EP0423461A2 - Vollmantel-Schneckenzentrifuge - Google Patents

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EP0423461A2
EP0423461A2 EP90116037A EP90116037A EP0423461A2 EP 0423461 A2 EP0423461 A2 EP 0423461A2 EP 90116037 A EP90116037 A EP 90116037A EP 90116037 A EP90116037 A EP 90116037A EP 0423461 A2 EP0423461 A2 EP 0423461A2
Authority
EP
European Patent Office
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centrifuge
drum
solid
discharge
screw
Prior art date
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EP90116037A
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English (en)
French (fr)
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EP0423461A3 (en
EP0423461B1 (de
Inventor
Reinhold Dr. Schilp
Wolfgang Epper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication date
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Application filed by Kloeckner Humboldt Deutz AG filed Critical Kloeckner Humboldt Deutz AG
Publication of EP0423461A2 publication Critical patent/EP0423461A2/de
Publication of EP0423461A3 publication Critical patent/EP0423461A3/de
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Publication of EP0423461B1 publication Critical patent/EP0423461B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B2001/2033—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl with feed accelerator inside the conveying screw

Definitions

  • the invention relates to a solid-bowl screw centrifuge for the continuous separation of a solid-liquid mixture, consisting of an elongated centrifuge drum, which is rotatably mounted about its longitudinal axis and which surrounds a coaxially arranged screw conveyor rotating at a different speed, the screw spirals of which are attached to a screw drum , Means for feeding material to be separated into the drum along its axis and openings for the discharge of the separated light and heavy materials are provided.
  • a cylindrical solid-bowl screw centrifuge of the above type for separating suspensions which has a cutting disc with an annular gap between the cutting disc and centrifuge drum at the end of the separation space.
  • Clear phase channels are arranged radially on the screw body at a distance in front of the cutting disc and open into an axially arranged clear phase discharge line.
  • a radially extending sediment channel which opens into a sediment discharge line arranged coaxially with the clear phase discharge line.
  • a disadvantage of this known solid-bowl screw centrifuge is that, owing to the risk of clogging of the discharge channels, it can only be used for the separation of low-viscosity media, and that these media must not only be supplied to the centrifuge under excess pressure, but also that the centrifuge only under excess pressure can be operated.
  • the centrifuge must be provided with special seals, in particular mechanical seals, both in the feed area and in the discharge area of the separated media, which not only have to be replaced frequently due to the rapid wear, but which also have a relatively complicated design and are therefore very expensive to buy.
  • the object of the invention is to provide a solid-bowl screw centrifuge which, while avoiding the disadvantages mentioned above, is distinguished not only by its simple structural design, but which, even with high separation performance and very low energy consumption, continuously separates solid-liquid mixtures, in particular the drainage of thick sludge.
  • centrifuge according to the invention is therefore distinguished from known centrifuges of a similar design by its relatively simple construction and by its significantly lower energy consumption with high separation performance.
  • pump-like guide elements are arranged in the inlet region of the medium to be separated, and / or turbine-like guide elements are provided in the discharge area, at least for the lighter substances.
  • the arrangement of the pump-like guide elements in the inlet area very advantageously results in a particularly uniform distribution of the solid-liquid mixture in the separation space of the centrifuge, while the arrangement of the turbi NEN-like guide elements in the discharge area for the lighter substances enables a particularly energy-saving discharge of the lighter substances from the separation space of the centrifuge.
  • the solid-bowl screw centrifuge consists of a cylindrical solid-shell part (1), which is followed by a conical solid-shell part (2) tapering in the direction of the discharge of the heavy substances.
  • the cylindrical-conical drum casing (1, 2) is mounted in a housing (3) so that it can rotate.
  • a screw conveyor (4) with a screw drum (4 ') and a screw helix (5) arranged thereon is rotatably mounted in this cylindrical-conical solid jacket.
  • a feed tube (7) axially leading into the centrifuge drum (1, 2) is arranged on the right side.
  • the material inlet pipe (7) opens into a distribution chamber (8) arranged on the screw drum (4 '), to which a plurality of pump-like guide elements, which are arranged in the between the Screw drum (4 ') and the centrifuge drum (1, 2) located separation space (10) open.
  • Turbine-like guide elements in the form of flow channels (11) are provided on the conveyor screw (4) on the left-hand side Divert the liquid (arrow 13) separated from the solid (12) radially inwards laterally towards the liquid discharge (14).
  • discharge openings (15 ') are provided for the light substances, which according to the invention have a smaller radial distance (r1) from the centrifuge drum axis (a) than the greatest radial distance (r2 ) of the outer circumference of the screw drum (4 ') from the centrifuge drum axis (a), and which on the other hand have a greater radial distance (r1) from the centrifuge drum axis (a) than the outer circumference (r3) of the centrifuge drum shaft (16' ).
  • This embodiment of the solid-bowl screw centrifuge according to the invention not only very advantageously enables a completely pressure-free supply of the solid-liquid mixture into the separating space of the centrifuge and the discharge of the separated substances from the centrifuge without special mechanical seals, but it also makes a particularly large proportion of the kinetic Energy that is in the suspension in the centrifuge separation area can be recovered with high separation performance. It is also of not insignificant advantage that the radial distance (r4) of the discharge openings (15) for the heavy substances from the centrifuge drum axis (a) is less than the greatest radial distance (r2) of the outer jacket of the screw drum (4 ′) .
  • the screw conveyor (4) is driven at different speeds in relation to the centrifuge drum consisting of the solid-shell parts (1) and (2) and the solid-liquid mixture to be separated from the centrifuge is fed via the feed pipe (7). supplied from outside without pressure. Under the action of the centrifugal forces, the solids or thick matter is separated from the liquid in the separating space (10) of the centrifuge, the discharge for the heavy substances at the end of the centrifuge drum opposite the discharge for the light substances or the liquid (arrow 13) (1, 2).
  • the liquid separated from the solid (12) is diverted via the flow channels (11), which first run parallel to the screw shaft and then radially inwards, to the liquid discharge (14) and is discharged from the centrifuge drum, while the solids (12) are removed from the screw spiral (5). detected and transported inwards via the conical drum shell part (2) and discharged from the centrifuge drum via lateral openings (15).
  • the predominantly radial flow direction of the solid-liquid mixture is deflected very advantageously without energy loss into the axial flow direction, where it moves in spiral and / or axially directed paths over a large radius towards the discharge end of the centrifuge drum and under the influence of the Centrifugal force separates the heavy components (solids) from the lighter components (liquid).
  • the liquid separated from the solid is guided by the turbine or pump-like radial, oblique, straight or curved flow channels (11) practically without loss of energy to the smallest possible radius and passes next to the drive shaft (16) of the screw conveyor (4) through the openings (15 ') Depressurized from the centrifuge drum.
  • the solid (12) separated from the liquid is also conveyed to the smallest possible radius by means of the screw conveyor (4) via the conical jacket part (2) and discharged from the centrifuge drum with very little kinetic energy through the side openings (15).
  • the radial distance (r4) of the discharge openings (15) for the heavy substances from the centrifuge drum axis (a) is advantageously less than the largest radial distance (r2) of the outer shell of the screw drum (4 ').
  • additional other transport aids such as e.g. B. the pressure effect of the clear phase in connection with a baffle plate and negative pond height can be used.
  • the bearings (17) and (18) of the screw conveyor (4) are very advantageously arranged with a smaller radial distance from the drum axis (a) than the outlet openings (15, 15 ') for the solids (12) and the liquid ( 13), whereby the bearings (17, 18) are safely protected against splashing water and dirt.
  • the solid bowl screw centrifuge according to the invention can, as shown in FIG. 2, possibly also be carried out very advantageously as a direct current centrifuge.
  • channels (20, 22) are arranged on the outside of the hollow screw shaft (19), through which the liquid, which is conducted in direct current in the separation chamber (21) and is separated from the solid, is directed inwards and radially deflected via the flow channels (20, 22) into the liquid discharge (23) arrives and is discharged from there to the outside.
  • Turbine- or pump-like guide elements (24) according to the invention are also very advantageously arranged on the hollow screw shaft (19) in the feed inlet area, which guide elements convey the solid liquid radially emerging from the feed pipe (25) deflected in an axial flow in the separation chamber (21) of the centrifuge without loss of energy.
  • the solid bowl screw centrifuge according to the invention can also very advantageously be designed as a cocurrent and countercurrent centrifuge.
  • the centrifuge drum (26) and screw conveyor (27) are cylindrical in shape and the solids discharge (28) is very advantageously carried out in the center of the centrifuge drum (26).
  • turbine or pump-like guide elements (31, 32) are arranged on the screw conveyor (27) in the feed inlet area (29) and in the liquid discharge area (30) according to the invention, which guide the solid-liquid mixture radially emerging from the feed pipe into a separating space the centrifuge deflect the axial flow and the liquid separated from the solid in the discharge area radially inwards laterally towards the liquid discharge.
  • the arrangement according to the invention of turbine or pump-like guide elements on the screw conveyor achieves the same advantages as in the solid-bowl screw centrifuges shown in FIGS. 1 and 2.
  • the turbine or pump-like guide elements (31, 32) which also consist of several flow channels, can very advantageously run radially or at an oblique angle, straight or also curved, in particular also spiral extending, arranged or formed so that they act like a pump or turbine impeller during operation of the centrifuge.
  • the cross-section of the flow channels can also be very advantageously round or angular, depending on requirements and depending on the solid-liquid mixture to be separated, in order thereby to ensure as smooth a operation as possible.
  • the guide elements acting like a pump wheel can be arranged on the centrifuge drum with the same advantages instead of on the screw conveyor.
  • it is also very easy to provide separate discharges for more than two substances separated from one another in the centrifuge on the centrifuge drum. It is important here that the component in the centrifuge which is separated in terms of volume and is carried as far inward as possible and discharged from there without pressure in order to be able to operate the centrifuge according to the invention with significantly lower energy and cost expenditure than previously known centrifuges.
  • m is the throughput (t / h).
  • D the diameter of the centrifuge drum (m).
  • n the drum revolution per minute (rpm) ⁇ the efficiency of the centrifuge.
  • This calculation is based on an efficiency ⁇ of 0.80 and reduced inlet and spray radii of about 1/3 x drum inside diameter D.
  • the centrifuge according to the invention is not only characterized by its simple and reliable machine structure and the ge wrestle fraction and the very low product damage or flake and cell destruction, but also by their insensitivity to coarse materials or individual heavy particles in the feed.
  • the centrifuge designed according to the invention eliminates both mechanical seals for the worm bearings and hollow shaft gears for the worm drive, as a result of which a particularly strong reduction in investment and operating costs is achieved.
  • the noise level, ie the noise level of the centrifuge according to the invention is also considerably lower compared to known centrifuges and the throughput and separation performance are significantly higher.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Bei bekannten Vollmantel-Schneckenzentrifugen wird die Suspension der Schneckenzentrifuge unter Überdruck axial zugeführt und es werden die in der Zentrifuge voneinander getrennten Phasen axial aus der Zentrifuge ausgetragen. Um dies zu bewerkstelligen, sind besondere, komplizierte, kostspielige und auch störanfällige Gleitringdichtungen erforderlich. Auch die Verstopfungsgefahr der radialen Kanäle durch die der Dickstoff nach innen geführt wird, ist sehr groß, so daß mit diesen bekannten Zentrifugen im wesentlichen nur dünnflüssige Medien unterschiedlicher Dichte voneinander getrennt werden können. Die erfindungsgemäß ausgebildete Vollmantel-Schneckenzentrifuge ermöglicht demgegenüber, und zwar unter Vermeidung der oben angeführten Nachteile eine kontinuierliche Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen, insbesondere auch die Entwässerung von Dickschlamm in besonders einfacher und energiesparender Weise durch die Kombination nachfolgender Merkmale: 1. Die Austragsöffnung(en) (15') für die leichten Stoffe weisen einen geringeren radialen Abstand (r1) von der Zentrifugen-Trommelachse (a) auf als der größte radiale Abstand (r2) des Außenumfangs der Schneckentrommel (4') von der Zentrifugen-Trommelachse (a). 2. Die Austragsöffnungen(en) (15') für die leichten Stoffe weisen einen größeren radialen Abstand (r1) von der Zentrifugen-Trommelachse (a) auf als der Außenumfang (r3) der Zentrifugen-Trommelwelle (16')

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollmantel-­Schneckenzentrifuge zum kontinuierlichen Trennen eines Feststoff-Flüssigkeitsgemisches, bestehend aus einer langgestreckten Zentrifugentrommel, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist und die eine koaxial angeordnete, mit abweichender Drehzahl umlaufende Förderschnecke umschließt, deren Schnek­kenwendel auf einer Schneckentrommel befestigt sind, wobei Einrichtungen zum Zuführen von zu tren­nendem Gut in die Trommel längs deren Achse sowie Öffnungen für den Austrag der getrennten leichten und schweren Stoffe vorgesehen sind.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift 33 17 047 ist eine zylinderförmige Vollmantel-Schneckenzentrifuge obiger Bauart zur Trennung von Suspensionen be­kannt, die am Ende des Trennraumes eine Trenn­scheibe mit einem Ringspalt zwischen Trennscheibe und Zentrifugentrommel aufweist. Mit Abstand vor der Trennscheibe sind hierbei am Schneckenkörper Klarphasenkanäle radial angeordnet, die in eine axial angeordnete Klarphasenaustragsleitung münden. Unmittelbar hinter der Trennscheibe ist ein eben­falls radial verlaufender Sedimentkanal angeordnet, der in eine koaxial zur Klarphasenaustragsleitung angeordnete Sedimentaustragsleitung mündet. Nach­teilig bei dieser bekannten Vollmantel-Schnecken­zentrifuge ist jedoch, daß sie aufgrund der Ver­stopfungsgefahr der Austragskanäle nur zur Trennung von dünnflüssigen Medien eingesetzt werden kann, und daß darüberhinaus diese Medien nicht nur der Zentrifuge unter Überdruck zugeführt werden müssen, sonderen daß auch die Zentrifuge nur unter Über­druck betrieben werden kann. Um dies zu bewerkstel­ligen, muß die Zentrifuge sowohl im Gutzu­laufbereich als auch im Austragsbereich der vonein­ander getrennten Medien mit besonderen Dichtungen, insbesondere Gleitringdichtungen, versehen werden, die nicht nur aufgrund des raschen Verschleißes häufig ausgewechselt werden müssen, sondern die auch in ihrem konstruktiven Aufbau verhältnismäßig kompliziert und daher auch sehr teuer in der An­schaffung sind. Darüberhinaus erfordert hierbei der Flüssigkeitsaustrag durch die Zentrifugenhohlwelle ein besonderes Hohlwellengetriebe für den Schnec­kenantrieb, das ebenfalls verhältnismäßig aufwendig und mit entsprechend erhöhten Anschaffungskosten verbunden ist. Mit ebendenselben Nachteilen ist auch die aus der US-PS 4,566,873 bekannte, im Prin­zip gleich ausgebildete Vollmantel-Schneckenzentri­fuge behaftet.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge zu schaffen, die sich unter Vermeidung der oben angeführten Nach­teile nicht nur durch ihren einfachen konstruktiven Aufbau auszeichnet, sondern die auch bei hoher Trennleistung und sehr geringem Energieverbrauch eine kontinuierliche Trennung von Feststoff-­Flüssigkeitsgemischen, insbesondere die Entwässe­rung von Dickschlamm, ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Kombination nachfol­gender Merkmale gelöst:
    • 1. Die Austragsöffnung(en) für die leichten Stoffe weisen einen geringeren radialen Ab­stand von der Zentrifugen-Trommelachse auf als der größte radiale Abstand des Außenumfangs der Schneckentrommel von der Zentrifugen-Trom­melachse.
    • 2. Die Austragsöffnungen(en) für die leichten Stoffe weisen einen größeren radialen Abstand von der Zentrifugen-Trommelachse auf als der Außenumfang der Zentrifugen-Trommelwelle.
  • Durch diese Maßnahmen wird nicht nur eine drucklose Zuführung des Feststoff-Flüssigkeitsgemisches in den Trennraum der Zentrifuge und der Austrag der voneinander getrennten Stoffe aus der Zentrifuge ohne besondere Gleitringdichtungen in einfacher Weise ermöglicht, sondern es wird hierbei auch eine radiale Umlenkung der vom Feststoff abgetrennten Flüssigkeit nach innen seitlich zum Flüssig­keitsaustrag erreicht und dadurch ein großer Teil der kinetischen Energie, die in der Suspension im Trennraum der Zentrifuge steckt, wieder zurück­gewonnen. Die Zentrifuge gemäß der Erfindung zeich­net sich daher im Vergleich zu bekannten Zentrifu­gen ähnlicher Bauart durch ihren verhältnismäßig einfachen konstruktiven Aufbau und durch ihren we­sentlich niedrigeren Energieverbrauch bei hoher Trennleistung aus.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind im Einlaufbereicht des zu tren­nenden Mediums pumpenartige Leitelemente angeord­net, und/oder im Austragsbereich zumindest für die leichteren Stoffe turbinenartige Leitelemente vor­gesehen. Durch die Anordnung der pumpenartigen Lei­telemente im Einlaufbereich wird sehr vorteilhaft eine besonders gleichmäßie Verteilung des Fest­stoff-Flüssigkeitsgemisches im Trennraum der Zen­trifuge erreicht, während die Anordnung der turbi­ nenartigen Leitelemente im Austragsbereich für die leichteren Stoffe einen besonders energiesparenden Austrag der leichteren Stoffe aus dem Trennraum der Zentrifuge ermöglicht.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird sehr vorteilhaft eine weitergehende erhebliche Einspa­rung an kinetischer Energie auch dadurch erreicht, daß die turbinen- oder pumpenartigen Leitelemente bzw. deren Strömungskanäle radial oder schief­winkelig sowie gerade oder gekrümmt angeordnet oder ausgebildet sind.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläu­terung von in Zeichnungsfiguren schematisch darge­stellten Vollmantel-Schneckenzentrifugen.
  • Es zeigt:
    • Fig. 1 eine Gegenstrom-Vollmantel-Schnek­kenzentrifuge mit an der Förder­schnecke angeordneten Leitelementen gemäß der Erfindung im Längsschnitt;
    • Fig. 2 eine Gleichstrom-Vollmantel-Schnek­kenzentrifuge mit an der Förder­schnecke angeordneten Leitelementen gemäß der Erfindung im Teillängs­schnitt;
    • Fig. 3 eine Gleichstrom-Gegenstrom-Vollman­tel-Schneckenzentrifuge mit an der Förderschnecke angeordneten Leitelementen und mittigem Fest­stoffaustrag gemäß der Erfindung im Teillängsschnitt.
  • Wie Fig. 1 zeigt, besteht die Vollmantel-Schnek­kenzentrifuge aus einem zylindrischen Vollman­telteil (1), an den sich ein in Richtung auf den Austrag der schweren Stoffe verjüngender konischer Vollmantelteil (2) anschließt. Der zylindrisch-­konisch ausgebildete Trommelmantel (1, 2) ist in einem Gehäuse (3) rotationsbeweglich gelagert. In diesem zylindrisch-konischen Vollmantel ist koaxial eine Förderschnecke (4) mit Schneckentrommel (4′) und darauf angeordneter Schneckenwendel (5) drehbe­weglich gelagert. Auf der linken Seite außen befin­det sich ein Antrieb (6) für die Förderschnecke (4) und auf der rechten Seite außen ein Antrieb (6′) für die Zentrifugentrommel (1, 2). Ferner ist auf der rechten Seite ein axial in die Zentrifugentrom­mel (1, 2) hineinführendes Gutzulaufrohr (7) ange­ordnet. Das Gutzulaufrohr (7) mündet in eine an der Schneckentrommel (4′) angeordnete Verteilerkammer (8), an die mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete, als Strömungskanäle (9) aus­gebildete, pumpenartig wirkende Leitelemente ange­schlossen sind, die in den zwischen der Schnecken­trommel (4′) und der Zentrifugentrommel (1, 2) be­findlichen Trennraum (10) münden. Auf der linken Seite sind an der Förderschnecke (4) turbinenartige Leitelemente in Form von Strömungskanälen (11) vor­gesehen, die die vom Feststoff (12) abgetrennte Flüssigkeit (Pfeil 13) radial nach innen seitlich zum Flüssigkeits­austrag (14) hin umlenken.
  • Im Flüssigkeitsaustragsbereich sind in der Stirn­wandung der Zentrifugentrommel (1) Austragsöffnun­gen (15′) für die leichten Stoffe vorgesehen, die gemäß der Erfindung einerseits einen geringeren ra­dialen Abstand (r₁) von der Zentrifugen-Trom­melachse (a) aufweisen als der größte radiale Ab­stand (r₂) des Außenumfangs der Schneckentrommel (4′) von der Zentrifugen-Trommelachse (a), und die andererseits einen größeren radialen Abstand (r₁) von der Zentrifugen-Trommelachse (a) aufweisen als der Außenumfang (r₃) der Zentrifugen-Trommelwelle (16′). Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vollmantel-Schneckenzentrifuge ermöglicht nicht nur sehr vorteilhaft eine völlig drucklose Zuführung des Feststoff-Flüssigkeitsgemisches in den Trenn­raum der Zentrifuge und den Austrag der voneinander getrennten Stoffe aus der Zentrifuge ohne besondere Gleitringdichtungen, sondern es wird hierdurch auch ein besonders großer Anteil der kinetischen Ener­gie, die in der Suspension im Trennraum der Zentri­fuge steckt, bei hoher Trennleistung wieder zurück­gewonnen. Von nicht unwesentlichem Vorteil ist hierbei auch, daß der radiale Abstand (r₄ ) der Austragsöffnungen (15) für die schweren Stoffe von der Zentrifugen-Trommelachse (a) geringer ist als der größte radiale Abstand (r₂) des Außenmantels der Schnekkentrommel (4′).
  • Im Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Vollmantel-­Schneckenzentrifuge wird die Förderschnecke (4) gegenüber der aus den Vollmantelteilen (1) und (2) bestehenden Zentrifugentrommel mit unterschiedli­chen Drehzahlen angetrieben und das zu trennende Feststoff-Flüssigkeitsgemisch der Zentrifuge über das Gutzulaufrohr (7) von außen drucklos zugeführt. Unter Einwirkung der Zentrifugalkräfte erfolgt im Trennraum (10) der Zentrifuge eine Trennung der Feststoffe bzw. Dickstoffe von der Flüssigkeit, wo­bei der Austrag für die schweren Stoffe an dem dem Austrag für die leichten Stoffe bzw. der Flüssig­keit (Pfeil 13) entgegengesetzten Ende der Zentri­fugentrommel (1, 2) erfolgt. Die vom Feststoff (12) abgetrennte Flüssigkeit wird über die zuerst parallel zur Schneckenwelle und anschließend radial nach innen verlaufenden Strömungskanäle (11) zum Flüssigkeitsaustrag (14) hin umgelenkt und aus der Zentrifugentrommel abgeführt, während die Fest­stoffe (12) von der Schneckenwendel (5) erfaßt und über den konischen Trommelmantelteil (2) nach innen transportiert und über seitliche Öffnungen (15) aus der Zentrifugentrommel ausgetragen werden. Dadurch, daß die als Strömungskanäle (9) ausgebildeten Leit­elemente gemäß der Erfindung das aus dem Gutzulauf­rohr (7) radial austretende Feststoff-Flüssigkeits­gemisch in eine im Trennraum (10) der Zentrifuge axiale Strömung umlenken, wird das aus dem Gutzu­laufrohr (7) austretende Feststoff-Flüssigkeitsge­misch von den mit der Förderschnecke (4), mitro­tierenden als Strömungskanäle (9) ausgebildeten turbinen- oder pumpenartig wirkenden Leitelemente erfaßt und von diesen mit einem hohen Wirkungsgrad und sehr geringen Reibungsverlusten auf die jeweils erforderliche hohe Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Trennraumes in Drehrichtung beschleu­nigt. Im Trennraum (10) wird hierbei sehr vorteil­haft die vorwiegend radiale Strömungsrichtung des Feststoff-Flüssigkeitsgemisches energieverlustfrei in die axiale Strömungsrichtung umgelenkt, wo sie sich in spiral- und/oder axialförmig gerichteten Bahnen auf großem Radius zum Austragsende der Zen­trifugentrommel hin bewegt und dabei unter Einwir­kung der Fliehkraft die schweren Komponenten (Feststoffe) von den leichteren Komponenten (Flüssigkeit) getrennt werden. Die vom Feststoff abgetrennte Flüssigkeit wird hierbei von den turbi­nen- oder pumpenartigen radial, schiefwinkelig, ge­rade oder gekrümmt ausgebildeten Strömungskanäle (11) praktisch ohne Energieverlust auf kleinstmög­lichen Radius geführt und tritt neben der An­triebswelle (16) der Förderschnecke (4) durch die Öffnungen (15′) drucklos aus der Zentrifugentrommel aus. Der von der Flüssigkeit getrennte Feststoff (12) wird mit Hilfe der Förderschnecke (4) über den konischen Mantelteil (2) ebenfalls auf einen mög­lichst kleinen Radius gefördert und durch die seit­lichen Öffnungen (15) mit sehr geringer kinetischer Energie aus der Zentrifugentrommel ausgetragen. Hierbei ist der radiale Abstand (r₄) der Austrags­öffnungen (15) für die schweren Stoffe von der Zen­trifugen-Trommelachse (a) vorteilhaft geringer als der größte radiale Abstand (r₂) des Außenmantels der Schneckentrommel (4′). Zur Unterstützung des Feststofftransportes im konischen Trommelmantelteil (2) können gegebenenfalls auch sehr vorteilhaft noch zusätzliche andere Transporthilfen, wie z. B. die Druckwirkung der Klarphase in Verbindung mit einer Stauscheibe und negativer Teichhöhe, einge­setzt werden. Ferner sind hierbei die Lager (17) und (18) der Förderschnecke (4) sehr vorteilhaft mit einem geringeren radial Abstand von der Trom­melachse (a) angeordnet als die Austrittsöffnungen (15, 15′) für die Feststoffe (12) und die Flüssig­keit (13), wodurch die Lager (17, 18) sicher vor Spritzwasser und Verschmutzung geschützt sind.
  • Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge gemäß der Erfin­dung kann, wie Fig. 2 zeigt, gegebenenfalls auch sehr vorteilhaft als Gleichstrom-Zentrifuge ausge­führt werden. Hierbei sind außen an der Schnecken­hohlwelle (19) Kanäle (20, 22) angeordnet, durch die die im Trennraum (21) im Gleichstrom geführte und vom Feststoff abgetrennte Flüssigkeit nach innen gerichteter, radialer Umlenkung über die Strömungskanäle (20, 22) in den Flüssigkeitsaustrag (23) gelangt und von dort nach außen abgeführt wird. Auch sind hierbei an der Förderschnecken­hohlwelle (19) im Gutzulaufbereich sehr vorteilhaft turbinen- oder pumpenartige Leitelemente (24) gemäß der Erfindung angeordnet, welche das aus dem Gutzu­laufrohr (25) radial austretende Feststoff-Flüssig­ keitsgemisch in eine im Trennraum (21) der Zentri­fuge axiale Strömung ohne Energieverlust umlenkt.
  • Schließlich kann, wie Fig. 3 zeigt, die Vollmantel-­Schneckenzentrifuge gemäß der Erfindung auch sehr vorteilhaft als Gleich- und Gegenstrom-Zentrifuge ausgeführt werden. Hierbei sind Zentrifugentrommel (26) und Förderschnecke (27) zylinderförmig ausge­bildet, und der Feststoffaustrag (28) erfolgt sehr vorteilhaft in der Mitte der Zentrifugentrommel (26). Auch hierbei sind an der Förderschnecke (27) im Gutzulaufbereich (29) und im Flüssigkeitsaus­tragsbereich (30) turbinen- oder pumpenartig ausge­bildete Leitelemente (31, 32) gemäß der Erfindung angeordnet, welche das aus dem Gutzulaufrohr radial austretende Feststoff-Flüssigkeitsgemisch in eine im Trennraum der Zentrifuge axiale Strömung und die im Austragsbereich vom Feststoff abgetrennte Flüs­sigkeit radial nach innen seitlich zum Flüssigkeitsaustrag hin umlenken. Auch bei dieser in Fig. 3 dargestellten Gleich- und Gegenstrom-­Vollmantel-Schneckenzentrifuge werden durch die erfindungsgemäße Anordnung von turbinen- oder pum­penartig ausgebildeten Leitelementen an der Förder­schnecke dieselben Vorteile erreicht, wie bei den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vollmantel-­Schneckenzentrifugen. Die auch hierbei aus mehreren Strömungskanälen bestehenden turbinen- oder pumpen­artigen Leitelemente (31, 32) können sehr vor­teilhaft radial oder schiefwinkelig, gerade oder auch gekrümmt verlaufend, insbesondere auch spiral­ förmig verlaufend, angeordnet bzw. ausgebildet sein, so daß sie im Betrieb der Zentrifuge wie ein Pumpen- oder Turbinenlaufrad wirken. Auch der Quer­schnitt der Strömungskanäle kann je nach Bedarf und in Abhängigkeit des jeweils zu trennenden Fest­stoff-Flüssigkeitsgemisches sehr vorteilhaft rund oder auch eckig ausgebildet sein, um dadurch einen möglichst stoßfreien Betrieb zu gewährleisten. Gegebenenfalls können die wie ein Pumpenrad wirken­den Leitelemente mit ebendenselben Vorteilen an­statt an der Förderschnecke auch an der Zentrifugentrommel angeordnet werden. Auch können im Bedarsfalle an der Zentrifugentrommel sehr leicht getrennte Austräge für mehr als zwei in der Zentrifuge voneinander getrennte Stoffe vorgesehen werden. Wesentlich ist hierbei, daß die in der Zen­trifuge abgetrennte, mengenmäßig größere Komponente möglichst weit nach innen geführt und von dort drucklos nach außen ausgetragen wird, um die Zen­trifuge gemäß der Erfindung gegenüber bisher be­kannten Zentrifugen mit bedeutend geringerem Ener­gie- und Kostenaufwand betreiben zu können.
  • Die Energieeinsparung, die durch die erfindungsge­mäß ausgebildete Vollmantel-Schneckenzentrifuge im Vergleich zu den bisher bekannten Zentrifugen er­reicht wird, ergibt sich aus nachfolgender Berech­nung:
  • Um die Suspension auf die im Trennraum der Zentri­fuge erforderliche Umfangsgeschwindigkeit zu brin­ gen, kann die Beschleunigungsleistung nach folgen­der Erfahrungsformel berechnet werden:
    PB = 3,81 x 10⁻⁷ x 1 η
    Figure imgb0001
     x m x D² x n² (kW)
  • Hierbei bedeutet:
    m die Durchsatzleistung (t/h).
    D den Durchmesser der Zentrifugentrommel (m).
    n die Trommelumdrehung pro Minute (U/min.)
    η den Wirkungsgrad der Zentrifuge.
  • Der Wirkungsgrad η liegt bei bekannten Zentrifugen im allgemeinen bei ca. 50 %. Durch die erfindungs­gemäße Ausbildung der Vollmantel-Schneckenzentri­fuge, und zwar insbesondere durch die Anordnung der turbinen- oder pumpenartigen Leitelemente bzw. Strömungskanäle, verringert sich der Energieaufwand bei sonst gleicher Trennwirkung der Zentrifuge sehr drastisch auf etwa 1/6 der bisher benötigten Ener­gie auf:
    PB = 0,7 x 10⁻⁷ x m x D² x n² (kW)
  • Dieser Berechnung liegt ein Wirkungsgrad η von 0,80 und reduzierte Zulauf- und Abspritzradien von etwa 1/3 x Trommelinnendurchmesser D zugrunde.
  • Neben diesem sehr geringen Energieverbrauch für den Zentrifugenantrieb zeichnet sich die Zentrifuge ge­mäß der Erfindung nicht nur durch ihren einfachen und betriebssicheren Maschinenaufbau sowie der ge­ ringen Fraktion und der sehr geringen Produktschä­digung bzw. Flocken- und Zellzerstörung aus, son­dern auch durch ihre Unempfindlichkeit gegen Grob­stoffe oder einzelne schwere Partikeln im Aufgabe­gut. Darüberhinaus entfallen bei der er­findungsgemäß ausgebildeten Zentrifuge sowohl Gleitringdichtungen für die Schneckenlager als auch Hohlwellengetriebe für den Schneckenantrieb, wo­durch eine besonders starke Reduzierung der Inve­stitions- und Betriebskosten erreicht wird. Auch die Lärmentwicklung, d. h. der Geräuschpegel der Zentrifuge gemäß der Erfindung ist im Vergleich zu bekannten Zentrifugen ganz erheblich geringer und die Durchsatz- und Trennleistung wesentlich höher.

Claims (10)

1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge zum kontinu­ierlichen Trennen eines Feststoff-Flüssig­keitsgemisches, bestehend aus einer langge­streckten Zentrifugentrommel, die um ihre Längsachse drehbar gelagert ist und die eine koaxial angeordnete, mit abweichender Drehzahl umlaufende Förderschnecke umschließt, deren Schneckenwendel auf einer Schneckentrommel befestigt sind, wobei Einrichtungen zum Zuführen von zu trennendem Gut in die Trommel längs deren Achse sowie Öffnungen für den Austrag der getrennten leichten und schweren Stoffe vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:
1. Die Austragsöffnung(en) (15′) für die leichten Stoffe weisen einen geringeren radialen Abstand (r₁) von der Zentrifu­gen-Trommelachse (a) auf als der größte radiale Abstand (r₂) des Außenumfangs der Schneckentrommel (4′) von der Zentrifu­gen-Trommelachse (a).
2. Die Austragsöffnung(en) (15′) für die leichten Stoffe weisen einen größeren radialen Abstand (r₁) von der Zentri­fugen-Trommelachse (a) auf als der Außenumfang (r₃) der Zentrifugentrom­melwelle (16′).
2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrag für die schweren Stoffe an dem dem Austrag für die leichten Stoffe entgegengesetzten Ende oder in der Mitte der Zentrifugentrommel (1, 2, 26) vorgesehen ist.
3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ra­diale Abstand (r₄) der Austragsöffnungen (15) für die schweren Stoffe von der Zentrifugen­trommelachse (a) geringer ist als der größte radiale Abstand (r₂) des Außenmantels der Schneckentrommel (4′).
4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus­trag für die schweren Stoffe im Mantel der Zentrifugentrommel (1, 2) vorgesehen ist.
5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Zentrifugentrommel einen zylindrischen Teil (1) aufweist, an den sich ein in Richtung auf den Austrag der schweren Stoffe verjüngender konischer Teil (2) an­schließt.
6. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß im Einlaufbereich des zu trennenden Mediums pumpenartige Leitelemente (9, 24, 31) angeordnet sind, und/oder daß im Austragsbereich zumindest für die leichteren Stoffe turbinenartige Leitelemente (11, 22, 32) vorgesehen sind.
7. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß das zu trennende Medium drucklos zugeführt wird.
8. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die turbinen- oder pumpenartigen Leitelemente (9, 11, 22, 24, 31, 32) bzw. deren Strömungskanäle radial oder schiefwinkelig sowie gerade oder gekrümmt angeordnet oder ausgebildet sind.
9. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß getrennte Austräge für mehr als zwei in der Zentrifuge voneinander abgetrennte Stoffe vorgesehen sind.
10. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Lager (17) für die Welle (16) der Schneckentrommel (4′) einen gerin­geren radialen Abstand von der Trommelachse (a) aufweisen als die Austragsöffnungen (15′) für die leichten Stoffe.
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