EP2326427B1

EP2326427B1 - Zentrifuge mit einer selbstentleerenden schleudertrommel

Info

Publication number: EP2326427B1
Application number: EP09783343.8A
Authority: EP
Inventors: Wilfried Mackel; Helga Tietz; Bernd Terwey
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-09-23
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2029-09-23
Also published as: CN102164679A; WO2010034751A1; EP2326427A1; DE102008048934A1; CN102164679B

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einer selbstentleerenden Schleudertrommel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Zentrifuge mit einer selbstentleerenden Schleudertrommel ist aus der DE-OS 19 09 996 bekannt. Weiterentwickelte Konstruktionen zeigen die DE 32 08 808 A1 , die DE 32 40 093 A1 , die DE 35 09 139 C1 , die DE 35 24 731 C1 und die DE 36 07 526 A1 . Mit den bekannten - unter dem Namen Hydrostop bekannten - Lösungen lassen sich zwar insbesondere Teilentleerungen präzise steuern, es handelt sich aber um jeweils relativ aufwändige Konstruktionen.
Es ist auch bekannt, Kolbenventile zum zeitweisen Öffnen einer Schließkammer mit Hilfe einer außerhalb der Trommel angeordneten Dosiereinrichtung anzusteuern. Das Entleerungsverhalten derartiger Konstruktionen ist aber trotz der Dosiergeräte nicht immer optimal, da kein sehr großer Öffnungshub des Kolbenschiebers erreicht wird (siehe Fig- 3). Zudem bedingen die eingesetzten Dosiereinrichtungen einen erhöhten Kostenaufwand.
Wünschenswert ist insofern ein schneller und auch großer Öffnungshub des Kolbenschiebers, um einen guten und gleichmäßigen Feststoffaustrag auch bei der Verarbeitung von weniger fließfähigen Feststoffen zu ermöglichen.
Zum Stand der Technik seinen ergänzend noch die DE 30 12 108 A1 und die EP 0 706 829 , beide gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. genannt.
Die Erfindung hat vor diesem Hintergrund die Aufgabe, mit einfachen konstruktiven Mitteln eine hinsichtlich ihres Entleerungsverhaltens optimierte Zentrifuge zu schaffen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Konstruktion erreicht mit einfachen konstruktiven Mitteln ein optimiertes Entleerungsverhalten, das sich insbesondere durch einen schnell eingeleiteten und relativ großen Entleerungshub und einen schnell eingeleiteten Schließvorgang auszeichnet, der zu einer raschen Verkleinerung der Austragsspalthöhe führt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch einen Teilbereich einer erfindungsgemäßen Schleudertrommel;
Fig. 2: ein Diagramm, welches den Hub des Kolbenschiebers über die Zeit mit einer Schleudertrommel nach Art der Fig. 1 darstellt;
Fig. 3: ein Diagramm, welches den Hub des Kolbenschiebers über die Zeit mit einer bekannten Schleudertrommel darstellt; und
Fig. 4: eine schematisch schnittartig dargestellte, weitere erfindungsgemäße Schleudertrommel.

Ein zu verarbeitendes Schleudergut - ein Feststoff-Flüssigkeitsgemisch - wird durch einen mittigen Einlauf 22 (siehe insoweit die schematisch dargestellte Konstruktion der Fig. 4) einer drehbaren Trommel 1 eines (Teller-)Separators mit vertikaler Drehachse zugeführt, die einen Schleuderraum 2 aufweist, der sich in einen Trennraum 3 und einen Feststoffraum 4 unterteilt.
Der Feststoffraum 4 wird einseitig - hier nach unten hin - von einem axial beweglichen Kolbenschieber 5 begrenzt, der bei seinen axialen Bewegungen im Trommelmantel 6 ausgebildete Auswurföffnungen 7 für die Feststoffe freigibt bzw. verschließt.
Zwischen dem Kolbenschieber 5 und dem Trommelmantel 6 bzw. dem Trommelunterteil ist eine mit Schließfluid beaufschlagbare Schließkammer 8 ausgebildet.
In die Schließkammer 8 kann durch eine Einspritzkammer 9 und eine Zuleitung 10 Schließflüssigkeit eingeleitet werden. Diese Schließflüssigkeit kann durch eine oder mehrere Ableitungen 11, in die eines oder mehrere Kolbenventile 12 geschaltet sind, aus der Trommel 1 abgelassen werden, wozu das Kolbenventil 12 mit Öffnungswasser beaufschlagt wird, welches durch eine Einspritzkammer 13 für Öffnungswasser und eine Zuleitung 14 zum Kolbenventil 12 geleitet wird. Die Funktion eines solchen Kolbenventils 12 ist im Bereich selbstentleerender Separatoren an sich bekannt.
Zum Durchführen einer Entleerung wird Öffnungswasser eingespritzt, welches den Ventilkolben 16 des Kolbenventils 12 verschiebt, so dass das Schließwasser aus der Schließwasseröffnung 15 über die Bohrung 11 und das Ventil 12 ablaufen kann.
Je nach Zeitdauer der Öffnungswasserzugabe bzw. je nach Öffnungswassermenge (zugeführt über einen Dosierkolben oder über eine Zeitsteuerung der Öffnung des Zuleitungsventils) entleert die Schließkammer 8 ganz oder teilweise und der Kolbenschieber 5 bewegt sich durch die Druckkraft im Trennraum 3, welche durch das Produkt in der Trommel und die Zentrifugalwirkung erzeugt wird, nach unten und öffnet die Trommel 1.
Öffnungswasser und Schließwasser werden mittels Steuerwasserzuführungen 22a, b durch zwei getrennte Wasserzuleitungen in die Einspritzkammern 13 bzw. 9 in die Trommel gespritzt.
Wenn kein Öffnungswasser mehr zugeführt wird, bewegt sich der Ventilkolben nach außen (durch die Zentrifugalkraft) und verschließt die Bohrung 11. Wird die Öffnungskraft schließlich kleiner als die Schließkraft in der Schließkammer 8, in welche Schließwasser eingespritzt wird, bewegt sich der Kolbenschieber 5 wieder aufwärts, was die Trommel 1 verschließt.
Erfindungsgemäß wird die Schließkammerhöhe, d.h der Abstand zwischen der Trommelinnenwand und dem Kolbenschieber im Bereich der Schließkammer 8, relativ gering gehalten, vorzugsweise beträgt die Höhe 0,3 mm bis 5mm, insbesondere 0,5 bis 1,5 mm.
Hierdurch wird auch das Schließwasservolumen gering gehalten. Die Höhe der Kammer beeinflusst die Geschwindigkeit der Entleerung signifikant.
Um dennoch einen relativ großen Entleerungshub zu erhalten und um zu einem schnellen Öffnungsvorgang zu Beginn der Entleerung und zu einem schnellen Schließvorgang gegen Ende der Entleerung zu gelangen, wird dabei aber ein definierter Stufensprung der Schließkammer 8 auf einem vorgegebenen Durchmesser der Schließkammer festgelegt. Im Bereich dieses Stufensprunges vervielfacht sich vorzugsweise die Höhe der Schließkammer 8, vorzugsweise beträgt die Höhe der Schließkammer 8 im Bereich der Ausnehmungen 17 nach Versuchen das drei- bis fünfzehnfache der Spalthöhe der Schließkammer 8 im Bereich neben bzw. außerhalb der Ausnehmungen 17, insbesondere 3 bis 20 mm, besonders vorteilhaft 5 bis 12 mm, insbesondere 10 mm.
Vorzugsweise wird dieser Stufensprung im Bereich des unteren Teiles des Kolbenschiebers eingebracht. Dieser Umkehrbereich des Winkels des Kolbenschiebers liegt in der Regel - vom Außendurchmesser des Kolbenschiebers aus betrachtet - zwischen einem Drittel und zwei Drittel seines Radius.
Zusätzlich weist der Kolbenschieber hier an seiner Unterseite in seinem inneren und äußeren Randbereich Umfangsfreidrehungen 20, 21 zur besseren Annahme und zum besseren Abfuhr des Schließwassers auf.
Die Erfindung lässt sich beispielsweise auf einfache Weise dadurch realisieren, dass in die der Schließkammer zugewandte Seite des Kolbenschiebers 6 auf einem bestimmten Durchmesser Ausnehmungen 17 eingebracht werden, beispielsweise zwei oder mehr umfangsverteilte Ausfräsungen. Die Ausnehmungen 17 führen zu einem optimierten Entleerungsverhalten, wie es beispielhaft in Fig. 2 abgebildet ist.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, ergibt sich durch den schmalen Spaltraum im inneren radialen Bereich der Schließkammer 8 bei der gewählten beispielhaften Auslegung für eine Trommel 1, die einen Böschungswinkel α von 15° aufweist, zu Beginn der Entleerung ein deutlich vergrößerter Entleerungshub und ein schneller Öffnungsvorgang.
Darüber hinaus ergibt sich durch die Spaltverbreiterung im Bereich der Ausnehmungen 17 - die beispielsweise als Ausfräsungen ausgelegt sein können - ein automatisches und zu Beginn des Schließvorganges sehr schnelles Schließverhalten, bis auf einen geringen Restspalt.
Durch eine geeignete Auslegung - bzw. Variation - des Schließspaltes und der Ausnehmungen 17 kann somit die Entleerungscharakteristik bzgl. der Entleerungsgeschwindigkeit und der Entleerungsmenge gezielt eingestellt werden.
Die Ausfräsungen 17 erhöhen zudem die Unempfindlichkeit gegen Ventilsteuerzeitschwankungen, so dass sogar auf einen Dosierkolben, der zur Einstellung und Steuerung von Teilentleerungen dient, verzichtet werden kann, was die Kosten der Konstruktion gegenüber bekannten Lösungen senkt.
Die Ausfräsungen 17 werden je nach Art der zu verarbeitenden Produktes und der durchzuführenden Entleerungen (Teilentleerungsmenge) ausgelegt, was beispielsweise empirisch mit Hilfe durch Versuche erfolgen kann, bis sich eine Charakteristik nach Art der Fig. 2 mit einem relativ großen, schnell auf einen maximalen Wert ansteigenden Öffnungshub und einem relativ schnellen Stoppen der Entleerung ergibt.
Die einmal ermittelte Charakteristik des Öffnungsweges und der Teilentleerungsmenge wird reproduzierbar erreicht. Gewünschte Veränderungen können durch ein Anpassen der Ausnehmung 17 und deren Volumen erreicht werden.
Der Kolbenschieber der Fig. 1 weist ausgehend von einem Radius R17 im Bereich der Ausfräsungen radial nach innen und nach außen hin doppelt konische Form auf, wobei die Ausfräsungen 17 im Übergangsbereich 17 zwischen den beiden konischen Bereichen 18 und 19 beispielhaft als zwei Varianten ausgebildet sind.
Es wäre auch denkbar, nur eine Ausfräsung vorzusehen und diese als eine umlaufende Ringnut auszubilden. Aus Stabilitätsgründen und in Hinsicht auf eine besonders optimale Entleerung scharakteristik ist es aber vorteilhaft, zwischen den umfangsverteilten Ausfräsungen 17 auch Bereiche des Kolbenschiebers stehenzulassen, in denen die Wanddicke des Kolbenschiebers nicht durch die eine oder mehreren Ausnehmungen 17 geschwächt ist.
Wenn die Ausfräsung(en) 17 im Kolbenschieber weiter außen liegt bzw. liegen, so vergrößert sich die Austragsmenge des Feststoffes bei der Teilentleerung. Liegt die Position weiter innen, verkleinert sich die Austragsmenge bei gleicher Ventilöffnungszeit.
Der Vergleich der Entleerungscharakteristiken, wie er in Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wurde beispielhaft mit einem Separator vom Typ MSD 300 der Anmelderin durchgeführt. Die Hubhöhe von 100% bezieht sich auf die mechanisch realisierbare Bewegungsmöglichkeit des Kolbenschiebers zwischen dem Trommeldeckel und dem Trommelunterteil. Die Zeitbasis von beispielsweise 1 sec bezieht sich auf die Ansteuerung des vorgeschalteten Magnetventils zur Zuführung des Öffnungswassers.

Bezugszeichen

Trommel: 1
Schleuderraum: 2
Trennraum: 3
Feststoffraum: 4
Kolbenschieber: 5
Trommelmantel: 6
Auswurföffnungen: 7
Schließkammer: 8
Einspritzkammer: 9
Zuleitung: 10
Ableitungen: 11
Kolbenventile: 12
Einspritzkammer: 13
Kanal: 14
Schließwasseröffnung: 15
Ventilkolben: 16
Ausnehmung: 17
konische Bereiche: 18, 19
Umfangsfreidrehungen: 20, 21
Steuerwasserzuführung: 22a, b

Claims

Zentrifuge mit einer selbstentleerenden Schleudertrommel, in deren Trommelmantel (6) von einem Feststoffraum (4) ausgehende, durch einen axial beweglichen Kolbenschieber (5) verschließbare Auswurföffnungen (7) ausgebildet sind, wobei dem Kolbenschieber (5) ferner eine mit Schließflüssigkeit beaufschlagbare Schließkammer (8) zugeordnet ist, die durch Betätigung eines oder mehrerer Hydraulikventile (12) mit Hilfe von Öffnungsflüssigkeit entleerbar ist, wobei die Schließkammer (8) wenigstens eine oder mehrere Ausnehmungen (17) aufweist, in deren Bereich die Schließkammer (8) eine größere Schließkammerhöhe aufweist als in ihrem übrigen Bereich außerhalb der Ausnehmungen (17), wobei der Kolbenschieber (5) eine radial nach innen und nach außen hin doppelt konische Form aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen als im Übergangsbereich zwischen den beiden konischen Bereichen (18 und 19) ausgebildete Ausfräsungen ausgebildet sind.
Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (17) als Aussparungen in der der Schließkammer (8) zugewandten Seite des Kolbenschiebers (5) ausgebildet sind.
Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikventile als Kolbenventile (12) ausgebildet sind.
Zentrifuge nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass in die der Schließkammer zugewandte Seite des Kolbenschiebers (6) auf einem bestimmten Durchmesser umfangsverteilt die eine oder mehreren Ausnehmungen (17) eingebracht sind.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, 2 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass in die der Schließkammer zugewandte Seite des Kolbenschiebers die Ausfräsungen (17) umfangsverteilt eingebracht sind.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, 1-3 dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung (17) als umlaufende Ringnut ausgebildet ist.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkammerhöhe, d.h. der Abstand zwischen der Trommelinnenwand und dem Kolbenschieber, im Bereich der Schließkammer (8) bei 0,3 bis 5 mm liegt.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkammerhöhe, d.h. der Abstand zwischen der Trommelinnenwand und dem Kolbenschieber, im Bereich der Schließkammer (8) bei 0,5 bis 1, 5 mm liegt.
Zentrifuge nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkammerhöhe, d.h. der Abstand zwischen der Trommelinnenwand und dem Kolbenschieber, im Bereich der Ausnehmungen (8) bei 3 bis 20mm, insbesondere bei 5 bis 12 mm liegt.
Zentrifuge nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Schließkammer (8) im Bereich der Ausnehmungen (17) das drei- bis fünfzehnfache der Höhe der Schließkammer (8) im Bereich neben den Ausnehmungen (17) beträgt.