EP1533040A1

EP1533040A1 - Hydrocyclone

Info

Publication number: EP1533040A1
Application number: EP04026796A
Authority: EP
Inventors: Roman Bart; Jürgen Futterer
Original assignee: Voith Paper Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2003-11-20
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2005-05-25

Abstract

A hydrocyclone removes abrasive impurities from a suspension of recycled paper fiber. The separation cone is fabricated of wear-resistant ceramics and consists of separable lower (3) and upper (4) sections. The ceramic upper section (4) is linked to the remaining assembly by flanges, and to the lower ceramic pipe section by a sleeve (7).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hydrozyklon gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a hydrocyclone according to the preamble of claim 1.

Hydrozyklone werden bei der Reinigung von Suspensionen verwendet, mit besonderer Anwendung bei Flüssigkeit-Faser-Suspensionen, wie z.B. beim Herstellen von Zellstoff und Papierprodukten. Die Flüssigkeit-Faser-Suspension, die Verunreinigungen enthält, tritt in den Hydrozyklon unter Druck durch einen tangentialen Einlass ein und wird dabei in Rotation versetzt. Die Rotationsbewegung der Suspension verursacht ein Abtrennen der Verunreinigungen von den Papier- oder Zellstofffasern. Die Verunreinigungen, wie Steine, Sand, mineralische Füllstoffe, Metallpartikel und andere schwere Störstoffe werden auf Grund der Zentrifugalkraft an die Wand der Trennkammer geführt und an dieser entlang zum Abscheidekonus transportiert. Da sich der konische Bereich in axialer Flussrichtung der Suspension verjüngt, vergrößert sich die Zentrifugalkraft und verursacht eine Konzentration der Verunreinigungen entlang der inneren Wand bis zum Auslass für den Schwerschmutz. Der Schwerschmutz verlässt den Hydrozyklon eventuell mit einigen annehmbaren Fasern am engsten Querschnitt des Abscheidekonus'. Der Gutstoff der Suspension tritt aus dem Hydrozyklon in axialer Richtung entlang der Mittellinie der Trennkammer durch einen Auslass für den Gutstoff aus, der entweder axial oder tangential an der Trennkammer angebracht sein kann. In den meisten Fällen werden Hydrozyklone der hier betrachteten Art mit senkrecht stehender Mittellinie betrieben. Dann ist die Trennkammer oberhalb des Abscheidekonus', die Schwerteile werden unten aus dem Abscheidekonus und der Gutstoff nach oben aus der Trennkammer abgeführt.Hydrocyclones are used in the purification of suspensions, with particular application in liquid-fiber suspensions, e.g. in the manufacture of pulp and paper products. The Liquid-fiber suspension containing impurities enters the hydrocyclone under pressure through a tangential inlet and is thereby rotated. The rotational movement of Suspension causes a separation of the impurities from the paper or pulp fibers. The Contaminants, such as stones, sand, mineral fillers, metal particles and other heavy Impurities are guided by the centrifugal force to the wall of the separation chamber and on this transported along to the separation cone. Since the conical area in the axial Flow direction of the suspension tapers, increases the centrifugal force and causes a Concentration of impurities along the inner wall to the outlet for the Heavy dirt. The heavy dirt may leave the hydrocyclone with some acceptable ones Fibers at the narrowest cross section of the separation cone '. The accept of the suspension emerges from the Hydrocyclone in the axial direction along the center line of the separation chamber through an outlet for the Acceptance of material that can be attached either axially or tangentially to the separation chamber. In the In most cases, hydrocyclones of the type considered here are with vertical center line operated. Then the separation chamber above the Abscheidekonus', the heavy parts are below from the separation cone and the accepts discharged upward from the separation chamber.

Die hohe Geschwindigkeit und die abrasive Natur der Verunreinigungen innerhalb des Hydrozyklons können einen hohen Verschleiß des Abscheidekonus' verursachen. Aus diesem Grund ist man schon früh dazu übergegangen, einen Teil des Abscheidekonus' aus Keramik herzustellen. So zeigt die DE-A-1642900 einen Hydrozyklon, bei dem der Abscheidekonus in einen metallischen und einen keramischen Teil aufgeteilt ist. The high speed and abrasive nature of the contaminants within the hydrocyclone can cause high wear of the separation cone. That's why you are early in the process of making part of the ceramic separator cone. So shows DE-A-1642900 discloses a hydrocyclone in which the separation cone into a metallic and a is divided ceramic part.

Auch wenn das Keramik-Material an sich einen hohen Abriebwiderstand hat, kann der Verschleiß im Laufe der Zeit derartig fortschreiten, dass sich eine Öffnung bildet, die eine Leckage der Suspension aus dem Hydrozyklon ermöglicht oder gar einen plötzlichen Bruch des Konus' auf Grund der geschwächten Wandabschnitte hervorruft. Daher muss der Abscheidekonus rechtzeitig erneuert werden.Even if the ceramic material itself has a high abrasion resistance, the wear in the Progressing over time such that an opening forms, which is a leakage of the suspension from the hydrocyclone allows or even a sudden breakage of the cone 'due to weakened wall sections causes. Therefore, the separation cone must be renewed in good time become.

Die Schwerteilbelastung ist besonders hoch, wenn die Suspension aus Altpapier hergestellt wird.The heavy burden is particularly high when the suspension is made from waste paper.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Hydrozyklon zu schaffen, der auch bei hohem Verschleiß wirtschaftlich zu betreiben ist, insbesondere durch kostengünstige Verschleißteile . Auch sollen verschlissene Teile einfach zu ersetzen sein.The invention is based on the object to provide a hydrocyclone, which is also at high Wear is economical to operate, especially through low-cost wearing parts. Also worn parts are easy to replace.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale bereits gelöst.This object is already achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1.

Wegen der Aufteilung des Abscheidekonus' sind die Einzelteile kleiner. Bekanntlich steigen die Herstellungskosten von Keramikteilen überproportional mit ihrer Größe. Es kann also mit Hilfe der Erfindung eine sehr ökonomische Behebung von Verschleißschäden an Hydrozyklonen erfolgen. Außerdem ist es möglich, das Unterteil, das erfahrungsgemäß zuerst verschlissen ist, separat zu tauschen. Das Oberteil hat eine mehrfach höhere Lebensdauer.Because of the division of the separation cone 'the items are smaller. As is known, the rise Production costs of ceramic parts disproportionately large with their size. So it can be done with the help of Invention carried out a very economical remedy of wear damage to hydrocyclones. In addition, it is possible, the lower part, which experience has been worn first, separately to To deceive. The upper part has a longer service life.

Die Verbindung der Einzelteile kann mit einer - nicht keramischen - Verbindungseinheit erfolgen, die auf einfache Anschlussflächen an den keramischen Einzelteilen abgestimmt ist und daher deren Herstellung stark vereinfacht.The connection of the items can be done with a - non-ceramic - connection unit, the is tuned to simple pads on the ceramic parts and therefore their Production greatly simplified.

In besonderer Ausgestaltung werden die Einzelteile mit einer Verbindungseinheit zusammengehalten, die auch den Anschluss des Hydrozyklons an das Schwerteil-Rejektsystem vereinfacht.In a particular embodiment, the items with a connection unit also held the connection of the hydrocyclone to the heavy fraction rejection system simplified.

Die Erfindung und ihre Vorteile werden erläutert an Hand von Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1: einen erfindungsgemäßen Hydrozyklon in geschnittener Seitenansicht;
Fig. 2: detaillierter: Einen geteilten Abscheidekonus mit Verbindungseinheit;
Fig. 3: einen an das Rejektsystem angeschlossenen Abscheidekonus.

The invention and its advantages will be explained with reference to drawings. Showing:

Fig. 1: a hydrocyclone according to the invention in a sectional side view;
Fig. 2: in more detail: a split separator cone with connection unit;
Fig. 3: a separation cone connected to the reject system.

Zur einfacheren Beschreibung des Erfindungsgegenstandes ist der Hydrozyklon in typischer senkrechter Arbeitsposition gezeigt und so beschrieben. Bekanntlich ist es aber ohne weiteres möglich und gelegentlich aus Platzgründen erforderlich, Hydrozyklone in waagerechter oder schräger Form anzuordnen, was die Anwendbarkeit der Erfindung nicht einschränkt.For ease of description of the subject invention, the hydrocyclone is more typical vertical working position shown and described. As you know, it's easy possible and occasionally required for space reasons, hydrocyclones in horizontal or to arrange oblique shape, which does not limit the applicability of the invention.

Der Hydrozyklon der Fig. 1 weist eine oben liegende Trennkammer 1 auf, in die über einen Zulaufanschluss 9 die Flüssigkeit F tangential eingeführt werden kann. In den meisten Fällen ist die Trennkammer 1 - so wie hier gezeichnet - in zylindrischer Form ausgeführt. Sie setzt sich axial nach unten in einer konischen Trennkammer 8 fort, die z.B. aus gleichem Material wie die Trennkammer 1 sein kann, z.B. aus Chromstahl oder Kunststoff. Am unteren Ende der konischen Trennkammer ist ein Abscheidekonus 2 angebracht, der erfindungsgemäß in ein Oberteil 4 und ein Unterteil 3 aufgeteilt ist. An der Trennebene 5 sind diese beiden Teile durch eine Verbindungseinheit 7 lösbar miteinander verbunden. Der Gutstoff A, also die von Schwerteilen weitgehend gereinigte Suspension, wird am oberen Ende der Trennkammer 1 axial durch ein Gutstoffrohr 10 herausgeführt. Die im Hydrozyklon abgeschiedenen Schwerteile verlassen den Abscheidekonus 2 durch die Austrittsöffnung 6, eventuell noch mit einem Teil der Flüssigkeit F vermischt. Im eingebauten Zustand ist der Hydrozyklon mit einem Rejektabführsystem verbunden. Dieses enthält eine Hülse 11, die so dimensioniert ist, dass sich der Abscheidekonus 2 einschieben lässt. Sie ist mit Vorteil transparent und am oberen Ende mit einer Dichttulpe 12 versehen, bei der z.B. der Innendurchmesser dem Außendurchmesser D einer zylindrischen Verbindungseinheit 7 entspricht.The hydrocyclone of Fig. 1 has an overhead separation chamber 1, in which a Inlet connection 9, the liquid F can be introduced tangentially. In most cases, that is Separating chamber 1 - as drawn here - executed in a cylindrical shape. It settles axially down in a conical separating chamber 8, e.g. made of the same material as the separation chamber. 1 may be, e.g. made of chrome steel or plastic. At the bottom of the conical separation chamber is a separation cone 2 attached, which according to the invention in an upper part 4 and a lower part of the third is divided. At the parting plane 5, these two parts are detachable by a connecting unit 7 connected with each other. The Acceptance A, that is largely purified by heavy parts Suspension is at the upper end of the separation chamber 1 axially through an accepts pipe 10th led out. The heavy particles deposited in the hydrocyclone leave the separation cone 2 through the outlet opening 6, possibly still mixed with a portion of the liquid F. in the When installed, the hydrocyclone is connected to a reject discharge system. This contains a sleeve 11 which is dimensioned so that the separating cone 2 can be inserted. She is with Advantage transparent and provided at the upper end with a sealing tulip 12, in which e.g. of the Inner diameter corresponds to the outer diameter D of a cylindrical connecting unit 7.

In Fig. 2 ist die Verbindung von Unterteil 3 und Oberteil 4 etwas detaillierter dargestellt, ohne dass diese Figur den Anspruch einer Konstruktionszeichnung erfüllen soll. Man erkennt, dass das Unterteil 3 an der der Trennebene 5 zugewandten Seite eine umlaufende radiale Erweiterung aufweist, die einen Kragen 15 bildet, wodurch eine radial hervorstehende Bundfläche 16 entsteht. Diese Bundfläche 16 hat die Form eines schmalen Kreisringes und ist senkrecht zur Mittellinie des Abscheidekonus' ausgerichtet. Das Oberteil 4 weist an der der Trennebene 5 zugewandten Seite eine umlaufende Nut 17 auf, in die ein Stützring 19 eingelegt ist. Der Stützring 19 ist mit Vorteil geteilt oder am Umfang geschlitzt, so dass er eingelegt werden kann, nachdem das obere Schraubteil 14 von unten auf das Oberteil 4 aufgeschoben wurde. Der Stützring 19 bildet an seiner oberen Seite eine Bundfläche 18. An den Bundflächen 16 und 18 stützen sich die Schraubteile 13 und 14 axial ab, so dass ein axiales Verspannen der beiden Teile des Abscheidekonus' gegeneinander erfolgen kann. Bei dem hier gezeichneten Beispiel ist das Schraubteil 13 mit einem Außengewinde und das Schraubteil 14 mit einem Innengewinde versehen. So kann durch Verdrehen in Umfangsrichtung die Verschraubung verspannt oder gelöst werden. Die Aufnahmebohrungen 21 für das Schraubwerkzeug sind mit Vorteil axial eingebracht. Die Außenfläche der Schraubteile 13 und 14 kann als Dichtfläche (Außendurchmesser D und axiale Dichtlänge LV) genutzt werden, was an Hand der Fig. 3 noch näher beschrieben wird.In Fig. 2, the connection of the lower part 3 and upper part 4 is shown in somewhat greater detail without this figure should meet the claim of a design drawing. One recognizes that that Lower part 3 at the parting plane 5 side facing a circumferential radial extension has, which forms a collar 15, whereby a radially projecting collar surface 16 is formed. This collar surface 16 has the shape of a narrow circular ring and is perpendicular to the center line of the Separating cone 'aligned. The upper part 4 has at the parting plane 5 facing side a circumferential groove 17, in which a support ring 19 is inserted. The support ring 19 is advantageous split or slotted on the perimeter so that it can be inserted after the top Screw 14 was pushed from below onto the upper part 4. The support ring 19 forms at its upper side a collar surface 18. On the collar surfaces 16 and 18, the screw 13 is based and 14 axially, so that an axial distortion of the two parts of the separation cone ' can be done against each other. In the example drawn here, the screw 13 is with a External thread and the screw 14 is provided with an internal thread. So can by twisting be tightened or loosened in the circumferential direction of the screw. The mounting holes 21 for the screwing are introduced axially with advantage. The outer surface of the screw 13 and 14 can be used as a sealing surface (outer diameter D and axial sealing length LV), which will be described in more detail with reference to FIG. 3.

Selbstverständlich sind noch andere Möglichkeiten vorstellbar, um die beiden Teile des Abscheidekonus' miteinander lösbar zu verbinden. Es ist zwar auch denkbar, die Nut 17 im Unterteil 3 anzubringen und den Kragen 15 entsprechend im Oberteil 4, dann muss aber eine am Umfang teilbare Verbindungseinheit 7 gewählt werden. Der besondere Vorteil einer separaten Verbindungseinheit 7 (im Vergleich zu in den Konusteilen selbst eingearbeiteten Gewinden) liegt darin, dass neben den dadurch entstehenden Festigkeitsproblemen die komplizierte Herstellung von Keramikteilen sehr aufwändig und teuer ist. Bei der erfindungsgemäßen Lösung hingegen können die Keramikteile nach wie vor in der üblichen Weise, z.B. durch Pressen und Sintern hergestellt werden.Of course, other possibilities are conceivable to the two parts of the Separating cone 'detachably connect to each other. Although it is also conceivable, the groove 17 in the lower part 3 attach and the collar 15 accordingly in the upper part 4, but then one must on the circumference divisible connection unit 7 can be selected. The special advantage of a separate Connection unit 7 (compared to incorporated in the cone parts threads itself) in that in addition to the resulting strength problems the complicated production of Ceramic parts is very complex and expensive. By contrast, in the solution according to the invention the ceramic parts are still in the usual manner, e.g. produced by pressing and sintering become.

Die Fig. 3 zeigt die Verhältnisse beim Anschließen des Hydrozyklons an das Rejektsystem etwas genauer. In die zum Rejektsystem gehörende Hülse 11 ist am oberen Ende eine Dichttulpe 12 eingespannt, und zwar so, dass sie sich teilweise innerhalb der Hülse 11 befindet und teilweise daraus axial hervorsteht. Dieser hervorstehende Teil weist hier einen innenzylindrischen Bereich auf, dessen Innendurchmesser dem Außendurchmesser D der Verbindungseinheit 7 entspricht. Dadurch lässt sich auf einfache Weise der Hydrozyklon montieren und gegen den Innenraum des Rejektsystems abdichten. Da bekanntlich in der Regel eine große Anzahl von Hydrozyklonen in entsprechenden Aufbereitungsanlagen zusammengefasst werden, ist es wichtig, dass der Anschluss an die Anlage möglichst einfach gestaltet ist und ein schnelles Auswechseln des Hydrozyklons erleichtert. Das ist mit dieser vorgeschlagenen Lösung besonders gut gewährleistet. Die axial aus der Hülse 11 hervorstehende Dichttulpe 12 erleichtert die Montage, da sie flexibler ist als eine in der Hülse eingepasste Dichtung. Letztere Lösung wäre aber ohne weiteres ebenfalls denkbar, wenn die Hülse 11 entsprechend weiter ausgestaltet würde. Es kann auch eine Verbindungseinheit verwendet werden mit einer axialen Dichtlänge LV, die kleiner ist als die axial Erstreckung der Verbindungseinheit. Wichtig ist, dass die Außenkontur der Verbindungseinheit 7 keine axial verlaufenden Nuten o.ä. aufweist, die die Abdichtung verhindern . Durch die beschriebene und in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist das ohne weiteres zu erreichen.Fig. 3 shows the conditions when connecting the hydrocyclone to the reject system something more accurate. In the sleeve 11 belonging to the reject system, a sealing tulip 12 is provided at the upper end clamped, in such a way that it is partially within the sleeve 11 and partially protrudes axially from it. This projecting part here has an inner cylindrical area, whose inner diameter corresponds to the outer diameter D of the connecting unit 7. Thereby can be easily mounted on the hydrocyclone and against the interior of the Seal off the reject system. As is known, usually a large number of hydrocyclones in it is important that the connection to the plant is designed as simple as possible and a quick replacement of the hydrocyclone facilitated. This is particularly well ensured with this proposed solution. The axially off the sleeve 11 protruding sealing tulip 12 facilitates assembly, since it is more flexible than one in the Sleeve fitted gasket. The latter solution would also be conceivable, however, if the Sleeve 11 would continue to be designed accordingly. It can also use a connection unit be with an axial sealing length LV, which is smaller than the axial extent of the Connecting unit. It is important that the outer contour of the connection unit 7 no axial running grooves or the like has, which prevent the seal. Through the described and in Fig. 2 shown embodiment is easy to achieve.

Auch wenn es bekanntlich Hydrozyklone in unterschiedlichen Größen gibt, hat sich doch gezeigt, dass die Axiallänge LU des Unterteils 3 im Allgemeinen relativ klein gehalten werden kann, vorzugsweise zwischen 100 und 300 mm. Es wurde nämlich beobachtet, dass der stärkste Verschleiß in diesem Teil des unteren Abscheidekonus' erfolgt. Das führt dazu, dass es ausreicht, einen relativ kleinen Teil des Hydrozyklons, nämlich das Unterteil 3 des Abscheidekonus' zu tauschen, um die genannten verschleißbedingten Nachteile zu beheben.Although it is well known that there are hydrocyclones in different sizes, it has the axial length LU of the lower part 3 can generally be kept relatively small, preferably between 100 and 300 mm. It was observed that the strongest Wear in this part of the lower Abscheidekonus' done. That means it's enough a relatively small part of the hydrocyclone, namely the lower part 3 of the separating cone 'to replace the mentioned wear-related disadvantages.

Claims

Hydrocyclone for separating abrasive contaminants from a liquid (F), in particular from an aqueous suspension with paper or cellulose fibers, which has a separation chamber (1) provided with a feed connection (9) for the liquid (F) and with an accept pipe (10) and a directly or indirectly connected predominantly, preferably completely, ceramic separating cone (2), which has an outlet opening (6) for the separated heavy fraction (R) on the side provided with the smaller flow cross-section,
characterized in that the separating cone (2) is divided into two parts, a lower part (3) and an upper part (4) and that these parts are detachably connected to each other.

Hydrocyclone according to claim 1,
characterized in that the parting plane (5) between the lower part (3) and upper part (4) to the center line of the Abscheidekonus (2) at an angle between 60 and 90 °, preferably 90 °.

Hydrocyclone according to claim 2,
characterized in that the detachable connection is produced by a separate connection unit (7), which can be mounted radially on the outside of the separation cone (2) and in the axial direction partially covers both the lower part (3) and the upper part (4).

Hydrocyclone according to claim 3,
characterized in that the connection unit (7) is not made of ceramic.

Hydrocyclone according to claim 3 or 4,
characterized in that the connecting unit (7) comprises two substantially cylindrical screw parts (13, 14), one of which has an external thread and the other has a matching internal thread.

A hydrocyclone according to claim 3, 4 or 5,
characterized in that the lower part (3) or the upper part (4) has a circumferential extension which forms a collar (15), whereby a radially projecting collar surface (16) is formed on which the connection unit (7) are fixed in the axial direction can.

A hydrocyclone according to claim 3, 4, 5 or 6,
characterized in that the lower part (3) or the upper part (4) has a circumferential groove (17) into which a removable support ring (19) can be inserted forming a radial projection to produce a collar surface (18), which fixes the connection unit (7) axially.

Hydrocyclone according to one of the preceding claims,
characterized in that in addition to the surfaces on which the lower part (3) and upper part (4) in the assembled state, circumferential axially spaced sealing surfaces exist, between which there is at least one sealing ring in the assembled state.

Hydrocyclone according to one of the preceding claims,
characterized in that the axial length (LU) of the lower part (3) is not greater than the axial length (LO) of the upper part (4).

Hydrocyclone according to one of the preceding claims,
characterized in that the axial length (LU) has a value between 100 and 300 mm.

Hydrocyclone according to one of the preceding claims,
characterized in that the Abscheidekonus (2) can be connected to a Rejektabführsystem with a sleeve (11) for receiving the heavy fraction (R) and that the connection unit (7) on an axial sealing length (LV) of at least 2 mm, preferably at least 20 mm, an outer surface corresponding to that of the inner surface of the sleeve (11) or a seal inserted therein.

Hydrocyclone according to claim 11,
characterized in that the outer surface is cylindrical.

Hydrocyclone according to claim 11,
characterized in that the outer surface is conical.

Hydrocyclone according to claim 12,
characterized in that the outer surface has an outer diameter (D) which is between 60 and 80 mm, preferably about 70 mm.

Hydrocyclone according to one of the preceding claims,
characterized in that the inner cone angle of the separation cone '(2) in the lower part (3) and upper part (4) is the same.

Ceramic lower part (3) of a separating cone (2) for use in a hydrocyclone according to any one of the preceding claims.