DE102012111801A1

DE102012111801A1 - Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel

Info

Publication number: DE102012111801A1
Application number: DE102012111801.9A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Mackel; Jürgen Teigeler; Volker Kassera
Original assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-05
Also published as: US10315203B2; EP2928613A2; BR112015012534A2; TR201907235T4; EP3488934A1; WO2014086735A2; WO2014086735A3; RU2015126091A; EP2928613B1; RU2653827C2; CN104837563A; BR112015012534B1; US20150306606A1

Abstract

Eine Auslassdüse für Zentrifugentrommeln mit einem Düsenkörper (2), der einen darin axial verlaufenden Einlaufkanal (4) und einen stumpfwinklig zum Einlaufkanal verlaufenden Auslasskanal (7) aufweist, wobei der Auslasskanal eine Eintrittsöffnung (8) und eine Austrittsöffnung (10) aufweist, wobei sich der Durchmesser des Auslasskanals (7) zumindest abschnittsweise vergrößert, zeichnet sich dadurch aus, dass die in Hinsicht auf den Querschnitt engste Stelle des Auslasskanals (7) von der Eintrittsöffnung (8) selbst gebildet ist und dass sich der Querschnitt des Auslasskanals (7) über die axiale Länge des Auslasskanals (7) in Austrittsrichtung (A) an keiner Stelle verringert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auslassdüse für eine Zentrifugentrommel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auslassdüsen des Standes der Technik zeigen die DE 39 22 619 C1 , die DE 41 05 903 A1 und die US 2 560 239 .
Eine gattungsgemäße Auslassdüse ist zudem aus der DE 195 27 039 C1 bekannt. Nach der Lehre der DE 195 27 039 C1 ist der Durchmesser der Eintrittsöffnung der Auslassdüse im Bereich des Düsenkörpers entweder genauso groß wie der Durchmesser des Auslasskanals oder er ist maximal 50 Prozent größer oder um 50 Prozent kleiner als der Durchmesser des Auslasskanals. Darüber hinaus weitet sich der Einlaufraum bis zu einem größten Durchmesser stetig auf. Der Durchmesser des Auslasskanals im Düsenstein verjüngt sich zunächst bis zu einer Engstelle und weitet sich dann bei einer der Varianten der DE 195 27 039 C1 um einen Winkel von wenigstens 5° konisch auf.
Diese Auslassdüse hat sich zwar an sich durchaus bewährt.
Es ist aber dennoch wünschenswert, die Verstopfungsneigung der Auslassdüse weiter zu verringern sowie den Austrittsstrahl positiv zu beeinflussen. Die Lösung dieses Problems ist die Aufgabe der Erfindung.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1.
Danach wird die in Hinsicht auf den Querschnitt engste Stelle des Auslasskanals von der Eintrittsöffnung selbst gebildet und es ist vorgesehen, dass sich der Querschnitt des Auslasskanals über die – vorzugsweise gesamte axiale – Länge des Auslasskanals in Austrittsrichtung an keiner Stelle – abgesehen von einem ggf. vorgesehenen Fertigungsradius am Einlass – verringert.
Derart wird die Verstopfungsneigung und Düsenstrahlausbildung durch einfach umzusetzende Veränderung der Ausgestaltung des Auslasskanals des Düsensteins verringert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Auslassdüse;
2 eine schematische Darstellung einer bekannten Separatortrommel.
3–6 Querschnitte weiterer erfindungsgemäßer Auslassdüsen mit und ohne Düsenstein;
2 zeigt eine doppelt-konische Separatortrommel 100, die für einen kontinuierlichen Betrieb ausgelegt ist.
Die Separatortrommel 100 weist eine vertikale Drehachse auf. In der konischen bzw. hier sogar doppelt-konischen Separatortrommel 100 ist im Schleuderraum 200 ein Trenntellerstapel 300 aus konischen Trenntellern 400 angeordnet. Die Trennteller 400 sind auf einem Verteilerschaft 600 angeordnet. Ein Zulaufrohr 500 dient zur Zuleitung eines zu verarbeitenden Produktes in Verteilerkanäle 700.
Die Verteilerkanäle 700 münden in den Schleuderraum 200, in welchem eine Klärung des Produktes von Feststoffen erfolgt sowie ggf. optional eine Trennung in zwei oder mehr Flüssigkeitsphasen unterschiedlicher Dichte. Zur Ableitung der wenigstens einen Flüssigkeitsphase dienen ein oder mehrere Abläufe 900 für Flüssigkeitsphasen, die beispielsweise mit Schälscheiben versehen sein können. Die Feststoffe werden dagegen durch umfangsverteilte Austrittsöffnungen 800 vorzugsweise im Bereich des größten Umfangs der Schleudertrommel aus der Schleudertrommel 100 nach außen ausgestoßen. Hierzu wird in die Austrittsöffnungen 800 jeweils eine Auslassdüse 1 eingesetzt.
Eine erste bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Auslassdüse 1 zeigt die 1.
Die Auslassdüse 1 weist einen als Düsenhalter ausgebildeten Düsenkörper 2 und einen in den Düsenkörper 2 eingesetzten Düsenstein 3 auf.
Im Düsenkörper 2 ist ein vertikal verlaufender Einlaufkanal 4 ausgebildet und im Düsenstein 3 ist ein axial verlaufender Auslasskanal 7 ausgebildet. Die Symmetrieachse 5 des Einlaufkanals 4 und die Symmetrieachse 6 des Auslasskanals 7 des Düsensteins 3 sind winklig zueinander ausgerichtet, wobei der von ihnen eingeschlossene Winkel ein stumpfer Winkel „α“ ist, für welchen vorzugsweise die Bedingung gilt: 90° < α < 160°.
Der Auslasskanal 7 im Düsenstein 3 weist eine Eintrittsöffnung 8 und eine hierzu in Austrittsrichtung A um eine axiale Strecke z beabstandete Austrittsöffnung 10 auf.
Der Auslasskanal 7 weitet sich ausgehend von der Eintrittsöffnung bis zum Durchmesser der Austrittsöffnung 10 auf, d.h. der Durchmesser des Auslasskanals 7 im Düsenstein 3 vergrößert sich von der Eintrittsöffnung 8 zur Austrittsöffnung 10.
Die in Hinsicht auf den Querschnitt engste Stelle des Auslasskanals 7 des Düsensteins 3 wird derart von der Eintrittsöffnung 8 des Düsensteins 3 selbst gebildet, wobei der Querschnitt der Austrittsöffnung 10 erfindungsgemäß stets größer ist als der Querschnitt der Eintrittsöffnung 8 des Auslasskanals 7 des Düsensteins 3. Vorzugsweise verringert sich der Querschnitt des Auslasskanals 7 über die axiale Länge des Auslasskanals 7 in Austrittsrichtung A an keiner Stelle. Dies resultiert in einer verringerten Verstopfungsneigung und einer verbesserten Strahlbündelung.
Der Düsenstein 3 ist vorzugsweise ein über seine gesamte Länge rotationsymmetrisches Bauteil, was seine Herstellung gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik vereinfacht. Im Bereich der Eintrittsöffnung ist er an seiner axialen Stirnseite vorzugsweise eben flach ausgebildet.
Am Außenumfang des Düsensteins 3 ist vorzugsweise zwischen dem Düsenkörper 2 und dem Düsenstein 3 ein Lot 11 vorhanden, um den Düsenstein am Düsenkörper zu befestigen. Alternativ kann auch eine Dichtung in diesem Bereich vorgesehen sein (die beispielsweise in eine Ringnut eingreift, hier nicht dargestellt), wenn der Düsenstein 3 lösbar sein soll (wenn er z.B. über Gewinde im Düsenkörper 2 gehalten ist. 3 zeigt einen derartigen als Düsenhalter ausgebildeten Düsenkörper 2 mit Düsenstein 3 (ähnlich zu 1). Nach dem Ausführungsbeispiel der 3 kann der Düsenstein 3 in den Düsenhalter 2 eingeschraubt sein. Dabei ist die Dichtung zwischen dem Außenumfang des Düsenkörpers 3 und dem Düsenhalter in 3 nicht eingezeichnet.
Die 1 und 3 zeigen dabei Lösungen mit einem als Düsenhalter ausgebildeten Düsenkörper 2, in den der Düsenstein 3 eingesetzt ist und die 4 bis 6 Lösungen, bei welchen auf einen Düsenstein 3 verzichtet wird. Stattdessen ist der stumpfwinklig zum Einlaufkanal 4 verlaufende Auslasskanal 7 nach 4 bis 6 direkt in dem dann einstückigen Düsenkörper 2 selbst ausgebildet (wobei dann ein genügend hartes Material zum Herstellen des Düsenkörpers 2 genutzt wird). Hierdurch können Bereiche, in welchen sich Verschmutzungen bilden können, nochmals reduziert werden.
Der Auslasskanal 7 weitet bei sämtlichen Ausführungsbeispielen über seine axiale Länge durchgehend oder abschnittsweise auf. Ist ein Düsenstein 3 vorhanden – 1 – weitet er sich vorzugsweise über dessen axiale Länge konisch auf.
Wie bereits erläutert, weitet sich der Auslasskanal 7 vorzugsweise über seine gesamte axiale Länge stetig gleichmäßig auf. Dies ist vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich. Denn der Querschnitt des vorzugsweise im Querschnitt kreisrunden Auslasskanals 7 kann auch nicht gleichmäßig über die axiale Länge des Auslasskanals 7 zunehmen oder aber in einem ersten inneren Bereich mit einer Länge y (3: Düsenkörper mit Düsenstein, 4: Düsenkörper ohne Düsenstein) nicht, so dass der Durchmesser des Auslasskanals 7 in diesem ersten Bereich der Eintrittsöffnung über die axiale Strecke y konstant ist (Durchmesser D1), woran sich dann in Austrittsrichtung an diesen Abschnitt konstanten Durchmesser D1 des vorzugsweise im Querschnitt kreisrunden Auslasskanals 7 der sich aufweitende Austrittskonus 9 anschließt, dessen größter Durchmesser D2 größer als der Durchmesser D1 ist (3 bis 6).
Im Bereich der Eintrittsöffnung 8 kann der Auslasskanal 7 am – vorzugsweise kreisrunden – Umfangsrand einen umlaufenden Fertigungsradius R1 aufweisen. Dieser kann sehr scharkantig sein (d.h. der Radius R1 ist vernachlässigbar klein und kann gleich Null gesetzt werden) oder eher etwas größer (vorzugsweise kleiner 3 mm, insbesondere kleiner 1 mm). Bevorzugt ist der Fertigungsradius R1 derart bemessen, dass er sich über weniger als 10 % der axialen Erstreckung z des Auslasskanals 7 erstreckt. Er geht vorzugsweise vorteilhaft in den Bereich des Austrittskanals 7 über, in welchem dieser seinen kleinsten Durchmesser D1 aufweist. Der Fertigungsradius R1 verringert den Verschleiß an der Eintrittsöffnung 8 des Auslasskanals 7.
Nach 6 schließt sich an den Fertigungsradius R1 ein (in Abströmrichtung aufweitend ausgerichteter) zweiter Radius R2 an, der derart beschaffen ist, dass ein scharfkantiger Übergang im Bereich des Überganges von dem Fertigungsradius R1 zu dem sich aufweitenden Konus 9 vermieden wird..
Dichtungen 12 am Außenumfang des Düsenkörpers 2 dichten die Auslassdüse 1 gegen die Trommelwand ab. Ein Gewinde 13 ermöglicht ferner ein Einschrauben des Düsenkörpers 2 in die Trommelwand bzw. in die Öffnungen 800 in der Trommelwand. Auch ein Bajonettverschluss oder ähnliches ist denkbar.
Besonders vorteilhaft ist bei sämtlichen Ausführungsbeispielen die Ausgestaltung des Auslasskanals 7, vorzugsweise im Düsenstein 3. Da sich der Auslasskanal 7 vom Bereich der Eintrittsöffnung 8 bis zum Bereich der Austrittsöffnung 10 nirgends verjüngt sondern da sich der Auslasskanal 7 von der Eintrittsöffnung 8 bis zur Austrittsöffnung 10 – ggf. bis auf den erwähnten Fertigungsradius – durchgängig konisch aufweitet, wird gegenüber dem Stand der Technik eine deutlich verringerte Neigung zu Verstopfungen erzielt, insbesondere auch bei einer Änderung der Konsistenz des zu verarbeitenden Produktes.
Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel β des konischen Bereiches 9 des Auslasskanals 8 zur Symmetrieachse 6 des Austrittskanals 7 5° bis 45°, insbesondere 10° bis 30°, und besonders bevorzugt 30° bis 45°. I n diesem Bereich wird die Verstopfungsneigung besonders deutlich verringert.
Vorzugsweise vergrößert sich der Durchmesser des Auslasskanals 7 über mehr als 50 Prozent, insbesondere mehr als 75 Prozent, seiner axialen Länge hinweg, wodurch ein besonders gutes Betriebsverhalten erreicht wird.
Der Einlasskanal 4 weitet sich nicht wie im Stand der Technik konisch auf sondern er verjüngt sich zunächst gleichmäßig bis zu einem konstanten Durchmesser, der sich über größten Teil der axialen Länge des Einlasskanals bzw. Einlaufkanals 4 erstreckt.
Wie bereits erwähnt, ist nach 4 kein Düsenstein 3 im Düsenkörper 2 vorgesehen sondern ist im Düsenkörper selbst einstückig ausgebildet, wobei er den axial verlaufenden Einlaufkanal 4 und den stumpfwinklig zum Einlaufkanal verlaufenden Auslasskanal 7 aufweist, der die Eintrittsöffnung 8 und die Austrittsöffnung 10 aufweist, wobei sich der Durchmesser des Auslasskanals 7 abschnittsweise vergrößert, derart, dass die in Hinsicht auf den Querschnitt engste Stelle des Auslasskanals 7 von der Eintrittsöffnung 8 selbst gebildet wird, wobei sich der Querschnitt des Auslasskanals 7 über die axiale Länge des Auslasskanals 7 in Austrittsrichtung A an keiner Stelle verringert. Wird ein genügend hartes Material gewählt, kann derart auf den Düsenstein aus härterem Material als das Material des Düsenhalters verzichtet werden.
Der absolute Düsendurchmesser D1 an der Eintrittsöffnung 8 hängt ab von der Konsistenz der Feststoffphase des zu verarbeitenden Produktes. Er wird im Versuch so gewählt, dass ein konstanter Austrittsstrom aus der Auslassdüse gebildet wird. Vorzugsweise gilt für den Durchmesser D1: 0,5 mm <= D1 <= 5 mm.
Vorzugsweise erfüllt das Verhältnis zwischen der axialen Länge y des Abschnitts des Austrittskanals mit konstantem Durchmesser und der gesamten axialen Länge z des Austrittskanals 7 folgende Bedingung erfüllt: y/z <= ½.
Der absolute Düsendurchmesser D2 an der Austrittsöffnung ist vorzugsweise deutlich größer als der Durchmesser D1 an der Eintrittsöffnung 8, insbesondere mehr als zweimal so groß. Weiter bevorzugt erfüllt die axiale Länge z des Austrittskanals folgende Bedingung: 4 mm <= z <= 30 mm. Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis zwischen der axialen Länge y eines Abschnitts des Austrittskanals mit konstantem Durchmesser und diesem Durchmesser folgende Bedingung erfüllt: 1 <= y/ D1 <= 5.
In diesen Bereichen wird jeweils ein besonders vorteilhaftes Betriebsverhalten erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Auslassdüse
2: Düsenkörper
3: Düsenstein
4: Einlaufkanal
5: Symmetrieachse
6: Symmetrieachse
7: Auslasskanal
8: Eintrittsöffnung
9: Austrittskonus
10: Austrittsöffnung
11: Lot
12: Dichtung
13: Gewinde
100: Schleudertrommel
200: Schleuderraum
300: Trenntellerstapel
400: Trennteller
500: Zulaufrohr
600: Verteiler
700: Verteilerkanal
800: Öffnung in Trommelwand
900: Ablauf
α, β: Winkel
D1, D2: Durchmesser
R1, R2: Radien
y, z: Längen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3922619 C1 [0002]
DE 4105903 A1 [0002]
US 2560239 [0002]
DE 19527039 C1 [0003, 0003, 0003]

Claims

Auslassdüse für Zentrifugentrommeln mit einem Düsenkörper (2), a. der einen darin axial verlaufenden Einlaufkanal (4) und einen stumpfwinklig zum Einlaufkanal verlaufenden Auslasskanal (7) aufweist, b. wobei der Auslasskanal eine Eintrittsöffnung (8) und eine Austrittsöffnung (10) aufweist, c. wobei sich der Durchmesser des Auslasskanals (7) zumindest abschnittsweise vergrößert, dadurch gekennzeichnet, dass d. die in Hinsicht auf den Querschnitt engste Stelle des Auslasskanals (7) von der Eintrittsöffnung (8) selbst gebildet ist und dass sich der Querschnitt des Auslasskanals (7) über die axiale Länge des Auslasskanals (7) in Austrittsrichtung (A) an keiner Stelle verringert.
Auslassdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Umfangsrand der Eintrittsöffnung (8) ein Fertigungsradius (R1) ausgebildet ist.
Auslassdüse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (2) als Düsenhalter ausgebildet ist und dass in den Düsenhalter ein Düsenstein (3) eingesetzt ist, der vorzugsweise aus härterem Material als der Düsenstein besteht und dass der Auslasskanal (7) mit der Eintrittsöffnung (8) und der Austrittsöffnung (10) im Düsenstein (3) ausgebildet ist und in diesem axial verläuft.
Auslassdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des im Querschnitt kreisrunden Auslasskanals (7) ausgehend von der Eintrittsöffnung (8) bis zur Austrittsöffnung (10) vergrößert.
Auslassdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des im Querschnitt kreisrunden Auslasskanals (7) ausgehend von der Eintrittsöffnung (8) in den Düsenstein (3) bis zur Austrittsöffnung (10) an jeder Stelle vergrößert.
Auslassdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des im Querschnitt kreisrunden Auslasskanals (7) ausgehend von der Eintrittsöffnung (8) zunächst über eine Strecke (y) einen konstanten Durchmesser (D1) aufweist und dass sich der Durchmesser sodann nach außen hin bis zu einem Durchmesser (D2) an der Austrittsöffnung (10) vergrößert.
Auslassdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Auslasskanals (7) über seine gesamte axiale Länge (3) kreisrund ist.
Auslassdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Auslasskanals (7) ausgehend von der Eintrittsöffnung (8) in den Düsenstein (3) bis zur Austrittsöffnung (10) aus dem Düsenstein (3) konstant gleichmäßig vergrößert.
Auslassdüse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Konizitätswinkel (β) des Auslasskanals (7) zur Mittelachse (6) des Auslasskanals gilt: (β) > 5°, vorzugsweise (β) > 10° und besonders bevorzugt (β) > 30°.
Auslassdüse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den Konizitätswinkel (β) gilt: (β) < 45°.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Auslasskanals (7) über mehr als 50 Prozent, insbesondere mehr als 75 Prozent, seiner axialen Länge hinweg aufweitet.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den kleinsten Durchmesser des Auslasskanals „D1“ – ggf. im Anschluss an einen Fertigungsradius (R1) – gilt: 0,5 mm <= D1 <= 5 mm.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Bedingung erfüllt ist: der größte Durchmesser des Auslasskanals D2 ist wenigstens zweimal so groß wie der kleinste Durchmesser D1 des Auslasskanals.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge Z des Austrittskanals (7) folgende Bedingung erfüllt: 4 mm <= z <= 30 mm.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der axialen Länge y eines Abschnitts des Austrittskanals (7) mit konstantem Durchmesser und diesem Durchmesser folgende Bedingung erfüllt: 1 <= y/ D1 <= 5.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der axialen Länge y eines Abschnitts des Austrittskanals (7) mit konstantem Durchmesser und der gesamten axialen Länge z des Austrittskanals (7) folgende Bedingung erfüllt: y/z <= ½.
Auslassdüse nach einem vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie für eine einfache oder doppelt-konische Schleudertrommel (100) eines Separators mit vertikaler Drehachse ausgelegt ist, in der ein zu verarbeitendes Produkt im kontinuierlichen Betrieb von Feststoffen zu klären ist.
Separatortrommel mit vertikaler Drehachse, gekennzeichnet durch eine Auslassdüse nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche.