EP4059610A1 - Vollmantel-schneckenzentrifuge - Google Patents

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Publication number
EP4059610A1
EP4059610A1 EP22162128.7A EP22162128A EP4059610A1 EP 4059610 A1 EP4059610 A1 EP 4059610A1 EP 22162128 A EP22162128 A EP 22162128A EP 4059610 A1 EP4059610 A1 EP 4059610A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distributor
centrifuge
solid bowl
section
screw
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22162128.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Sandfort
Udo Beimann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GEA Westfalia Separator Group GmbH
Original Assignee
GEA Westfalia Separator Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GEA Westfalia Separator Group GmbH filed Critical GEA Westfalia Separator Group GmbH
Publication of EP4059610A1 publication Critical patent/EP4059610A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B2001/2033—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl with feed accelerator inside the conveying screw

Definitions

  • the present invention relates to a solid bowl scroll centrifuge according to the preamble of claim 1.
  • Solid bowl worm centrifuges also called decanters synonymously below—are known from the prior art in a wide variety of embodiments. They serve to clarify and, if necessary, separate a free-flowing suspension in a centrifugal field into a solid phase to be discharged and into one or more liquid phases.
  • the rotor of a decanter consists of a solid bowl with a cylindrical and usually conical part and a screw body mounted in it. Both rotate at high speed, with the worm rotating at a different speed than the bowl.
  • the suspension to be separated flows in centrally through an inlet pipe and enters the cylindrical part of the bowl, the actual separation space, through a distributor through the screw body. Due to the prevailing centrifugal field, a circular-cylindrical liquid space forms there, which is called a pond.
  • the solid sediments on the inner wall of the drum and is guided with the screw to a solids outlet in the conical section of the drum, where it is discharged from the drum.
  • the clarified liquid phase flows in the opposite direction towards an axial drum cover which has an outlet through which it is discharged (at an overflow weir or in an impeller or the like).
  • the distribution list is of particular interest in the context of this document.
  • the suspension to be fed to the decanter is fed into the decanter through the stationary feed pipe.
  • the suspension is first transferred from the feed pipe into a rotating distributor—usually rotating with the screw.
  • the inflowing suspension or the inflowing product is divided into several channels, which distributes the inflowing suspension flow from the axial flow direction into several partial flows, each in a radial or at least essentially deflect the radial flow direction and introduce it into a separation chamber of the solid bowl screw centrifuge.
  • a known prior art of this type is disclosed in the U.S. 3,228,592 A1 .
  • the distributor should pre-accelerate the suspension or the product to the screw speed so that turbulence in the separation chamber is reduced.
  • the outflow from the distributor and the inflow into the separating space should take place with as little shearing as possible, so that—if a flocculant is added—separation between the flocculant added to the suspension and the suspension is largely avoided.
  • the flocculant should combine with the solid phase in the suspension so that it can be better separated in the separation chamber of the solid bowl centrifuge.
  • the flow conditions in the distributor should be as laminar as possible, so that gas impingement in the suspension is largely avoided.
  • Simple assembly and disassembly in the event of replacement are constant requirements for a distributor.
  • a rotating inlet pipe of a solid bowl centrifuge is known, at the end of which the axial feed flow meets a cone which is provided as a flow divider.
  • the inflow is diverted into a distributor disk that is also rotating. This deflection can take place, for example, by 90° in the radial direction, but also only by, for example, 45°.
  • the suspension enters the separating chamber through a large number of specially shaped inlet openings which are arranged around the circumference of the screw hub.
  • a rotating inlet pipe is complex in terms of construction, and the introduction of the large number of inlet openings in the screw hub is complex in terms of production technology and is therefore labor-intensive.
  • a solid bowl centrifuge with a distributor is created in an advantageous manner, which is easy to manufacture and yet easy to assemble and disassemble.
  • the rotor is usually driven by one or two electric motors and, if necessary, gears. It can be mounted in roller bearings on one or both sides.
  • the distributor is produced by a primary molding process. As a result, complicated distributor geometries can also be easily manufactured
  • the distributor is produced in a 3D printing process or by a casting process.
  • the 3D printing process advantageously opens up the possibility of simple production of a manifold according to the invention with a geometry having a plurality of sections and/or sub-channels, which would be difficult or expensive to produce using other primary shaping processes.
  • the channel system has a conical section in the inflow direction, which section is rotationally symmetrical in the distributor.
  • the distributor can be used advantageously for different inlet pipe diameters.
  • the conical section is preferably designed as a circumferentially closed channel section.
  • a cylindrical section which is rotationally symmetrical in the distributor, adjoins the conical section in the inflow direction.
  • the cylindrical section is preferably designed to be closed around the circumference.
  • a preferably dome-like protrusion-like section made of material of the distributor protrudes into the cylindrical section and/or the conical section of the channel system, so that a ring-like section of the channel system is formed.
  • the dome-like section is formed like a projection.
  • the ring-like section is preferably designed as a circumferentially closed ring-like channel section.
  • the dome-like, projection-like section has an essentially paraboloidal basic geometry and is configured rotationally symmetrically in the distributor. This results in an advantageously slowly increasing change in diameter, which advantageously avoids turbulence and shearing in the flow.
  • the inflow of a suspension is further divided in a flow-favourable manner, i.e. while maintaining a laminar flow and without shearing and thus advantageously, and guided in the direction of the separation space of the solid bowl screw centrifuge.
  • the partial channels radially continuously increase their distance from an axis of symmetry A of the distributor in the inflow direction.
  • the suspension supplied in the sub-channels is continuously and thus advantageously accelerated to the rotational speed of the screw.
  • the partial channels have a twist or a winding which can be directed against the direction of rotation RR or in the direction of rotation RR of the solid-bowl screw centrifuge.
  • the supplied suspension is conveyed gently, depending on the direction of the twist, i.e. while maintaining a laminar flow and without shearing and gas entry into the suspension in the direction of the separation space and thereby accelerated to the rotational speed of the screw.
  • the individual partial channels each run with a twist or in the manner of a section of a helix with an increasing radius.
  • the increasing radius guarantees the necessary acceleration of the incoming suspension. Due to the helical course (the helical line preferably does not extend over a complete helix of 360°, but only over a helical section of 180° or less), the flow in the sub-ducts can be influenced in a structurally simple and therefore advantageous manner as required. i.e. the value of the acceleration can be changed.
  • the twist of the sub-channels is changed in that the distributor made of an elastic material is mounted in an axially rotated or twisted manner. This results in an easy to possibility to change the helix angle when assembling the distributor.
  • the distributor has a receptacle for a tool, so that the distributor can be pulled out of the distributor chamber of the worm with the aid of the tool. This results in an advantageously simple assembly and disassembly of the distributor.
  • the tool forms a bayonet lock with the receptacle, so that a form-fitting connection can be produced between the tool and the receptacle.
  • FIG. 1 shows a solid bowl worm centrifuge 1 with a rotor with a drum 2 which can rotate about an axis of rotation D and in which a mounted worm 3 which can also rotate about this axis of rotation is arranged.
  • a drive device not shown, is used to rotate the rotor during operation.
  • the drum 2 and the screw 3 each have a substantially cylindrical section 4, 5 and only one section 6, 7 that tapers conically here.
  • the solid bowl centrifuge 1 is used to clarify and separate a free-flowing suspension in a centrifugal field into a solid phase SP and one or more liquid phases LP.
  • the screw 3 rotates at a slightly lower or higher speed than the drum 2 , so that there is a differential speed between the screw 3 and the drum 2 .
  • An axially extending central feed pipe 8 serves to feed the material to be centrifuged in the axial direction into a distributor 9 which can be rotated with the screw 3.
  • the distributor 9 thus forms part of the rotor. It is used to divert the suspension radially outwards and to introduce it into the separating space 10 between the bowl and the screw and to accelerate the product in the circumferential direction of rotation to the speed of the screw.
  • the manifold 9 is of particular interest here. It is described in more detail below.
  • the depth of the pond in the drum 2 is limited by a liquid discharge, which is implemented here by a weir 11. Due to the difference in density between the more dense solid phase SP and the less dense liquid phase LP, the solid phase SP settles on the inner wall of the drum 2 . Radially further inwards, the clarifying suspension liquid flows into the passage or channel formed in the sediment by a helix 31 of the snail 3 in the direction of the weir 11.
  • the solid phase SP is conveyed first along the cylindrical section 4 of the drum 2 and then up the conical section 6 of the drum 2 by the differential movement of the screw 3 resulting from the higher or lower speed of the screw 3 compared to the drum 2.
  • the helix 31 is used for this purpose.
  • the solid phase SP leaves the liquid pool, is transported over the “dry” lying part of the conical section 6 of the drum 2 and is then ejected through the solids outlet 12 .
  • the liquid phase LP flows to the larger drum diameter at the rear end of the cylindrical section 5 of the drum 2 and is discharged there through the weir 11—arranged in the drum cover 19 here.
  • the solid bowl centrifuge 1 can also be designed in such a way that the suspension S to be clarified is separated into a single solid phase SP and into two liquid phases LP1, LP2.
  • the distributor 9 of the solid bowl centrifuge 1 is shown in full section. It has a preferably rotationally symmetrical, essentially cylindrical basic geometry.
  • the distributor 9 is designed or formed in one piece.
  • in one piece means here that the distributor 9 was not produced by joining several parts together, not even by joining them with a material connection, but consists of only one part.
  • a section of the outer contour of the otherwise cylindrical basic geometry of the distributor 9 has a non-round contour 91 (see 3 ) which corresponds geometrically to a corresponding contour within a distributor chamber 32 of the screw 3 .
  • the non-round contour 91 can be a four-sided flattening be designed so that -as in 3 shown- a rectangular contour 91 or a non-round contour that can be supplemented to form a rectangle.
  • the contour 91 that is not round can also be designed differently; what is essential is that the distributor 9 can be clearly positioned in the distributor chamber 32 and that there is a form fit in the sense of a torque transmission contour.
  • the distributor 9 can be inserted into the distributor chamber 32 of the screw 3 with a loose fit.
  • the clearance fit can be designed in such a way that the clearance between an outer circumference of the distributor 9 and an inner wall of the distributor chamber 32 is eliminated during operation of the solid bowl scroll centrifuge 1 by an elastic deformation of the distributor 9 due to a centrifugal force acting on the distributor 9 , so that the circumference of the distributor 9 nestles firmly against the inner wall of the distributor chamber 31 when the solid bowl centrifuge 1 is in operation. This results in a firm and secure fit during operation, while the distributor 9 can be easily disassembled or assembled when the centrifuge is not in operation.
  • the material from which the distributor 9 is made is expediently selected in such a way that it allows or supports an elastic deformation of the distributor 9 under the action of the centrifugal force. Furthermore, the material from which the distributor 9 is made should be sufficiently or as wear-resistant as possible.
  • the manifold 9 is preferably made of a wear-resistant and resilient plastic material, most preferably of a thermoplastic elastomer such as polyurethane.
  • the distributor 9 can also be made from another correspondingly wear-resistant material.
  • the distributor 9 has one or more cavities or recesses 92 that are independent of a channel system (see FIG 2 ), so that the distributor 9 can expand more easily in this area and thus a play between the inner wall of the distributor chamber 31 and the distributor 9 is reduced to zero by elastic deformation of the distributor 9 due to the action of centrifugal forces and a pressure is generated .
  • the distributor 9 also has an inflow channel system 93 for dividing the flow of the inflowing and through-flowing suspension.
  • the channel system 93 extends axially from an end face of the distributor 9 in the inflow direction.
  • the inlet pipe 8 protrudes axially into an opening in the distributor, which forms an inlet opening into the channel system 93 .
  • the channel system 93 can initially have a conical section 931 which can be rotationally symmetrical in the distributor 9 .
  • the conical section 931 has a truncated cone-like cross-section, in which the fixed inlet pipe 8 - can engage - as shown here.
  • the conical section 931 can be designed in the manner of a tube with a closed circumference on its inner circumference.
  • the conical section 931 can be adjoined in the inflow direction by a cylindrical section 932, which can also be designed to be rotationally symmetrical in the distributor 9.
  • the conical section 931 can be designed in the manner of a tube with a closed circumference on its inner circumference.
  • a protruding section 94 of the distributor material can protrude into the cylindrical section in front of the end opposite the end of the inlet pipe 8 .
  • This section 94 can be designed like a dome.
  • the dome-like section 94 can have an essentially paraboloidal basic geometry and can be arranged rotationally symmetrically in the distributor 9 .
  • the cylindrical section 932 of the channel system 93 is increasingly changed by this dome-like section 94 of the distributor 9, which protrudes into the cylindrical section 932, into a section with a ring-like basic geometry.
  • the section with ring-like basic geometry forms a ring-like channel section, which can be closed around the circumference on the inside and outside.
  • the cylindrical section 932 or then ring-like section branches in the inflow direction into several, here four sub-channels 933a, b, c, d (see also 3 ).
  • the number of partial channels 933a, b, c, d can vary depending on the diameter of the distributor 9 and the feed pipe 8 and also the viscosity of the suspension S fed in. At least two partial channels 933 are provided.
  • the sub-channels can each be designed in the manner of a tube with a closed circumference.
  • the radial distance from the axis of rotation D, which also forms an axis of symmetry A of the distributor 9, of the partial channels 933a, b, c, d increases continuously in the axial direction or in the inflow direction. They preferably run more or less helically.
  • the sub-channels 933a, b, c, d can run in the manner of a section of a helix with an increasing radius or they can have a twist or a winding which is directed counter to the direction of rotation RR of the solid bowl worm centrifuge 1 here.
  • the direction of the twist or the winding of the partial channels 933a, b, c, d can also be in the direction of rotation RR.
  • the partial channels 933a, b, c, d can have an essentially circular cross section.
  • the cross-section of the sub-channels 933a, b, c, d can also be designed to deviate from the circular shape, such as oval, kidney-shaped or polygonal. Furthermore, it is conceivable that the cross sections of the sub-channels 933a, b, c, d are designed differently or identically in pairs.
  • the swirl of the respective partial channel 933a, b, c, d ensures that the suspension flow supplied from the feed pipe 8 is taken up by the rotating distributor 9 as gently as possible, i.e. without major shearing and thus turbulence.
  • the flow in the sub-channel 933a, b, c, d remains largely laminar until the suspension S leaves the distributor 9 .
  • the increasing radius of the helix also guarantees the necessary acceleration of the incoming suspension.
  • the helical line preferably does not extend over a complete helix of 360°, but only over a helical-like section with an angle ⁇ of 180° or less.
  • the flow in the sub-channels 933a, b, c, d can be influenced in a structurally simple and therefore advantageously targeted manner as required, ie the value of the acceleration can be changed Ray through a reference point (e.g. center of the cross section) of a sub-channel 933a, b, c, d at its beginning and a ray through this reference point in the further course of this sub-channel 933a, b, c, d.
  • the starting point of the rays is always the axis of symmetry A.
  • L is the distance in the direction of axis A from the beginning of the sub-channel (see figure 3 )
  • an optimum twist angle ⁇ results. It is conceivable that the angle of twist ⁇ varies over the course of the respective partial channel 933a, b, c, d. a in 3 illustrated helix angle ⁇ of 45 ° is selected as an example.
  • the twist angle ⁇ can be designed against or in the direction of rotation RR of the solid bowl centrifuge 1 , which leads to an acceleration or deceleration of the suspension feed into the screw 3 .
  • the optimum can lie in both directions.
  • the twist of the sub-channels 933a, b, c, d can be changed in that the distributor 9, which is made of an elastic material, is mounted in an axially rotated or twisted manner. This changes the angle of twist ⁇ . It is necessary here that the inlet side of the distributor 9 is not inserted in a form-fitting manner and is fixed in a rotationally fixed manner after the twisting.
  • the partial channels 933a, b, c, d open into radial outlet openings 934a, b, c, d, which each end here in the area of an outer surface A of the non-round contour 91. They can also end in a lateral surface M of the distributor 9.
  • the outlet openings 934a, b, c, d can also have a tangential and/or an axial directional component.
  • the distributor 9 is produced by a primary molding process, in particular a 3D printing process, or by a casting process. In this way, in particular, internal geometries with complicated shapes—such as the channel system 93—can also be produced easily.
  • 3D printing means an additive or generative manufacturing process in which material is applied layer by layer and three-dimensional objects (workpieces) are thus produced. As a result, no tools such as molds are required to produce a workpiece.
  • the screw 3 can have openings 33a, b, c, d corresponding to the radial outlet openings 934a, b, c, d of the partial channels 933a, b, c, d in the distributor 9 between the distributor chamber 32 and the separating space 10 of the solid bowl screw centrifuge 1 .
  • the openings 33a, b, c, d can preferably have a circular cross-sectional geometry. This allows the openings 33a, b, c, d in the worm 3 easy - be made - for example by drilling.
  • the openings 33a, b, c, d can also be designed in a manner other than circular.
  • the distributor 9 can optionally have a receptacle 95 for a tool, as is shown in 4 is shown, so that the distributor 9 can be pulled out of the distributor chamber 32 of the screw 3 with the aid of the tool 13 .
  • the tool 13 can form a bayonet lock with the receptacle 95 so that a positive connection can be produced between the tool 13 and the receptacle 95 . In the event of advanced wear, the distributor 9 can thus be easily replaced.
  • Solid bowl worm centrifuges already in use can easily and advantageously be retrofitted with a distributor 9 according to the invention.
  • the suspension S is pre-accelerated to the speed of the screw 3 by the distributor 9 . This takes place in that the suspension S is transferred from the non-moving feed pipe into the distributor 9 rotating at the screw speed.
  • the forced guidance of the suspension flows in the sub-channels 933a, b, c, d avoids accidental flow patterns with gas impingement.

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1), die zum Klären einer fleißfähigen Suspension S in einem Zentrifugalfeld in eine Feststoffphase SP sowie in eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen LP dient und die wenigstens folgendes aufweist:a) einen Rotor mit einer eine um eine Drehachse drehbar gelagerten Trommel (2) und mit einer in der Trommel (2) angeordneten, um die Drehachse drehbar gelagerten Schnecke (3),b) wobei die Schnecke (3) und die Trommel (2) vorzugsweise jeweils einen zylindrischen Abschnitt und einen konischen Abschnitt aufweisen,c) wobei ein nicht drehendes Zulaufrohr (8) zur Zuleitung der Suspension in einen mit der Schnecke drehbaren Verteiler vorgesehen ist, wobei der Verteiler dazu dient, die Suspension in Umfangsrichtung zu beschleunigen und in einen Trennraum zwischen der im Betrieb rotierenden Schnecke (3) und der im Betrieb rotierenden Trommel zu leiten,d) wobei der Verteiler (9) in eine Verteilerkammer (32) der Schnecke (3) eingesetzt ist und ein Kanalsystem (93) zur Stromteilung aufweist,e) wobei der Verteiler (9) einstückig ausgeführt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Vollmantel-Schneckenzentrifugen - nachfolgend synonym auch Dekanter genannt - sind aus dem Stand der Technik in verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Sie dienen zum Klären und ggf. Trennen einer fließfähigen Suspension in einem Zentrifugalfeld in eine auszutragende Feststoffphase sowie in eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen.
  • Der Rotor eines Dekanters besteht aus einer Vollmanteltrommel mit zylindrischem und in der Regel konischem Teil und einem darin gelagerten Schneckenkörper. Beide laufen mit hoher Drehzahl um, wobei die Schnecke eine Differenzdrehzahl zur Trommel aufweist.
  • Die zu trennende Suspension fließt zentral durch ein Einlaufrohr zu und tritt durch einen Verteiler durch den Schneckengrundkörper nach in den zylindrischen Teil der Trommel, den eigentlichen Trennraum, ein. Dort bildet sich aufgrund des herrschenden Zentrifugalfelds ein kreiszylindrischer Flüssigkeitsraum aus, der Teich genannt wird.
  • Aufgrund des Dichteunterschieds zwischen dem dichteren Feststoff und der weniger dichten Flüssigkeit sedimentiert der Feststoff auf die Innenwand der Trommel ab und wird mit der Schnecke zu einem Feststoffauslass im konischen Abschnitt der Trommel geleitet und dort aus der Trommel ausgetragen. Darüber strömt in entgegengesetzter Richtung die geklärte flüssige Phase in Richtung eines axialen Trommeldeckels, der einen Auslass aufweist, durch den sie ausgetragen wird (an einem Überlaufwehr oder in einer Schälscheibe oder dgl.).
  • Von besonderem Interesse ist im Rahmen dieser Schrift der Verteiler. Die dem Dekanter zuzuführende Suspension wird durch das stillstehende Zulaufrohr in den Dekanter geleitet. Aus dem Zulaufrohr wird die Suspension nach der in dieser Anmeldung zu betrachtenden Konstruktion zunächst in einen rotierenden - in der Regel mit der Schnecke rotierenden - Verteiler übergeben. In dem Verteiler wird die einströmende Suspension bzw. das einströmende Produkt auf mehrere Kanäle aufgeteilt, die den einfließenden Suspensionsstrom aus der axialen Fließrichtung in mehrere Teilströme verteilt jeweils in eine radiale oder zumindest im Wesentlichen radiale Fließrichtung umlenken und in einen Trennraum der Vollmantel Schneckenzentrifuge einleiten. Einen bekannten Stand der Technik dieser Art offenbart die US 3 228 592 A1 .
  • Der Verteiler soll die Suspension bzw. das Produkt auf die Schneckendrehzahl vorbeschleunigen, so dass Verwirbelungen im Trennraum reduziert werden.
  • Ferner soll das Ausströmen aus dem Verteiler und das Einströmen in den Trennraum mit möglichst geringer Scherung erfolgen, so dass - wenn ein Flockungsmittel zugegeben wird - eine Entmischung zwischen dem der Suspension hinzugegebenen Flockungsmittel und der Suspension weitestgehend vermieden wird. Das Flockungsmittel soll sich mit der Feststoffphase in der Suspension verbinden, so dass diese im Trennraum der Vollmantel-Schneckenzentrifuge besser abgetrennt werden kann.
  • Weiterhin sollen die Strömungsverhältnisse im Verteiler möglichst laminar sein, so dass ein Gaseinschlag in die Suspension weitestgehend vermieden wird. Eine einfache Montage und Demontage im Austauschfall sind immerwährende Anforderungen an einen Verteiler.
  • Aus dem Stand der Technik sind Druckschriften bekannt, die sich mit der Optimierung der Zulauföffnungen eines Verteilers beschäftigen.
  • Aus der DE 10 2012 004 544 A1 ist ein rotierendes Einlaufrohr einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge bekannt, an dessen Ende der axiale Zulaufstrom auf einen Kegel trifft, der als Stromteiler vorgesehen ist. Dadurch wird der Zulaufstrom in eine ebenfalls rotierende Verteilerscheibe umgelenkt. Diese Umlenkung kann z.B. um 90° in radiale Richtung erfolgen aber auch nur um z.B. 45°. Der Durchtritt der Suspension in den Trennraum erfolgt durch eine Vielzahl besonders geformter Zulauföffnungen, die auf dem Umfang der Schneckennabe angeordnet sind. Ein rotierendes Einlaufrohr ist konstruktiv aufwendig, ferner ist die Einbringung der Vielzahl von Zulauföffnungen in die Schneckennabe fertigungstechnisch aufwendig und damit arbeitsintensiv.
  • Aus der EP 3 106 230 B1 ist es bekannt, eine Anzahl von sich vom Inneren einer Verteilerkammer einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Außen erstreckenden Düsen vorzusehen, wobei auf der inneren Oberfläche einer Schneckennabe und zwischen den Düsen am Umfang eine Anzahl von Beschleunigereinsätzen angeordnet ist, wobei die Beschleunigereinsätze austauschbar ausgeführt sind. Nachteilig ist die Mehrteiligkeit der Beschleunigereinsätze und die dadurch aufwendige Montage.
  • Zum Stand der Technik sei ferner die DE 101 20 995 A1 genannt.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einem optimierten Verteiler zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird mit einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge gelöst, die zum Klären einer fleißfähigen Suspension in einem Zentrifugalfeld in eine Feststoffphase sowie in eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen dient und wenigstens folgendes aufweist:
    1. a) einen Rotor mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerte Trommel und einer in der Trommel angeordnete, um die Drehachse drehbar gelagerte Schnecke,
    2. b) wobei die Schnecke und die Trommel vorzugsweise jeweils einen zylindrischen Abschnitt und einen konischen Abschnitt aufweisen,
    3. c) wobei ein nicht drehendes Zulaufrohr zur Zuleitung der Suspension in einen mit der Schnecke drehbaren Verteiler vorgesehen ist, wobei der Verteiler dazu dient, die Suspension in Umfangsrichtung zu beschleunigen und in einen Trennraum zwischen der im Betrieb rotierenden Schnecke und der im Betrieb rotierenden Trommel zu leiten,
    • a) wobei der Verteiler in eine Verteilerkammer der Schnecke eingesetzt ist und ein Kanalsystem zur Stromteilung der zuzuleitenden Suspension in Teilströme aufweist, und
    • d) wobei der Verteiler einstückig ausgeführt ist, und des einstückigen Verteilers das Kanalsystem mehr als zwei Abschnitte und/oder Teilkanäle aufweist, die jeweils zumindest über einen Teil ihrer Länge, vorzugsweise über ihre gesamte Länge, jeweils umfangsgeschlossen insbesondere rohrartig oder ringrohrartig ausgebildet sind.
  • Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einem Verteiler geschaffen, der gut herstellbar und dennoch einfach montierbar und demontierbar ist.
  • Der Rotor wird in der Regel über einen oder zwei Elektromotore und ggf. Getriebe angetrieben. Er kann ein- oder beidseitig in Wälzlagern gelagert sein.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verteiler durch ein Urformverfahren hergestellt ist. Dadurch können auch komplizierte Verteiler-Geometrien einfach hergestellt werden
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist der Verteiler in einem 3D-Druckverfahren oder durch ein Gießverfahren hergestellt. Insbesondere das 3D-Druckverfahren eröffnet vorteilhaft die Möglichkeit zur einfachen Herstellung eines erfindungsgemäßen Verteilers mit einer Geometrie mit mehreren Abschnitten und/oder Teilkanälen, die durch andere Urformverfahren nur schwierig oder mit einem erheblichen Aufwand herstellbar wären.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kanalsystem in Zulaufrichtung einen konischen Abschnitt auf, der rotationssymmetrisch in dem Verteiler ausgebildet ist. Dadurch kann der Verteiler vorteilhaft für unterschiedliche Zulaufrohrdurchmesser verwendet werden. Der konische Abschnitt ist vorzugsweise als umfangsgeschlossener Kanalabschnitt ausgebildet.
  • Es kann weiter nach einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass sich an den konischen Abschnitt in Zulaufrichtung ein zylindrischer Abschnitt anschließt, der rotationssymmetrisch in dem Verteiler ausgebildet ist. Der zylindrische Abschnitt ist vorzugsweise umfangsgeschlossen ausgebildet.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass in den zylindrischen Abschnitt und/oder den konischen Abschnitt des Kanalsystems ein vorzugweise domartiger vorsprungartiger Abschnitt aus Material des Verteilers hineinragt, so dass ein ringartiger Abschnitt des Kanalsystems gebildet wird.
  • Dadurch erfolgt vorteilhaft einfach eine Verteilung des Zulaufstroms. Der domartige Abschnitt ist vorsprungartig ausgebildet. Der ringartige Abschnitt ist vorzugsweise als umfangsgeschlossener ringartiger Kanalabschnitt ausgelegt.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der domartige, vorsprungartige Abschnitt eine im Wesentlichen paraboloidische Grundgeometrie aufweist und rotationssymmetrisch in dem Verteiler ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine vorteilhaft langsam zunehmende Durchmesserveränderung, die Verwirbelungen und Scherung in der Strömung vorteilhaft vermeidet.
  • Es kann ferner nach einer weiteren bevorzugten Gestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass sich der zylindrische Abschnitt und/oder der konische Abschnitt in Zulaufrichtung in zwei oder mehr Teilkanäle verzweigt. Durch die Teilkanäle wird der Zustrom einer Suspension weiter strömungsgünstig, d.h. unter Beibehaltung einer laminaren Strömung und ohne Scherung und damit vorteilhaft aufgeteilt und in Richtung des Trennraums der Vollmantel-Schneckenzentrifuge geführt.
  • Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Teilkanäle in Zulaufrichtung radial kontinuierlich ihren Abstand von einer Symmetrieachse A des Verteilers vergrößern. Dadurch wird die zugeführte Suspension in den Teilkanälen kontinuierlich und damit vorteilhaft auf die Drehgeschwindigkeit der Schnecke beschleunigt.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Teilkanäle einen Drall oder eine Windung aufweisen, die gegen die Rotationrichtung RR oder in Rotationsrichtung RR der Vollmantel-Schneckenzentrifuge gerichtet sein kann. Dadurch wird die zugeführte Suspension je nach Drallrichtung schonend, d.h. unter Beibehaltung einer laminaren Strömung und ohne Scherung und Gaseintrag in die Suspension in Richtung des Trennraums gefördert und dabei auf die Drehgeschwindigkeit der Schnecke beschleunigt.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Teilkanäle einen im Wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Dadurch ergibt sich vorteilhaft ein strömungsgünstiger Querschnitt der Teilkanäle ohne unnötige Strömungswiderstände.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die einzelnen Teilkanäle jeweils mit Drall bzw. jeweils nach Art eines Abschnittes einer Schraubenlinie mit einem zunehmenden Radius verlaufen. Der zunehmende Radius garantiert die notwendige Beschleunigung der zulaufenden Suspension. Durch den schraubenlinienförmigen Verlauf (die Schraubenlinie erstreckt sich dabei vorzugsweise nicht über eine vollständigen Wendel von 360°, sondern lediglich über einen schraubenlinienartigen Abschnitt von 180° oder weniger) kann die Strömung in den Teilkanälen je nach Bedarf konstruktiv einfach und damit vorteilhaft gezielt beeinflusst werden, d.h. der Wert der Beschleunigung verändert werden.
  • Es ist nach einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass der Drall der Teilkanäle dadurch verändert wird, dass der aus einem elastischen Werkstoff gefertigte Verteiler axial verdreht bzw. tordiert montiert ist. Dadurch ergibt sich eine einfach zu realisierende Möglichkeit zur Veränderung des Drallwinkels bei der Montage des Verteilers.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Verteiler eine Aufnahme für ein Werkzeug aufweist, so dass der Verteiler mit Hilfe des Werkzeugs aus der Verteilerkammer der Schnecke herausgezogen werden kann. Dadurch ergibt sich eine vorteilhaft einfache Montage und Demontage des Verteilers.
  • Es kann weiter nach einer Variante der Erfindung vorgesehen sein, dass das Werkzeug mit der Aufnahme einen Bajonettverschluss bildet, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeug und der Aufnahme herstellbar ist. Dadurch ergibt sich eine vorteilhaft einfache und sichere Montage und Demontage des Verteilers.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen und dem bevorzugten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Die Figuren sind aber lediglich beispielhaft zu verstehen und veranschaulichen die Erfindung nicht in abschließender Weise. Auch andere wortsinngemäße Ausführungsformen und Äquivalente der dargestellten Ausgestaltungen sind realisierbar fallen unter den Schutzbereich. Zudem sind einzelne Merkmale, die in Halbsätzen, Sätzen oder Absätzen der nachfolgenden Beschreibung beschreiben werden, je für sich betrachtet nicht nur für das jeweils dargestellte Ausführungsbeispiel vorteilhaft, sondern können allgemeiner auch für andere Ausführungsbeispiele der Erfindung genutzt werden, welche diese dann aufweisen. Es zeigen:
    • Figur 1:
    eine schematische Schnittdarstellung einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge;
    Figur 2:
    eine Schnittdarstellung der Verteilerkammer der Vollmantel-Schneckenzentrifuge aus Fig. 1;
    Figur 3:
    ein Querschnitt eines Verteilers aus der Fig. 2;
    Figur 4:
    eine räumliche Ansicht des Verteilers aus Fig. 2 und 3.
  • Fig. 1 zeigt eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 mit einem Rotor mit einer um eine Drehachse D drehbaren Trommel 2, in der eine ebenfalls um diese Drehachse drehbare gelagerte Schnecke 3 angeordnet ist. Ein nicht dargestellte Antriebsvorrichtung dient zum Drehen des Rotors im Betrieb.
  • Radialrichtungen senkrecht zur Drehachse D sind mit "R" bezeichnet.
  • Die Trommel 2 und die Schnecke 3 weisen jeweils einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt 4, 5 und jeweils lediglich einen sich hier konisch verjüngenden Abschnitt 6, 7 auf. Die Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 dient zum Klären und Trennen einer fließfähigen Suspension in einem Zentrifugalfeld in eine Feststoffphase SP sowie in eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen LP.
  • Die Schnecke 3 rotiert im Betrieb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 mit einer etwas kleineren oder größeren Geschwindigkeit als die Trommel 2, so dass sich zwischen der Schnecke 3 und der Trommel 2 eine Differenzdrehzahl ergibt.
  • Ein sich axial erstreckendes zentrisches Zulaufrohr 8 dient zur Zuleitung des Schleudergutes in axialer Richtung in einen mit der Schnecke 3 drehbaren Verteiler 9.
  • Der Verteiler 9 bildet somit einen Teil des Rotors. Er dient zum Umleiten der Suspension radial nach außen und zum Einleiten in den Trennraum 10 zwischen Trommel und Schnecke und zur Beschleunigung des Produktes in Umfangsdrehrichtung auf die Drehzahl der Schnecke. Der Verteiler 9 ist hier von besonderem Interesse. Er wird weiter unten noch näher beschrieben.
  • Im Trennraum 10 bildet sich auf Grund der Rotation der Trommel 2 im Zentrifugalfeld ein kreiszylindrischer Flüssigkeitsraum aus, der sogenannte "Teich".
  • Die Tiefe des Teichs in der Trommel 2 wird durch einen Flüssigkeitsaustrag, der hier durch ein Wehr 11 realisiert ist, begrenzt. Auf Grund des Dichteunterschieds zwischen der dichteren Feststoffphase SP und der weniger dichten Flüssigkeitsphase LP setzt sich die Feststoffphase SP auf der Innenwand der Trommel 2 ab. Radial weiter innen strömt die sich klärende Suspensionsflüssigkeit in den von einer Wendel 31 der Schnecke 3 im Sediment gebildeten Gang bzw. Kanal in Richtung des Wehrs 11.
  • In zum Flüssigkeitsstrom entgegengesetzter Strömungsrichtung wird die Feststoffphase SP durch die aus der größeren oder kleineren Geschwindigkeit der Schnecke 3 gegenüber der Trommel 2 resultierende Differenzbewegung der Schnecke 3 zunächst am zylindrischen Abschnitt 4 der Trommel 2 entlang und anschließend den konischen Abschnitt 6 der Trommel 2 hinauf gefördert. Hierzu dient die Wendel 31. Dabei verlässt die Feststoffphase SP den Flüssigkeits-Teich, wird über den "trockenen" liegenden Teil des konischen Abschnitts 6 der Trommel 2 transportiert und danach durch den Feststoffauslass 12 ausgeworfen.
  • Die Flüssigkeitsphase LP strömt dagegen zum größeren Trommeldurchmesser am hinteren Ende des zylindrischen Abschnitts 5 der Trommel 2 und wird dort durch das Wehr 11 - hier im Trommeldeckel 19 angeordnet - abgeleitet.
  • Es handelt sich hier um eine Zwei-Phasentrennung, bei der eine zu klärende Suspension in nur eine einzige Feststoffphase SP und eine einzige Flüssigkeitsphase LP getrennt wird. Alternativ kann die Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 auch so ausgelegt sein, dass die zu klärende Suspension S in eine einzige Feststoffphase SP und in zwei Flüssigkeitsphasen LP1, LP2 getrennt wird.
  • In Fig. 2 ist der Verteiler 9 der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 im Vollschnitt dargestellt. Er weist eine vorzugsweise rotationssymmetrische, im Wesentlichen zylindrische Grundgeometrie auf.
  • Der Verteiler 9 ist einstückig ausgeführt bzw. ausgebildet.
  • Dadurch lässt er sich vorteilhaft einfach montieren und demontieren. Zu seiner Herstellung werden vorzugsweise besonders vorteilhafte Verfahren eingesetzt, die weiter unten noch näher erläutert werden.
  • Mit dem Begriff "einstückig" ist hier gemeint, dass der Verteiler 9 nicht durch Fügen - auch nicht durch stoffschlüssiges Fügen - mehrerer Teile miteinander hergestellt worden ist, sondern aus nur einem Teil besteht.
  • Ein Abschnitt der Außenkontur der ansonsten zylindrischen Grundgeometrie des Verteilers 9 weist eine nicht runde Kontur 91 (siehe Fig. 3) auf, die mit einer entsprechenden Kontur innerhalb einer Verteilerkammer 32 der Schnecke 3 geometrisch korrespondiert. Die nicht runde Kontur 91 kann als vierseitige Anflächung gestaltet sein, so dass sich -wie in Fig. 3 dargestellt- eine rechteckige oder zu einem Rechteck ergänzbare nicht runde Kontur 91 ergibt. Somit ist ein eindeutig positionierter und formschlüssiger Sitz des Verteilers 9 in der ansonsten korrespondierend ausgebildeten Verteilerkammer 32 der Schnecke 3 gewährleistet. Die nicht runde Kontur 91 kann auch anders gestaltet sein, wesentlich sind eine eindeutige Positionierbarkeit des Verteilers 9 in dem Verteilerkammer 32 und ein Formschluss im Sinne einer Drehmomentübertragungskontur.
  • Der Verteiler 9 kann in die Verteilerkammer 32 der Schnecke 3 mit einer Spielpassung eingesetzt sein. Die Spielpassung kann derart ausgelegt sein, dass das Spiel zwischen einem Außenumfang des Verteilers 9 und einer Innenwand der Verteilerkammer 32 im Betrieb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 durch eine elastische Verformung des Verteilers 9 auf Grund einer Zentrifugalkraft, die auf den Verteiler 9 wirkt, aufgehoben wird, so dass sich im Betrieb der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 der Umfang des Verteilers 9 fest gegen die Innenwand der Verteilerkammer 31 schmiegt. Dadurch ergibt sich im Betrieb ein fester und sicherer Sitz, während sich der Verteiler 9 bei außer Betrieb befindlicher Zentrifuge einfach demontieren oder montieren lässt.
  • Zweckmäßigerweise ist der Werkstoff, aus dem der Verteiler 9 hergestellt ist, so gewählt, dass er eine elastische Verformung des Verteilers 9 unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zulässt bzw. unterstützt. Ferner sollte der Werkstoff, aus dem der Verteiler 9 hergestellt ist, genügend bzw. möglichst verschleißfest sein.
  • Demzufolge ist der Verteiler 9 vorzugsweise aus einem verschleißfesten und elastischen Kunststoffwerkstoff, besonders bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer, wie z.B. Polyurethan hergestellt. Alternativ kann der Verteiler 9 auch aus einem anderen entsprechend verschleißfesten Werkstoff hergestellt sein.
  • Eine genügende elastische Verformung kann dadurch unterstützt werden, dass der Verteiler 9 einen oder mehrere von einem Kanalsystem unabhängige Hohlräume oder Aussparungen 92 aufweist (siehe Fig. 2), so dass sich der Verteiler 9 in diesem Bereich leichter aufdehnen kann und dadurch ein Spiel zwischen der Innenwandung der Verteilerkamme 31 und dem Verteiler 9 durch elastische Verformung des Verteilers 9 auf Grund der Einwirkung von Zentrifugalkräften auf den Betrag Null reduziert und eine Pressung erzeugt wird.
  • Der Verteiler 9 weist ferner ein Zulauf-Kanalsystem 93 zur Stromteilung der zulaufenden und durchströmenden Suspension auf. Das Kanalsystem 93 erstreckt sich axial von einer Stirnfläche des Verteilers 9 in Zulaufrichtung. Das Zulaufrohr 8 ragt axial in eine Öffnung des Verteilers, die eine Eintrittsöffnung in das Kanalsystem 93 bildet.
  • Das Kanalsystem 93 kann in Zulaufrichtung zunächst einen konischen Abschnitt 931 auf, der rotationssymmetrisch in dem Verteiler 9 ausgebildet sein kann. Der konische Abschnitt 931 weist einen kegelstumpfartigen Querschnitt auf, in den das feststehende Zulaufrohr 8 - wie hier dargestellt - eingreifen kann. Der konische Abschnitt 931 kann an seinem Innenumfang umfangsgeschlossen rohrartig ausgebildet sein.
  • An den konischen Abschnitt 931 kann sich in Zulaufrichtung ein zylindrischer Abschnitt 932 anschließen, der ebenfalls rotationssymmetrisch in dem Verteiler 9 ausgebildet sein kann. Der konische Abschnitt 931 kann an seinem Innenumfang umfangsgeschlossen rohrartig ausgebildet sein.
  • In den zylindrischen Abschnitt kann vor der dem Ende des Zulaufrohres 8 entgegengesetzten Ende ein vorsprungartiger Abschnitt 94 des Verteilermaterials hineinragen. Dieser Abschnitt 94 kann domartig ausgebildet sein. Der domartige Abschnitt 94 kann eine im Wesentlichen paraboloidische Grundgeometrie aufweisen und kann rotationssymmetrisch in dem Verteiler 9 angeordnet sein.
  • Der zylindrische Abschnitt 932 des Kanalsystems 93 wird durch diesen domartigen Abschnitt 94 des Verteilers 9, der in den zylindrischem Abschnitt 932 hineinragt, zunehmend in einen Abschnitt mit ringartiger Grundgeometrie verändert. Der Abschnitt ringartiger Grundgeometrie bildet einen ringartigen Kanalabschnitt aus, der innen und außen umfangsgeschlossen ausgebildet sein kann.
  • Der zylindrische Abschnitt 932 bzw. dann ringartige Abschnitt verzweigt sich in Zulaufrichtung in mehrere, hier vier Teilkanäle 933a, b, c, d (siehe dazu auch Fig. 3). Die Anzahl der Teilkanäle 933a, b, c, d kann je nach Durchmesser des Verteilers 9 und des Zulaufrohres 8 und auch der Viskosität der zulaufenden Suspension S variieren. Es sind mindestens zwei Teilkanäle 933 vorgesehen. Die Teilkanäle können jeweils rohrartig umfangsgeschlossen ausgebildet sein.
  • Der radiale Abstand zur Drehachse D, die auch eine Symmetrieachse A des Verteilers 9 bildet, der Teilkanäle 933a, b, c, d vergrößert sich in axialer Richtung bzw. in Zulaufrichtung kontinuierlich. Sie verlaufen vorzugsweise quasi wendelartig.
  • Die Teilkanäle 933a, b, c, d können dazu nach Art eines Abschnittes einer Schraubenlinie mit zunehmendem Radius verlaufen bzw. sie können einen Drall oder eine Windung aufweisen, die hier gegen die Rotationrichtung RR der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 gerichtet ist. Alternativ kann die Richtung des Dralls oder der Windung der Teilkanäle 933a, b, c, d auch in Rotationsrichtung RR ausgeführt sein.
  • Die Teilkanäle 933a, b, c, d können einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der Teilkanäle 933a, b, c, d kann auch von der Kreisform abweichend ausgeführt sein, wie z.B. oval, nierenförmig oder vieleckig. Ferner ist es denkbar, dass die Querschnitte der Teilkanäle 933a, b, c, d jeweils unterschiedlich oder paarweise gleich gestaltet sind.
  • Der Drall des jeweiligen Teilkanals 933a, b, c, d sorgt dafür, dass der aus dem Zulaufrohr 8 zugeführte Suspensionsstrom möglichst schonend, d.h. ohne größere Scherungen und somit Verwirbelungen durch den rotierenden Verteiler 9 aufgenommen wird. Während des gesamten Verlaufes des jeweiligen Teilkanals 933a, b, c, d bleibt die Strömung im Teilkanal 933a, b, c, d weitestgehend laminar, bis die Suspension S den Verteiler 9 verlässt.
  • Der zunehmende Radius der Schraubenlinie garantiert zudem die notwendige Beschleunigung der zulaufenden Suspension.
  • Die Schraubenlinie erstreckt sich dabei vorzugsweise nicht über eine vollständigen Wendel von 360°, sondern lediglich über einen schraubenlinienartigen Abschnitt mit einem Winkel α von 180° oder weniger. Durch die Wahl des Radius und die Wahl des Winkels α kann die Strömung in den Teilkanälen 933a, b, c, d je nach Bedarf konstruktiv einfach und damit vorteilhaft gezielt beeinflusst werden, d.h. der Wert der Beschleunigung verändert werden, α ist der Winkel zwischen einem Strahl durch einen Referenzpunkt (z.B. Mittelpunkt des Querschnitts) eines Teilkanals 933a, b, c, d an dessen Anfang und einem Strahl durch diesem Referenzpunkt im weiteren Verlauf dieses Teilkanals 933a, b, c, d. Ausgangspunkt der Strahlen ist jeweils die Symmetrieachse A. L ist die Strecke in Richtung der Achse A ab Anfang des Teilkanals (siehe Figur 3)
  • Abhängig von der Viskosität der zulaufenden Suspension S ergibt sich ein optimaler Drallwinkel α. Es ist denkbar, dass der Drallwinkel α im Verlauf des jeweiligen Teilkanals 933a, b, c, d variiert. Ein in Fig. 3 dargestellter Drallwinkel α von 45° ist beispielhaft gewählt. Der Drallwinkel α kann gegen oder in der Rotationsrichtung RR der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 ausgeführt sein, was zu einer Beschleunigung oder zu einer Abbremsung des Suspensionszulaufes in die Schnecke 3 führt. Je nach Randbedingungen (Viskosität, Volumenstrom, Flockungsmittel etc.) kann in beiden Richtungen das Optimum liegen. Der Betrag des optimalen Drallwinkels α kann deshalb im Bereich -180° ≤ α <= +180° liegen.
  • In eine Ausführungsvariante des Verteilers 9 kann der Drall der Teilkanäle 933a, b, c, d dadurch verändert werden, dass der aus einem elastischen Werkstoff gefertigte Verteiler 9 axial verdreht bzw. tordiert montiert wird. Hierdurch ändert sich der Drallwinkel α. Hierbei ist es erforderlich, dass die Zulaufseite des Verteilers 9 nicht formschlüssig eingesetzt wird und nach dem Tordieren drehfest fixiert wird.
  • Die Teilkanäle 933a, b, c, d münden in radialen Austrittsöffnungen 934a, b, c, d, die hier jeweils im Bereich einer Außenfläche A der nicht runden Kontur 91 enden. Sie können auch in einer Mantelfläche M des Verteilers 9 enden. Die Austrittsöffnungen 934a, b, c, d können auch eine tangentiale und/oder eine axiale Richtungskomponente aufweisen.
  • Es ist bevorzugt, dass der Verteiler 9 durch ein Urformverfahren, insbesondere ein 3D-Druckverfahren oder durch ein Gießverfahren hergestellt ist. Dadurch können insbesondere auch kompliziert geformte Innengeometrien - wie das Kanalsystem 93 - einfach hergestellt werden.
  • Mit dem Begriff "3D-Druck" ist ein additives oder generatives Fertigungsverfahren gemeint, bei denen Material Schicht für Schicht aufgetragen und so dreidimensionale Gegenstände (Werkstücke) erzeugt werden. Demzufolge sind zur Herstellung eines Werkstücks keine Werkzeuge, wie z.B. Gussformen erforderlich.
  • Die Schnecke 3 kann korrespondierende Öffnungen 33a, b, c, d zu den radialen Austrittsöffnungen 934a, b, c, d der Teilkanäle 933a, b, c, d im Verteiler 9 zwischen der Verteilerkammer 32 und dem Trennraum 10 der Vollmantel-Schneckenzentrifuge 1 aufweisen. Die Öffnungen 33a, b, c, d können vorzugsweise ein kreisförmige Querschnittsgeometrie aufweisen. Dadurch können die Öffnungen 33a, b, c, d in der Schnecke 3 einfach - z.B. durch Bohren - hergestellt werden. Die Öffnungen 33a, b, c, d können aber auch anders als kreisförmig gestaltet sein.
  • Der Verteiler 9 kann optional eine Aufnahme 95 für ein Werkzeug aufweisen, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, so dass der Verteiler 9 mit Hilfe des Werkzeugs 13 aus der Verteilerkammer 32 der Schnecke 3 herausgezogen werden kann. Das Werkzeug 13 kann mit der Aufnahme 95 einen Bajonettverschluss bilden, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeug 13 und der Aufnahme 95 herstellbar ist. Bei fortgeschrittenem Verschleiß kann der Verteiler 9 so auf einfache Weise ausgetauscht werden.
  • Bereits in Verwendung stehende Vollmantel-Schneckenzentrifugen können einfach und vorteilhaft mit einem erfindungsgemäßen Verteiler 9 nachgerüstet werden.
  • Durch den Verteiler 9 wird die Suspension S auf die Drehzahl der Schnecke 3 vorbeschleunigt. Dies geschieht dadurch, dass die Suspension S aus dem nicht bewegten Zulaufrohr in den mit Schneckendrehzahl rotierenden Verteiler 9 übergeben wird.
  • Dieser axiale Fluss bzw. diese Strömungsrichtung wird in dem Kanalsystem 93 innerhalb des rotierenden Verteilers 9 in einen Fluss bzw. eine Strömung in radialer Richtung umgelenkt. Wenn die Suspension S den Verteiler 9 verlässt und in den Teich eintritt, ist diese bereits auf Schneckendrehzahl beschleunigt.
  • Weiterhin wird durch die Aufteilung der zufließenden Suspension S in strömungsoptimierte Teilkanäle 933a, b, c, d innerhalb des Verteilers 9 und durch die Zwangsführung der Suspension S in diesen, eine nachteilige Scherung vermieden. Bei Verwendung eines Flockungsmittels wird eine Entmischung bzw. Trennung von Flockungsmittel und Feststoffphase SP ganz oder im Wesentlichen vermieden.
  • Außerdem werden durch die Zwangsführung der Suspensionsströmungen in den Teilkanälen 933a, b, c, d zufällige Strömungsbilder mit Gaseinschlag vermieden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vollmantel-Schneckenzentrifuge
    2
    Trommel
    3
    Schnecke
    31
    Wendel
    32
    Verteilerkammer
    33a, b, c, d
    Öffnung
    4
    zylindrischer Abschnitt
    5
    zylindrischer Abschnitt
    6
    konischer Abschnitt
    7
    konischer Abschnitt
    8
    Zulaufrohr
    9
    Verteiler
    91
    nicht runde Kontur
    92
    Aussparung
    93
    Kanalsystem
    931
    konischer Abschnitt
    932
    zylindrischer Abschnitt
    933a, b, c, d
    Teilkanal
    934a, b, c, d
    Austrittsöffnung
    94
    domartiger Abschnitt
    95
    Aufnahme
    10
    Trennraum
    11
    Wehr
    12
    Feststoffauslass
    13
    Werkzeug
    19
    Trommeldeckel
    A
    Symmetrieachse
    D
    Drehachse
    R
    Radialrichtung
    M
    Mantelfläche
    R
    Radialrichtung
    RR
    Rotationsrichtung
    S
    Suspension
    SP
    Feststoffphase
    LP
    Flüssigphase
    α
    Drallwinkel
    L
    Länge

Claims (17)

  1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1), die zum Klären einer fleißfähigen Suspension S in einem Zentrifugalfeld in eine Feststoffphase SP sowie in eine oder mehrere Flüssigkeitsphasen LP dient und wenigstens aufweist:
    a) einen Rotor mit einer eine um eine Drehachse drehbar gelagerten Trommel (2) und mit einer in der Trommel (2) angeordneten, um die Drehachse drehbar gelagerten Schnecke (3),
    b) wobei die Schnecke (3) und die Trommel (2) vorzugsweise jeweils einen zylindrischen Abschnitt und einen konischen Abschnitt aufweisen,
    c) wobei ein nicht drehendes Zulaufrohr (8) zur Zuleitung der Suspension in einen zusammen mit der Schnecke (3) drehbaren Verteiler vorgesehen ist, wobei der Verteiler (9) dazu dient, die Suspension in Umfangsrichtung zu beschleunigen und in einen Trennraum zwischen der im Betrieb rotierenden Schnecke (3) und der im Betrieb rotierenden Trommel (2) zu leiten,
    d) wobei der Verteiler (9) in eine Verteilerkammer (32) der Schnecke (3) eingesetzt ist und ein Kanalsystem (93) zur Stromteilung der zuzuleitenden Suspension aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    e) der Verteiler (9) einstückig ausgeführt ist und
    f) dass das Kanalsystem des einstückigen Verteilers (9) mehr als zwei Abschnitte und/oder Teilkanäle aufweist, die jeweils zumindest über einen Teil ihrer Länge, vorzugsweise über ihre gesamte Länge, jeweils umfangsgeschlossen ausgebildet sind.
  2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (9) eine rotationssymmetrische, im Wesentlichen oder ganz zylindrische Grundgeometrie aufweist.
  3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (9) durch ein Urformverfahren hergestellt ist.
  4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (9) in einem 3D-Druckverfahren oder durch ein Gießverfahren hergestellt ist.
  5. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (9) aus einem verschleißfesten und elastischen Kunststoffwerkstoff, besonders bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere aus Polyurethan, gefertigt ist.
  6. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kanalsystem (93) axial von einer Stirnfläche des Verteilers (9) in axialer Richtung erstreckt und in radiale Richtung übergeht.
  7. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalsystem (93) einen konischen Abschnitt (931) aufweist, der umfangsgeschlossen rotationssymmetrisch zur Drehachse in dem Verteiler (9) ausgebildet ist.
  8. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Abschnitt (931) einen umfangsgeschlossenen kegelstumpfartigen Querschnitt aufweist, in den das Zulaufrohr (8) eingreifen kann.
  9. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den konischen Abschnitt (931) in Zulaufrichtung ein zylindrischer Abschnitt (932) anschließt, der umfangsgeschlossen ist und der rotationssymmetrisch in dem Verteiler (9) angeordnet ist.
  10. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in den zylindrischen Abschnitt (932) und/oder den konischen Abschnitt (931) des Kanalsystems (93) ein vorzugweise domartiger vorsprungartiger Abschnitt (94) aus Material des Verteilers (9) hineinragt, so dass ein ringartiger Abschnitt des Kanalsystems gebildet wird, wobei der domartige vorsprungartige Abschnitt (94) eine im Wesentlichen paraboloidische Grundgeometrie aufweist und rotationssymmetrisch in dem Verteiler (9) ausgebildet ist.
  11. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zylindrische Abschnitt (932) und/oder der konische Abschnitt (931) in Zulaufrichtung in mindestens zwei oder mehr Teilkanäle (933a, b, c, d) verzweigt, wobei sich der Abstand der Teilkanäle (933a, b, c, d) von der Drehachse in Zulaufrichtung zunehmend vergrößert.
  12. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkanäle (933a, b, c, d) nach Art eines Abschnittes einer Schraubenlinie mit einem zunehmendem Radius verlaufen, wobei die Teilkanäle (933a, b, c, d) einen umfangsgeschlossenen und vorzugsweise runden Querschnitt aufweisen.
  13. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung im schraubenförmigen Verlauf des jeweiligen Teilkanals (933a, b, c, d) variiert.
  14. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Drall der Teilkanäle (933a, b, c, d) dadurch ändert, dass der aus einem elastischen Werkstoff gefertigte Verteiler (9) axial verdreht bzw. tordiert montiert ist.
  15. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkanäle (933a, b, c, d) in radialen Austrittsöffnungen (934a, b, c, d) münden, die im Bereich einer Außenfläche A einer nicht runden Kontur (91) des Verteilers (9) enden, wobei die Schnecke (3) korrespondierende Öffnungen (33a, b, c, d) zu den radialen Austrittsöffnungen (934a, b, c, d) der Teilkanäle (933a, b, c, d) im Verteiler (9) zwischen der Verteilerkammer (32) und dem Trennraum (10) der Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) aufweist und wobei die Öffnungen (33a, b, c, d) vorzugsweise ein kreisförmige Querschnittsgeometrie aufweisen.
  16. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (9) eine Aufnahme (95) für ein Werkzeug (13) aufweist, so dass der Verteiler (9) mit Hilfe des Werkzeugs (13) aus der Verteilerkammer (32) der Schnecke (3) herausziehbar ist, vorzugsweise derart, dass das Werkzeug (13) mit der Aufnahme (95) einen Bajonettverschluss bildet, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Werkzeug (13) und der Aufnahme (95) herstellbar ist.
  17. Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnecke (3) mit einer Differenzdrehzahl zur Trommel drehbar ist und dass sie dazu ausgelegt ist, Feststoff zu einem Feststoffauslass (12) an einem freien Ende ihres konischen Abschnitts zu fördern, während wenigstens eine Flüssigphase (LP) in entgegengesetzter Richtung in der Trommel (2) in Richtung wenigstens eines Flüssigkeitsauslasses (11) strömt und dass die Vollmantel-Schneckenzentrifuge (1) wenigstens eine Antriebsvorrichtung zum Drehen der Schnecke und zum Drehen der Trommel aufweist.
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