NO311559B1 - Skruesentrifuge - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en skruesentrifuge for separasjon av et materiale tilført i en lett fase og en tung fase, omfattende en langstrakt mantel tilpasset til rotasjon om sin lengdeakse, en skruetransportør anordnet i mantelen, koaksial med denne og omfattende en stamme som bærer en skrue, innløpsporter i skruetransportøren for tilførsel av materialet som skal separeres, og utløpsporter for den tunge fase i mantelen i en ende av transportøren, hvor skruetransportøren er tilpasset til rotasjon i forhold til mantelen for transport av den tunge fasen mot utløpsportene for den tunge fasen, og en ledeplate som er anordnet mellom innløpsportene og utløps-portene, hvor den radiale utstrekning av denne i enhver aksial posisjon er mindre enn den radiale utstrekning av skruen i den samme aksiale posisjon, hvor ledeplaten strekker seg fra en posisjon på den siden av en gjenge i skruen i transportøren som vender mot utløpsportene, til en posisjon på den siden som vender bort fra utløpsportene på en av gjengene i transportskruen som følger i retning mot utløpsportene, uten å krysse en mellomliggende gjenge.

US patentpublikasjon nr. 3 885 734 beskriver en sentrifuge av denne type, som har en ledeplate i form av en ringformet skive anordnet i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse. Ledeplaten funksjonerer som en barriere som forhindrer den lette fase i å bevege seg mot utløpsåpningene for den tunge fase. Ved hjelp av denne barrieren kan skruesentrifugen benyttes med ulike væskenivåer på den lette fases side og den tunge fases side av ledeplatens skive.

Ved separasjonsprosessen transporteres den tunge fase ved hjelp av skruetransportøren fra separasjonskammeret som utgjøres av avstanden mellom den innvendige overflate av mantelen og den utvendige overflate av transportørens stamme, til utløpsportene for den tunge fase, og ledeplateskiven bevirker reduksjon av det tilgjengelige tverrsnittsareal for denne transport. Avhengig av konsistensen og mengden av tung fase, kan denne restriksjonen resultere i en uønsket stor ansamling av produkt med tung fase på den lette fases side av ledeplateskiven og bevirke forringede innløps- og separasjonsforhold, og i tillegg øke slitasje på skruesentrifugen såvel som å bevirke et behov for et høyere moment for å opprettholde den relative bevegelse mellom transportøren og mantelen.

US patentpublikasjon nr. 3 934 792 beskriver en skruesentrifuge av den ovennevnte type med en ledeplate som generelt har form av en flat, radial plate plassert på tvers av det skrueformede kammer avgrenset av to tilstøtende skruegjenger, den utvendige overflate av transportørens stamme og den innvendige overflate av mantelen. Denne ledeplaten har de samme ulemper som ledeplaten kjent fra US 3 885 734, og på grunn av sin korte lengde reduserer den det tilgjengelige tverrsnittsareal for transport av den tunge fase til utløpsåpningene enda mer enn den ovennevnte ledeplate ifølge kjent teknikk. Ledeplaten har en ytterligere ulempe ved at den ikke har den samme skrueretning som skruetransportøren, og derfor motvirker transport-virkningen av gjengene i skruetransportøren.

En hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en skruesentrifuge hvor disse ulemper er redusert eller fullstendig eliminert.

Ifølge oppfinnelsen er dette oppnådd med en skruesentrifuge av den innledningsvis nevnte art, hvor ledeplaten har form av en skrueformet ribbe med den samme skrueretning som skruetransportøren.

Ettersom ledeplaten er utformet som en skrueformet ribbe som går i samme skrueretning som transportskruen, bidrar den aktivt til å transportere den tunge fase mot utløpsåpningene på samme måte som skruen, hvorved ansamlingen av tung fase på oppstrøms side av ledeplaten reduseres, hvilket har som virkning at de ovennevnte ulemper, forårsaket av ansamlingen, reduseres eller elimineres fullstendig. Ledeplaten ifølge oppfinnelsen har i tillegg den fordel at transportområdet under ledeplaten kan økes i forhold til ledeplatene ifølge kjent teknikk ved opprettholdelse av den samme avstand og forlengelse av ledeplaten over mer enn 360° av transportørens omkrets, hvilket gir den en aksial utstrekning som er lengre enn det som forekommer ved kjent teknikk.

Ledeplaten ifølge oppfinnelsen løser også to problemer som forekommer ved ledeplater ifølge kjent teknikk. Det første problem er at det i det området hvor den siden av gjengen i skruen som vender mot utløpsportene, i det følgende benevnt nedstrøms side, møter ledeplaten, ofte forekommer en stor ansamling av den tunge fase på den side av ledeplaten som vender bort fra utløpsportene, i det følgende benevnt oppstrøms side, hvilket skyldes den kjennsgjerning at friksjonen mellom den tunge fase og den utvendige vegg av mantelen driver den tunge fase inn i det hjørnet som er dannet mellom de nevnte flater. Dette overskuddet av tung fase kan kun gå bort på en måte, nemlig under omkretskanten av ledeplaten, hvor transportområdet imidlertid er begrenset, sett i forhold til den store mengde av tung fase. I ledeplaten i sentrifugen ifølge oppfinnelsen er dette problemet fullstendig eliminert, ettersom det sted hvor den nedstrøms side av gjengen i skruen møter lede-platen ikke inneholder et slikt hjørne hvor den tunge fase kan ansamles. Tvert imot kan den tunge fase transporteres videre av selve ledeplaten på grunn av dens skrueform, og skulle ikke dette være tilstrekkelig, kan den tunge fase unnslippe under ledeplaten til dens oppstrøms side.

Det annet problem med ledeplater ifølge kjent teknikk er at det i området hvor den oppstrøms side av gjengen i skruen møter ledeplaten ofte oppstår et underskudd av tung fase på den oppstrøms side av ledeplaten, fordi, som nevnt ovenfor, den tunge fase har blitt samlet opp i hjørnet mellom den nedstrøms side av gjengen i skruen og den oppstrøms side av ledeplaten. Dette underskuddet på tung fase bevirker at den lette fase i dette området penetrerer under omkretsen av ledeplaten og blandes med den tunge fase som allerede er utskilt, som transporteres av skruen mot utløpsportene for den tunge fase. Dette bevirker en ikke uvesentlig reduksjon av virkningsgraden i sentrifugen ifølge kjent teknikk. I sentrifugen ifølge oppfinnelsen forekommer ikke dette problem, fordi den tunge fase i det området hvor den oppstrøms side av gjengen i skruen møter ledeplaten presses under kanten av ledeplaten av friksjonen mellom den tunge fase og den utvendige vegg av mantelen, slik at det ikke forekommer noen ansamling av betydning.

I en foretrukket utførelse av skruesentrifugen ifølge oppfinnelsen kan ledeplaten ha en jevnt økende eller minkende stigning. Ved å endre ledeplatens stigning kan ledeplatens transportevne varieres som ønsket. I en annen utførelse kan ledeplaten ha konstant stigning. Dette er særlig hensiktsmessig når skruen i transportøren også har konstant stigning, ettersom dette forhindrer at avstandene mellom ledeplaten og de tilhørende skruegjenger blir for smale.

I en tredje utførelse av skruesentrifugen ifølge oppfinnelsen, kan den omgivende flate av ledeplaten være en konisk flate. Dette gjør det mulig å variere mellomrommet mellom ledeplaten og mantelens innvendige overflate. Hvis f.eks. ledeplaten er anordnet ved mantelens koniske parti, og hvis den omgivende flate av ledeplaten har en toppvinkel som er mindre enn toppvinkelen til mantelens koniske part, vil mellomrommet mellom ledeplaten og mantelen være størst ved den enden av ledeplaten som vender bort fra utløpsportene for den tunge fase, og den vil reduseres på en lineær måte mot den motsatte ende av ledeplaten. Avstanden fra rotasjonsaksen til omkretsen av ledeplaten reduseres også i en retning mot utløpsportene selv om mellomrommet reduseres. Dette bevirker at store partikler av tung fase og fast komprimert tung fase passerer under omkretsen av ledeplaten der hvor mellomrommet er størst, mens mindre komprimert tung fase vil transporteres av ledeplaten mot den oppstrøms side av den neste skruegj enge, og således vil beskytte mot gjennombrudd av lett fase, også ved den minste radius, til omkretskanten av ledeplaten.

I en fjerde utførelse kan ledeplaten ved hver forbindelse med gjengene i skruen ha et parti som hovedsakelig har rette vinkler i forhold til gjengens overeflate. Ved å utforme ledeplatens forbindelse med skruegjengen på denne måten, unngås dannelsen av et kileformet hjørne mellom ledeplaten og gjengen, hvilket hjørne kan fange opp urenheter, oppslemming og trevler, og kan være vanskelig å rengjøre. Denne utførelsen er også fordelaktig i tilfelle hvor forbindelsen mellom ledeplaten og skruen er fremstilt ved sveising.

I en femte utførelse kan forbindelsespartiet i ledeplaten ved i det minste i den ene av ledeplatens ender, sett i et tverrsnitt i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse, være skråstilt slik at det radialt ytterste parti av tverrsnittet befinner seg oppstrøms det radialt innerste parti, sett i forhold til transportørens rotasjonsretning i forhold til mantelen. Dette betyr at tung fase, som, som nevnt ovenfor, har blitt presset inn i et hjørne, enklere kan unnslippe under ledeplatens omkretskant.

I ytterligere utførelser kan transportører med flere spor ha en ledeplate i hvert spor, og utformingen og posisjonen av ledeplaten kan være den samme i hvert spor. For å unngå gjennombrudd av lett fase i en av sporene, må hver gjenge ha en ledeplate, og for å unngå store sentrifugalkrefter er det hensiktsmessig at alle ledeplatene er utformet og anordnet på samme måte i hvert spor.

I andre utførelser kan tykkelsen av ledeplaten være fra 0,05-0,5 ganger den fremre transportørskruen, fortrinnsvis fra 0,1-0,2 ganger det fremre av transportør skruen, særlig 0,15 ganger det fremre av transportørskruen, eller tykkelsen kan være fra 0,8-1,5 ganger tykkelsen av skruegj engene, fortrinnsvis 1,0 ganger tykkelsen av skruegj engene. Ved øking av ledeplatens tykkelse oppnås en økning i friksjonskraften mellom den tunge fase og den innvendige overflate av mantelen, hvilket resulterer i en økning av mengden tung fase på oppstrøms side av ledeplaten. Dermed er det ved å endre tykkelsen av ledeplaten mulig å tilpasse sentrifugen ifølge oppfinnelsen bedre til visse driftsforhold.

Oppfinnelsen vil nå nedenfor bli beskrevet i nærmere detalj med henvisning til enkelte utførelser og tegningen, hvor: fig. 1 i en noe skjematisk form viser et lengdesnitt gjennom en mantel og en skruetransportør med en ringformet ledeplateskive ifølge kjent teknikk,

fig. 2 viser et snitt i større målestokk av en sentrifuge ifølge oppfinnelsen, hvor det skjematisk vises en mantel og en skruetransportør med en ledeplate som strekker seg over 360° på et konisk parti av skruetransportøren,

fig. 3 viser et snitt som tilsvarer fig. 2, hvor ledeplaten er anordnet på et sylindrisk parti av transportøren,

fig. 4 viser et snitt som tilsvarer fig. 2, hvor ledeplaten er anordnet delvis på det sylindriske parti, delvis på det koniske parti av skruetransportøren,

fig. 5 viser et snitt som tilsvarer fig. 2, hvor ledeplaten strekker seg over 90°,

fig. 6 viser et snitt som tilsvarer fig. 4, hvor ledeplaten strekker seg over 720°,

fig. 7 viser et snitt som tilsvarer fig. 2, hvor transportøren har en skrue med to spor, hvor hvert spor har en ledeplate som strekker seg over 90°,

fig. 8 viser et snitt i en større målestokk av en sentrifuge ifølge oppfinnelsen, hvor det vises en transportør med skruegjenger i rette vinkler i forhold til transportørens senterakse, og en ledeplate som danner en spiss vinkel i forhold til aksen,

fig. 9 viser et snitt som tilsvarer fig. 8, hvor skruegjengene danner en spiss vinkel med transportørens lengdeakse, og ledeplaten står i rette vinkler i forhold til aksen,

fig. 10 viser et snitt som tilsvarer fig. 8, hvor skruegjengene danner en spiss vinkel i forhold til transportørens lengdeakse,

fig. 11 viser et snitt som ligner fig. 9, hvor skruegjengene danner en stump vinkel i forhold til transportørens lengdeakse,

fig. 12 viser et tverrsnitt gjennom transportøren, lagt langs linjen XII-XII på fig. 2,

fig. 13 er et skjematisk riss av et parti av en transportør i en utfoldet tilstand, og viser området hvor den nedstrøms side av en skruegjenge møter en ledeplate ifølge kjent teknikk,

fig. 14 er et riss som tilsvarer fig. 13 for en sentrifuge ifølge oppfinnelsen,

fig. 15 er et riss som tilsvarer fig. 13, og viser området hvor den oppstrøms side av en skruegjenge møter en ledeplate ifølge kjent teknikk,

fig. 16 er et riss som tilsvarer fig. 13 for en sentrifuge ifølge oppfinnelsen, og fig. 17 er et riss som tilsvarer fig. 4, og viser en ledeplate med en tykkelse som er større enn tykkelsen av gjengene i skruen.

Skruesentrifugen på fig. 1 har en mantel 2 med en skruetransportør 3 med en sylindrisk stamme 4 med en skrue 7 og et konisk parti 5 i en ende. Transportøren 3 har innløpsporter 6 for den substans som skal separeres, og mantelen 2 har utløpsporter 14 for den utskilte tunge fase. Som antydet på figuren befinner den lette fase 12 seg nært transportørens stamme, mens den tunge fase 13 befinner seg ved den innvendige overflate av mantelen. Den lette fase dreneres bort over en utløps overkant 10 på mantelen. Den tunge fase føres av skruen 7 mot utløpsportene 14 i mantelen ved dens koniske ende. Figuren viser en ledeplate ifølge kjent teknikk bestående av en ring-formet skive 8 anordnet i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse.

Sentrifugen på fig. 2 har en ledeplate 8a ifølge oppfinnelsen hvor hele ledeplaten er plassert på det koniske parti 5 av transportøren. Ledeplaten 8a strekker seg over en vinkel på 360°. Som angitt med den stiplede linje 15a, er den omgivende flate av ledeplaten en konus med en toppvinkel som er mindre erm toppvinkelen av det koniske parti 5, slik at mellomrommet mellom omkretsen av ledeplaten og den innvendige overflate av mantelen er større i den enden av ledeplaten som vender bort fra utløpsportene 14 enn i den-motsatte ende.

Fig. 3 viser en ledeplate 8b anordnet på det sylindriske parti av transportøren. Som vist ved den stiplede linje 15b, er den omgivende flate av ledeplaten en konisk flate som åpner mot det koniske parti av transportøren.

Ledeplaten på fig. 4 strekker seg over 360°, og strekker seg over overgangen mellom transportørens sylindriske og koniske parti. Som vist med den stiplede linje 15c, holdes mellomrommet mellom omkretsen av ledeplaten og den innvendige overflate av mantelen konstant i mantelens sylindriske parti, mens det i mantelens koniske parti reduseres mot enden med utløpsportene 14. Overgangen mellom sylindrisk og konisk overflate i den omgivende flate av baffelen behøver ikke å være anordnet i den samme aksiale posisjon som den tilhørende overgang i den omgivende flate for skruen.

Fig. 5 viser en ledeplate 8d som strekker seg over 90°. Som angitt med den stiplede linje 15d, er den omgivende flate av ledeplaten en konus med en toppvinkel som er mindre enn toppvinkelen av det koniske parti av mantelen.

Ledeplaten 8e på fig. 6 strekker seg over 720°, og figuren viser at ledeplater med en betydelig aksial utstrekning uten noe problem kan anordnes i sentrifugen ifølge oppfinnelsen.

Transportøren vist på fig. 7 har to spor 17a og 17b med skruegjenger 7a og 7b. Hvert av sporene har innløpsporter 6a og 6b. Hvert spor har en ledeplate henholdsvis 8f og 8g. Hver ledeplate strekker seg over ca. 90°. Den stiplede linje 15f viser at den omgivende flate av ledeplaten er en konisk flate med den samme toppvinkel som mantelens koniske parti.

I de ovenfor beskrevne utførelser er skruegjengene og ledeplaten anordnet i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse. Dette behøver imidlertid ikke alltid å være tilfelle, og som vist på fig. 8, er skruegjengene 7h anordnet i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse, mens ledeplaten 8h danner en spiss vinkel med denne. På fig. 9 er det ledeplaten 8i som befinner seg i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse, mens skrue-gjengene 7i danner en spiss vinkel med denne. Skruegjengene 7j og lede-platen 8j kan, som vist på fig. 10, være innbyrdes parallelle og danne en spiss vinkel med transportørens lengdeakse. Fig. 11 viser til slutt at ledeplaten 8k kan stå i rette vinkler i forhold til transportørens lengdeakse, mens skruegjengene 7k danner en stump vinkel med denne. Fig. 8-10 viser klart at en skrueformet ledeplate uten noe problem kan benyttes sammen med en skrue med skråstilte, i og for seg kjente såkalte "skrå" gjenger.

I en ende har ledeplaten 8a på fig. 12 et parti 16a som står i rette vinkler til en flate av en skruegjenge, ikke vist, mens partiet i seg selv strekker seg radialt, som vist i et tverrsnitt. Der hvor den andre ende 16b av ledeplaten møter den oppstrøms side av skruens gjenge, står dens endeparti også i rette vinkler i forhold til den tilhørende skruegjenge, men er skråstilt på en slik måte at tung fase som er ført inn mellom ledeplaten og skruen enkelt kan unnslippe under ledeplatens omkretskant når den møter dette endeparti, for å forhindre tung fase i å ansamles på dette stedet, som vil bli forklart i nærmere detalj nedenfor med henvisning til fig. 15 og 16. I det viste eksempel er kun et endeparti av ledeplaten skråstilt, men skråstillingen kan også benyttes i begge endepartier. Transportørens rotasjonsretning i forhold til mantelen er vist med pilen 18 på tegningen.

Fig. 13-16 viser skjematisk et utfoldet parti av transportøren med plasseringen av en skruegjenge og en ledeplate. Skruens transportretning er angitt med pilen s. Retningen til friksjonskraften fra mantelen som påvirker den tunge fase er angitt med pilen f.

Skravuren på fig. 13 indikerer et område 20 som befinner seg på det sted hvor den nedstrøms side av en gjenge 7m møter en ledeplateskive 8m ifølge kjent teknikk. Det fremgår at gjengen vil forsøke å presse den tunge fase i retning av pilen s, mens friksjonskraften vil forsøke å presse den tunge fase i retning av pilen f. Resultatet er at en ansamling av tung fase forekommer i området 20. Fig. 14 viser det tilhørende området 21 i en sentrifuge ifølge oppfinnelsen, hvor den nedstrøms side av en gjenge 7n møter en ledeplate 8n. I dette området 21 vil den kombinerte virkning av gjengen 7n og friksjonskraften f føre den tunge fase langs den nedstrøms side av ledeplaten 8n, hvorfra den tunge fase på grunn av at ledeplaten er utformet som en skrueflate lett transporteres videre og samtidig strømmer under ledeplaten. Fig. 15 viser et område 22 som befinner seg på det sted hvor den oppstrøms side av gjengen 7m møter en kjent ledeplateskive 8m. I dette området 22 er det en tilbøyelighet til at det oppstår et underskudd av tung fase, fordi den eksisterende tunge fase delvis er skjøvet bort i retning f av friksjonskraften, delvis lett kan unnslippe i retning s under omkretsen av ledeplateskiven, mens gjengen 7m i forbindelse med ledeplaten 8m, som forklart ovenfor med - henvisning til fig. 13, stenger for tilførselen av ny tung fase. Virkningen av dette er at den lette fase kan penetrere under omkretsen av ledeplateskiven, hvorved lett fase og tung fase blandes sammen på den tunge fases side av ledeplateskiven.

Som vist på fig. 16 forekommer ikke dette fenomenet i en skruesentrifuge ifølge oppfinnelsen, idet det tilsvarende området 23 hvor den oppstrøms side av gjengen 7n møter ledeplaten 8n nå er et område hvor både friksjon og skruetransporteffekten vil sikre tilstrekkelig tilførsel av tung fase. Dersom en tilbøyelighet til ansamling av tung fase skulle forekomme, kan overskytende tung fase lett unnslippe under ledeplatens omkrets.

I utførelsen vist på fig. 17 har ledeplaten 8n en tykkelse som tilsvarer 0,15 ganger det fremre av gjengen 7.

Claims (10)

1. Skruesentrifuge for separasjon av et materiale tilført i en lett fase og en tung fase, omfattende en langstrakt mantel (2) tilpasset til rotasjon om sin lengdeakse, en skruetransportør (3) som er anordnet i mantelen og er koaksial med denne og omfatter en stamme (4) som bærer en skrue (7), innløpsporter (6) i skruetransportøren for tilførsel av materialet som skal separeres, og utløpsporter (14) for den tunge fase i mantelen i en ende av transportøren, hvor skruetransportøren er tilpasset til å rotere i forhold til mantelen for transport av den tunge fase mot utløpsportene for den tunge fase, og en ledeplate 8 som er anordnet mellom innløpsportene og utløpsportene, hvor den radiale utstrekning av denne i enhver aksial posisjon er mindre enn den radiale utstrekning av skruen i den samme aksiale posisjon, hvor ledeplaten strekker seg fra en posisjon på den siden av en gjenge på skruen (7) i transportøren (3) som vender mot utløpsportene (14) til en posisjon på den siden som vender bort fra utløpsportene på en av gjengene i transportørens skrue som følger i retning mot utløpsportene, uten å krysse en mellom-liggende gjenge, karakterisert ved at ledeplaten (8a) har form av en skrueformet ribbe med samme skmeretning som skruetransportøren (3).

2. Skruesentrifuge ifølge krav 1, karakterisert ved at ledeplaten (8a) har en jevnt økende eller minkende stigning.

3. Skruesentrifuge ifølge krav 1, karakterisert ved at ledeplaten (8a) har en konstant stigning.

4. Skruesentrifuge ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at den omgivende flate (15a) av ledeplaten (8a) er en konisk flate.

5. Skruesentrifuge ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at ledeplaten (8a) ved hver forbindelse med gjengene i skruen (7) har et parti (16) som hovedsakelig står i rette vinkler i forhold til gjengens overflate.

6. Skruesentrifuge ifølge krav 4, karakterisert ved at, sett i et snitt i rette vinkler i forhold til skruetransportørens (3) lengdeakse, ledeplatens forbindelsesparti (16a) i det minste i en av ledeplatens ender er skråstilt slik at det radialt ytterste parti av forbindelsespartiet (16a) befinner seg oppstrøms det radialt innerste parti sett i forhold til rotasjonsretningen (18) av skruetransportøren i forhold til mantelen (2).

7. Skruesentrifuge ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at skruetransportøren (5) med flere spor (17a, 17b) har en ledeplate (8f, 8g) i hvert spor.

8. Skruesentrifuge ifølge krav 7, karakterisert ved at utformingen og plasseringen av ledeplaten (8f, 8g) er den samme i hvert spor (17a, 17b).

9. Skruesentrifuge ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at tykkelsen av ledeplaten er fra 0,05-0,5 ganger det fremre av transportørskruen, fortrinnsvis fra 0,1-0,2 ganger det fremre av transportørskruen, og mest foretrukket 0,15 ganger det fremre av transportørskruen.

10. Skruesentrifuge ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at tykkelsen av ledeplaten er fra 0,8-1,5 ganger tykkelsen av skruetransportørens gjenger, fortrinnsvis 1,0 ganger tykkelsen av skruetransportørens gjenger.