EP2950932B1

EP2950932B1 - Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer wehrkante

Info

Publication number: EP2950932B1
Application number: EP13801466.7A
Authority: EP
Inventors: Benno Vielhuber
Original assignee: Flottweg SE
Current assignee: Flottweg SE
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: US10105716B2; WO2014117760A1; US20150360240A1; DK2950932T3; EP2950932A1; DE102013001436A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer sich im Betrieb um eine Längsachse in einer Drehrichtung drehbaren Zentrifugentrommel, an deren Stirnseite mindestens eine Abströmöffnung zum Abströmen von geklärtem Gut aus der Zentrifugentrommel, eine die Abströmöffnung nach radial außen hin begrenzende Wehrkante und eine sich an der Wehrkante befindende Energierückgewinnungseinrichtung zum Rückgewinnen von Energie des abströmenden, geklärten Gutes ausgebildet sind. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Baueinheit, die von einer solchen Wehrkante und einer solchen Energierückgewinnungseinrichtung gebildet und zum Anbringen an einer Stirnseite einer Zentrifugentrommel vorgesehen ist.
Bei gattungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifugen ist es allgemein bekannt, an deren Zentrifugentrommel stirnseitig mehrere Abströmöffnungen vorzusehen, durch die hindurch das geklärte Gut über eine jeweils zugehörige Wehrkante abströmen kann. Die Wehrkante bildet dabei den radial inneren Rand einer zugehörigen Wehrplatte, die dabei an der Stirnseite der Zentrifugentrommel radial verstellbar angebracht ist.
Damit die kinetische Energie des ausströmenden Gutes wieder zum Antreiben der Drehbewegung der Zentrifugentrommel genutzt werden kann, werden inzwischen an derartigen Wehrkanten Energierückgewinnungseinrichtungen vorgesehen. So ist es unter anderem bekannt, an der Stirnseite einer Zentrifugentrommel Ablenkeinrichtungen vorzusehen, mit denen der Gutstrom des geklärten Guts in tangentialer Richtung umgeleitet wird. Das dann nicht axial, sondern tangential entgegen der Drehrichtung der Zentrifugentrommel austretende Gut überträgt der Zentrifugentrommel einen Impuls in Drehrichtung, der die Zentrifugentrommel entsprechend in Drehrichtung antreibt. Solche Ablenkeinrichtungen sind z.B. aus WO 2012 013624 A2 bekannt. Auch aus WO 2010 076752 A1 ist eine Energierückgewinnungseinrichtung mit einer Wehrkante bekannt, wobei sich die Wehrkante in einer radialen Ebene senkrecht zur Rotations- bzw. Längsachse der Zentrifugentrommel erstreckt. Die Wehrkante weist dabei in dieser zur Längsachse senkrechten Ebene zur Radialrichtung eine Neigung von zumindest 60°, bevorzugt circa 82° auf.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vollmantelschneckenzentrifuge zu schaffen, deren Energierückgewinnungseinrichtung besonders wirksam ist.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Vollmantelschneckenzentrifuge mit einer sich im Betrieb um eine Längsachse in einer Drehrichtung drehbaren Zentrifugentrommel gelöst, an deren Stirnseite mindestens eine Abströmöffnung zum Abströmen von geklärtem Gut aus der Zentrifugentrommel, eine die Abströmöffnung nach radial außen hin begrenzende Wehrkante und eine sich an der Wehrkante befindende Energierückgewinnungseinrichtung zum Rückgewinnen von Energie des abströmenden, geklärten Gutes ausgebildet sind. Erfindungsgemäß ist dabei von der Längsachse aus betrachtet die Wehrkante zumindest abschnittsweise so zur Drehrichtung hin geschwenkt angeordnet, dass damit der Strom des hinter der Wehrkante abströmenden Gutes zunächst noch in die Drehrichtung bewegt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge erstreckt sich die jeweilige Wehrkante nicht quer zur Längsachse der Zentrifuge, sondern schräg zu dieser. Dabei ist die Wehrkante in grundsätzlich überraschender Weise nicht so geschwenkt, dass sie das abströmende Gut bereits tangential entgegen der Drehrichtung umlenkt. Man könnte meinen, dass eine solche Umlenkung (ähnlich wie bei einem Düsenantrieb) energetisch besonders sinnvoll wäre.
Stattdessen ist die erfindungsgemäße Wehrkante so zur Drehrichtung hin geschwenkt, dass damit auch der Strom des hinter der Wehrkante abströmenden Gutes zunächst noch in die Drehrichtung bewegt wird. Auf diese Weise wird das hinter der Wehrkante abströmende Gut erfindungsgemäß noch stärker auf eine nachfolgende Energierückgewinnungseinrichtung gerichtet, als dies bei herkömmlichen Vollmantelschneckenzentrifugen mit einer an der Wehrkante rein axialen Abströmung von geklärtem Gut der Fall ist.
Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Erkenntnis, dass die energierückgewinnende Wirkung von Energierückgewinnungseinrichtungen der genannten Art insbesondere darauf beruht, dass an diesen das Gut axial gegen die zugehörige Ablenkfläche strömt und diese dann in tangentialer Richtung verlässt. Dieses Auftreffen und Ablenken erzeugt eine besonders starke Impulsübertragung vom abströmenden Gut auf die Zentrifugentrommel. Wenn stattdessen das abströmende Gut als ein homogener Strom vergleichsweise sanft tangential entgegen der Drehrichtung abgelenkt wird, geht ein Großteil des Impulses des abströmenden Gutes als innere Flüssigkeitsreibung verloren.
Die erfindungsgemäße Lösung ist entsprechend herkömmlichen Lösungen in Bezug auf die Menge an rückgewonnener Energie überlegen.
Die derartige Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung ist besonders ausgeprägt, indem die Wehrkante zumindest abschnittsweise zur Drehrichtung hin in einem Winkel von zwischen 2° bis 45°, vorzugsweise zwischen 5° und 30°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 15°geschwenkt angeordnet ist. Ferner ist besonders bevorzugt die erfindungsgemäße Wehrkante insgesamt zur Drehrichtung hin geschwenkt angeordnet.
In Strömungsrichtung des über die Wehrkante abströmenden Gutes hinter der Wehrkante ist vorzugsweise eine, nach radial außen gerichtete Überströmungsfläche für das abströmende Gut ausgebildet ist. Mit der derartigen Überströmungsfläche wird das abströmende Gut vorteilhaft zumindest leicht nach radial außen geleitet, wodurch seine Abströmgeschwindigkeit etwas erhöht werden kann. Damit erhöht sich auch die Aufprallgeschwindigkeit des Gutes an der Energierückgewinnungseinrichtung, so dass dort eine besonders effiziente Impulsübertragung erreicht werden kann. Die derartige Überströmungsfläche erstreckt sich vorzugsweise entlang der gesamten Wehrkante und ist besonders vorteilhaft unmittelbar an die Wehrkante angrenzend gestaltet.
Die Überströmungsfläche ist bevorzugt in Bezug auf die Längsachse nach radial außen hin in einem Winkel zwischen 10° und 65°, vorzugsweise zwischen 20° und 55°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 45° geschwenkt angeordnet. Mit der derart nach außen geneigten Überströmungsfläche können für das abströmende Gut besonders vorteilhafte Abströmgeschwindigkeiten erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Energierückgewinnungseinrichtung ist entsprechend der obigen Erklärung vorzugsweise mit einer das abströmende Gut entgegen der Drehrichtung hin ablenkenden Ablenkfläche gestaltet. Dabei ist die Ablenkfläche vorteilhaft in Richtung der Längsachse betrachtet axial unmittelbar hinter der Wehrkante angeordnet.
Die Ablenkfläche ist in Richtung der Längsachse betrachtet vorzugsweise ausschließlich radial außen von der Wehrkante angeordnet. Die derartige Ablenkfläche ist in radialer Richtung besonders klein und weist damit einen geringen Luftströmungswiderstand auf. Ferner bietet sie nur eine kleine Angriffsfläche für abströmendes Gut, welches an einer vorauseilenden Abströmöffnung verwirbelt wird. Derart an der nacheilenden Ablenkfläche anstoßendes Gut würde zu einer Abbremsung der Zentrifugentrommel beitragen.
Um eine einfache Verstellung einer Teichtiefe an der erfindungsgemäßen Vollmantelschneckenzentrifuge bei zugleich weiterhin wirksamer Energierückgewinnung zu erzielen, sind die erfindungsgemäße Wehrkante und ihre Energierückgewinnungseinrichtung vorzugsweise als eine an der Zentrifugentrommel gemeinsam verstellbare Baueinheit gestaltet. Entsprechend ist die Erfindung auch auf eine Baueinheit gerichtet, die von einer solchen erfindungsgemäßen Wehrkante und der zugehörigen Energierückgewinnungseinrichtung gebildet und zum Anbringen an einer Stirnseite einer Zentrifugentrommel vorgesehen ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Zentrifugentrommel mit Wehrplatte und Energierückgewinnungseinrichtung einer Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2: den Schnitt II - II in Fig. 1,
Fig. 3: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Zentrifugentrommel mit Wehrplatte und Energierückgewinnungseinrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß der Erfindung,
Fig. 4: die Ansicht IV gemäß Fig. 3,
Fig. 5: den Schnitt V - V gemäß Fig. 4,
Fig. 6: eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Zentrifugentrommel mit Wehrplatte und Energierückgewinnungseinrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß der Erfindung,
Fig. 7: die Ansicht VII gemäß Fig. 6 und
Fig. 8: einen Teil einer Ansicht gemäß Fig. 7 eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vollmantelschneckenzentrifuge gemäß der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In den Fig. 1 und 2 ist von einer Vollmantelschneckenzentrifuge 10 deren Zentrifugentrommel 12 mit ihrer Stirnwand 14 dargestellt. An der Stirnwand 14 ist eine von mehreren axial, in Richtung einer Längsachse 18 der Zentrifugentrommel 12 durch die Stirnwand 14 hindurchragenden Abströmöffnungen 16 veranschaulicht. Außenseitig vor der Abströmöffnung 16 ist an der Stirnwand 14 eine Wehrplatte 20 ortsfest, aber verstellbar angebracht. Die Wehrplatte 20 ragt bis vor die Abströmöffnung 16, so dass sie diese an ihrem radial äußeren Bereich außenseitig überdeckt. Dabei weist die Wehrplatte 20 an ihrem nach radial innen gerichteten Rand eine Wehrkante 22 auf. Die derartige Wehrkante 22 gemäß dem Stand der Technik erstreckt sich entlang der Stirnwand 14 und damit quer zur Längsachse 18 bzw. in einem Winkel von 90° zu dieser. Die Wehrkante 22 hält in der Zentrifugentrommel 12 geklärtes Gut 24 zurück, so dass sich im Betrieb der Vollmantelschneckenzentrifuge 10 dieses geklärte Gut 24 dort mit einer Teichtiefe 26 ansammelt und nachfolgend weitgehend kontinuierlich über die Wehrkante 22 hinweg abströmt.
In Strömungsrichtung des geklärten Gutes 24 hinter bzw. stromabwärts von der Wehrkante 22 befindet sich außen an der Wehrplatte 20 eine Energierückgewinnungseinrichtung 28 gemäß dem Stand der Technik. Diese Energierückgewinnungseinrichtung 28 ist als ein Abströmkanal 30 gestaltet, der eine sich auf der Höhe der Wehrkante 22 tangential erstreckende, ebene Bodenfläche 32 aufweist. Zu der Bodenfläche 32 erstreckt sich als Teil des Abströmkanals 30 senkrecht eine Ablenkfläche 34, die sich gemäß dem Stand der Technik vor dem in Längsrichtung betrachtet offenen Bereich der Abströmöffnung 16 bogenförmig erstreckt. Die Ablenkfläche 34 lenkt das axial durch die Abströmöffnung 16 radial innen, unter der Wehrkante 22 in einer Einströmrichtung 38 heranströmende, geklärte Gut 24 in tangentialer Richtung zu einer Abströmrichtung 40 um. Dabei dreht sich die Zentrifugentrommel 12 in einer Drehrichtung 36 und das geklärte Gut 24 wird so von der Ablenkfläche 34 umgelenkt, dass es entgegen dieser Drehrichtung 36 tangential aus der Energierückgewinnungseinrichtung 28 austritt. Mit dem Austritt "stößt sich" das geklärte Gut 24 von der Zentrifugentrommel 12 ab, wodurch es auf diese einen Teil seines Impulses überträgt und zu einer Energierückgewinnung an der Zentrifugentrommel 12 beiträgt. Dieses "Abstoßen" wird durch die innere Flüssigkeitsreibung im geklärten Gut 24 und dadurch gemildert, dass sich die Zentrifugentrommel 12 zugleich in Drehrichtung 36 weiterdreht. Die Zentrifugentrommel 12 weicht dem Abstoß also teilweise aus.
In den Fig. 3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Vollmantelschneckenzentrifuge 10 mit deren Zentrifugentrommel 12 veranschaulicht, an deren Wehrplatte 20 eine Wehrkante 42 gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Diese Wehrkante 42 ist in Bezug auf die Längsachse 18 in ihrer gesamten Erstreckung bzw. Länge als eine gerade Strecke um einen Winkel 44 von 10° hin zur Drehrichtung 36 geschwenkt. Die Wehrkante 42 erstreckt sich also nicht in Querrichtung, sondern zeigt außenseitig schräg zur Drehrichtung 36 hin.
In Strömungsrichtung des geklärten Gutes 24 hinter der Wehrkante 42 befindet sich ein Abströmkanal 46 gemäß der Erfindung, der zunächst mit einer schräg nach radial außen geneigten, ebenen Überströmungsfläche 48 gestaltet ist. Die Überströmungsfläche 48 ist in einem Winkel 50 von 45° schräg zur Längsachse 18 der Zentrifugentrommel 12 geneigt und erstreckt sich über die gesamte Breite der Wehrkante 42. Die Überströmungsfläche 48 ist Teil einer Energierückgewinnungseinrichtung 52 gemäß der Erfindung und lenkt das über die schräge Wehrkante 42 abströmende Gut 24 geringfügig nach radial außen sowie entgegen der Drehrichtung 36. Dabei wird dieses Gut 24 hinsichtlich seiner Strömungsgeschwindigkeit beschleunigt. Seine potentielle Energie wird damit zu einem gewissen Teil innerhalb der Energierückgewinnungseinrichtung 52 kinetische Energie gewandelt.
Unmittelbar hinter der Überströmungsfläche 48 umfasst der Abströmkanal 46 der Energierückgewinnungseinrichtung 52 gemäß der Erfindung auch eine ebene Bodenfläche 54, die dabei aber etwas radial weiter außen liegt, als die Wehrkante 42. Ferner ist auch eine bogenförmige Ablenkfläche 56 vorgesehen. Dabei wird das abströmende Gut 24 von der Überströmungsfläche 48 geringfügig entgegen der Drehrichtung 36 wie oben erläutert besonders beschleunigt gegen diese Ablenkfläche 56 geleitet. Dadurch kann an dieser ein hoher Energieeintrag bzw. eine starke Impulsweitergabe von dem abströmenden, geklärten Gut 24 auf die Energierückgewinnungseinrichtung 52 erfolgen. Dadurch kann die Ablenkfläche 56 besonders klein gestaltet werden und es reicht aus, wenn sie sich radial nach innen nur bis auf die Tiefe der Wehrkante 42 erstreckt. Mit der derart kleinen Ablenkfläche 56 ergibt sich für die Energierückgewinnungseinrichtung 52 ein vergleichsweise kleiner Strömungswiderstand außen an der ja mit hoher Geschwindigkeit rotierenden Zentrifugentrommel 12.
Die Fig. 6 und 7 zeigen ein erfindungsgemäß bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Wehrkante 42 mit einer Energierückgewinnungseinrichtung 52 gemäß der Erfindung, bei der die Wehrkante 42 in einem Winkel 44 von 20° schräg zur Längsachse 18 ausgerichtet ist.
In der Fig. 8 ist schließlich ein sehr ähnliches Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die zugehörige Wehrplatte 20 mitsamt der erfindungsgemäßen Wehrkante 42 und der Energierückgewinnungseinrichtung 52 in einem Winkel 58 zwischen 5° und 10°, vorzugsweise von 8° aus der Tangentialrichtung entgegen der Drehrichtung 36 betrachtet nach radial innen geneigt ist.

Bezugszeichenliste

10: Vollmantelschneckenzentrifuge
12: Zentrifugentrommel
14: Stirnwand
16: Abströmöffnung
18: Längsachse der Zentrifugentrommel
20: Wehrplatte
22: Wehrkante gemäß dem Stand der Technik
24: geklärtes Gut
26: Teichtiefe
28: Energierückgewinnungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik
30: Abströmkanal gemäß dem Stand der Technik
32: Bodenfläche gemäß dem Stand der Technik
34: Ablenkfläche gemäß dem Stand der Technik
36: Drehrichtung
38: Einströmrichtung des geklärten Gutes (axial)
40: Ausströmrichtung des geklärten Gutes (tangential)
42: Wehrkante gemäß der Erfindung
44: Winkel der Schrägstellung der Wehrkante relativ zur Längsachse
46: Abströmkanal gemäß der Erfindung
48: Überströmungsfläche gemäß der Erfindung
50: Winkel der Schrägstellung der Überströmungsfläche relativ zur Längsachse
52: Energierückgewinnungseinrichtung gemäß der Erfindung
54: Bodenfläche gemäß der Erfindung
56: Ablenkfläche gemäß der Erfindung
58: Winkel der Neigung der Bodenfläche relativ zur Radialrichtung

Claims

Vollmantelschneckenzentrifuge (10) mit einer sich im Betrieb um eine Längsachse (18) in einer Drehrichtung (36) drehbaren Zentrifugentrommel (12), an deren Stirnseite mindestens eine Abströmöffnung (16) zum Abströmen von geklärtem Gut (24) aus der Zentrifugentrommel (12), eine die Abströmöffnung (16) nach radial außen hin begrenzende Wehrkante (22, 42) und eine sich an der Wehrkante (22, 42) befindende Energierückgewinnungseinrichtung (28, 52) zum Rückgewinnen von Energie des abströmenden, geklärten Gutes (24) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass von der Längsachse (18) aus betrachtet die Wehrkante (42) zumindest abschnittsweise so zur Drehrichtung (36) hin geschwenkt angeordnet ist, dass damit der Strom des hinter der Wehrkante (22, 42) abströmenden Gutes (24) zunächst noch in die Drehrichtung (36) bewegt ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1,
bei der die Wehrkante (42) zumindest abschnittsweise zur Drehrichtung (36) hin in einem Winkel von zwischen 2° bis 45°, vorzugsweise zwischen 5° und 30°, besonders bevorzugt zwischen 10° und 15°geschwenkt angeordnet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Wehrkante (42) insgesamt zur Drehrichtung (36) hin geschwenkt angeordnet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei der in Strömungsrichtung des über die Wehrkante (42) abströmenden Gutes (24) hinter der Wehrkante (42) eine, nach radial außen geschwenkte Überströmungsfläche (48) für das abströmende Gut (24) ausgebildet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 4,
bei der sich die Überströmungsfläche (48) entlang der gesamten Wehrkante (42) erstreckt.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
bei der die Überströmungsfläche (48) in Bezug auf die Längsachse (18) nach radial außen hin in einem Winkel zwischen 10° und 65°, vorzugsweise zwischen 20° und 55°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 45° geschwenkt angeordnet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
bei der die Energierückgewinnungseinrichtung (52) mit einer das abströmende Gut (24) entgegen der Drehrichtung (36) hin ablenkenden Ablenkfläche (56) gestaltet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 7,
bei der die Ablenkfläche (56) in Richtung der Längsachse (18) betrachtet axial hinter der Wehrkante (42) angeordnet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach Anspruch 7 oder 8,
bei der die Ablenkfläche (56) in Richtung der Längsachse (18) betrachtet ausschließlich radial außen von der Wehrkante (42) angeordnet ist.
Vollmantelschneckenzentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei der die Wehrkante (42) und die Energierückgewinnungseinrichtung (52) als eine an der Zentrifugentrommel (12) gemeinsam verstellbare Baueinheit gestaltet sind.