirkende Ventile, welche durch den Druck in der eingedickten Feststoffphase betätigbar sind und ein selbsttätiges Ablassen dieser Feststoffphase aus der Zentrifuge ermöglichen (DE-AS 1482708).
- Als Nachteil wird dabei empfunden, daß die ventilartig ausgebildeten Steuervorrichtungen aus komplizierten und mit hoher Präzision ausgeführten feinmechanischen Teilen bestehen, deren Empfindlichkeit und Störanfälligkeit für den rauhen Betrieb einer Zentrifuge nicht geeignet ist. Insbesondere kann dabei nicht gewährleistet werden, daß die auf den Umfang verteilten Ventile schlagartig zur gleichen Zeit öffnen. Wenn dies aber nicht geschieht; wird die Zentrifuge durch einseitige Entleerung in Unwucht versetzt, was zu erheblichen Störungen bis zum Defekt der Maschine führen kann.
- Eine andere bekannte Vollmantel-Zentrifuge (DE-AS 2063063) mit Schlammaustrittsöffnungen im Mantel weist Mittel zum Öffnen una Schließen dieser Öffnungen auf, welche durch rückartiges Bremsen oder Beschleunigen der Zentrifuge betätigt werden. Bei dieser bekannten Zentrifuge wird ebenfalls die komplizierte und aufwendige Mechanik zum Öffnen und Schließen der Schlammaustrittsöffnungen als Nachteil empfunden. Noch bedenklicher sind jedoch die zur Betätigung der Steuervorrichtungen notwenigen Brems- oder Beschleunigungsrucke, deren Anwendung insbesondere bei größeren Maschinen mit entsprechend hohen Massenkräften sich praktisch von selbst verbietet, abgesehen von dem nachteiligen Einfluß auf die Maschine selbst sowie deren Inhalt.
- Diese Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Zentrifuge der genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, bei welcher die Steuervorrichtung zum Öffnen und Schließen der im Mantel der Trommel angeordneten Öffnungen möglichst unkompliziert ist, und insbesondere keine mit Genauigkeit herzustellenden mechanischen Teile benötigt.
- Ein weiterer Teil der Aufgabe besteht darin, die Betätigung der Steuervorrichtung so sensibel einstellen zu können, daß eingedickte Feststoff-Flüssigkeits-Gemische nach Maßgabe von regeltechnisch beherrschten Betriebsparametern gesteuert und in kontrollierter Menge und/oder Menge pro Zeiteinheit abgelassen und insbesondere ohne ruckartige Beschleunigungen ausgetragen werden können.
- Weiter besteht ein Teil der Aufgabe darin, die Funktion der Steuervorrichtung vom Einfluß und/oder der Größe des künstlichen Schwerefeldes freizuhalten. Und schließlich soll die erfindungsgemäße Vorrichtung verschleißarm, wartungsfreundlich und vorzugsweise mit einer einfachen Bedienungseinrichtung, beispielsweise mit Fernbetätigung und Rückmeldung an einem Bedienungspult betätigbar sein.
- Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steuervorrichtung mit einem Antrieb ausgestattet ist.Unter einem Antrieb wird hierbei jeder Energieeingabepunkt am Eingang einer Maschine oder eines Getriebes beziehungsweise eines Mechanismus verstanden, wobei dieser Teil einer Maschine oder Maschinenanlage ist, welcher eine Bewegung auf diese überträgt und die mechanische Energie hierfür von außen einspeist.
- Gemäß dieser Definition besteht die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wesentlich darin, daß diese den funktionell integrierten Teil einer Maschinenanlage bildet, welche die willkürliche Betätigung durch Einspeisung mechanischer Energie auf einfache Weise, beispielsweise über ein Getriebe, von außen her ermöglicht.
- Mit der Erfindung ergibt sich infolgedessen der Vorteil, daß die Steuervorrichtung funktionell beherrschbar ist und beispielsweise durch ein Getriebe betätigt werden kann, wodurch erreicht wird, daß eine Abhängigkeit von Betriebszuständen wie Drücken oder ruckweisen Beschleunigungen auf einfache Weise vermieden ist.
- In Ausgestaltung der Erfindung ist weiter vorgesehen, daß die Steuervorrichtung im Verhältnis zur Trommel drehbeweglich angeordnet ist und über den Antrieb mit der Trommel in Verbindung steht. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Steuervorrichtung umkompliziert und robust ausgeführt werden kann und daher auch unempfindlich gegenüber Störungen ist.
- Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Steuervorrichtung mit einer Differenz-Drehzahl zur Trommel angetrieben wird. Dabei kann die Differenz-Drehzahl veränderlich beispielsweise vom Betrag Null bis zum Betrag der Trommeldrehzahl eingestellt werden.
- Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß der Austrag der eingedickten Feststoffphase beliebig eingestellt und damit optimiert werden kann. Weil dabei, wie bereits erwähnt, eine Koppelung des Austrages mit den übrigen Betriebszuständen oder Betriebsparametern, im Gegensatz zum Stand der Technik nicht der Fall ist, werden bisher bestehende Grenzen der Technik erweitert, und dadurch ein erheblicher Fortschritt erzielt.
- In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuervorrichtung mit der Öffnung in Wirkungsverbindung steht, wobei diese zweckmäßig so ausgebildet sein kann, daß sie bei einer Relativbewegung zum Trommelmantel die Öffnung abwechselnd überdeckt oder freigibt.
- Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung so ausgebildet sein, daß sie eine die Öffnung mindestens teilweise überdeckende Breite aufweist.
- Wenn beispielsweise die Steuervorrichtung in Wirkungsverbindung mit der Öffnung stellenweise eine Breite aufweist, bei welcher die Öffnung nur teilweise überdeckt wird, so ergibt dies zwar keinen Abschluß der Öffnung, jedoch eine Erhöhung des Durchflusswiderstandes und damit eine Verringerung der pro Zeiteinheit austretenden Schlamm-Menge. Andererseits wird bei einer die Öffnung überdeckenden Breite in Wirkungsverbindung der Steuervorrichtung mit der Öffnung der Durchfluß des Schlammes durch die Öffnung unterbrochen. Dabei muß nicht unbedingt ein vollständiger Berührungsschluß zwischen-Steuerorgan und Öffnung vorliegen.
- Es genügt zum Stoppen des Durchflusses einer Dickstoff-Flüssigkeit, insbesondere mit thixotropen Eigenschaften, eine Überdeckung mit dem Abstand von einem Labyrinthspalt.
- Daher ist in einer erfindungswesentlichen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Steuervorrichtung in Abschlußstellung einen Abstand von der Öffnung von der Weite eines Spaltes mit Labyrinthwirkung aufweist, und daß der Abstand zwischen der Öffnung und der Steuervorrichtung vorzugsweise einstellbar ist.
- Durch diese Ausgestaltung ergibt sich eine besonders unkomplizierte und robuste, vor allem aber nicht verschleißempfindliche Ausführung der Steuervorrichtung, welche unter Verzicht auf Körperberührung im Verschlußzustand allen komplizierten mechanischen Steuervorrichtungen überlegen ist. Dabei hat sich überraschend herausgestallt, daß die Abschlußwirkung bei wässrigen Feststoffgemischen auch bei hohen und höchsten Zentrifugalbeschleunigungen vorhanden ist. Dieser Effekt beruht vermutlich auf einer günstigen Wirkung der Wandreibung kleinster Feststoffteilchen.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Steuervorrichtung sowohl innerhalb als auch außerhalb der Trommel angeordnet sein kann.
- Eine vorzugsweise Ausgestaltung sieht weiter bei einer innerhalb der Trommel angeordneten Steuervorrichtung vor, daß diese eine scheibenförmige Ausbildung hat und in dem mit der Öffnung zusammenwirkenden Bereich mindestens eine Ausnehmung und/oder einen vorzugsweise nockenartigen Vorsprung aufweist.
- Alle derartigen Ausbildungen der Steuervorrichtung wirken in gleicher Weise vorteilhaft, indem sie im Zusammenwirken mit der Öffnung die Funktion eines Steuerschiebers ergeben.
- Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung eine Stauscheibe ist, welche die Öffnung vorzugsweise mit einer Randpartie überdeckt. Dabei kann die Staubscheibe beispielsweise auf dem Schneckenkörper einer Austragsschnecke angeordnet, und die Schneckenwendel durch eine Ausnehmung der Stauscheibe hindurchgeführt sein.
- Weiter sieht eine Ausgestaltung der Steuervorrichtung vor, daß diese als Drehschieber ausgebildet ist.
- Für den Fall, daß neben einer schlammförmig-flüssigen Feststoffphase eine mit gröberen Feststoffpartikeln durchsetzte Feststoffphase vorliegt, welche üblicherweise mit einem Schnecken-Austragsorgan aus der Zentrifugentrommel ausgetragen wird, ist es von Vorteil, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Steuervorrichtung mit einer Einrichtung zum Sauerhalten der Öffnung, vorzugsweise mit einem elastischen Abstreifer ausgestattet ist.
- Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung ergibt sich im Zusammenwirken mit Öffnung und Steuervorrichtung dadurch, daß die Öffnung in einem vorzugsweise von außen in den Trommelmantel einschraubbaren Düsenkörper angeordnet ist.
- Und schließlich wird dabei mit Vorteil von der Maßnahme Gebrauch gemacht, daß die Öffnung des Düsenkörpers im Querschnitt veränderlich ist und vorzugsweise durch Einsätze aus elastischem, verschleißresistentem Werkstoff gebildet wird.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Mantel zylinderförmig ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird es insbesondere vorteilhaft möglich, den Austragsbereich für die schwere feststoffbeladene Phase, insbesondere bei Separatoren zu vergrößern.
- In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Steuervorrichtungen und Öffnungen, insbesondere Düsen auf dem Mantel verteilt angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Sensibilität der Austragssteuerung.
- Zweckmäßig wird die Erfindung auch dadurch ausgestaltet, daß die Steuerung der düsenartigen Öffnungen unabhängig voneinander erfolgt.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden neben den Steuervorrichtungen auch Einbauten zur Beeinflussung der Strömungsrichtung der schweren Phase im Bereich des Mantels, vorzugsweise Tellerpakete vorgesehen. Mit dieser Maßnahme kann insbesondere auch bei größeren Zentrifugen mit waagerechter Rotationsachse eine Steigerung der Trennwirkung erzielt werden und der schweren Phase eine verstärkte Bewegungskomponente in Austragsrichtung in etwa parallel zur Rotationsachse vermittelt werden.
- Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß ein Tellerpaket Abstandshalter zwischen den einzelnen Tellern aufweist mit über die Tellerenden hinausragenden Umlenkorganen. Durch diese Maßnahme wird der abgetrennten schweren feststoffbeladenen Phase auf besonders einfache Weise eine Bewegungskomponente parallel zur Rotationsachse, aber auch parallel zum Mantelumfang verliehen, so daß die nächstgelegene Auslaßdüse in kürzestmöglicher Zeit erreicht wird.
- Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen im Beispiel näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. l eine Zentrifuge nach der Erfindung, im Schnitt,
- Fig. la einen vergrößerten Ausschnitt der Zentrifuge gemäß Fig. 1, teils im Schnitt, teils in Ansicht,
- Fig. 1b einen vergrößerten Ausschnitt der Zentrifuge gemäß Fig. 1 mit der Steuervorrichtung und einem elastischen Abstreifer,
- Fig. lc einen Schnitt durch die Zentrifuge gemäß Fig. 1, in einer Schnittebene senkrecht zur Rotationsachse,
- bis Fig.6 je eine Detaildarstellung der mit einer düsenartigen Öffnung zusammenwirkenden Steuervorrichtung,
- Fig. 7 einen mit der Erfindung ausgestatteten Düsenseparator im Schnitt,
- Fig. 8 eine mit der Erfindung ausgestattete Zentrifuge zur Trennung von drei unterschiedlichen Phasen,
- Fig. 9 Detailzeichnung der Ausschnittes X aus Fig. 8, teils im Schnitt, teils in Ansicht,
- Fig. 10 Schnitt Y - Y durch die Zentrifuge gemäß Fig. 8 mit Teller in Draufsicht ohne Schnitt,
- Fig. 11 perspektivische Seitenansicht der Einbauten der Zentrifuge gemäß Fig. 8.
- In Fig. 1 ist die Trommel 1 der
Vollmantel-Schneckenzentrifuge 2 am Umfang mit einer Anzahl von Auslaßöffnungen 3 ausgestattet. Diese sind in düsenförmigen Körpern 4 entsprechend einer vergrößerten und detaillierten Darstellung in den Figuren
2 bis 6 angeordnet, wobei im übrigen in diesen Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Diese Öffnungen 3 werden von dem Steuerorgan 5 in der gezeigten Stellung überdeckt, auf diese Weise verschlossen, wodurch der Durchfluß der eingedickten Schlammphase verhindert wird. Diese Schlammphase sedimentiert, wie bekannt, an der tiefsten Stelle des im Inneren der Trommel 1 angestauten
Klärteiches, dessen Spiegel 6 durch die höhenverstellbaren Wehre 7 festgelegt ist. Diese befinden sich an den für den Überlauf des Zentrates vorgesehen Öffnungen 8 der stirnseitigen Verschlußplatte 9 der Trommel 1. Diese Trommel 1 wird im übrigen an der konisch verjüngten Seite 10 von
einer Tragkonstruktion und Halterung 11 aufgenommen, welche ihrerseits in der Lageranordnung 12 drehbar gelagert ist. Der Antrieb der Trommel erfolgt über die Keilriemenscheibe 13 durch eine nicht näher dargestellte Keilriemen-Transmission und einen ebenfalls nicht dargestellten Motor. Die Eingabe der Suspension erfolgt, wie durch den Pfeil 14 angedeutet, durch ein Aufgaberohr 15 in das Innere der Zentrifuge 2. - Deren Funktion und grundsätzlicher Aufbau wird im übrigen für einen Fachmann als bekannt vorausgesetzt. Die Zentrifuge 2 besitzt einen drehbar gelagerten Schneckenkörper 15, welcher die Schneckenwendeln 16 trägt. Die Bewegungsrichtung des Schneckenkörpers 15 ist durch den Pfeil 17 angedeutet. Der Schneckenkörper 15 ist innerhalb der Trommel 1 durch die Zwischenlager 18 und 19 drehbar gelagert. Die durch den Keilriemenantrieb 13 auf die Trommel 1 übertragene Drehbewegung wird über die Stirnplatte 9 auf eine in der Lageranordnung 20 gelagerte Hohlwelle 21 übertragen, und von dieser weiter auf ein Differenzialgetriebe 21, welches seinerseits abtriebsseitig durch die Welle 22 mit der linksseitigen Stirnplatte 23 des Schr,eckenkörpers 15 fest verbunden ist. Die Schneckenwendeln 16 transportieren bei ihrer Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 17 sedimentierten Feststoff in Richtung des Pfeiles 24. Um zu verhindern, daß das scheibenförmige Steuerorgan 5 den Transport des Feststoffes blockiert, ist die Schneckenwendel 16 gemäß detaillierter Darstellung in Fig. la durch eine Ausnehmung 25 des Steuerorgans 5 hindurchgeführt. Fig. lb zeigt die Anordnung von Schneckenwendel 16 und Steuerscheibe 5 im Schnitt entsprechend der
Schnittebene A - A in Fig. 1. Die Darstellung gemäß Fig. lb zeigt den geschnittenen Schneckenkörper 15 mit der ebenfalls geschnittenen Schneckenwendel 16, sowie in Ansicht die scheibenförmige Steuervorrichtung 5. In den Trommelmantel 1 ist, wie bereits weiter oben beschrieben, der Düsenkörper 4 mit der Öffnung 3 von außen eingeschraubt. In der Steuervorrichtung 5 befindet sich die Ausnehmung 25, durch welche - senkrecht zur Betrachtungsebene - Feststoff durch die Schneckenwendel 16 transportiert wird. Weiter ist die Steuervorrichtung 5 mit einem gummielastischen Abstreiforgan 26 ausgestattet, welches um den Betrag 27 über die Peripherie 28 des Steuerorgans 5 hinausragt. Dieses Abstreiforgan 26 ist in einer Aufnahme 29 befestigt. - Die funktionelle Zuordnung einer Steuervorrichtung 5 sowie einer Schneckenwendel 16 ist in dem Schnittbild gemäß Fig. Ic weiter verdeutlicht. Dabei ist zu erkennen, daß die Schneckenwendel 16 durch die Ausnehmung 25 des Steuerorganes 5 hindurchtritt, wobei rechts von der Ausnehmung 25 die Steuerscheibe 5 bis auf deren Randpartie 50 optisch zurücktritt, da sie durch die Wendel 16 für das Auge des Betrachters verdeckt ist, während umgekehrt links von der Ausnehmung 25 die in einem Winkel hinter der Steuerscheibe 5 hinderschneidende Wendel 16 durch diese für das Auge des Betrachters optisch verdeckt ist. Bei einer Drehbewegung der Wendel 16 in Richtung des Pfeiles 17 wird Feststoff aus der Betrachtungsebene in Richtung auf den Betrachter zu transportiert.
- Weitere Einzelheiten über das Zusammenwirken einer Steuervorrichtung 5 mit einer Öffnung 3 sind den detaillierten Darstellungen in den Figuren 2 bis 6 zu entnehmen. Gemäß Fig. 2 ist der Schneckenkörper 15 mit den Schneckenwendeln 16 ausgestattet und ferner mit dem Steuerorgan 5 ausgerüstet. Dieses ist im vorliegenden Falle ein scheibenförmiges Organ, welches eine die Öffnung 3 überdeckende Breite aufweist. Die Steuerfunktion kann dabei entweder durch Ausnehmungen in der Breite oder Ausnehmungen am Durchmesser hervorgerufen werden, deren Anordnung und Ausbildung jedoch in das handwerkliche Belieben des Fachmannes fallen und daher in Fig. 2 nicht näher dargestellt sind.
- Eine Ausbildung der Steuervorrichtung 5 mit T-förmigem Querschnitt ist in Fig. 3 erkennbar.
- Eine andere Ausbildung gemäß Fig. 4 zeigt eine U-förmige, in Strömungsrichtung gebogene Öffnung 3 im Zusammenwirken mit der scheibenförmigen Steuervorrichtung 5. Diese hat im gezeigten Beispiel auf der Stirnseite aufgesetzte Steuernocken 51, welche die Ablaßöffnung 3 bei Überdeckung verschließen, und in der Freigabestellung öffnen.
- Eine Ausstattung eines die Öffnung 3 enthaltenden Düsenkörpers 4 mit einem verschleißresistenten Einsatz 52 zeigt Fig. 6. Die Steuervorrichtung 5 ist im gezeigten Beispiel eine Scheibe mit T-förmigem Querschnitt.
- Der Abstand zwischen der Steuervorrichtung 5 und dem verschleißresistenten Mundstück 52 ist durch die Ziffer 53 bezeichnet. Dieser kann durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben des Körpers 4 in das Gewinde 54 nach Belieben variiert werden. Die Spaltweite 53 beträgt im praktischen Fall beispielsweise zwischen 20 und 500 Mikron.
- Eine etwas andere Ausgestaltung zeigt Fig. 5 mit einem L-förmigen Querschnitt der Steuervorrichtung 5. Dabei weist der Düsenkörper 4 einen im Querschnitt veränderlichen elastischen Einsatz 55 auf, welcher durch mehr oder weniger tiefes Einschrauben der Schraube 56 im Durchmesser 57 in relativ weiten Grenzen verändert werden kann.
- Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 6 ist folgende:
- Bei der in Drehbewegung versetzten Zentrifuge 2, deren Antrieb mit Hilfe der Riemenscheibe 13 über einen nicht dargestellten Keilriemenantrieb mit zugehörigem Antriebsmotor erfolgt, dreht sich die als Vollmantel ausgebildete Trommel 1 mit einer
- Differenzgeschwindigkeit gegenüber dem ebenfalls in Richtung des Pfeiles 17 in Drehbewegung versetzten Schneckenkörper 15. Die beiden rotierenden Körper 1 und 15 sind über die Hohlwelle 21 und die Welle 22 sowie das Differenzialgetriebe 21 kraftschlüssig miteinander verbunden.
- Das Differenzialgetriebe 21 gestattet es, durch mechanischen, elektrischen oder hydraulischen Verstelleingriff eine Differenzgeschwindigkeit zwischen der Trommel 1 und dem Schneckenkörper 15 einzustellen, deren Größe beliebig veränderlich ist. Die Differenzgeschwindigkeit kann dabei in den Extremfällen einerseits Null Umdrehungen pro Minute, und andererseits die Drehzahl des Trommelmantels 1 bei Geschwindigkeit Null des Schneckenkörpers betragen. Im praktischen Betrieb beträgt die Drehzahl-Differenz zwischen 2 und 10 Umdrehungen pro Minute.
- Bei einer solchen Drehzahl-Differenz rotiert die Steuervorrichtung 5 mit einer
Relativgeschwindigkeitgegenüber dem Trommelmantel 1 und bewegt sich mit ihrer Randpartie 50 an den die Öffnungen 3 aufnehmenden Düsenkörpern 4 vorbei. Wie bereits ausgeführt, ergibt sich dabei im Überdeckungszustand, das heißt also im Verschlußzustand, eine Spaltweite in der Größenordnung von beispielsweise 20 bis 500 Mikron. Wenn die Steuervorrichtung 5 bei ihrer Relativbewegung zur Trommel 1 mit ihrer Ausnehmung 25 eine der-Öffnungen 3 erreicht, wird der Verschlußzustand aufgehoben und die Öffnung 3 freigegeben. In diesem Moment wird eingedickter Schlamm durch die Öffnung 3 in einer durch Öffnungsdurchmesser, Flüssigkeitsdruck und Zähigkeit sich ergebender regelbaren Menge pro Zeiteinheit ausgestoßen. Nach einer durch die Abmessungen der - Ausnehmung 25 und die Relativgeschwindigkeit sich ergebenden Zeit wird bei Fortsetzung der Relativbewegung der Verschlußzustand zwischen dem Steuerorgan 5 und der Öffnung 3 wieder hergestellt, wonach sich das Spiel von Öffnen und Schließen periodisch wiederholt.
- Eine regeltechnische Beeinflussung der pro Zeiteinheit austretenden Schlamm-Menge ist dabei einerseits möglich durch Art und Ausbildung des Steuerorgans und die Differenzgeschwindigkeit, als auch andererseits durch eine beliebig variierbare Anzahl von Öffnungen 3 am Umfang des Trommelmantels 1, sowie durch veränderliche Wahl des Durchmessers 57 jeder dieser Öffnungen 3.
- Eine Anordnung der Steuervorrichtung nach der Erfindung in einem Separator zeigt Fig. 7.
- Das Gehäuse 70 des Separators besteht in an sich bekannter Weise aus den beiden miteinander verschraubten Gehäuseteilen 71 und 72. Im Bereich des größten Durchmessers sind düsenartige Öffnungen 73 angeordnet, welche einen freien Durchgang der schweren Schlammphase ermöglichen. Um diesen Durchgang zu steuern, ist im gezeigten Beispiel das nach der Erfindung ausgestaltete Steuerorgan 75 angeordnet, welches im Verhältnis zum Gehäuse 70 mit einer Differenzgeschwindigkeit in Rotationsbewegung versetzt wird. Zu diesem Zweck ist einerseits das Gehäuse 70 mit der Hohlwelle 74 in der Lagerung 76 drehbar gelagert, und andererseits sind die Innenteile des Separators auf der Welle 77 unabhängig vom Gehäuse 70 drehbar gelagert. Die Welle 77 und die Hohlwelle 74 sind durch Nadellager 78 ineinander gelagert. Die Steuervorrichtung 75 ist in Tragarmen 79 angeordnet, welche ihrerseits mit der Welle 77 fest verbunden sind. Desgleichen ist der die Separatorenteller 80 tragende Körper 81 fest mit der Welle 77 verschraubt und rotiert, mit der Steuervorrichtung 75 auf gleicher Welle miteinander verbunden, mit Differenzgeschwindigkeit gegenüber dem Gehäuse 70. Die Steuervorrichtung 75 Uberdeckt in der gezeigten Stellung die Öffnung 73 und verschließt dies in der bereits geschilderten Art und Weise. Wenn jedoch infolge der Relativbewegung die Ausnehmung 85 an der Öffnung 73 vorbeiwandert, wird diese-kurzzeitig freigegeben, und der angesammelte Schlamm kann aus dem Gehäuse 70 austreten.
- Zum Zwecke der Relativbewegung ist sowohl die Hohlwelle 74 als auch die Welle 77 je mit einer separaten Antriebsscheibe 82 und 83 ausgestattet. Diese werden durch ein Variogetriebe 86 mit dem Motor 87 mit einstellbarer Geschwindigkeitsdifferenz über die Keilriementransmissionen 88 und 89 angetrieben. Die Eingabe der Trübe erfolgt in an sich bekannter Weise entsprechend dem Pfeil 90 durch das Aufgaberohr 91 in das Innere des die Separatorenteller 80 tragenden Körpers 81, an dessen konisch erweiterter Wand die Suspension nach unten geleitet wird und durch die Öffnungen 92 in den konisch erweiterten Verteiler 93 gelangt, von wo die Suspensionen in an sich bekannter Weise in den Trennraum des Separators gelangt. Während die sich absetzende schwerere feststoffhaltige Schlammphase durch die nach der Erfindung angeordnete Steuervorrichtung 75 in geregelter Menge durch die Auslaßdüsen 73 abgelassenwird, gelangt die leichtere Phase im oberen Bereich des Separators in die Auslasskammer 93 und von dort in das Auslassrohr 94.
- Auch im vorliegenden Beispiel wird die pro Zeiteinheit ausgetragende Schlamm-Menge einerseits durch Anzahl und Größe der Öffnungen 73 am Durchmesser des Separatorengehäuses 70 eingestellt, und andererseits durch die Art und Ausbildung der Steuervorrichtung 75 sowie deren Ausnehmungen 85 Uber die Differenzgeschwindigkeit beherrscht.
- Fig. 8 zeigt die Steuervorrichtung nach der Erfindung in einer Zentrifuge, in der drei unterschiedlich schwere Phasen von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen und/oder Gemischen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Dichte voneinander getrennt werden können. Das zylinderförmige Gehäuse 70 der Zentrifuge besteht aus den beiden miteinander verschraubten Gehäuseteilen 71 und 72. Im Bereich des größten Durchmessers sind mehrere düsenartige Öffnungen 73 auf dem Mantel 70 verteilt angeordnet, welche einen freien Durchgang der schweren Phase ermöglichen.
- Neben der Steuervorrichtung 75 weist die Zentrifuge auch besondere Einbauten 80 auf, die der Steigerung der Trennwirkung dienen.
- Die Steuerung erfolgt wie zu Fig. 7 beschrieben mittels einem oder mehreren Steuervorrichtungen 75, welche in Tragarmen 79 angeordnet sind. Es gehört dabei ebenso zur Erfindung, daß die Steuerung der einzelnen düsenartigen Öffnungen 73 unabhängig voneinander erfolgen kann, durch Einstellung unterschiedlicher Differenzgeschwindigkeiten der Steuervorrichtungen 75 gegenüber dem Gehäuse 70.
- Die Eingabe des Dreiphasengemisches erfolgt in bekannter Weise entsprechend dem Pfeil 90 durch das Aufgaberohr 91 in das Innere der als Tellerpaket ausgebildeten Einbauten 80, das vom Körper 81 getragen wird, an dessen konisch erweiterter Wand die Suspension nach unten geleitet wird und durch die Öffnungen 92 in den konisch erweiterten Verteiler 93 gelangt, von wo aus die drei Phasen in an sich bekannter Weise in den Trennraum der Zentrifuge gelangen. Während die sich absetzende schwerste feststoffhaltige Phase durch die nach der Erfindung angeordnete Steuervorrichtung 75 in geregelter Menge durch die Auslaßdüsen 73 abgelassen wird, wobei die Auslaßdüsen 73 unterhalb bzw. auf größerem Radius als der Flüssigkeitsspiegel der schweren Phase angeordnet sind, gelangt die mittelschwere Phase in eine Auslaßkammer 104 und von dort in das Auslaßrohr 105, während die leichte Phase zwischen den Tellern 97 des Tellerpaketes 80 aufsteigt und über das Auslaßrohr 106 abgezogen wird.
- Die Figuren 9, 10 und 11 zeigen in Detailausschnitten die Ausgestaltung der Tellereinbauten 80 bei Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mitzylinderförmigem Mantel. Damit die schwere Phase, die das Tellerpaket 80 infolge von Zentrifugal- und Trägheitskräften in Richtung 103 auf den Außenmantel 70 verläßt, eine verstärkte Bewegungskomponente parallel zur Rotationsachse erhält, werden Umlenkorgane 99 vorgesehen, beispielsweise durch Verlängerung der Abstandshalter 96 zwischen den einzelnen Tellern 97 über die Tellerenden 98 hinaus. Durch Biegung der Umlenkorgane 99 in geeigneter Weise wird so der schwereren Phase die Bewegung in Richtung auf die nächstgelegene Auslaßdüse 73 vorgegeben.
- Die oberen Kanten der Enden 100 der Umlenkorgane 99 ist zu diesem Zweck, wie Fig. 4 zeigt, um deren Schwerpunktachsen 101 in Rotationsrichtung 102 um einen Winkel Alpha α zwischen 0 bis 90 0, vorzugsweise 600 verdreht, sodaß die axiale Strömungskomponente verstärkt wird. Gegenüber den Abstandshaltern 96 sind die Umlenkorgane 99 um einen Winkel Beta β zwischen 0 und 90 °, vorzugsweise zwischen 45 und 60° in Strömungsrichtung 103 abgeknickt.
- Eine Abknickung bzw. Biegung der Umlenkorgane 99 gegenüber der Rotationsachse kann der strömenden schweren Phase ebenfalls eine Bewegungskomponente parallel zur Rotationsachse verleihen und gehört auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
- Im übrigen dienen die in den Figuren dargestellten und erläuterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Veranschaulichung der prinzipiellen Funktion einer Steuervorrichtung nach der Erfindung. Deren detaillierte konstruktive Ausgestaltung, soweit sie im Bereich des handwerklichen Könnens liegt und vom Fachmann ohne erfinderische Eingebung gestaltet werden kann, fällt ebenfalls unter die Erfindung, sofern sie einem der geltenden Patentansprüche genügt.
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