EP3582900B1

EP3582900B1 - Auslasseinrichtung eines separators

Info

Publication number: EP3582900B1
Application number: EP18710309.8A
Authority: EP
Inventors: Thomas König; Benno Vielhuber; Stefan Bichlmeier; Frank Giegler; Ronny Jänsch
Original assignee: Flottweg SE
Current assignee: Flottweg SE
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2024-10-23
Anticipated expiration: 2038-02-14
Also published as: US20200230616A1; US11446679B2; EP3582900A1; WO2018149452A1; DE102017103065B4; DE102017103065A1; CN110430941B; CN110430941A; PL3582900T3; DK3582900T3

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Auslasseinrichtung eines Separators mit einem Auslasskanal zum Auslassen einer flüssigen Phase aus einer rotierenden Trommel des Separators, wobei sich der Auslasskanal längs einer Drehachse in einer ortsfesten Rohrvorrichtung des Separators erstreckt, wobei innerhalb eines Trommelgehäuses des Separators eine Kappe vorgesehen ist, die mit der Rohrvorrichtung ortsfest verbunden ist, die Rohrvorrichtung umgibt und die Trommel in radialer Richtung überdeckt, wobei im Inneren der Kappe ein mit der Trommel ortsfest verbundener, im Querschnitt L-förmiger Trommelring angeordnet ist, wobei im Inneren des im Querschnitt L-förmigen Trommelrings ein mit der Rohrvorrichtung ortsfest verbundener, sich radial nach außen erstreckender Stegring angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Auslasseinrichtung zum Auslassen einer flüssigen Phase an einem Separator.
Separatoren sind Zentrifugen, die zum Trennen von Phasengemischen mittels Zentrifugalkraft in einer um eine Drehachse rotierenden Trommel dienen. Dabei wird das Phasengemisch in mindestens eine leichte Phase und in mindestens eine schwere Phase getrennt. Als Separatoren werden solche Zentrifugen bezeichnet, die eine im Wesentlichen vertikale Drehachse für die rotierende Trommel aufweisen. Aus WO 94/08723 A1 ist beispielsweise ein derartiger Separator bekannt.
An der rotierenden Trommel solcher herkömmlicher Separatoren befindet sich im oberen Teil eine Auslasseinrichtung, mittels der die aus dem Phasengemisch abgetrennte flüssige Phase aus der Trommel nach oben hin abgeleitet werden kann.
Die Auslasseinrichtung umfasst zum Auslassen der flüssigen Phase einen Auslasskanal, der sich üblicherweise längs der Drehachse der Trommel in einer ortsfesten Rohrvorrichtung des Separators erstreckt. Radial außerhalb und axial unterhalb der ortsfesten Rohrvorrichtung ist die rotierende Trommel angeordnet, innerhalb derer das Phasengemisch zu trennen bzw. separieren ist.
Ein Problem solcher Auslasseinrichtungen ist, dass dort Phasengemische und insbesondere ihre abgetrennten flüssigen Phasen mit der Umgebungsluft in Kontakt treten können. Gerade bei Phasengemischen und flüssigen Phasen, die mit dem in der Umgebungsluft enthaltenen Sauerstoff reagieren, muss ein solcher Kontakt verhindert werden. Zudem kann es erforderlich sein, Phasengemische und flüssige Phasen vor einem unerwünschten Entgasen in die Umgebung zu schützen. Insbesondere muss bei einem Separieren von Bier ein solcher Gasaustausch mit der Umgebung verhindert werden.
Es gibt unterschiedliche Absperrkonzepte zur Lösung des derartigen Problems. Beispielsweise kommen bei vollhermetischen Separatoren Gleitringabdichtungen zum Einsatz. Solche Gleitringabdichtungen sind während des Rotationsbetriebs der Trommel starken Reibungen ausgesetzt. Hohe energetische Reibungsverluste und starker mechanischer Verschleiß sind die Folge.
Aus DE 25 34 788 A1 ist eine kontinuierlich arbeitende Schlammzentrifuge mit einer Vorrichtung zum abwechselnden Öffnen und Schließen des Zentrifugengehäuses an seinem Umfang bekannt, um intermittierend Schlamm aus der Trennkammer des Gehäuses zu entleeren. DE 25 34 788 A1 offenbart eine Art Kappe, die als mittlerer Abschnitt einer Abdeckung und somit als Teil des Trommelgehäuses ausgebildet ist.

Zugrundeliegende Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Auslasseinrichtung eines Separators zu schaffen, mittels der ein Kontakt der flüssigen Phase mit der Umgebungsluft, insbesondere über den gesamten Separationsprozess hinweg, zuverlässig verhindert werden kann. Zudem soll mittels einer solchen Auslasseinrichtung der zugehörige Separator mit weniger Energiebedarf im Vergleich zu bekannten Separatoren betrieben werden können.

Erfindungsgemäße Lösung

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einer Auslasseinrichtung eines Separators mit einem Auslasskanal zum Auslassen einer flüssigen Phase aus einer rotierenden Trommel des Separators gelöst, bei dem sich der Auslasskanal längs einer Drehachse der Trommel in einer ortsfesten Rohrvorrichtung des Separators erstreckt, wobei innerhalb eines Trommelgehäuses des Separators eine Kappe vorgesehen ist, die mit der Rohrvorrichtung ortsfest verbunden ist, die Rohrvorrichtung umgibt und die Trommel in radialer Richtung überdeckt, wobei im Inneren der Kappe ein mit der Trommel ortsfest verbundener, im Querschnitt L-förmiger Trommelring angeordnet ist, wobei im Inneren des im Querschnitt L-förmigen Trommelrings ein mit der Rohrvorrichtung ortsfest verbundener, sich radial nach außen erstreckender Stegring angeordnet ist.
Unter einer Kappe ist vorliegend insbesondere ein die Rohrvorrichtung umgebendes, in seinem Inneren hohles Bauteil zu verstehen. Das derartige Bauteil erstreckt sich in radialer und axialer Richtung derart, dass mit dessen Außenwänden eine kappenartige bzw. haubenartige Form gestaltet ist. Dabei können die Außenwände gekrümmt, eben und gewinkelt oder eben und schräg geformt sein. Als bevorzugt hat sich eine ebene und schräg geformte Außenwand der Kappe herausgestellt.
Mittels einer solch erfindungsgemäßen Kappe ist ein ortsfest mit der Rohrvorrichtung verbundenes Überdeckungselement geschaffen. Ein solches Überdeckungselement, das ortsfest mit der Rohrvorrichtung verbunden und nicht relativ zur Rohrvorrichtung bewegbar ist, kann besonders stabil und besonders dicht an der Rohrvorrichtung angeordnet sein.
Zudem ist die Rohrvorrichtung von der erfindungsgemäßen Kappe umgeben. Insbesondere umgreift dabei die Kappe die Rohrvorrichtung vollumfänglich. Ein solches Umgeben, insbesondere Umgreifen, ermöglicht mittels der Kappe eine lückenlose und damit besonders dichte Überdeckung der Trommel.
Ferner überdeckt die derart gestaltete Kappe die Trommel erfindungsgemäß in radialer Richtung. Mittels einer solchen Erstreckung der Kappe ist oberhalb der Trommel ein Hohlraum geschaffen, der vom Inneren der Kappe gebildet ist. Der Hohlraum ist dank der ortsfesten und die Rohrvorrichtung umgebenden Verbindung mit der Rohrvorrichtung besonders gut und sogar gasdicht abgedichtet. Derart abgedichtet kann der Hohlraum als Pufferraum dienen, der in Richtung der Rohrvorrichtung gasdicht gestaltet ist. In einem solchen Pufferraum kann ein Gas aufgenommen sein, das die Funktion eines Sperrgases ausüben kann. Dazu überdeckt das Sperrgas entsprechend der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kappe die rotierende Trommel in radialer Richtung und damit insbesondere auch die flüssige Phase in der Auslasseinrichtung. Derart überdeckt, verhindert das in der erfindungsgemäßen Kappe aufgenommene Sperrgas den Kontakt der flüssigen Phase zur Umgebungsluft. Bevorzugt ist dazu als Sperrgas ein Gas wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid eingesetzt, das dichter als die Umgebungsluft ist und von seiner Natur her bereits gegen die rotierende Trommel und damit insbesondere auch gegen die flüssige Phase drängt.
Zudem hat sich gezeigt, dass mittels der erfindungsgemäßen Kappe sehr effektiv Verwirbelungen bzw. Turbulenzen im Sperrgas vermieden werden können. Mit dem Vermeiden solcher Verwirbelungen können während des Betriebs Energieverluste eingespart werden, die andernfalls durch entsprechend hohe Reibung im Sperrgas auftreten. Solche Reibungsverluste treten herkömmlich vor allem dann auf, wenn das Sperrgas innerhalb eines die rotierende Trommel umgebenden Trommelgehäuses eingesetzt wird. Mit der erfindungsgemäßen Kappe kann ein solcher Einsatz von Sperrgas innerhalb des Trommelgehäuses also energie- und rohstoffsparend vermieden werden.
Mit der erfindungsgemäßen Kappe ist demnach eine Auslasseinrichtung geschaffen, die eine besonders dichte und nahezu reibungsfreie Überdeckung der rotierenden Trommel und damit insbesondere der flüssigen Phase ermöglicht. Es kann der Kontakt der flüssigen Phase und auch des Phasengemisches zur Umgebungsluft zuverlässig vermieden und zusätzlich Antriebsenergie gespart werden.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise überdeckt die Kappe die Trommel in radialer Richtung und zusätzlich auch in axialer Richtung. Mit einer derart vorteilhaften Ausgestaltung ist die Trommel nicht nur in radialer Richtung sondern auch zusätzlich über ihren Umfang hinaus in axialer Richtung von der Kappe umgeben. Ein damit geschaffener Kappenhohlraum im Inneren der Kappe umgreift also die Trommel um ihren oberen Bereich. Ein in einem solchen Kappenhohlraum aufgenommenes Gas kann insbesondere als Sperrgas dort die Trommel auch axial umströmen. Derart umströmt, kann die Trommel und damit die flüssige Phase zur Umgebungsluft noch besser abgesperrt werden. Insbesondere kann während einer Rotation der Trommel das sich im Kappenhohlraum befindende Gas dank dessen axialer Überdeckung der Trommel während der gesamten Rotationsbewegung sicher über und an der Trommel gehalten werden. Ein Abdrift des Gases kann vermieden werden, sodass das Gas nicht in einen die Trommel umgebenden Raum entweicht.
Das Gas kann dank der sich radial und axial über die Trommel erstreckenden Kappe zuverlässig innerhalb des Kappenhohlraums nach oben und nach radial außen gehalten und geführt werden. Damit kann auch Gas geringerer Dichte als die Umgebungsluft verwendet werden. Je nach Bedarf an seine chemischen und physikalischen Eigenschaften kann also genau das passende Gas als Sperrgas verwendet werden, unabhängig von dessen Dichte.
Erfindungsgemäß ist im Inneren der Kappe ein mit der Trommel ortsfest verbundener, im Querschnitt L-förmiger Trommelring angeordnet. Derart angeordnet, rotiert der Trommelring bei rotierender Trommel zusammen mit der Trommel während die Kappe statisch an der ortsfesten Rohrvorrichtung gehalten ist. Es bewegt sich also der Trommelring im Inneren der Kappe relativ zur Kappe mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit wie die rotierende Trommel. Es hat sich gezeigt, dass sich dabei mittels seiner im Querschnitt L-förmigen Ausgestaltung am Trommelring eine laminare Strömung ausbildet, die weder abreißt noch verwirbelt. Eine solch laminare Strömung im Inneren der Kappe bietet nur wenig Reibungswiderstand und spart Energie während der Trommelrotation.
Bevorzugt ist eine Gestaltung des im Querschnitt L-förmigen Trommelrings derart, dass der L-förmige Trommelring an seiner oberen Ringkante einen geringeren Durchmesser aufweist als an seiner unteren Ringkante. Besonders bevorzugt ist die obere Ringkante radial relativ weit innen angeordnet. Derart gestaltet, kann die obere Ringkante mit ihrer Innenkante als radial besonders weit nach innen reichendes Überlaufwehr für ein in der Trommel bei Bedarf aufzunehmendes Sperr- fluid dienen. Ein solches Sperrfluid soll insbesondere die flüssige Phase in der Trommel von einem Kontakt zur Umgebungsluft absperren. Je weiter radial innen sich das Überlaufwehr befindet, desto weiter nach radial innen und damit umso zuverlässiger kann die flüssige Phase abgesperrt werden.
Zudem ist erfindungsgemäß im Inneren des im Querschnitt L-förmigen Trommelrings ein mit der Rohrvorrichtung ortsfest verbundener, sich radial nach außen erstreckender Stegring angeordnet. Damit ist der Stegring wie die erfindungsgemäße Kappe statisch an der Rohrvorrichtung gehalten, während der Trommelring zusammen mit der Trommel beim Betrieb des Separators rotiert. Zudem ist der Stegring, ähnlich wie ein Steg, im Querschnitt relativ flach. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen flachen Zwischenraum ähnlich einer Ringscheibe zwischen dem Stegring und dem im Querschnitt L-förmigen Trommelring. In diesem flachen Zwischenraum bildet sich während der Trommelrotation eine laminare Strömung aus, die eine besonders reibungsarme Rotation ermöglicht. Zudem kann der derartige Zwischenraum als eine Art Labyrinthdichtung für ein in der Trommel bei Bedarf aufzunehmendes Sperrfluid dienen. Das Sperrfluid kann mit einer solchen Labyrinthdichtung besonders verschleißarm und energiesparend gegenüber dem Inneren der Kappe abgedichtet werden.
Zusätzlich ist erfindungsgemäß vorteilhaft am innenseitigen Endbereich der Rohrvorrichtung ein Greifer abgestützt. Ein solcher Greifer ist eine scheibenförmige Ableiteinrichtung, in der sich mindestens ein radial gerichteter Ableitkanal befindet. Der Ableitkanal leitet das abzuführende Material, in der Regel die flüssige Phase, vom radial äußeren Bereich der Trommel nach radial innen und in den Auslasskanal hinein. Dabei ist es erforderlich, dass das Material einem gewissen Druck unterworfen ist, damit es auch durch den Auslasskanal weiterströmt. Ein solcher Druck kann in der rotierenden Trommel nur durch die dort herrschende Zentrifugalkraft erzeugt werden. Es ist daher notwendig, dass der Greifer mit seinem mindestens einen Ableitkanal ausreichend tief in den Flüssigkeitsspiegel der abgetrennten, abzuleitenden Phase eintaucht.
Bei einem solchen Ableiten des Materials kommt das Material während des Ableitens nicht in Kontakt mit der Umgebungsluft. Mittels einer solchen Materialableitung ist die Absperrsituation gegenüber der Umgebungsluft zusätzlich zur beschriebenen Absperrmöglichkeit dank der erfindungsgemäßen Kappe weiter verbessert.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß vorteilhaft der Greifer von einer Greiferkammer umgeben, die von je einer zur Trommel gehörenden, radialen und axialen Greiferkammerwand umgeben ist, von denen nur die radiale Greiferkammerwand mit einer Verrippung versehen ist. Derart gestaltet, steht der Greifer still, während sich die Greiferkammer mit ihren Greiferkammerwänden bei rotierender Trommel um den Greifer bewegt.
Greiferkammern bekannter Separatoren weisen sowohl an der radialen als auch an der axialen Greiferkammerwand an ihren Innenwänden Verrippungen auf. Die derartigen Verrippungen dienen dazu, das Material in der Greiferkammer, das heißt in der Regel die abgetrennte flüssige Phase, in Bewegung zu bringen und zu halten.
Bei der erfindungsgemäßen Greiferkammer hingegen ist die axiale Greiferkammerwand in ihrem Inneren eben und ist nur die radiale Greiferkammerwand in ihrem Inneren mit einer Verrippung versehen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass eine solche Verrippung ausreicht, um die flüssige Phase in der Greiferkammer mit der Trommelrotation in Bewegung zu bringen und zu halten. Zusätzlich treten wesentlich weniger Verwirbelungen in der flüssigen Phase auf als in bekannten Greiferkammern, was eine verbesserte Materialabfuhr mit weniger Reibungsverlusten ermöglicht. Insbesondere in Kombination mit der erfindungsgemäßen Kappe ist damit eine besonders energiesparende Auslasseinrichtung geschaffen.
Ferner ist vorzugsweise erfindungsgemäß axial zwischen der Kappe und dem Greifer eine sich in radialer Richtung erstreckende, mit der Rohrvorrichtung ortsfest verbundene Sperrscheibe vorgesehen, die von einer Sperrkammer umgeben ist, die von zur Trommel gehörenden Sperrkammerwänden begrenzt ist. Damit rotiert die Sperrkammer mit ihren Sperrkammerwänden bei rotierender Trommel, während die Sperrscheibe statisch stillsteht. In eine solche Sperrkammer kann ein Sperrfluid aufgenommen sein. Das Sperrfluid rotiert zusammen mit der Sperrkammer bei rotierender Trommel und liegt dabei radial außen an der zugehörigen Sperrkammerwand mit einer bestimmten Sperrfluidteichtiefe an. In einen solchen rotierenden Sperrfluidteich taucht die Sperrscheibe ein. Derart eintauchend, verhindert die Sperrscheibe einen Kontakt zwischen dem Inneren der Kappe und der dem Greifer zugehörigen Greiferkammer. Damit ist das sich in der Greiferkammer befindende Material, insbesondere die abgetrennte flüssige Phase, von einem sich im Inneren der Kappe befindenden Medium abgesperrt. Dabei kann das sich im Inneren der Kappe befindende Medium die Umgebungsluft sein, die dann mittels des Sperrfluids und der Sperrscheibe von der sich in der Greiferkammer befindenden flüssigen Phase abgesperrt ist. Wenn bestimmte Betriebsverhältnisse es erfordern, kann die Kappe auch, wie bereits beschrieben, mit einem als Sperrgas dienenden Gas gefüllt sein. Je nach Betriebssituation kann also immer eine optimale Absperrsituation der abgetrennten flüssigen Phase zur Umgebungsluft eingestellt werden.
Demgegenüber ist es bekannt, bei Separatoren eine Sperrkammer mit einer Sperrscheibe vorzusehen. Jedoch funktioniert diese herkömmliche Absperrsituation nur gut bei höheren und maximalen Durchsätze der jeweiligen Maschinengrö-ße. Die volle und für den Prozess sinnvolle Bandbreite kann hierbei nicht vollständig genutzt werden, da bei niedrigen Durchsätzen sich eine erhöhte Sauerstoffaufnahme der abgetrennten flüssigen Phase aus der Umgebung zeigt. Bei geringen Durchsätzen ist die Trommel nicht mehr vollständig gefüllt. Dort herrschende Druckverhältnisse sind anders und können sogar umgekehrt wie die Druckverhältnisse bei vollständig gefüllter Trommel sein. Aus der Sperrkammer kann Sperrfluid in die Trommel gesaugt werden, wodurch die Sperrscheibe nicht mehr ausreichend abdichtet. Um ein solches Absaugen zu verhindern, muss mit sehr hohen Ableitdrücken von mehr als 6 bar gearbeitet werden, was bedeutet, dass flüssige Phase nach oben in die Sperrkammer gedrückt wird. Dabei läuft die Trommel teilweise über. Ein Teil der flüssigen Phase geht als Produkt verloren und der Stromverbrauch steigt.
Erst mit der erfindungsgemäßen Lösung kann bei Bedarf in das Innere der Kappe und von dort aus insbesondere von oben in die Sperrkammer ein Sperrgas eingeleitet werden. Dieses Sperrgas in der Sperrkammer kann ein Austreten der flüssigen Phase aus der Greiferkammer in die Sperrkammer vermeiden. Auch kann bei Bedarf am Inneren der Kappe ein Sog angelegt werden, um ein Absaugen von Sperrfluid aus der Sperrkammer in die Trommel zu verhindern. Es hat sich erfindungsgemäß gezeigt, dass ohne signifikante Sauerstoffaufnahme variable Produktdurchsätze der gesamten Bandbreite realisiert werden. Dazu können variable Ableitdrücke von insbesondere 2 bis 6,5 bar kombiniert werden. Über einen gesamten Separationsprozess hinweg kann also bei unterschiedlichsten Druckverhältnissen im Separator ein Kontakt mit der Umgebungsluft zuverlässig vermieden werden.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind zudem sämtliche Sperrkammerwände der Sperrkammer an ihren zugehörigen Innenwänden unverrippt. Sämtliche Sperrkammerwände sind also eben bzw. glatt. Dank der derartigen Wände ist ein sich in der Sperrkammer befindendes Sperrfluid bei rotierender Sperrkammer nur wenig Turbulenzen unterworfen. Weitere Wirbelverluste können verhindert und zusätzliche Antriebsenergie kann eingespart werden.
Ferner ist erfindungsgemäß vorteilhaft die Sperrscheibe mit in radialer Richtung gleich bleibender Scheibendicke gestaltet. Eine solche Sperrscheibe ist fertigungstechnisch einfacher zu realisieren und während des Betriebs stabiler als herkömmliche Sperrscheiben, die relativ schmal und konisch nach außen zulaufend gestaltet sind. Zudem kann mittels der gleich bleibenden Scheibendicke ein gleichmäßiger Abstand zu den die Sperrscheibe umgebenden Bauteilen, insbesondere den Sperrkammerwänden, realisiert werden. Ein solch gleichmäßiger Abstand ermöglicht eine weitgehend nur laminare Strömung im rotierenden Sperrfluid an der Sperrscheibe bei rotierender Sperrkammer. Es werden andernfalls auftretende und energiezehrende Reibungsverluste im Sperrfluid verringert.
Bevorzugt ist die Scheibendicke größer als bei bekannten Sperrscheiben und besonders bevorzugt ist die Sperrscheibe im Durchmesser größer als bekannte Sperrscheiben. Damit ist insgesamt ein geringerer Abstand zu den die erfindungsgemäße Sperrscheibe umgebenden Bauteilen realisierbar, als dies bei bekannten Sperrkammern der Fall ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass ein damit erreichbares geringeres Volumen der erfindungsgemäßen Sperrkammer mit entsprechend weniger Verwirbelungen im Sperrfluid eine weitaus bessere Absperrsituation im Vergleich zu bekannten Sperrkammern ermöglicht. Zudem bietet diese verbesserte Absperrsituation eine Energieersparnis von bis zu 20 Prozent Antriebsenergie.
Erfindungsgemäß vorzugsweise ist zudem im Inneren der Auslasseinrichtung eine Einlasseinrichtung zum Einlassen eines Phasengemisches in die Trommel des Separators ausgebildet. Mittels einer derart angeordneten Einlasseinrichtung kann das Phasengemisch ohne Kontakt zur Umgebungsluft und dem darin enthaltenen Sauerstoff in die Trommel eingebracht werden. Bevorzugt ist dazu innerhalb der ortsfesten Rohrvorrichtung ein zur Einlasseinrichtung gehörender Einlasskanal vorgesehen, der in der Regel in Form eines Einlaufrohrs konzentrisch längs der Drehachse verlaufend gestaltet ist. Aus dem Einlaufrohr gelangt das Phasengemisch zentral in die Trommel und wird dort beim Rotieren der Trommel entsprechend der Dichteverhältnisse der Phasenbestandteile aufgetrennt. Die dichtere, oftmals feste, Phase wird radial außen an die Trommelwand gedrängt und die weniger dichte, in der Regel flüssige Phase sammelt sich als Flüssigkeitsring nach radial innen an. Damit ist mittels der erfindungsgemäß vorteilhaften sich im Inneren der Auslasseinrichtung befindenden Einlasseinrichtung eine besonders gleichmäßige Gewichtsverteilung ermöglicht, was zusätzlich Wirbelverluste vermeidet und Antriebsenergie spart.
Ferner ist die Erfindung auf eine Verwendung der derartigen Auslasseinrichtung zum Auslassen einer flüssigen Phase an einem Separator gerichtet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1: einen teilweisen Längsschnitt einer Auslasseinrichtung eines Separators gemäß dem Stand der Technik und
Fig. 2: eine Schnitt gemäß Fig. 1 einer Auslasseinrichtung eines Separators gemäß der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung des Ausführunasbeispiels

In Fig. 1 ist von einem Separator 10 teilweise angedeutet dessen ortsfestes Trommelgehäuse 12 sowie eine darin angeordnete Sperreinrichtung 14 dargestellt. Die Sperreinrichtung 14 bildet das bezogen auf die Betriebsposition obere Ende einer weiter nicht dargestellten Trommel. Die Trommel dreht sich im Betrieb des Separators 10 als Rotor mit hoher Drehzahl um eine Drehachse 16.
Aus dem Trommelgehäuse 12 ragt nach oben hin eine Einlasseinrichtung 18 heraus, an der sich am axial oberen Ende ein Einlassstutzen 20 zum Einleiten eines zu klärenden Gutes, Produkts bzw. Phasengemisches befindet.
Der Einlassstutzen 20 führt in ein Einlassrohr 22, das sich koaxial zur Drehachse 16 erstreckt. Um das Einlassrohr 22 radial außen herum ist ein zu einer Auslasseinrichtung 24 gehörendes Auslassrohr 26 angeordnet, so dass die Einlasseinrichtung 18 im Inneren der Auslasseinrichtung 24 angeordnet ist. Dabei erstrecken sich das Einlassrohr 22 und das Auslassrohr 26 koaxial in einem gemeinsamen axialen Kanalabschnitt 28. Der gemeinsame Kanalabschnitt 28 endet axial innen in der Trommel an einem ortsfesten Greifer 30.
In dem Einlassrohr 22 befindet sich ein kreiszylindrischer Einlasskanal 32, der zentral durch den Greifer 30 hindurchgeführt ist und in das Innere 34 der Trommel führt.
Im Greifer 30 sind ferner drei, radial gerichtete Greiferkanäle bzw. Ableitkanäle 36 ausgebildet, die von radial außen nach radial innen führen und dabei an einem hohlzylindrischen Auslasskanal 38 enden. Die Ableitkanäle 36 dienen zum Ableiten von geklärter, flüssiger Phase aus dem Inneren 34 der Trommel.
Der Auslasskanal 38 befindet sich zwischen dem Einlassrohr 22 und dem Auslassrohr 26. Der Auslasskanal 38 führt dabei über den gemeinsamen Kanalabschnitt 28 hinweg axial zu einem Auslassstutzen 40, wo die abgeleitete, flüssige Phase aus der Auslasseinrichtung 24 herausgeführt wird.
Der derart koaxial außen um den Einlasskanal 32 herum angeordnete Auslasskanal 38 erstreckt sich damit längs der Drehachse 16 innerhalb einer ortsfesten Rohrvorrichtung 42, die das Einlassrohr 22 und das Auslassrohr 26 umfasst. Der gemeinsame Kanalabschnitt 28 des Einlassrohrs 22 und des Auslassrohrs 26 endet dabei axial innen in der Trommel an dem ortsfesten Greifer 30, der damit am innenseitigen Endbereich 43 der Rohrvorrichtung 42 abgestützt ist.
Die Sperreinrichtung 14 ist axial oberhalb des Greifers 30 angeordnet und umfasst eine Sperrkammer 44, in der sich eine radial ausgerichtete, ringförmige Sperrscheibe 46 befindet. Die Sperrscheibe 46 erstreckt sich nach radial außen in ihrer Scheibendicke leicht konisch, womit sich eine relativ dünne mittlere Scheibendicke 48 ergibt. Ferner ist ein Sperrfluidstutzen 50 vorgesehen, durch den hindurch in einen Sperrfluidkanal 52 ein Sperrfluid in die Sperrkammer 44 eingeleitet werden kann. Das Sperrfluid wird verwendet, um zu verhindern, dass Sauerstoff aus der Umgebungsluft von außen in das Innere 34 der Trommel zu dem dortigen Produkt gelangen kann.
Als Sperrfluid dient in der Regel entgastes (sauerstoffarmes) Wasser. Mit einem solchen hydrohermetischen Absperren kann das Innere 34 der Trommel gegenüber deren Umgebung ohne mechanischen Verschleiß abgedichtet werden.
Die Sperrscheibe 46 umgibt als Sperrring koaxial und ortsfest die ortsfeste Rohrvorrichtung 42. Damit befindet sich die Sperrscheibe 46 innerhalb der Sperrkammer 44, die radial innen von der ortsfesten Rohrvorrichtung 42 begrenzt ist. Ferner ist die Sperrkammer 44 radial außen von einer axialen Sperrkammerwand 54, axial oben von einer oberen radialen Sperrkammerwand 56 sowie axial unten von einer unteren radialen Sperrkammerwand 58 begrenzt. Alle Sperrkammerwände 54, 56 und 58 drehen sich als Teil der rotierenden Trommel zusammen mit dieser Trommel um die Drehachse 16.
Dabei weist die axiale Sperrkammerwand 54 mehrere axiale Nuten und weisen alle radialen Sperrkammerwände 56 und 58 mehrere radiale Nuten als Verrippungen 60 auf. Die derartigen Verrippungen 60 unterstützen ein Rotieren eines in die Sperrkammer 44 eingeleiteten Sperrfluids bei mit der Trommel rotierenden Sperrkammerwänden 54, 56 und 58.
Beide radialen Sperrkammerwände 56 und 58 sind radial innen beabstandet zur ortsfesten Rohrvorrichtung 42 angeordnet. Dabei hat die obere radiale Sperrkammerwand 56 im Vergleich zur unteren radialen Sperrkammerwand 58 einen geringeren Innendurchmesser, mit dem eine Sperrkammerüberlaufkante 62 definiert ist. Über diese Sperrkammerüberlaufkante 62 sollte in radialer Richtung das sich in der Sperrkammer 44 befindende Sperrfluid in Richtung zur Drehachse 16 nicht anwachsen. Ansonsten würde das Sperrfluid aus der Sperrkammer 44 austreten. Damit definiert die Sperrkammerüberlaufkante 62 eine maximal mögliche Teichtiefe eines Sperrfluidteichs.
Die untere radiale Sperrkammerwand 58 ist vorliegend zugleich eine obere radiale Greiferkammerwand 64, die mit ihrem Innendurchmesser eine Trommelüberlaufkante 66 definiert. Über die Trommelüberlaufkante 66 darf in radialer Richtung das sich im Inneren 34 der Trommel befindende Produkt nicht in Richtung zur Drehachse 16 anwachsen. Ansonsten würde das Produkt durch die Sperrkammer 44 hindurch nach außen austreten, was zu Produktverlusten führen würde. Damit ist eine maximal mögliche Teichtiefe des Separators 10 mittels dieser Trommelüberlaufkante 66 festgelegt.
An die radiale Greiferkammerwand 64 schließt sich radial außen eine axiale Greiferkammerwand 68 an, die zusammen zu einer den Greifer 30 umgebenden, nach unten zum Inneren 34 der Trommel hin offenen Greiferkammer 70 gehören. Dabei weisen die radiale Greiferkammerwand 64 radiale Nuten und die axiale Greiferkammerwand 68 axiale Nuten als Verrippungen 72 auf. Diese Verrippungen 72 unterstützen eine Rotationsbewegung der sich in der Greiferkammer 70 befindenden flüssigen Phase bei rotierender Trommel. Dabei drehen sich die Greiferkammerwände 64 und 68 als Teil der rotierenden Trommel ebenfalls um die Drehachse 16.
In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer Separator 10 veranschaulicht, bei dem die Sperreinrichtung 14 mit ihrer Sperrkammer 44 das auf die Betriebsposition obere Ende einer weiter nicht dargestellten Trommel darstellt. Axial unterhalb der Sperrkammer 44 ist eine den Greifer 30 umgebende Greiferkammer 70 in ähnlicher Weise wie bei dem Separator 10 gemäß Fig. 1 angeordnet.
Im wesentlichen Unterschied zu Fig. 1 befindet sich axial oberhalb der Sperrkammer 44 mit ihrer oberen radialen Sperrkammerwand 56 eine die ortsfeste Rohrvorrichtung 42 umgebende Kappe 74. Die Kappe 74 ist ortsfest mit einem radial außen gestuft gestalteten Befestigungsrohr 75 verbunden, das das Auslassrohr 26 ortsfest sowie koaxial umgibt und zur Rohrvorrichtung 42 gehört.
Die Kappe 74 umfasst eine ebene, schräg nach unten und nach radial außen verlaufende Außenwandsektion 76, die radial innen mit dem Befestigungsrohr 75 verbunden ist. Im Anschluss an diese schräge Außenwandsektion 76 befindet sich radial außen eine hohlzylindrische, koaxial zur Drehachse 16 sich erstreckende Außenwandsektion 78 der Kappe 74. Damit ist ein Inneres bzw. ein Hohlraum 80 der Kappe 74 derart geformt, dass die schräge Außenwandsektion 76 die Trommel mit ihrer oberen radialen Sperrkammerwand 56 in radialer Richtung überdeckt. Ferner überdeckt das Innere 80 der Kappe 74 bzw. der Kappenhohlraum zumindest mit einem unteren Teil der hohlzylindrischen Außenwandsektion 78 die Trommel in axialer Richtung.
Derart geformt, kann in das Innere 80 der Kappe 74 bei Bedarf ein Sperrgas wie zum Beispiel Kohlenstoffdioxid eingebracht werden, das dann als Gastrennschicht die Trommel in ihrem oberen Bereich radial und axial von der Umgebungsluft abtrennt.
Zudem ist im Inneren 80 der Kappe 74 ein mit der oberen radialen Sperrkammerwand 56 einstückig geformter, im Querschnitt L-förmiger Trommelring 82 angeordnet. Der Trommelring 82 ist damit also ortsfest mit der Trommel verbunden und dreht sich während der Trommelrotation um die Drehachse 16.
Der Trommelring 82 hat eine obere Ringkante 84 und eine untere Ringkante 86, wobei die obere Ringkante 84 einen kleineren Durchmesser aufweist als die untere Ringkante 86. Damit dient die derartige obere Ringkante 84 als Überlaufkante bzw. Überlaufwehr für das in der Sperrkammer 44 aufgenommene Sperrfluid. Zudem ist die obere Ringkante 84 weiter radial innenliegend angeordnet als die Sperrkammerüberlaufkante 62 gemäß Fig. 1 .
Innerhalb eines derart gebildeten L-förmigen Hohlraums bzw. Inneren 88 des Trommelrings 82 ist ein mit der Rohrvorrichtung 42 ortsfest verbundener Stegring 90 angeordnet. Der Stegring 90 ist besonders stabil einstückig mit dem Befestigungsrohr 75 gestaltet und verläuft von dem Befestigungsrohr 75 nach radial au-ßen parallel entlang eines oberen Ringbereichs 92 des L-förmigen Trommelrings 82. Dieser obere Ringbereich 92 erstreckt sich von der oberen Ringkante 84 nach radial außen und bildet einen relativ geringen Abstand zum Stegring 90, sodass dort ein sehr flacher Zwischenraum gestaltet ist. Derart gestaltet, ist mit dem Stegring 90 und dem oberen Ringbereich 92 des L-förmigen Trommelrings 82 eine Art Labyrinth gebildet, das in gewissem Rahmen abdichtend wirken kann.
Das derartige Labyrinth ist von dem Inneren 80 der Kappe 74 umgeben. Dort eingeleitetes Sperrgas umgibt also auch das Labyrinth, wodurch Sperrgasdruck gegen das Labyrinth aufgebaut werden kann. Der Sperrgasdruck drückt dann am Labyrinth gegen einen Sperrfluiddruck, der sich mittels des sich in der Sperrkammer 44 befindenden Sperrfluids aufbaut. Je nach Bedarf können diese Druckverhältnisse am Labyrinth variiert und eingestellt werden, sodass verschiedene Durchflussmengen in der Trommel ohne Produktverlust realisiert werden können.
Für das Einleiten von Sperrfluid bzw. Sperrgas ist durch das Trommelgehäuse 12 und/oder durch das Befestigungsrohr 75 hindurch vorteilhaft von außen kommend eine Sperrgaszufuhr in Form einer Fluidleitung in das Innere 80 der Kappe 74 und/oder in das Innere 88 des Trommelrings 82 hinein ausgebildet.
Ferner befindet sich in der Sperrkammer 44 eine Sperrscheibe 94, die eine in radiale Richtung gleich bleibende Scheibendicke 96 aufweist. Diese Scheibendicke 96 ist wesentlich größer als die mittlere Scheibendicke 48 gemäß dem Stand der Technik. Zudem sind sämtliche Sperrkammerwände 54, 56 und 58 mit ihren inneren Oberflächen glatt bzw. unverrippt gestaltet.
Insgesamt ist gemäß Fig. 2 ein wesentlich geringerer Abstand zwischen der Sperrscheibe 94 und den Sperrkammerwänden 54, 56 und 58 im Vergleich zum Stand der Technik geschaffen. Damit wird zum Füllen der Sperrkammer 44 gemäß Fig. 2 weniger Sperrfluidvolumen benötigt als zum Füllen der Sperrkammer 44 gemäß Fig. 1 . Zudem treten bei geringerem Sperrfluidvolumen im Sperrfluid weniger Turbulenzen bei rotierender Sperrkammer 44 auf. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass dieses geringere Sperrfluidvolumen für die gewünschte zuverlässig absperrende Wirkung gegenüber der Umgebungsluft ausreicht.
Ferner weist die Greiferkammer 70 gemäß Fig. 2 nur an ihrer radialen Greiferkammerwand 64 radiale Nuten als Verrippungen 72 auf. Die axiale Greiferkammerwand 68 ist hingegen an ihrer Innenfläche glatt.

Bezugszeichenliste

10 Separator
12 Trommelgehäuse
14 Sperreinrichtung
16 Drehachse
18 Einlasseinrichtung
20 Einlassstutzen
22 Einlassrohr
24 Auslasseinrichtung
26 Auslassrohr
28 gemeinsamer axialer Kanalabschnitt
30 Greifer
32 Einlasskanal
34 Inneres der Trommel
36 Greiferkanal bzw. Ableitkanal
38 Auslasskanal
40 Auslassstutzen
42 ortsfeste Rohrvorrichtung
43 innenseitiger Endbereich
44 Sperrkammer
46 Sperrscheibe
48 mittlere Scheibendicke
50 Sperrfluidstutzen
52 Sperrfluidkanal
54 axiale Sperrkammerwand
56 obere radiale Sperrkammerwand
58 untere radiale Sperrkammerwand
60 Verrippung 62 Sperrkammerüberlaufkante
64 radiale Greiferkammerwand
66 Trommelüberlaufkante
68 axiale Greiferkammerwand
70 Greiferkammer
72 Verrippung
74 Kappe
75 Befestigungsrohr
76 schräge Außenwandsektion
78 hohlzylindrische Außenwandsektion
80 Inneres bzw. Hohlraum der Kappe
82 im Querschnitt L-förmiger Trommelring
84 obere Ringkante bzw. Überlaufkante
86 untere Ringkante
88 Inneres bzw. Hohlraum des Trommelrings
90 Stegring
92 oberer Ringbereich
94 Sperrscheibe
96 Scheibendicke

Claims

Auslasseinrichtung (24) eines Separators (10) mit einem Auslasskanal (38) zum Auslassen einer flüssigen Phase aus einer rotierenden Trommel des Separators (10), wobei sich der Auslasskanal (38) längs einer Drehachse (16) in einer ortsfesten Rohrvorrichtung (42) des Separators (10) erstreckt, wobei
innerhalb eines Trommelgehäuses (12) des Separators (10) eine Kappe (74) vorgesehen ist, die mit der Rohrvorrichtung (42) ortsfest verbunden ist, die Rohrvorrichtung (42) umgibt und die Trommel in radialer Richtung überdeckt, wobei

im Inneren (80) der Kappe (74) ein mit der Trommel ortsfest verbundener, im Querschnitt L-förmiger Trommelring (82) angeordnet ist, wobei im Inneren (88) des im Querschnitt L-förmigen Trommelrings (82) ein mit der Rohrvorrichtung (42) ortsfest verbundener, sich radial nach außen erstreckender Stegring (90) angeordnet ist.
Auslasseinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (74) die Trommel in radialer Richtung und auch in axialer Richtung überdeckt.
Auslasseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass am innenseitigen Endbereich (43) der Rohrvorrichtung (42) ein Greifer (30) abgestützt ist.
Auslasseinrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (30) von einer Greiferkammer (70) umgeben ist, die von je einer zur Trommel gehörenden, radialen und axialen Greiferkammerwand (64, 68) umgeben ist, von denen nur die radiale Greiferkammerwand (64) mit einer Verrippung (72) versehen ist.
Auslasseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass axial zwischen der Kappe (74) und dem Greifer (30) eine sich in radialer Richtung erstreckende, mit der Rohrvorrichtung (42) ortsfest verbundene Sperrscheibe (94) vorgesehen ist, die von einer Sperrkammer (44) umgeben ist, die von zur Trommel gehörenden Sperrkammerwänden (54, 56, 58) begrenzt ist.
Auslasseinrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrscheibe (94) mit in radialer Richtung gleich bleibender Scheibendicke (96) gestaltet ist.
Auslasseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Auslasseinrichtung (24) eine Einlasseinrichtung (18) zum Einlassen eines Phasengemisches in die Trommel des Separators (10) ausgebildet ist.
Verwendung einer Auslasseinrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Auslassen einer flüssigen Phase an einem Separator (10).