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Die Erfindung betrifft eine Siebvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Siebvorrichtungen dieser Art werden bei der Aufbereitung von Papierfasersuspensionen eingesetzt, um die Faserstoffsuspension in einer Nasssiebung zu behandeln. Eine hierzu geeignete Siebvorrichtung wird in der Papier- und Zellstoffindustrie zumeist ”Drucksortierer” genannt. Sie enthält mindestens einen Siebkorb, der mit einer Vielzahl von Öffnungen versehen ist. Die in der Suspension enthaltenen Fasern sollen durch die Öffnungen als sogenannter Gutstoff hindurch treten, während die nicht gewünschten festen Bestandteile daran abgewiesen und aus dem Sortierer wieder herausgeleitet werden. Vorzugsweise wird dabei eine zentrifugale Fahrweise angewendet, bei der die Suspension radial von innen nach außen die Sieböffnungen passiert. Als Sortieröffnungen dienen in der Regel runde Löcher oder Schlitze. Drucksortierer der hier betrachteten Art sind mit Siebräumern ausgestattet, die dicht an dem Siebkorb vorbei bewegbare Räumelemente aufweisen. Dadurch wird in an sich bekannter Weise das Zusetzen der Sieböffnungen verhindert. Der Siebräumer ist als Rotor ausgeführt, der in der Regel konzentrisch zum Siebkorb gelagert ist.
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Die Trennwirkung einer solchen Siebvorrichtung ist darauf zurückzuführen, dass zumindest ein Teil der in der zugeführten Papierfasersuspension enthaltenen Verunreinigungen nicht das Sieb passieren kann, also auf Grund der Größe, Form oder Flexibilität von den Papierfasern getrennt wird. Es sind auch Drucksortierer bekannt, bei denen zusätzlich eine auf die Dichte der Störstoffe zielende Trennung vorgenommen wird, indem die in einem Zentrifugalfeld unterschiedlichen Kräfte der Störstoffe genutzt werden. Zwar würde ein großer Teil der Schwerteile ohnehin nicht durch die üblicherweise verwendeten Sieböffnungen hindurch passen, also dort abgewiesen werden, es besteht jedoch die Gefahr der Beschädigung oder des Verschleißes, wenn sie mit dem Sieb in Kontakt kommen.
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Bekannte Siebvorrichtungen dieser Art sind relativ aufwändig, insbesondere da sie eine große Suspensionsmenge bearbeiten müssen. Dabei soll der Gutstoff möglichst schnell die Sieböffnungen passieren, was aber durch die Feststoffanreicherung (abgewiesene Störstoffe und Fasern) vor den Sieböffnungen stark behindert werden kann. Dadurch sinkt der Durchsatz und es steigt die Gefahr, dass sich der Rotor mit dem Siebkorb verklemmt. Nachteilig ist auch der Energiebedarf, der ja nicht der eigentlichen Faserbehandlung dient, sondern im Wesentlichen auf hydraulische Verluste in der Vorrichtung zurückzuführen ist.
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Bei vielen Siebvorrichtungen dieser Art besteht auch die Gefahr, dass sich Leichtteile und Luft im unteren Teil des Rotors ansammeln und zu Betriebsstörungen führen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Effizienz der Siebvorrichtungen so zu verbessern, dass ein höherer Durchsatz und/oder eine höhere Trennwirkung erzielt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, wobei die abhängigen Ansprüche vorteilhafte Ausführungsformen beschreiben. Mit Hilfe der Erfindung ist eine entscheidende Veränderung der Strömung innerhalb der Siebvorrichtung möglich. Dazu wird eine hydraulische Verbindung innerhalb der Siebvorrichtung hergestellt, durch welche ein Teil des Rejektes bis in den Zulaufraum der Siebvorrichtung zurückgeführt werden kann. So entsteht ein interner Suspensionskreislauf, der die Axialgeschwindigkeit am Siebkorb erhöht und Feststoffverdichtungen und Eindickungen an den Sieböffnungen kontinuierlich fortspült, was dort die Voraussetzungen für hohe Effizienz und hohen Durchsatz verbessert.
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Durch die Rückführung des Rejektteilstromes wird ein Gemisch aus Störstoffen und Restfasern erneut dem Siebprozess zugeführt. Die brauchbaren Fasern erhalten dadurch bei jeder Rückführung in den Zulaufraum eine weitere Möglichkeit, in den Gutstoff zu gelangen, was als weiterer Vorteil dieser Erfindung anzusehen ist.
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Nachfolgend soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung, geschnitten in Seitenansicht dargestellt;
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2 eine Variante der in 1 gezeigten Sortiervorrichtung;
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3 eine weitere Variante der in 1 gezeigten Sortiervorrichtung;
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4 Teil eines speziellen Rotors in geschnittener perspektivischer Darstellung;
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5 eine Variante des in 4 gezeigten Rotors:
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6 + 7 weitere Rotorvariationen, geschnitten dargestellt;
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8–10 weitere zweckmäßige Formen des Rotormantels;
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11 eine weitere Siebvorrichtung mit spezieller Strömungsführung der Faserstoffsuspension.
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Ein typisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Siebvorrichtung zeigt die 1. Die Siebvorrichtung enthält in einem Gehäuse 2 einen zylindrischen Siebkorb 1, der einen Siebraum 5 umgibt und mit einer Vielzahl von Sieböffnungen versehen ist. Es handelt sich dabei um einen Drucksortierer, bei dem der Zulauf 8 für die Faserstoffsuspension S unten, und der Rejektauslass 7 für den Rejekt R oben angeordnet ist. Die Mittellinie des Siebkorbes 1 steht hier in Gebrauchslage senkrecht. Man spricht dann auch von einem Vertikalsortierer. Denkbar zur Anwendung der Erfindung sind aber auch nicht senkrecht stehende Siebvorrichtungen, z. B: Horizontalsortierer. Die zu siebende Faserstoffsuspension S wird durch einen Zulauf 8 von unten seitlich in das Gehäuse 2 eingeführt. Sie gelangt zunächst in den ringförmigen Zulaufraum 4 und dann in den darüber liegenden Siebraum 5. Der Gutstoff A (Akzept), der vom Siebraum 5 kommend die Sieböffnungen des Siebkorbes 1 passiert hat, gelangt in den radial weiter außen liegenden Gutstoffraum 3 und wird aus diesem durch den seitlich angeschlossenen Gutstoffauslass 6 ausgeleitet. Die hier beschriebene Strömungsführung der Faserstoffsuspension S kann auch variiert werden, wozu die 11 ein Beispiel zeigt, das später erläutert wird.
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Im Zentrum des Siebkorbes 1 befindet sich ein Rotor 9, der einen angetriebenen Nabenkörper 11 aufweist sowie einen Rotormantel 13, der durch ein Verbindungselement, hier eine Scheibe 16 am Nabenkörper 11 des Rotors 9 befestigt ist. Die dargestellte Scheibe 16 ist gewölbt, und zwar teils eben teils konisch geformt, was die Strömungsführung begünstigt. Sie enthält mehrere Durchtrittsöffnungen 17, durch die der Rejektteilstrom R' zurückgeführt werden kann. Die Lagerung des Rotors 9 befindet sich in einem Lagergehäuse 23, das platzsparend innerhalb des Gehäuses 2 angeordnet ist.
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Im Siebraum 5 befinden sich Räumelemente 12, die am Rotormantel 13 befestigt sind, dicht an der Innenfläche des Siebkorbes 1 vorbeibewegt werden können. Der Rotormantel 13 wird im Betrieb zur Rotation angetrieben. Durch die Relativbewegung Räumelemente 12 relativ zu der sie umgebenden Flüssigkeit erzeugen sie Druck- und/oder Saugstöße, mit denen die Sieböffnungen frei gehalten werden. Neben der in 1 angedeuteten und an sich bekannten Form mit umströmbaren Räumelementen 12 (Flügelprofilen) können auch andere Räumelemente zum Einsatz kommen. So werden in 2 exemplarisch weitere verwendbare Räumelemente 12' und 12'' gezeigt, die mit ihrer Rückseite direkt am Rotormantel 13 anliegen. Das können z. B. keilförmige Leisten sein (in 2 links gezeichnet) oder Kugel/Ellipsoiden-Abschnitte, sogenannte Bumbs (in 2 rechts gezeichnet). Die Wahl der geeigneten Räumelemente richtet sich nach den Bedingungen und Anforderungen.
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Diese 2 zeigt ferner die Möglichkeit, eine Verdünnungsflüssigkeit W, z. B. geklärtes oder ungeklärtes Rückwasser aus einer Papier erzeugenden Anlage so in das Gehäuse 2 einzuführen, dass es in den Rejektteilstrom R' gelangt. Dazu ist hier ein zentraler Anschluss 27 im Deckel 28 vorgesehen, der ein Rohr aufweist, das in der Nähe des Rotormantels 13 mündet. Ein solcher Verdünnungswasser-Strahl kann die Axialförderung des Rejektteilstromes R' verstärken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Nabenkörper 11 hohl auszuführen, mit seitlichen Öffnungen zu versehen und die Verdünnungsflüssigkeit in den Hohlraum einzuspeisen. Die Zufuhr von Verdünnungsflüssigkeit W kann auch bei anderen Ausführungsformen als in 2 gezeigt von Vorteil sein.
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Der an den Sieböffnungen des Siebkorbes 1 abgewiesene Teil der Suspension, insbesondere die Störstoffe, wird im oberhalb des Siebkorbes 1 liegenden Rejektraum 10 gesammelt. Teils werden sie durch den Rejektauslass 7 als Rejekt R oben aus dem Gehäuse 2 abgeführt und teils als Rejektteilstrom R' durch eine durch den hohlen Innenraum des oben offenen Rotormantels 13 gelegte hydraulische Verbindung in den unten liegenden Zulaufraum 4 zurückgeführt. Der Rotormantel 13 hat hier eine zylindrische Form, wobei auch Abweichungen davon, z. B. eine konische Innen- und/oder Außenwand zweckmäßig sein können (siehe 8 bis 10). Der Rotormantel 13 ist vorzugsweise an seinen beiden Stirnseiten geöffnet. Wenn die unten liegende Stirnseite des Rotormantels 13 geöffnet ist, hat das den besonderen Vorteil, dass dort die Ansammlung von Leichtteilen (Kunststoff-Schaumstoffen) und Luft verhindert wird, die sonst bei der bevorzugten senkrechten Betriebsposition auftreten und zu Betriebsstörungen führen könnte.
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Ferner ist es eine wichtige Anforderung, dass bei der Rückführung des Rejektteilstromes R' möglichst wenig Wirbel erzeugt werden, wozu der beidseitig offene zylindrische Rotormantel 13 beiträgt. Er weist dabei außer den offenen Stirnseiten keine weiteren Öffnungen auf. Wirbel würden zu ungünstiger Stoffverteilung in der Siebvorrichtung und zu Energieverlusten führen. Außerdem begünstigen sie die Bildung von Verspinnungen, was die Betriebssicherheit der Siebvorrichtung und sogar der ganzen Anlage gefährden kann.
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Die Menge des zurückgeführten Rejektteilstromes R' lässt sich vorteilhaft steigern, indem rotierende Axialförderer eingesetzt werden. So zeigen die 1 und 2 jeweils einen rotierbaren mit dem Axialkörper 11 verbundene Axialförderer in Form einer im zentralen Bereich rotierbaren Schraubwendel 14. Eine weitere Möglichkeit zur Verstärkung der Axialförderung ist in 3 dargestellt. Dabei dienen als Verbindungselemente speichenförmige Verbindungsstreben 15, die mit einer Schrägfläche 22 versehen sind, deren Schrägstellung durch die betriebsbedingte Umfangsbewegung des Verbindungselementes zu einem Axialtransport des Rejektteilstromes R' führt. Die Schrägfläche 22 kann vorzugsweise einen Schrägwinkel β zwischen 1° und 60° gegenüber der Radialfläche 26 aufweisen.
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Eine als Verbindungselement dienende und mit Durchtrittsöffnungen 17 zur Zurückführung des Rejektteilstromes R' versehene Scheibe 16 kann dadurch als Axialförderer fungieren, dass Teile dieser Scheibe 16 als schrägstehende Förderflügel 18 ausgebildet sind, deren Schrägstellung durch die betriebsbedingte Umfangsbewegung der Scheibe 16 zu einem Axialtransport des Rejektteilstromes R' führt. Dabei können die Förderflügel 18 (Pumpflügel) gemäß 4 mit einer räumlich gebogenen Biegelinie 19 gebildet werden.
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In 5 wird ein Ausführung mit ebener Biegelinie 19' gezeigt, so dass sich ein Konus bildet. Anders als in den 1 und 2 reichen hier die Durchtrittsöffnungen 17 bis an den Rotormantel 13 heran, was die Axialförderung weiter verbessert.
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Wieder andere Axialförderer können dadurch realisiert werden, dass – wie 6 zeigt – an der Innenfläche des Rotormantels 13 eine oder mehrere schräge Leisten 21 angebracht ist, die gegenüber der Mittellinie einen Schrägwinkel α größer als 0° und kleiner als 89°, vorzugsweise zwischen 15° und 45° aufweisen. Hier ist ein Schrägwinkel α von 15° dargestellt. Diese Schrägstellung führt durch die betriebsbedingte Umfangsbewegung des Rotormantels 13 zu einem Axialtransport des Rejektteilstromes R'. Die Wahl des Schrägwinkels α hängt besonders davon ab, wie stark die Förderwirkung sein soll. Wie in 7 erläutert, kann an der Innenfläche des Rotormantels 13 auch ein wendelförmiger Streifen 20 angebracht sein, dessen Krümmung und Schrägstellung infolge der betriebsbedingten Umfangsbewegung des Rotormantels 13 zu einem Axialtransport des Rejektteilstromes R' führen.
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Die genannten Maßnahmen zur Steuerung und Verstärkung der den Rejektteilstrom R' antreibenden Axialströmung können ohne Weiteres kombiniert werden, z. B. indem eine Schraubwendel 14 mit schräggestellten Förderflügeln 18 zusammenwirkt. Es kommt ganz darauf an, in welchem Maße und in welcher Menge ein Rejektteilstrom R' gewünscht wird. Infolge des unten liegenden Zulaufes 8 und des oben liegenden Gutstoffauslasses 6 kann der Rejektraum 10 ganz oben angeordnet sein, was den Abzug von Luft und Leichtteilen (z. B. Styropor) zusammen mit dem Rejekt R erleichtert. Der aus dem Gehäuse abgeleitete Rejekt R wird, wenn erforderlich, nachsortiert, um Faserverluste zu vermeiden.
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Neben den bisher gezeigten, eine zylindrische Form aufweisenden Rotormänteln 13 können auch davon abweichende Formen verwendet werden. Das Beispiel in 8 zeigt einen Rotormantel 13', der sowohl an der Innenfläche als auch an der Außenfläche eine konische Form hat. Dabei sind die Räumelemente 12 so ausgeführt, dass sie dennoch in einem gleichmäßigen Abstand zum Siebkorb 1 stehen. Gemäß 9 kann der Rotormantel 13'' an der Außenfläche zylindrisch und an der Innen konisch sein. 10 zeigt einen außen konischen und innen zylindrischen Rotormantel 13'''. In 11 ist eine erfindungsgemäße Sortiervorrichtung in Form eines für die senkrechte Gebrauchslage bestimmten Drucksortierers dargestellt, bei dem anders als z. B. in den 1 bis 3 der Zulauf 8 für die Faserstoffsuspension S oben, und der Rejektauslass 7 für den Rejekt R unten angeordnet sind. Auch bei einer solchen Konstruktion können die Vorteile der Erfindung genutzt werden, die durch die Rückführung eines Rejektteilstromes R' in den – hier oben liegenden – Zulaufraum 4 entstehen. Rotierende Axialförderer für den Rejektteilstrom R' sind dann an die geänderte Förderrichtung (von unten nach oben) anzupassen. So sind gemäß dieser 11 speichenförmige Verbindungsstreben 15 mit entsprechend geänderten Schrägflächen 22' versehen.
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Bei starker Verunreinigung der Faserstoffsuspension S mit Schwerteilen ist ihre zumindest teilweise Entfernung vor Erreichen des Siebkorbes 1 von Vorteil. Dazu kann, wie in 1 bis 3 gezeigt, am Zulaufraum 4 ein Schwerteilauslass 24 angeschlossen sein, der vorzugsweise mit einer Schwerteilschleuse 25 versehen ist. Die größeren Schwerteile sammeln sich im unteren und radial äußeren Teil des Zulaufraumes 4 und werden dann über den Schwerteilauslass 24 in die Schwerteilschleuse 25 abgeleitet. Diese Wirkung wird weiter verstärkt, wenn der Zulauf 8 tangential an den Zulaufraum 4 angeschlossen ist.
