Schälscheibenvorrichtung zum Ableiten von Flüssigkeit aus einer Zentrifugentrommel
Die Erfindung betrifft eine Schälscheibenvorrichtung zum Ableiten von Flüssigkeit aus einer Zentrifugentrommel, mit ei- nem vertikal angeordneten Schalscheibenrohr und einer innerhalb der Zentrifugentrommel angeordneten Schälscheibe mit wenigstens einem Einlaufkanal , der von der Peripherie der Schälscheibe ausgeht und in wenigstens einen Schaftkanal mündet, welcher sich wenigstens teilweise entlang des Schäl- scheibenrohrs erstreckt, wobei der Einlaufkanal und der Schaftkanal einen Ableitkanal bilden, der wenigstens eine Drosselstelle aufweist, an der die Querschnittsfläche des Ableitkanals reduziert ist.
Der durch die Schälscheibenvorrichtung aus einer Zentrifu- gentrommel ableitbare Volumenstrom wird maßgeblich von der Größe der Querschnittsfläche der Ableitkanäle beeinflusst . Um die Querschnittsfläche zu erhöhen, können mehrere Einlaufkanäle an der Schälscheibe vorgesehen sein, die um einen bestimmten Winkel versetzt zueinander angeordnet sind. Die Anzahl der durch Stege voneinander getrennten, strahlenförmig angeordneten Einlaufkanäle ist jedoch wegen der beschränkten Fläche der Schälscheibe nicht beliebig zu erhöhen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Kanal- höhe jedes einzelnen Einlaufkanals zu vergrößern, um den mit der Schälscheibenvorrichtung maximal erzielbaren Volumenstrom zu erhöhen. Da Zentrifugen aber oft mit wechselnden, sehr unterschiedlichen Zu- und Ablaufleistungen betrieben werden, treten Druck- und Volumenschwankungen auf, die insbesondere bei einem Betrieb der Zentrifuge mit zu kleinen Leistungen Schwingungen von Flüssigkeitssäulen in den Kanälen anregen. Die Schwingungen führen zu einem unerwünscht hohen Geräuschpegel und können auch Kavitationen in den Kanälen bewirken. Weiterhin können sich die Flüssigkeits- schwingungen auf die Zentrifugentrommel und damit auf die Zentrifuge insgesamt übertragen.
Aus der DE-OS 37 31 229 ist eine gattungsgemäße Zentrifuge bekannt. Hier sind mehrere Einlaufkanäle radial versetzt zueinander angeordnet, um die Austragsleistung der Schälscheibenvorrichtung zu erhöhen. Im Schaftkanal des Schälscheiben- rohrs ist in Fließrichtung gesehen hinter den Mündungen der Einlaufkanäle der Schälscheibe eine Drosselstelle angeord- net. Die Drosselstelle bewirkt eine starke Dämpfung der Einlaufkanäle und verhindert damit die nachteiligen Schwingungen der Flüssigkeitssäulen. Durch die erforderliche starke Drosselung wird jedoch der mit der SchälScheibenvorrichtung maximal erzielbare Austragsvolumenstrom reduziert .
Aus der DE-PS 696 796 ist es bekannt, zwei konzentrisch zueinander verlaufende, ringförmige Schaftkanäle vorzusehen, die in der SchälScheibe in übereinander liegenden Kanälen bis zu deren Peripherie geführt sind. Der eine Kanal dient als Ableitkanal für die aus der Zentrifugentrommel abgezoge- ne Flüssigkeit und der andere zur Einleitung von Kohlensäure in die Zentrifugentrommel. Eine Nutzung dieses für die Gas-
einleitung vorgesehenen zusätzlichen Kanals zum Abzug von Flüssigkeit ist nicht offenbart . Zudem treten bei beiden Kanälen ebenso Schwingungsprobleme auf. Die Ausbildung konzentrischer, ineinander geschachtelt angeordneter Kanäle ist darüber hinaus aufwendig in Konstruktion und Fertigung.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Schälscheibenvorrichtung der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass der maximal aus der Zentrifugentrommel abziehbare Volumenstrom erhöht wird und zugleich Flüssigkeitsschwingungen auch beim Betrieb mit kleinen Förderleistungen vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Abzugs- leistung der Schälscheibenvorrichtung dadurch gesteigert werden kann, dass ein Einlaufkanal mit großer Kanalhöhe in mehrere vertikal übereinander liegende Teileinlaufkanäle mit kleiner Kanalhöhe unterteilt wird. Durch eine reduzierte Kanalhöhe bei jedem einzelnen Teileinlaufkanal werden Flüssig- keitsSchwingungen weitgehend vermieden. Zugleich wird aber mit der Summe der Querschnitte aller Teileinlaufkanäle eine so große Querschnittsfläche an der Schälscheibe für den Abzug von' Flüssigkeit aus der Zentrifuge zur Verfügung gestellt, dass es erfindungsgemäß auch möglich ist, Schäl- Scheibenvorrichtungen für eine große Abzugsleistung von größer als 100 m3/h auszulegen, ohne dass Flüssigkeitsschwingungen auftreten und die Funktionsfähigkeit der Zentrifuge beeinträchtigt wird.
Wird die Zentrifuge nur mit einer kleineren Durchsatzleis- tung betrieben, die unter der maximalen Leistung liegt, wird
durch die erfindungsgemäß vorgesehene Androsselung jedes einzelnen Teileinlaufkanals der Entstehung von Schwingungen entgegengewirkt. Die Androsselung jedes einzelnen Teileinlaufkanals und die Anordnung der Drosselstelle am Übergang zwischen Schälscheibe und Schalscheibenrohr hat den Vorteil, dass bereits im Bereich der Schälscheibe etwaigen Flüssigkeitsschwingungen entgegen gewirkt wird.
Zudem wird mit den Teileinlaufkanaldrosselelementen vermieden, dass Flüssigkeit im Bereich der jeweiligen Mündung ei- nes Teileinlaufkanals über den Schaftkanal in einen der benachbarten Teileinlaufkanäle zurückströmt und so Flüssigkeitsschwingungen angeregt werden.
Vorteilhaft ist auch, dass bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Einlaufkanäle die an sich bekannte Möglichkeit zur Erhöhung der Abzugsleistung gegeben bleibt, mehrere um einen Winkel gegeneinander versetzte Einlaufkanäle strahlenförmig in der Schälscheibe anzuordnen. Damit kann gemäß der Erfindung eine große Anzahl von Teileinlaufkanälen angeordnet werden, von denen jeder einzelne eine geringe Kanalhöhe be- sitzt, was der Entstehung von Flüssigkeitsschwingungen entgegenwirkt .
Die Teileinlaufkanäle können achsparallel übereinander liegend angeordnet sein, d. h. sie liegen in einer Draufsicht auf die Schälscheibe deckungsgleich. Hierdurch ergibt sich eine einfache Konstruktion der Schälscheibe, die sich von herkömmlichen im wesentlichen nur durch die in die Einlaufkanäle eingezogenen Kanalteilungselemente mit den Drossel- elementen unterscheidet .
Vorteilhaft ist auch eine andere Ausführungsform, bei der die Teileinlaufkanäle um einen Winkel versetzt zueinander
angeordnet sind. Hierdurch werden die Strömungen optimiert, insbesondere kann im Bereich der Einmündung der Teileinlaufkanäle in den Schaftkanal eine gerichtete Strömung bewirkt werden. Die Flüssigkeitsströmung jedes einzelnen Teilein- laufkanals kann so jeweils einen Strömungsfaden in einem Teilbereich des Umfangs des Schaftkanals ausbilden, wobei die Strömungsfäden dann nebeneinander am Umfang des Schaftkanals verteilt sind, ohne sich gegenseitig zu verwirbeln.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den weiteren Un- teranspruchen sowie den nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 ein Detail einer erfindungsgemäßen Schälscheibenvorrichtung in Schnittansicht ;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Schälscheibe entlang der Linie A-A in Fig. 1;
Fig. 3 die SchälScheibenvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren Ausfuhrungsform der Schälscheibe entlang der Linie A-A in Fig. 1.
In Fig. 1 ist ausschnittsweise eine Schälscheibenvorrichtung 100 dargestellt, die zentrisch in einer Zentrifugentrommel 10 angeordnet ist. Die Schälscheibenvorrichtung 100 umfasst im wesentlichen ein Schalscheibenrohr 20 und eine rechtwinklig damit verbundene Schälscheibe 30.
Das Schalscheibenrohr 20 setzt sich in der dargestellten Ausfuhrungsform aus einem innenliegenden Einlaufröhr 24, das von einer Innenrohrwandung 23 umschlossen ist und durch das
Flüssigkeit in die Zentrifugentrommel 10 einleitbar ist, und einem Schaftkanal 22 zusammen, der sich zwischen der Innen- rohrwandung 23 und einer Außenrohrwandung 21 bis zur Schäl- Scheibe 30 erstreckt.
Durch Rotation der Zentrifugentrommel 10 wird eine in der Zentrifuge abgetrennte Flüssigkeitsphase in den Kreisringraum 12 zwischen der Schälscheibe 30 und der Wandung der Zentrifugentrommel 10 gefördert. Im Kreisringraum 12 liegt während des Betriebs der Zentrifuge somit ein rotierender Flüssigkeitsring vor, der in die Teileinlaufkanäle
32.1...32.3 der ortsfesten Schälscheibe 30 gedrückt und über den Schaftkanal 22 des Schälscheibenrohrs 20 aus der Zentrifuge 10 abgezogen wird.
Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, weist die Schälscheibe 30 ei- ne Anzahl innenliegender Teileinlaufkanäle 32 auf, die sich jeweils von der Peripherie 31 der Schälscheibe 30 bis zu einer Mündung 25 erstrecken, an der die Einlaufkanäle 32 in den Schaftkanal 22 des Schälscheibenrohrs 20 einmünden. Die Einlaufkanäle 32 bzw. Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 können parabelförmig gekrümmt sein. In der Schnittansicht der Fig. 1 sind die gekrümmt verlaufenden Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 vereinfacht wiedergegeben, nämlich durch einen Schnitt entlang ihrer jeweiligen Mittelachse.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, wie wiederum Fig. 1 zeigt, dass jeder einzelne der Einlaufkanäle 32 durch horizontal angeordnete Kanalteilungselemente 33.1, 33.2 in übereinander angeordnete Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 unterteilt ist, welche alle im Bereich einer Mündung 25 in den gemeinsamen Schaftkanal 22 einmünden. Beispielsweise kann ein ein- zelner Einlaufkanal 32 mit einer Kanalhöhe von 12 mm in drei
Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 zu je 4 mm Höhe unterteilt werden.
Im Bereich der Mündung 25 ist eine Drosselstelle angeordnet. Dort weist jeder der Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 eine Quer- Schnittsverengung auf, die jeweils durch ein Teileinlaufka- naldrosselelement 34.1...34.3 bewirkt wird. Die Höhe jedes Teileinlaufkanals 32.1...32.3 ist dadurch um 10 bis 50% reduziert. Insbesondere im Bereich einer Höheneinschnürung um 20% bis 30% wird einerseits der Schwingungsentstehung mit- tels Androsselung effektiv entgegengewirkt und andererseits eine möglichst große Öffnungsweite zur Erzielung einer hohen Förderleistung bereitgestellt .
Die Kanalteilungselemente 33.1, 33.2 sind vorzugsweise jeweils mit einem angeformten Teileinlaufkanaldrosselelement 34.1...34.3 einstückig ausgebildet.
Um eine Anpassung der Drosselwirkung über einen Austausch der Drosseln vornehmen zu können, kann aber auch vorgesehen sein, separate Teileinlaufkanaldrosselelemente vorzusehen, die jeweils mit den Kanalteilungselementen 33.1, 33.2 lösbar verbunden sind.
Zusätzlich können auch eine oder mehrere Drosselstellen 27 im Schaftkanal 22 vorgesehen sein, um der Entstehung von Schwingungen in der Flüssigkeitssäule innerhalb des Schaft- kanals 22 entgegenzuwirken.
Bei jedem der Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 ist der Querschnitt vorzugsweise so gewählt, dass im jeweiligen Einlauf- bereich, also außerhalb der Einschnürung durch die Teileinlaufkanaldrosselelemente 34.1...34.3, die Höhe des Teilein-
laufkanals größer als dessen Breite ist. Gute Erfahrungen wurden mit Teileinlaufkanälen erreicht, bei denen die Höhe weniger als 80% der Breite betrug.
In Fig. 4 ist eine weitere Ausfuhrungsform einer Schälschei- benvorrichtung 100 dargestellt, bei der jeweils entweder jeder einzelne Teileinlaufkanal 32.1...32.3 an der Mündung 25 in einen separaten Einzelschaftkanal 22 λ überführt wird, o- der aber ein Paket übereinanderliegender Teileinlaufkanäle
32.1...32.3 insgesamt in einem Einzelschaftkanal 22 x mündet. Die Einzelschaftkanäle 22 x werden dann oberhalb der Schälscheibe 30, beispielsweise am Ende des Schälscheibenrohrs 20, zusammengeführt. Durch die Auftrennung des Schaft- kanals in Einzelschaftkanäle 22 λ werden Fließwege ausgebildet, die sich gegenseitig nicht beeinflussen. Noch mehr als bei der zuvor beschriebenen Ausbildung von Stromfäden durch gegeneinander um einen Winkel versetzte Teileinlaufkanäle wird durch diese mechanische Trennung der Fließwege Verwir- belungen und damit einer Reduzierung der Förderleistung entgegengewirkt .
In Fig. 3 ist die SchälScheibenvorrichtung 100 noch einmal außerhalb einer Zentrifugentrommel dargestellt. Die Schälscheibe 30 kann aus mehreren Teilscheiben 36.1...36.3 gebildet sein. Jede einzelne Teilscheibe ist mit ein oder mehreren, nebeneinander liegenden Teileinlaufkanälen 32.1...32.3 versehen. Die Teilscheiben 36.1...36.3 werden übereinander geschichtet und durch eine oben liegende Deckelscheibe 37 abgeschlossen. Das gesamte Paket aus Teilscheiben 36.1...36.3 wird auf eine Basis 26 am Schalscheibenrohr 20 aufgesetzt und durch die Außenrohrwandung 21 des Schälscheibenrohrs 20 geklemmt. Hierdurch ist ein modularer Aufbau der Schälschei-
be 30 in Anpassung an verschiedene mit der Zentrifuge 10 zu verarbeitende Produkte und eine einfache Fertigung der Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 möglich. Je nach zu erwartendem Volumenstrom können bei den Teilscheiben 36.1...36.3 eine mehr oder weniger große Anzahl strahlenförmig angeordneter Einlaufkanäle je Ebene vorgesehen sein. Weiterhin kann zur Anpassung der Leistung der Schälscheibenvorrichtung an den Volumenstrom die Anzahl der Teilscheiben 36.1...36.3 und damit die Anzahl der übereinanderliegenden Teileinlaufkanäle 32.1...32.3 variiert werden.
Die Klemmung der Deckelscheibe 37 hat gegenüber den üblichen Schweißverbindungen den weiteren Vorteil, dass ein Verzug der Einlaufkanäle 32 und/oder eine Materialversprödung durch zu hohen Wärmeeintrag vermieden wird. Die Fertigungs- und Montagezeiten werden ebenfalls reduziert.