DE2157444C3 - Dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten Flüssigkeiten suspendierten Teilchen - Google Patents
Dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten Flüssigkeiten suspendierten TeilchenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten
Flüssigkeiten suspendierten Teilchen mit einem in einem abgedichteten Gehäuse angeordneten, im wesentlichen
zylinderförmigen, auf einer Drehachse zentrierten Rotor, der an seiner Peripherie einen
Filtereinsatz umfaßt, wobei im Gehäuse ein Fliissigkeitseinlaß
für die verunreinigte Flüssigkeit, ein mit einer Saugleitung verbundener Flüssigkeitsauslaß für
die gereinigte Flüssigkeit, sowie ein Teilchenauslaß im unteren Teil des Gehäuses für die abgetrennten
Teilchen vorgesehen ist.
Die ausschließlich mit Zentrifugalkräften arbeitenden Trennvorrichtungen haben im allgemeinen keinen
vollkommenen Wirkungsgrad. Dies ist beispielsweise bei den sogenannten Zyklontrennvorrichtungen der
Fall. Will man eine absolute Trennwirkung erzielen, muß man notwendigerweise auf Filterplatten oder Filterwände
zurückgreifen. Dabei ergibt sich aber auf der anderen Seite das Problem der Bildung von Schichten
oder »Kuchen« der abzutrennenden Teilchen, deren Dicke den Druckabfall bestimmt. Die bekannten mit
Filtereinsätzen versehenen dynamischen Trennvorrichtungen — man vergl. hierzu beispielsweise die AT-PS
2 58 313 — ermöglichen es jedoch nicht, im Dauerbetrieb und bei praktisch konstanten Druckabfall unter
wirtschaftlichsten Bedingungen eine Flüssigkeit von den in ihr suspendierten Teilchen abzutrennen. In allen
diesen bekannten Vorrichtungen folgen sowohl die Flüssigkeit als auch die Teilchen in einem vorgegebenen
κι Augenblick entgegengesetzten Trajektorien u,<d verursachen
dadurch einen zusätzlichen Druckabfall.
Unter gewissen, aus Resonanzphänomenen resultierenden Umständen, kommt es sogar vor, daß der
Druckabfall anstatt konstant zu bleiben mit einer
ti großen Geschwindigkeit anwächst, so daß man gezwungen ist, periodisch die Zirkulation der Flüssigkeit
anzuhalten, um aus der rotierenden Anordnung einen wesentlichen Teil der anwachsenden und an der
Rotation teilnehmenden Teilchenmasse zu entfernen,
in um auf diese Weise auf einen normalen Widerstandswert
für die Flüssigkeit auf deren Zentripetal-Trajektorie zurückzukehren. Häufig muß man sogar den
Filtereinsatz reinigen oder durch einen neuen ersetzen. Dies ist beispielsweise bei sogenannten Rotationsfiltern
y> der Fall. Schließlich ist man sogar häufig gezwungen,
zusätzliche Reinigungsschritte anzuwenden, wie beispielsweise eine Vibrationsabtrennung, ein Gegenstromblasen,
ein Auswaschen des Einsatzes od. dgl.
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe
ι» gestellt, diese Schwierigkeiten der bekannten Vorrichtung
zu verbessern oder zu beseitigen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer dynamischen Trennvorrichtung
der eingangs genannten Art gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß der Filtereinsatz einen
t") stromaufwärtigen Raum, der mit dem Flüssigkeitseinlaß in direkter Verbindung steht, ringförmig umschließt,
sowie aus einer Folge von im wesentlichen senkrecht zur Drehachse bzw. zur Peripherie des Rotors
ausgerichteten Filterwänden besteht, die derart im
■·» Abstand zueinander angeordnet und voneinander
abgetrennt sind, daß sie abwechselnd radiale Kanäle, die eine direkte Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen
Raum für die zu reinigende Flüssigkeit und einem außerhalb des Rotors befindlichen Raum für die
·»> abgetrennten Teilchen herstellen, und transversale
Kanäle, die die durch die Filterwände gesaugte und gereinigte Flüssigkeit aufnehmen, sowie mit dem
Flüssigkeitsauslaß verbunden sind, bilden.
Dank dieser Anordnung sind die in der verunreinigten
">" Flüssigkeit suspendierten Teilchen nicht nur der
Mitnahmewirkung der Flüssigkeit unterworfen, sondern darüber hinaus der Trägheitskraft infolge des Zentrifugalkraftfeldes.
Sie werden somit direkt von der Achse bis zu Peripherie des Rotors quer zu den radialen
'>■■>
Kanälen mitgenommen, um sich anschließend infolge der Schwerkraft im unteren Bereich des Gehäuses in
Höhe des Teilchenauslasses zu sammeln.
Was die gereinigte Flüssigkeit anlangt, so folgt diese anfänglich einer Zentrifugaltrajektorie, die zunächst in
wi etwa parallel zu den Filterflächen verläuft und sich
anschließend in etwa dort rechtwinklig krümmt, wo die Flüssigkeit die Filterflächen schneidet, um so in den
stromabwärtigen Raum zu gelangen.
Als Folge davon verlaufen die Flüssigkeit und die
hi Teilchen niemals gegeneinander, wie es bei den bislang
bekannten Vorrichtungen der Fall war, so daß dadurch eine permanente Reinigung der Filterflächen erleichtert
wird. Die erfindungsgctiiäßc dynamische Trennvorrich-
tung kann deshalb kontinuierlich mit einer praktisch
konstanten Druckdifferenz arbeiten.
Anhand des in den Figuren der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung
nachstehend mit Einzelheiten näher erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch eine dynamische Trennvorrichtung,
F i g. 2 einen Schnitt 11-11 durch die Trennvorrichtung
nach Fig. 1,
Fig.3 einen Teilschnitt längs der Linie IH-IIi der Trennvorrichtung nach Fig. 1,
F 13.4 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht
eines Filterblocks der Trennvorrichtung nach den Fig. 1-3.
Die Filtervorrichtung bzw. dynamische Trennvorrichtung gemäß den Fig. 1—3 besteht im wesentlichen aus
einem Rotor I1 der im Inneren eines abgedichteten Gehäuses 2 untergebracht ist, welches bei horizontaler
Achse im wesentlichen Zylinderform aufweist Der Rotor 1, der gleichfalls Zylinderform besitzt, ist auf einer
horizontalen Welle 3 mit kreuzförmigem Querschnitt befestigt, die ihrerseits an ihren Enden firehbac in
Kugellagern 4 gelagert ist, welche auf den seitlichen Flanschen des Gehäuses 2 angeordnet sind. Eines der
Enden der Welle 3 mit kreuzförmigem Querschnitt setzt sich außerhalb des Gehäuses in einem Fortsatz fort und
trägt eine Riemenscheibe 5 um den Rotor 1 mit der gewünschten Geschwindigkeit über einen nicht dargestellten
Motor anzutreiben.
Das abgedichtete Gehäuse 2 ist mit drei getrennten öffnungen versehen, nämlich einem Flüssigkeitseinlaß 6
für die mit Teilchen verunreinigte, zu reinigende Flüssigkeit, einem Flüssigkeitsauslaß 8 für die abgetrennten
Teilchen.
Der Flüssigkeitseinlaß 6 für die verunreinigte Flüssigkeit mündet in eine erste ringförmige Kammer 9,
die sogenannte stromaufwärtige Kammer, die auf einem der seitlichen Flansche des Gehäuses die Welle 3
umgebend angeordnet ist, während der Flüssigkeitsauslaß 7 in e;ne weitere ringförmige Kammer 10, die
stromabwärtige Kammer, mündet, die in identischer Weise auf dem anderen seitlichen Flansch des Gehäuses
angeordnet ist. Was den Teilchenauslaß 8 anlangt, so liegt dieser im unteren Abschnitt des Gehäuses 2 am
Ende eines Trichters 11.
Der Rofor 1 ist mit einem Filtere'nsatz versehen, der
hier aus sechs quaderförmigen Filterblöcken 12 besteht,
die zwischen zwei Kreisflanschen 13 und 14 montiert sind. Diese sechs Filterblöcke sind regelmäßig in Form
eines Hexagons an der Peripherie des Rotors angeordnet und bilden somit in ihrem Zentrum einen
stromaufwärtigen Raum 15, der die Welle 3 umgibt. Der Kreisflansch, ist über eine kreisförmige öffnung 16. die
praktisch in der Mitte liegt, auf der Welle 3 befestigt, so daß durch diese Öffnung eine Verbindung zwischen der
stromaufwärtigen Kammer 9 des Gehäuses 2 mit dem stromaufwärtigen Raum 15 des Rotors 1 besteht. Der
zweite Kreisflansch 14 trägt in gleicher Weise eine zentrale Kreisöffnung um die Welle 3, die jedoch durch
eine Scheibe 17 abgedichtet ist, welche starr am Kreisflänsch befestigt ist Und gleichzeitig dazu dient,
den Rotor 1 drehfest mit der Welle 3 zu verbinden.
Zwischen dem Kreisflansch 14 und dem entsprechenden Flansch des Gehäuses 2 befindet sich ein dritter
Kreisflansch 18, der über die zylindrische Wand 19 des Rotors 1 mit den beiden erstgenannten Flanschen
verbunden ist. Der dn'.tc Kreisflansch 18 begren/t
zusammen mit dem Kreisflansch 14 eine ringförmige stromabwärtige Kammer 20, deren Funktion weiter
unten noch näher erläutert werden soll. Die so im Rotor 1 gebildete stromabwärtige Kammer 20 steht in direkter
Verbindung mit der stromabwärtigen Kammer 10 des Gehäuses 2, da die Welle 3 mit kreuzförmigem
Querschnitt den Kreisflansch 18 in einer kreisförmigen Öffnung 21 des Kreisflansches 13 durchsetzt.
In Höhe der Kugellager 4 und gleichzeitig zwischen den Kreisflanschen 13 und 18 und den entsprechenden
Flanschen des Gehäuses 2 sind Dichtungselemente 22 vorgesehen, um eine perfekte Abdichtung zum einen
zwischen dem Flüssigkeitseinlaß 6 und dem siromaufwärtigen
Raum 15 des Rotors 1 über die stromaufwäriige Kammer 9 des Gehäuses 2 und zum anderen
zwischen der stromabwärtigen Kammer 20 des Rotors 1 und dem Flüssigkeitsauslaß 7 über die stromabwärtige
Kammer 10 des Gehäuses 2 sicherzustellen.
Man erkennt im übrigen, daß der Kreisflansch 13 lösbar am zylindrischen Rand 19 des Rotors 1 mit Hilfe
eines Bet'estigungsflansches 23 befestigt ist, um das
Einsetzen der Filterblöcke 12 ins iii'iere des Rotors 1
und eine eventuelle Ersetzung zu ermöglichen.
Wie man am besten aus F i g. 2 ersehen kann, sind die
sechs Filterblöcke 12 untereinander durch Zwischenräume 24 in Form von Prismen mit dreieckiger
Grundüäche getrennt. Die prismatischen Zwischenräume
24 kommunizieren direkt mit der stromabwärtigen Kammer 20 des Rotors 1 über dreieckige öffnungen 25
des Kreisflansches 14, dessen sich daraus ergebende Form man in Fig. 3 erkennen kann. Man erkennt
darüber hinaus, daß die zylindrische Wand 19 des Rotors 1 in Höhe der Filterblöcke 12, wie durch die
Bezugszeichen 26 in F i g. 2 angedeutet, durchbrochen ist, wobei die Funktion dieser Durchbrüche weiter unten
näher erläutert wird. Zwischen den beiden Kreisflanschen 13 und 14 existiert die Wand 19, somit nur im
Bereich der prismatischen Zwischenräume 24, die lediglich auf der Seite des Kreisflansches 14 gegen die
Kammer 20 geöffnet sind.
Bezugnehmend auf die Fig.4 soll im folgenden der
Ai'fbau der Filterblöcke 12 beschrieben werden.
Zunächst ist festzustellen, daß die Filterblöcke 12 im wesentlichen durch aufeinanderstapeln rechteckförmiger
Filterwände 27 gebildet sind, die senkrecht zur Rotationsachse des Rotors 1 angeordne' sind, wobei der
Aufbau und die Ausgestaltung der Filterwände 27 entsprechend der zu reinigenden Flüssigkeit und der in
ihr enthaltenen Teilchen gewählt ist. Diese Filterwände
27 sind voneinander durch Streben getrennt, die so angeordnet sind, daß sie einmal die radialen Kanäle 28
bilden, die den stromaufwärtigen Raum 25 des Rotors 1 über die öffnungen 26 mit dem Raum außerhalb des
Rotors 1 verbinden und andererseits zur Bildung der transversalen Kanäle 29 dienen, welche direkt in die
prismatischen Zwischenräume 24 münden. Die K?näle
28 und 29 wechseln sich regelmäßig ab und stehen untereinander ausschließlich quer über die Filterwände
27 in Verbindung. Man erkennt aus Fig.4, daß jeder radiale Kanal 28>
gegenüber den benachbarten prismatischen Zwischenräumen 24 durch zwei seitliche Streben
30 abgeschlossen ist, während jeder transversale Kanal
29 durch zwei seitliche Streben 31 gegen den stromaufv, jrtigen Raum 15 des Rotors 1 und die
öffnungen 26 geschlossen ist.
Eine Filtervorrichtung bzw. dynamischen Trennvorrichtung
der beschriebenen Art funktioniert in folgender Weise:
Wie bei allen Filtervorrichtungen erfolgt die Strömung der Flüssigkeit von der stromaufwärtigen Seite
zur stromabwärtigen Seite, d. h. vom Flüssigkeitseinlaß 6 zum Flüssigkeitsauslaß 7 durch eine Druckdifferenz
zwischen diesen beiden Öffnungen, die mit Hilfe irgend eines bekannten geeigneten Mittels erzeugt wird. Der
Rotor 1 wird über die auf der Welle 3 verkeilte Riemenscheibe 5 mit einer bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit
in Rotation versetzt, wodurch das angesprochene Zentrifugalkraftfeld entsteht.
Die am Flüssigkeitseinlaß 6 ankommende, mit Teilchen verunreinigte Flüssigkeit gelangt zunächst in
die ringförmige stromaufwärtige Kammer 9 des Gehäuses 2 und von dort aus durch die kreisförmige
öffnung 16 in den stromaufwärtigen Raum 15 des Rotors 1.
Anschließend dringt die Flüssigkeit in die radialen Kanäle 28 der Filterblöcke 12 ein, wobei sie einer
Zentrifugaltrajektorie folgt, die in etwa parallel zu den Filterwänden 27 verläuft. Diese Trajektorie krümmt
sich in etwa rechtwinklig in dem Moment, wo die Flüssigkeit die Filterwände 27 durchsetzt, um in die
stromabwärtige Kammer 20 des Rotors 1 zu gelangen, wobei sie nacheinander die transversalen Kanäle 29, die
prismatischen Zwischenräume 24 und die dreieckigen öffnungen 25 des Kreisflansches 14 durchsetzt. Von
dort aus gelangt die gereinigte Flüssigkeit in die stromabwärtige Kammer 10 des Gehäuses durch die
kreisförmige öffnung 21 und wird durch den Flüssigkeitsauslaß 7 abgenommen.
Die in der Flüssigkeit suspendierten Teilchen, welche die Filterwände 27 nicht durchsetzen können, werden
nicht nur durch die Flüssigkeit mitgeschleppt, sondern sind darüber hinaus den Trägheitskräften des Zentrifugalkraftfeldes
unterworfen. Diese Trägheitskraft trägt im übrigen auch verstärkt dazu bei, daß sich die Teilchen
von der Rotorachse entfernen, nachdem die mitnehmende Wirkung durch die strömende Flüssigkeit abnimmt.
Durch die Wirkung dieser beiden Kräfte werden die Teilchen durch die radialen Kanäle 28 und die
öffnungen 26 von der Rotorachse in den Raum außerhalb des Rotors bewegt und sammeln sich
kontinuierlich arbeitende Einrichtung, am Teilchenaus laß 8 abgenommen werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, dal die Teilchen und die Flüssigkeit niemals im Gegenstror
zueinander bewegt sind, wie es bei den bislan; bekannten Vorrichtungen der Fall war. Daraus ergib
sich eine permanente und wirksame Reinigung de Filterwände 27, so daß ein kontinuierlicher Betrieb mi
praktisch konstanter Druckdifferenz möglich ist.
Man erkennt gleicherweise, daß die die Teilchei mitnehmende Kraft der Flüssigkeit eine nützliche
parallel zu den Filterwänden 27 gerichtete. Komponen te sowie eine senkrecht zu den Filterwänden 2
gerichtete schädliche Komponente aufweist, wöbe diese letztere Komponente danach trachtet, dii
Teilchen in Kontakt mit der Filterwand 27 zu haltci oder zumindest mit dem sich darauf bildendei
»Kuchen«, da die Bohrungen der Filterwand kleine sind als die Abmessungen der mitgeschleppten Teilcher
Man wird daher danach trachten, den Wert diese schädlichen Komponente der Miuuihmckraft de
strömenden Flüssigkeit so klein wie möglich zu macher wobei dieser Wert im wesentlichen von der Oberflächi
der Filterwändc 27 abhängt.
Was die Nutzkomponenle der Mitnahmekraft de Flüssigkeit anlangt, so vermindert sich diese aucl
fortlaufend je weiter man sich von der Welle 3 entferni Normalerweise verschwindet sie vollständig ode
η· ' 1Zu »Ollständig in der Nähe der Peripherie de
'.du,rs 1, da dann die gesamte flüssigkeit durch dii
Filterwände 27 zur stromabwärtigen Seite gelangt isi
Man kann indessen absichtlich ein gewisses Entweichei in den stromaufwärtigen Bereich dann ermöglicher
wenn die Trägheitskraft allein sich als unzureichlicl erweist um die Teilchen vollständig mitzunehmen. De
dabei entweichende Teil kann anschließend eventuel zum Filtereingang zurückgeführt werden oder auch ii
einfacher W eise in die Atmosphäre abgeleitet werden.
Gegebenenfalls kann der dynamischen Trennvorrich iung eine Vorabtrennungseinrichtung vorgeschalte
sein, um zu große Teilchen bereits vorab zu eliminiere
die infolge ihrer Größe die Gefahr mit sich brächten, di
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von wo sie periodisch, oder auch durch eine verstopfen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Dynamische Trennvorrichtung zum Abtrennen von in verunreinigten Flüssigkeiten suspendierten
Teilchen mit einem in einem abgedichteten Gehäuse angeordneten, im wesentlichen zylinderförmigen,
auf einer Welle zentrierten Rotor, der an seiner Peripherie einen Filtereinsatz umfaßt, wobei im
Gehäuse ein Flüssigkeitseinlaß für die verunreinigte Flüssigkeit, ein mit einer Saugleitung verbundener
Flüssigkeitsauslaß für die gereinigte Flüssigkeit, sowie ein Teilchenauslaß im unteren Teil des
Gehäuses für die abgetrennten Teilchen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der
Filtereinsatz einen stromaufwärtigen Raum (15), der mit dem Flüssigkeitseinlaß (6) in direkter Verbindung
steht, ringförmig umschließt, sowie aus einer Folge von im wesentlichen senkrecht zur Welle (3)
bzw. zur Peripherie des Rotors (1) ausgerichteten Filterwänden (27) besteht, die derart im Abstand
zueinander angeordnet und voneinander abgetrennt sind, daß sie abwechselnd radiale Kanäle (28), die
eine direkte Verbindung zwischen dem stromaufwärtigen Raum (15 für die zu reinigende Flüssigkeit
und einem außerhalb des Rotors (1) befindlichen Raum für die abgetrennten Teilchen herstellen, und
transversale Kanäle (29), die die durch die Filterwände (27) gesaugte unts gereinigte Flüssigkeit
aufnehmen, sowie mit dem Flüssigkeitsauslaß (7) verbunden sind, bilden.
2. Dynamische Trennvorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den
Filterwändtit (27) aufgebaute Filtereinsatz aus einer
Mehrzahl quaderförnriger Fi! erblöcke (12) besteht,
welche regelmäßig an der Peripherie des Rotors (1) angeordnet und untereinande- durch axial verlaufende,
prismenförmige Zwischenräume (24) mit dreieckiger Querschnittsform getrennt sind, in die
die transversalen Kanäle (29) einmünden und daß die Zwischenräume (24) mit einer ringförmigen, den
Rotor (1) seitlich abschließenden Kammer (20) kommunizieren, die dicht mit dem Flüssigkeitsauslaß
(7) verbunden ist.
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