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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Auslassvorrichtung einer Vollmantelschneckenzentrifuge zum Trennen eines mehrphasigen Gutes, die an einer Stirnwand einer um eine Längsachse drehenden Zentrifugentrommel an einer in der Stirnwand ausgebildeten Auslassöffnung angeordnet ist, die ein Umlenkgerinne zum Umlenken einer durch die Auslassöffnung gelangenden flüssigen Phase des Gutes umfasst und die eine ausgerichtete geradlinige Wehrkante zum Begrenzen des Austritts der flüssigen Phase umfasst.
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Vollmantelschneckenzentrifugen weisen im Allgemeinen eine drehbare Zentrifugentrommel auf, welche einen weitestgehend geschlossenen Trommelmantel mit einer meist waagrecht verlaufenden Rotationsachse bzw. Längsachse haben. Die Zentrifugentrommel wird mittels eines Antriebs mit hoher Rotationsgeschwindigkeit gedreht. In die Zentrifugentrommel wird mittels eines meist zentral angeordneten Einlaufrohrs ein zu zentrifugierendes mehrphasiges Gut eingebracht. Das mehrphasige Gut wird dann mit dem Drehen der Zentrifugentrommel einer hohen Zentrifugalkraft unterworfen, wodurch es sich innen am Trommelmantel als Teich anlegt. In dem derart zentrifugierten Gut findet eine Phasentrennung statt, wobei vergleichsweise leichtes Gut im Teich als leichte, flüssige Phase nach radial innen wandert und vergleichsweise schweres Gut als schwere, feste Phase nach radial außen wandert. Die leichte, flüssige Phase kann radial innen mittels einer Auslassvorrichtung abgeführt werden, während die schwere, feste Phase mittels einer Schnecke aus der Zentrifugentrommel ausgetragen wird.
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Beispielsweise ist aus der
DE 20 2011 110 235 U1 ein an einer Trommel einer Dekanter-Zentrifuge angeordnetes Flüssig-Phase-Auslassanschluss-Bauteil bekannt, welches einen geraden Kanal aufweist. Dieser Kanal bildet eine Strecke aus, welche durch einen Streckenradius beabstandet von einer Längsachse der Dekanter-Zentrifuge angeordnet ist. Der Kanal ist in einem spitzen Winkel relativ zu einer stirnseitigen Trommel-Basisplatte angeordnet, um ein durch eine in der Basisplatte vorhandene Auslassöffnung gelangendes Gut seitlich der Trommel umzulenken. Hierdurch kann das im Wesentlichen in axialer Richtung aus der Auslassöffnung austretende Gut zum Zwecke einer Energie-Wiedergewinnung entlang des Streckenelements seitlich nach außen abgelenkt werden, bevor es am Ende des geraden Kanals bzw. der Strecke auf Höhe des Streckenradius von dem Flüssig-Phase-Auslassanschluss-Bauteil abgeworfen wird.
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Zugrundeliegende Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gattungsgemäße Auslassvorrichtungen einer Vollmantelschneckenzentrifuge weiterzuentwickeln, um eine effektivere Energierückgewinnung zu erzielen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Diese Aufgabe der Erfindung ist von einer Auslassvorrichtung einer Vollmantelschneckenzentrifuge zum Trennen eines mehrphasigen Gutes gelöst, die an einer Stirnwand einer um eine Längsachse drehenden Zentrifugentrommel an einer in der Stirnwand ausgebildeten Auslassöffnung angeordnet ist, die ein Umlenkgerinne zum Umlenken einer durch die Auslassöffnung gelangenden flüssigen Phase des Gutes umfasst, wobei die Umlenkung relativ zur Längsachse einen Winkel zwischen 50° und 90° zur Umfangsrichtung hin beträgt, und die eine ausgerichtete geradlinige Wehrkante zum Begrenzen des Austritts der flüssigen Phase umfasst, wobei die Ausrichtung der Wehrkante relativ zur Stirnwand zwischen minus 6° zur Stirnwand hin in Richtung der Auslassöffnung weisend und 0° relativ zur Stirnwand beträgt, wobei sich die Wehrkante am Ende des Umlenkgerinnes befindet.
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Erfindungsgemäß umfasst die Auslassvorrichtung ein hinsichtlich des Winkels der Umlenkung ganz speziell geformtes Umlenkgerinne mit einer darauf ganz speziell angepassten Gestaltung und Ausrichtung der Wehrkante. Zusammen ergibt die derartige Gestaltung, das haben erfindungsgemäße Nachweise ergeben, einen besonders starken Rückstoßeffekt der austretenden flüssigen Phase an der Auslassvorrichtung. Damit kann gemäß der Erfindung die mit der Auslassvorrichtung erzielte Energieeinsparung zum Antreiben der Zentrifugentrommel nochmals verbessert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem zugehörigen Verfahren zur Energierückgewinnung an einer Vollmantelschneckenzentrifuge gelöst.
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Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Auslassvorrichtung mit einem Umlenkgerinne versehen, das nach radial innen hin als offener Kanal gestaltet ist. Ein Verstopfen des Umlenkgerinnes kann so vermieden und dieses kann bei einer Wartung besser gereinigt werden. Alternativ kann das Umlenkgerinne als ein die austretende, flüssige Phase umschließendes Rohr gestaltet sein.
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Das Umlenkgerinne ist ferner vorzugsweise in Strömungsrichtung der flüssigen Phase sich verengend, insbesondere sich kontinuierlich verengend, gestaltet. Mit der derartigen Verengung kann ein Düseneffekt für die austretende, flüssige Phase erzielt werden. Alternativ ist das Umlenkgerinne mit über die gesamte Strömungstrecke der flüssigen Phase hinweg weitgehend gleich weit beabstandeten Seitenwänden gestaltet.
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Vorzugsweise ist ferner in dem Umlenkgerinne mindestens ein Strömungsleitelement angeordnet. Ein solches Strömungsleitelement kann vorteilhaft in Gestalt einer in sich in Strömungsrichtung erstreckenden Rippe oder eines Steges gestaltet sein. Das Strömungsleitelement führt zu einer Unterteilung des Umlenkgerinnes in mehrere schmale Kanäle, in denen dann jeweils weitgehend gleich hohe Flüssigkeitspegel entstehen. So kann vermieden werden, dass die austretende flüssige Phase sich beim Umlenken in der Umlenkkurve außenseitig anhäuft, was den Energiespareffekt vermindert, wie es erfindungsgemäße Nachweise gezeigt haben.
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Vorteilhaft weist ferner die erfindungsgemäße Auslassvorrichtung in Strömungsrichtung der flüssigen Phase hinter der Wehrkante eine von austretender flüssiger Phase überströmte Strömungsleitfläche auf, die in Achsrichtung betrachtet zumindest abschnittsweise an einer Seite ohne Seitenwand gestaltet ist. Besonders vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Strömungsleitfläche dabei gerade im Bereich der axialen Projektion der Wehrkante keine Seitenwand auf. Die dort fehlende Seitenwand bildet eine Art seitlichen Lufteinlassbereich für Umgebungsluft auf die Oberseite der Strömungsleitfläche.
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Die Strömungsleitfläche weist vorzugsweise eine Hauptströmungsrichtung auf, die im Vergleich zu einer Hauptströmungsrichtung der flüssigen Phase über der Wehrkante zur Stirnwand hin geschwenkt ausgerichtet ist. Mit der derartigen Ausrichtung der Strömungsleitfläche wird erreicht, dass austretende, flüssige Phase auch bei fehlender Seitenwand nicht seitlich, also in axialer Richtung, von der Strömungsleitfläche abfließt.
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Die Strömungsleitfläche ist dabei vorzugsweise trommelseitig von der Stirnwand beabstandet gestaltet. Alternativ ist die Strömungsleitfläche in axialer Richtung außen an die Stirnwand anschließend gestaltet. Beide Varianten haben besondere Vorteile hinsichtlich der Befestigung und Verstellbarkeit der erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung.
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Die Wirkung bisher bekannter Auslassvorrichtungen beruht in der Regel darauf, dass durch die Auslassöffnung gelangte flüssige Phase in einem Kanal mit Seitenwänden umgelenkt und derart umgelenkt abgeleitet wird. Hierbei hängt die Strömungsgeschwindigkeit der flüssigen Phase, welche in Richtung des Stirnwandumfangs geleitet und abgeworfen wird, in einem hohen Maße von der pro Zeiteinheit in dem Kanal strömenden Flüssigkeitsmenge ab. Ist die Flüssigkeitsmenge groß, entsteht im Kanal ein hoher Flüssigkeitspegel. Ist die Flüssigkeitsmenge gering, entsteht ein kleiner Flüssigkeitspegel. Mit der Höhe des Flüssigkeitspegels sinkt aber, das haben erfindungsgemäße Nachweise gezeigt, die Menge an rückgewonnener Energie. Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann sich die austretende flüssige Phase hingegen auf eine Strömungsleitfläche seitlich verteilen, wodurch der Flüssigkeitspegel vergleichsweise gering gehalten werden kann.
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Vorteilhaft ist ferner bei der Auslassvorrichtung das Umlenkgerinne zumindest teilweise in einen Trommeldeckel der Zentrifugentrommel integriert. Es kann so eine besonders kompakte, bauraumsparende Lösung geschaffen werden, die besonders bei vergleichsweise kleinen Maschinen von Vorteil ist.
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Darüber hinaus kann vorteilhaft das Umlenkgerinne der erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung an der Stirnwand der Zentrifugentrommel verstellbar angebracht sein. Mit dem Verstellen kann der Flüssigkeitsspiegel der leichten Phase in der Zentrifugentrommel, die so genannte Teichtiefe, eingestellt werden. Der Flüssigkeitsspiegel ist dabei durch den kleinsten radialen Abstand der Wehrkante der Auslassvorrichtung von der Längsachse der Zentrifugentrommel bestimmt. Entsprechend ist die Auslassvorrichtung gemäß der Erfindung besonders bevorzugt im Abstand zur Längsachse verstellbar und/oder im Neigungswinkel zur Umfangsrichtung verstellbar.
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Die Erfindung ist schließlich auch auf ein Verwenden einer derartigen erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung an einer Vollmantelschneckenzentrifuge zum Trennen eines mehrphasigen Gutes mit einer Zentrifugentrommel gerichtet.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Auslassvorrichtungen an einer Vollmantelschneckenzentrifuge anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine Frontalansicht einer Stirnwand einer Zentrifugentrommel einer Vollmantelschneckenzentrifuge, wobei an der Stirnwand eine erfindungsgemäße Auslassvorrichtung angeordnet ist,
- 2 den Schnitt II - II der Stirnwand gemäß 1,
- 3 eine erste Variante der Ausführungsform gemäß 2,
- 4 eine zweite Variante der Ausführungsform gemäß 2,
- 5 die Ansicht V der Auslassvorrichtung gemäß 1,
- 6 eine erste Variante der Ausführungsform gemäß 5,
- 7 eine zweite Variante der Ausführungsform gemäß 5,
- 8 eine dritte Variante der Ausführungsform gemäß 5,
- 9 eine vierte Variante der Ausführungsform gemäß 5,
- 10 eine fünfte Variante der Ausführungsform gemäß 5,
- 11 eine sechste Variante der Ausführungsform gemäß 5 und
- 12 einen Längsschnitt der Stirnwand gemäß 1 mit der Auslassvorrichtung gemäß 11.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 bis 12 sind diverse Auslassvorrichtungen 10 veranschaulicht, die je an einer Stirnwand 12 einer weiter nicht veranschaulichten Zentrifugentrommel geordnet sind. Die Zentrifugentrommel kann dabei mit hoher Drehzahl um eine Längsachse 14 in einer Drehrichtung 16 rotieren. Im Inneren der Zentrifugentrommel befindet sich ein zu klärendes Gut, dessen leichte, flüssige Phase sich radial innen sammelt und einen Teichradius bzw. einen Flüssigkeitspegel 18 einnimmt. Der Flüssigkeitspegel 18 wird, basierend auf dem Stand der Technik, durch eine Auslassöffnung 20 bestimmt, die sich in der Stirnwand 12 befindet und durch die hindurch das Material der leichten Phase nach außen hin aus der Zentrifugentrommel ausströmen kann.
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In den 2 bis 4 sind drei Varianten der Auslassöffnung 20 dargestellt, wobei die Variante gemäß 2 als in Längsrichtung ausgerichtete Zylinder-Durchgangsöffnung, die Variante gemäß 3 als schräg gerichtete Zylinder-Durchgangsöffnung und die Variante gemäß 4 als sich kegelstumpfförmig verjüngende Durchgangsöffnung gestaltet ist.
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In Durchströmungsrichtung hinter der Auslassöffnung 20 bzw. außen vor der Auslassöffnung 20 befindet sich die Auslassvorrichtung 10 mit einem zugehörigen Umlenkgerinne 22. Die austretende leichte Phase strömt durch die Auslassöffnung 20 in dieses Umlenkgerinne 22 und wird dabei von der Richtung der Längsachse 14 quer zu dieser in die zugehörige Umfangsrichtung der Zentrifugentrommel umgelenkt. Auf diese Weise kann der Strömungsimpuls der ausströmenden flüssigen Phase genutzt werden, um der Zentrifugentrommel einen in Drehrichtung wirkenden Impuls mitzugeben. Dadurch kann Antriebsenergie zum Antreiben der Zentrifugentrommel zurückgewonnen werden.
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In den 5 bis 11 sind verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Auslassvorrichtung dargestellt. Das Umlenkgerinne 22 gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform ist als ein nach radial innen offener Kanal mit einer ersten Seitenwand 24, einer Bodenfläche 26 und einer zweiten Seitenwand 28 gestaltet. Dabei sind die Seitenwände 24 und 28 derart ausgerichtet, dass sich dieser Kanal in Strömungsrichtung der austretenden leichten Phase kontinuierlich verjüngt. Am Ende des rinnenförmigen Kanals befindet sich dann eine zugehörige Wehrkante 30 der Auslassvorrichtung 10. Diese Wehrkante 30 bildet den am weitesten nach radial innen ragenden Teil der Bodenfläche 26 und legt damit den Flüssigkeitspegel 18 fest.
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Die Umlenkung des ausströmenden Materials der flüssigen Phase mittels des Umlenkgerinnes 22 beträgt relativ zur Außenseite der Stirnwand 12 einen Winkel 32 zwischen 50° und 90° von der Richtung der Längsachse 14 hin zur Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung 16 der Zentrifugentrommel.
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Die Wehrkante 30 am Ende des Umlenkgerinnes 22 ist dabei geradlinig gestaltet und erstreckt sich in einem Winkel 34 von zwischen minus 6° zur Stirnwand 12 hin und 0° von der Stirnwand 12 weg. Die in 5 ebenfalls dargestellten Winkel 34 größer 0° stellen keine erfindungsgemäßen Ausführungsformen dar.
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Im Umlenkgerinne 22 gemäß 6 befindet sich in der Mitte von deren Bodenfläche 26 ein rippenförmiges Strömungsleitelement 36. Dieses Strömungsleitelement 36 steht von der Bodenfläche 26 als schmale Wand nach radial innen hin ab. Es erstreckt sich vom Anfang bis zum Ende des Umlenkgerinnes 22.
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In 7 ist eine Ausführungsform einer Auslassvorrichtung 10 veranschaulicht, bei dem am Ende des Kanals des Umlenkgerinnes 22 eine Strömungsleitfläche 38 ausgebildet ist. Dazu ist die zur Stirnwand 12 zeigende Seitenwand 28 des Umlenkgerinnes 22 verkürzt und die Wehrkante 30 mit einem zweiten, zur Stirnwand 12 zeigenden Wehrkantenabschnitt 40 gestaltet. Die Wehrkante 30 bildet so in der Draufsicht betrachtet eine in Strömungsrichtung des abströmenden Gutes zeigende Spitze (siehe 7 unten).
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Die 8 zeigt eine Auslassvorrichtung 10, bei der die Seitenwände 24 und 28 wie bei dem in 6 gezeigten Beispiel gestaltet sind. Zugleich befindet sich in Strömungsrichtung hinter der Wehrkante 30 eine Strömungsleitfläche 38. Diese Strömungsleitfläche 38 ist als weitgehend ebene Fläche ohne Seitenränder oder Seitenwände sich trichterförmig in Strömungsrichtung aufweitend gestaltet.
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Die 9 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer Auslassvorrichtung 10, bei dem eine derartige Strömungsleitfläche 38, wie sie in 8 gezeigt ist, zusätzlich an ihrer von der Stirnwand 12 abgewandten Seite mit einer Seitenwand 42 versehen ist. Die Seitenwand 42 erstreckt sich dabei nur über den in Strömungsrichtung hinteren Teil der Strömungsleitfläche 38, wohingegen ein Bereich bzw. Abschnitt 44 der Projektion der Wehrkante 30 in axialer Richtung 46 ohne eine Seitenwand gestaltet ist. Dieser freie Bereich an der Strömungsleitfläche ermöglicht es, dass dort während der Rotation Zentrifugentrommel möglichst wenig Luftströmungswiderstand wegen der minimalen Projektionsfläche entsteht.
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Mit den 10 und 11 sind zwei weitere Ausführungsformen einer Auslassvorrichtung 10 veranschaulicht, bei denen die Strömungsleitfläche 38 auch an ihrer zur Stirnwand 12 gewandten Seite mit einer zweiten Seitenwand 48 versehen ist. Dabei sind die Seitenwände 42 und 48 gemäß 10 derart gestaltet, dass sie einen sich in Strömungsrichtung verjüngenden Kanal bilden, wohingegen sich die Seitenwände 42 und 48 gemäß 11 parallel zueinander erstrecken.
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In der 12 ist schließlich veranschaulicht, dass sich die jeweiligen Strömungsleitflächen 38 unmittelbar hinter den zugehörigen Wehrkanten 30 stets radial etwas weiter außen befinden, so dass dort unmittelbar hinter der Wehrkante 30 eine kleine Stufe 50 entsteht.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Auslassvorrichtung
- 12
- Stirnwand einer Zentrifugentrommel einer Vollmantelschneckenzentrifuge
- 14
- Längsachse
- 16
- Drehrichtung
- 18
- Teichradius bzw. Flüssigkeitspegel
- 20
- Auslassöffnung
- 22
- Umlenkgerinne
- 24
- Seitenwand des Umlenkgerinnes
- 26
- Bodenfläche des Umlenkgerinnes
- 28
- Seitenwand des Umlenkgerinnes
- 30
- Wehrkante
- 32
- Winkel der Umlenkung des Stroms der flüssigen Phase
- 34
- Winkel der Ausrichtung der Wehrkante
- 36
- Strömungsleitelement
- 38
- Strömungsleitfläche
- 40
- zweiter Wehrkantenabschnitt
- 42
- Seitenwand der Strömungsleitfläche
- 44
- Abschnitt ohne Seitenwand
- 46
- axiale Richtung
- 48
- Seitenwand der Strömungsleitfläche
- 50
- Stufe
