EP1457263B1 - Schälscheibe für eine Zentrifuge - Google Patents

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EP1457263B1
EP1457263B1 EP04004919A EP04004919A EP1457263B1 EP 1457263 B1 EP1457263 B1 EP 1457263B1 EP 04004919 A EP04004919 A EP 04004919A EP 04004919 A EP04004919 A EP 04004919A EP 1457263 B1 EP1457263 B1 EP 1457263B1
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EP
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wave
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skimmer
wall
contours
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EP1457263A3 (de
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Ludgar Thiemann
Volker Dr.-Ing. Kassera
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GEA Mechanical Equipment GmbH
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Westfalia Separator GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B11/00—Feeding, charging, or discharging bowls
    • B04B11/08—Skimmers or scrapers for discharging ; Regulating thereof
    • B04B11/082—Skimmers for discharging liquid

Definitions

  • the invention relates to a paring disc having a discharge channel for a liquid phase from a centrifuge, in particular from a separator, according to the preamble of claim 1.
  • Peeling disks - also called grippers - for centrifuges are known in various embodiments, such as from the generic document US-A-2,667,338. Their task is to derive a liquid phase from a centrifuge. Many of the known solutions are relatively expensive to produce due to their design. Examples of this type are shown in EP-B-0 892 680, WO-A-8807893, US-A-4,406,652, US-A-2,230,210 or EP-B-0 756 523.
  • one or more of the paring discs are arranged concentrically with the axis of rotation of the centrifuge.
  • the peeling discs also have i.allg. a disc-shaped or plate-shaped base portion, preferably followed by a tubular portion. They generally stand still relative to the rotating centrifuge. They have at least one discharge channel, with which in turn fluid is diverted from the inlet on the outer periphery of the disc-shaped portion to an outlet in one or more axial discharge channel / channels in the tubular portion and is discharged from there to the centrifuge.
  • the at least one discharge channel deflects the liquid in the disk-shaped section in a known variant, for example, by a little more than 90 ° from the flow direction on the outer circumference of the paring disc in an arc inwardly.
  • At least the wall contour of the discharge channel is wholly or partially wave-shaped, wherein the wave shape is formed by at least one wave contour, which has at least one inflection point.
  • the wave contours reduce the cavitation effect, especially in the corner area and additionally reduce the effect of liquid-excited vibrations.
  • the pitch ⁇ of the wave contours in their inflection points relative to the curve normal K is less than 20 °.
  • the paring disc 1 has a mostly axially relatively short, cylindrical, disk-shaped base portion 2, to which a tube portion of smaller diameter, which is not visible here, adjoins the image plane perpendicular to the image plane.
  • FIG. 2 - taken from DE 199 12 773 A1 - shows how a tubular section 10 can look, by way of example, according to the prior art or according to the invention, where this area is preferably not changed.
  • a discharge channel 3 is formed for a liquid phase.
  • the inlet 8 of the discharge channel 3 is aligned at an acute angle relative to the flow direction of the liquid L. Then, the discharge channel 3 extends from the outer periphery of the paring disc 1 in an arc inwardly.
  • a deflection of approximately more than 90 ° takes place in an annular channel around the inlet pipe or one or more channels 11 (for example of the type shown in FIG.
  • a wave with a wavelength ⁇ consists of two (half) wave contours 6a and 6b or 7a and 7b which are relative to a curve normal K shown here in dashed lines, which runs through the turning points of the shaft. are oriented positively and negatively and each having a wavelength ⁇ / 2.
  • the wall 4, 5 from the inlet 8 to the outlet 9 toward no sharp edges, ie, a contour of the wall (s) 4, 5 descriptive function (eg, a sine function) is at each point except the inputs and the Outlet 8, 9 from the discharge channel 3 and with the exception of the corner regions (eg in a non-round, rectangular cross-section) differentiable.
  • a plurality of wave contours 6a, 6b is preferred; 7a, 7b provided.
  • At least a wall should at least partially be equipped with a (half) wave contour 7a, in particular in the inlet region and again particularly advantageously the wall 5, which lies opposite the acute-angled corner region E.
  • the wave contours 6a, 6b; 7a, 7b may or may not be required to have a trigonometric formula, e.g. a sine wave, follow. Its wavelength ⁇ / 2 should be greater, in particular at least twice greater, than its amplitude A.
  • in-phase or non-in-phase wave contours 6a, 6b; 7a, 7b may be formed in the wall or it may be in-phase wave contours 6a, 6b; 7a, 7b (e.g., such that the width of the drainage channel is constant) or e.g. be formed also opposite phase wave contours.
  • the wavelength can also change from the inlet 8 to the outlet 9, eg increase or decrease continuously. In particular, this further reduces unwanted vibration effects further.
  • the pitch ⁇ of the wave contours in their turning points W relative to the preferably turning point-free curve normal K through the turning points W is less than 20 °.
  • the liquid L flows into the discharge channel 3 at a speed v.
  • the wave contours 6, 7 reduce the cavitation effect, in particular in the corner area E.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schälscheibe mit einem Ableitungskanal für eine Flüssigkeitsphase aus einer Zentrifuge, insbesondere aus einem Separator, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Schälscheiben - auch Greifer genannt - für Zentrifugen sind in verschiedensten Ausführungsformen bekannt, so aus der gattungsgemäßen Druckschrift US-A-2,667,338. Ihre Aufgabe ist es, eine Flüssigkeitsphase aus einer Zentrifuge abzuleiten. Viele der bekannten Lösungen sind aufgrund ihrer Konstruktionsart relativ aufwendig herstellbar. Beispiele dieser Art zeigen die EP-B-0 892 680, die WO-A-8807893, die US-A-4,406,652, die US-A-2,230210 oder die EP-B-0 756 523.
  • Zum Stand der Technik wird auch noch die GB-A-987023 genannt.
  • In der Praxis werden je nach Anzahl der abzuleitenden Flüssigkeitsphasen eine oder mehrere der Schälscheiben konzentrisch zur Drehachse der Zentrifuge angeordnet. So ist es beispielsweise bekannt, die Schälscheiben auf ein Zulaufrohr eines Separators aufzusetzen. Die Schälscheiben weisen ferner i.allg. einen scheiben- oder tellerförmigen Grundabschnitt auf, an den sich vorzugsweise ein rohrförmiger Abschnitt anschließt. Relativ zur rotierenden Zentrifuge stehen sie im allgemeinen still. Sie weisen wenigstens einen Ableitungskanal auf, mit dem wiederum vom Einlass am Außenumfang des scheibenförmigen Abschnitts Flüssigkeit zu einem Auslass in einen oder mehrere axialen Ableitungskanal/kanäle im rohrförmigen Abschnitt umgeleitet und von dort aus der Zentrifuge abgeleitet wird. Der wenigstens eine Ableitungskanal lenkt die Flüssigkeit im scheibenförmigen Abschnitt bei einer bekannten Variante beispielsweise um etwas mehr als 90° aus der Strömungsrichtung am Außenumfang der Schälscheibe in einem Bogen nach innen hin um.
  • Es ist bekannt, den Einlass des Ableitungskanals spitzwinklig zur Strömungsrichtung auszurichten und diesen sodann vom Außenumfang der Schälscheibe in einem Bogen nach innen zu führen.
  • Diese Konstruktion hat sich an sich bewährt. Problematisch ist insbesondere der Effekt der Kavitation. Die Verringerung dieses Effektes der Kavitation und vorzugsweise auch eine Verringerung der Anregung flüssigkeitserregter Schwingungen ist die Aufgabe der Erfindung.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Nach der Erfindung ist wenigstens die Wandungskontur des Ableitungskanals ganz oder abschnittsweise wellenförmig ausgebildet, wobei die Wellenform durch wenigstens eine Wellenkontur gebildet ist, welche zumindest einen Wendepunkt aufweist. Die Wellenkonturen verringern den Kavitationseffekt, insbesondere im Eckbereich und verringern zusätzlich den Effekt flüssigkeitserregter Schwingungen. Diesbezüglich ist es vorteilhaft, wenn die Steigung α der Wellenkonturen in ihren Wendepunkten relativ zur Kurvennormalen K kleiner als 20° ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt einer Schälscheibe senkrecht zur Drehachse.
  • Die Schälscheibe 1 weist einen zumeist axial relativ kurzen, zylindrischen, scheibenförmigen Grundabschnitt 2 auf, an den sich senkrecht zur Bildebene ein hier nicht zu erkennender rohrförmiger Abschnitt kleineren Durchmessers anschließt.
  • Fig. 2 - der DE 199 12 773 A1 entnommen - zeigt, wie ein rohrförmiger Abschnitt 10 beispielhaft nach dem Stand der Technik oder auch nach der Erfindung, wo dieser Bereich vorzugsweise nicht verändert wird, aussehen kann.
  • Im scheibenförmigen Abschnitt 2 ist ein Ableitungskanal 3 für eine Flüssigkeitsphase ausgebildet. Der Einlass 8 des Ableitungskanal 3 ist relativ zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit L spitzwinklig ausgerichtet. Sodann verläuft der Ableitungskanal 3 vom Außenumfang der Schälscheibe 1 in einem Bogen nach innen. Hier erfolgt im scheibenförmigen Abschnitt etwa eine Umlenkung um etwas mehr als 90° in einen Ringkanal rund um das Zulaufrohr oder einen oder mehrere Kanäle 11 (z.B. nach Art der Fig. 2) am Schaft.
  • Zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse und zur Verringerung von Kavitation wird wenigstens die Kontur einer Wandung 4, 5 - bei einem runden oder mehreckigen, insbesondere rechteckigen - Querschnitt ganz oder abschnittsweise wellenförmig ausgestaltet bzw. mit wenigstens einer Wellenkontur 6a, 6b; 7a, 7b versehen.
  • Eine Welle mit einer Wellenlänge λ, besteht hier definitionsgemäß aus zwei (Halb-)Wellenkonturen 6a und 6b oder 7a und 7b, welche relativ zu einer hier gestrichelt dargestellten Kurvennormalen K, welche durch die Wendepunkte der Welle verläuft, positiv und negativ ausgerichtet sind und die jeweils eine Wellenlänge λ/2 aufweisen.
  • Bevorzugt weist die Wandung 4, 5 vom Einlass 8 zum Auslaß 9 hin keine scharfen Kanten auf, d.h., eine die Kontur der Wandung(en) 4, 5 beschreibende Funktion (z.B. eine Sinusfunktion) ist an jeder Stelle mit Ausnahme des Ein- und des Auslasses 8, 9 aus dem Ableitungskanal 3 und mit Ausnahme der Eckbereiche (z.B. bei einem nichtrunden, rechteckigen Querschnitt) differenzierbar.
  • Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Wellenkonturen 6a, 6b; 7a, 7b vorgesehen. Mindestens soll eine Wand wenigstens abschnittsweise mit einer (Halb-)Wellenkontur 7a ausgestattet sein, insbesondere im Einlaufbereich und wiederum besonders vorteilhaft die Wandung 5, welche dem spitzwinkligen Eckbereich E gegenüber liegt.
  • Die Wellenkonturen 6a, 6b; 7a, 7b können - müssen aber nicht - hinsichtlich ihrer Geometrie einer trigonometrische Formel, z.B. einer Sinuskurve, folgen. Ihre Wellenlänge λ/2 soll größer, insbesondere wenigstens zweimal größer, sein als ihre Amplitude A.
  • Nach einer weiteren Variante ist es auch denkbar, dass die Wellenkonturen an den verschiedenen Wandungen zueinander phasenversetzt sind. In verschiedenen Bereichen der Wandung(en) des Ableitungskanals 3 können daher gleichphasige oder auch nicht gleichphasige Wellenkonturen 6a, 6b; 7a, 7b in der Wandung ausgebildet sein bzw. es können sich gleichphasige Wellenkonturen 6a, 6b; 7a, 7b gegenüberliegen (z.B. derart, dass die Breite des Ableitungskanals konstant ist) oder es können z.B. auch gegenphasige Wellenkonturen ausgebildet sein.
  • Nach einer Variante kann sich die Wellenlänge kann vom Einlass 8 zum Auslass 9 auch verändern, z.B. kontinuierlich erhöhen oder verringern. Insbesondere dies verringert unerwünschte Schwingungseffekte nochmals weiter.
  • Vorteilhaft beträgt die Steigung α der Wellenkonturen in ihren Wendepunkten W relativ zur bevorzugt wendepunktfreien Kurvennormalen K durch die Wendepunkte W weniger als 20°.
  • Die Flüssigkeit L strömt mit einer Geschwindigkeit v in den Ableitungskanal 3 hinein. Die Wellenkonturen 6, 7 verringern den Kavitationseffekt, insbesondere im Eckbereich E.
    • Bezugszeichenliste
    • Schälscheibe
    1
    Grundabschnitt
    2
    Ableitungskanal
    3
    Strömungsrichtung
    V
    Wandung
    4, 5
    Wellenkonturen
    6a, 6b; 7a, 7b
    Einlass
    8
    Auslass
    9
    Rohrförmiger Abschnitt
    10
    Kanal
    11
    Wellenlänge
    λ
    Amplitude
    A
    Flüssigkeit
    L
    Kurvennormale
    K
    Wendepunkte
    W
    Eckbereich
    E
    Steigung
    α

Claims (13)

  1. Schälscheibe (1) für eine Zentrifuge, insbesondere für einen Separator, mit
    a) einem scheibenförmigen Grundabschnitt (2), an den sich vorzugsweise ein rohrförmiger Abschnitt anschließt,
    b) wobei im Grundabschnitt (2) wenigstens ein sich vom Außenumfang des Grundabschnittes spitzwinklig zur Strömungsrichtung beginnend in einem Bogen nach innen erstreckender Ableitungskanal (3) für eine Flüssigkeitsphase ausgebildet ist, der einen Einlass (8) und einen Auslaß (9) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    c) die Wandungskontur des Ableitungskanals (3) ganz oder abschnittsweise wellenförmig ausgebildet ist, wobei die Wellenform durch wenigstens eine Wellenkontur (6a, 6b; 7a, 7b) gebildet ist, welche zumindest einen Wendepunkt (W) aufweist.
  2. Schälscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Kontur der Wandung(en) (4, 5) beschreibende Funktion an jeder Stelle mit Ausnahme des Ein- und des Auslasses (8, 9) aus dem Ableitungskanal und mit Ausnahme der Eckbereiche eines eckigen Ableitungskanals differenzierbar ist.
  3. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Wandungen (4, 5) wenigstens abschnittsweise mit einer einzelnen der Wellenkonturen (7a) versehen ist.
  4. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wand wenigstens über die erste Hälfte des Wege des Ableitungskanals abschnittsweise mit einer der Wellenkonturen (7a) versehen ist.
  5. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) einer trigonometrischer Formel nachgebildet sind.
  6. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) hinsichtlich ihrer Geometrie einer Sinuskurve nachgebildet sind.
  7. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge λ/2 der Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) größer, insbesondere wenigstens zweimal größer, ist als ihre Amplitude A.
  8. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in verschiedenen Bereichen der Wandung(en) des Ableitungskanals (3) gleichphasige Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) in der Wandung ausgebildet sind.
  9. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in verschiedenen Bereichen der Wandung(en) des Ableitungskanals (3) nicht gleichphasige Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) in der Wandung ausgebildet sind.
  10. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenlänge (P) der Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) vom Einlass (10) zum Auslass (11) verändert.
  11. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wellenlänge (P) der Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) vom Einlass (10) zum Auslass (11) kontinuierlich erhöht.
  12. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenkonturen an den verschiedenen Wandungen (4, 5) zueinander phasenversetzt sind.
  13. Schälscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung (α) der Wellenkonturen (6a, 6b; 7a, 7b) in ihren Wendepunkten relativ zur Kurvennormalen (K) kleiner als 20° ist.
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