DE3409068A1

DE3409068A1 - Zentrifuge zum trennen von stoffen unterschiedlicher dichte

Info

Publication number: DE3409068A1
Application number: DE19843409068
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl.-Ing. 4740 Oelde Günnewig
Original assignee: Westfalia Separator GmbH; Westfalia Separator AG
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1985-09-26

Description

Zentrifuge zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher
Dichte Die Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einem Trenngefäß, einer innerhalb des Trenngefäßes angeordneten, mit einem Tellereinsatz versehenen Verteilungseinrichtung, die mit einem Antrieb zur Erzeugung der Schleuderdrehzahl verbunden ist, wobei die Zentrifuge mit wenigstens einer Zuleitung für die zu trennenden Stoffe und einer Ableitung für die voneinander getrennten Stoffe ausgerüstet ist.
Derartige Zentrifugen sind allgemein bekannt. Das Trenngefäß und die Verteilungseinrichtung sind dabei formschlüssig miteinander verbunden und rotieren somit bei Betrieb mit der gleichen Drehzahl. Die maximal zulässige Drehzahl wird bestimmt durch die in der Wandung des Trenngefäßes auftretenden Spannungen, die durch Massenfliehkräfte und Flüssigkeitsdruck erzeugt werden, wobei die Massenfliehkräfte meistens überwiegen.
Die Trennung des Stoffgemisches in seine einzelnen Bestandteile findet im Tellereinsatz statt, wobei die Trennleistung einer Zentrifuge proportional dem Produkt aus der wirksamen Klärfläche des Tellereinsatzes und der mittleren Zentrifugalbeschleunigung im Tellereinsatz ist. Die Zentrifugalbeschleunigung wiederum ist eine Funktion der 2. Potenz der Drehzahl.
Die hohe Drehzahl zur Erzielung einer möglichst hohen Trennleistung ist somit nur im Tellereinsatz erforderlich, wird aber konstruktionsbedingt auf das Trenngefäß übertragen und bedingt hier -die Verwendung hochwertiger Werkstoffe und relativ dicker Wandstärken.
Bei Zentrifugen der gattungsgemäßen Art wird die leichte Phase des Stoffgemisches in der Regel mittels eines Schälorgans und die schwere Phase über ständig offene oder verschließbare Kanäle in der Wandung des Trenngefäßes abgelassen. Die dabei entstehenden Verluste an Rotationsenergie bestimmen hauptsächlich den für den Betrieb der Zentrifuge erforderlichen Kraftbedarf. Hinzu kommen noch Verluste aufgrund der Luftreibung an den Außenwänden des Trenngefäßes. Alle genannten Verluste sind Funktionen der 2. oder höheren Potenz der Drehzahl des Trenngefäßes.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistungsfähigkeit der bekannten Zentrifugen zu erhöhen und/oder die Herstellungs- und Betriebskosten zu erniedrigen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Trenngefäß gegenüber der Verteilungseinrichtung drehbeweglich gelagert ist und mit einer geringeren Drehzahl angetrieben wird als die Verteilungseinrichtung.
Mit der erfindungsgemäßen Zentrifuge ist es möglich, im Vergleich zu bekannten Zentrifugen entweder die Drehzahl der Verteilungseinrichtung und damit die Trennleistung der Zentrifuge zu erhöhen, ohne die zulässige Spannung in der Wandung des Trenngefäßes zu überschreiten, oder die Drehzahl des Trenngefäßes herabzusetzen ohne Verminderung der Trennleistung, womit entweder der erforderliche Kraftbedarf zum Betrieb der Zentrifuge erniedrigt wird oder die Anforderungen verringert werden, die an die Qualität des für das Trenngefäß verwendeten Werkstoffes gestellt werden.
Es ist jedoch auch denkbar, die Drehzahl der Verteilungseinrichtung zu erhöhen und gleichzeitig die Drehzahl des Trenngefäßes abzusenken, wodurch die Leistungsfähigkeit der Zentrifuge bei gleichzeitiger Senkung der Herstellungs-und Betriebskosten erhöht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Antrieb des Trenngefäßes durch die zu trennenden Stoffe über Reibkräfte erfolgt, die an den Innenwänden des Trenngefäßes angreifen.
Dadurch ergibt sich auf einfache Weise eine Differenzdrehzahl, deren Größe bestimmt wird durch das Verhältnis dieser Reibkräfte zu den drehzahlverzögernden Kräften, die am Trenngefäß wirken.
Wird eine bestimmte Drehzahl des Trenngefäßes angestrebt, so können die die Drehzahl beeinflussenden Kräfte durch geeignete Maßnahmen verändert werden.
Die drehzahlerzeugende Flüssigkeitsreibung kann zum Beispiel durch strömungsbehindernde Elemente im Trenngefäß erhöht werden.
Derartige strömungsbehindernde Elemente können beispielsweise Rippen auf der inneren Wandung des Trenngefäßes sein.
Eine weitere Möglichkeit bieten leicht austauschbare Rippeneinsätze, die in das Trenngefäß eingesetzt werden können.
Die drehzahlverzögernden Kräfte können ebenfalls leicht verändert werden. Beispielsweise können an der Außenwand des Trenngefäßes Rippen angebracht sein zur Erhöhung des Luftwiderstandes.
Bei der Ableitung der leichten Phase kann durch Verwendung unterschiedlich großer Schälorgane der Rotationsenergieverlust vergrößert oder verkleinert werden.
Wird in der Ableitung für die leichte Phase ein Drosselorgan vorgesehen, läßt sich durch entsprechende Einstellung des Drosselorgans die Eintauchtiefe und damit auch die Flüssigkeitsreibung an der Ober- und Unterseite des Schälorgans variieren.
Sind in der Wandung des Trenngefäßes als Düsen ausgebildete, ständig offene Kanäle vorgesehen zum Ablassen der schweren Phase, so können durch die Wahl des Ausströmwinkels der Düsenbohrung, bezogen auf die Drehrichtung des Trenngefäßes, unterschiedliche Energieverluste erzeugt werden. Der Ausströmwinkel kann dabei von nahezu tangentialem Ausströmen entgegen der Drehrichtung mit kleinsten Verlusten über radiales Ausströmen bis zu tangentialem Ausströmen in Drehrichtung mit größten Verlusten verändert werden.
Darüber hinaus bieten sich zur Beeinflussung der Drehzahl während des Betriebes an sich bekannte Bremsen an. Da mit der Drehzahl des- Trenngefäßes sich auch die Düsenleistung verändert, kann dadurch die Feststoffkonzentration beeinflußt werden.
Als Bremsen kommen Wirbelstrom-, Flüssigkeits- und Reibungsbremsen in Betracht.
Die Drehzahldifferenz zwischen Trenngefäß und Verteilungseinrichtung kann auch durch ein Getriebe oder einen separaten Antrieb für das Trenngefäß erzeugt werden.
Zur Überwachung der Drehzahl des Trenngefäßes kann ein Drehzahlfühler vorgesehen werden, der in Verbindung mit der zur Zentrifuge gehörenden Steuerung eine Abschaltung der Zentrifuge veranlaßt, sobald die zulässige Drehzahl des Trenngefäßes überschritten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Trenngefäß auf der Nabe der Verteilungseinrichtung gelagert, wodurch Trenngefäß und Verteilungseinrichtung eine Einheit bilden.
Es ist jedoch auch denkbar, das Trenngefäß separat auf der Antriebsspindel oder im Antriebsgehäuse zu lagern.
In jedem Fall ist die Lagerung des Trenngefäßes mit einer Dichtung gegenüber dem Innenraum des Trenngefäßes abgedichtet.
Es kann auch zweckmäßig sein, eine weitere Dichtung im Bereich des Übertritts der leichten Phase aus dem Tellereinsatz zum Schälorgan vorzusehen.
Mit den vorgenannten Maßnahmen lassen sich Drehzahlen des Trenngefäßes erzielen, die im Bereich von 0 - 95 % der Drehzahl der Verteilungseinrichtung liegen. Bevorzugt wird jedoch mit einer Drehzahl des Trenngefäßes gearbeitet, die etwa 50 - 80 % der Drehzahl der Verteilungseinrichtung beträgt. Dabei reduziert sich die Eigenspannung in der Wandung des Trenngefäßes auf 25 - 65 % des Wertes der bekannten Zentrifugen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Mit 1 ist das Trenngefäß bezeichnet, das aus dem Unterteil 2, dem Oberteil 3, dem Deckel 4 und den Verschlußringen 5 und 6 besteht. Das Trenngefäß ist gegenüber der Verteilungseinrichtung 7 drehbeweglich mittels Lager 8 und 9 gelagert. Die Verteilungseinrichtung setzt sich zusammen aus dem Verteiler 10, der Verteilernabe 11, dem Tellereinsatz 12, dem Druckteller 13 und dem Gewindestück 14, das über dem Druckteller 13 die Vorspannung des Tellereinsatzes 12 bewirkt. Der Verteiler 10 hat eine zentrale Einlaufkammer 15, die mit der Zuleitung 16 in Verbindung steht und von der Kanäle 17 ausgehen, die in Ausnehmungen 18 münden, denen Steigekanäle 19 im Tellereinsatz 12 zugeordnet sind. Im peripheren Teil des Trenngefäßes 1 befinden sich Rippen 20 und an der Außenseite des Oberteils 3 Rippen 21. Über Kanäle 22 in der Wandung des Unterteils 2 können abgeschleuderte Feststoffe aus dem Trenngefäß 1 abfließen. Der Tellereinsatz 12 wird über Rippen 23 am Verteiler 10 geführt, wobei die Räume zwischen den Rippen über Kanäle 24 mit der Schälkammer 25 in Verbindung stehen. In der Schälkammer 25 befindet sich ein Schälorgan 26, das an einem stillstehenden Gehäuse 27 befestigt ist, das mit einer Ableitung 28 versehen ist, in der ein Drosselorgan 29 angeordnet ist. Ein im Oberteil 3 vorgesehener Wellendichtring 30 dichtet den Spalt 31 zwischen Oberteil und Druckteller 13 ab. Ein weiterer Wellendichtring 32 im Unterteil 2 schützt die Lager 8 und 9 vor Feuchtigkeit. Die Verteilernabe 11 ist über die Antriebs spindel 33 und das Antriebsgehäuse 34 mit dem Antrieb 35 verbunden. Zur Überwachung der Drehzahl des Trenngefäßes 1 ist ein Drehzahlfühler 36 vorgesehen. Über eine Bremseinrichtung 37 kann die Drehzahl des Trenngefäßes 1 beeinflußt werden.
Das zu trennende Stoffgemisch wird der mit Betriebsdrehzahl rotierenden Verteilungseinrichtung 7 über Zuleitung 16' zugeführt und gelangt über Kanäle 17 zu den Ausnehmungen 18 und von dort in die Steigekanäle 19 des Tellereinsatzes 12, wobei das Stoffgemisch auf die in den Steigekanälen herrschende Umfangsgeschwindigkeit beschleunigt wird. Die leichte Phase strömt zu den Rippen 23 des Verteilers 10, wird dabei von der schweren Phase getrennt und gelangt über Kanäle 24 im Druckteller 13 in die Schälkammer 25, aus der sie mittels Schälorgan 26 und Ableitung 28 herausgeführt wird. Durch Verstellen des Drosselorgans 29 können die Eintauchtiefe des Schälorgans 26 und damit auch die Reibungskräfte verändert werden, wodurch die Drehzahl des Trenngefäßes 1 beeinflußt wird.
Die schwere Phase strömt zur Peripherie des Trenngefäßes 1 und überträgt einen Teil seiner in der Verteilungseinrichtung 7 erhaltenen Rotationsenergie auf das Trenngefäß.
Die Energieübertragung kann durch Rippen 20 im Trenngefäß 1 noch verbessert werden, wobei die Rippen 20 auch als leicht auswechselbarer Rippeneinsatz 38 ausgeführt sein können.
Die schwere Phase verläßt das Trenngefäß über ständig offene Kanäle 22, wobei je nach Ausströmwinkel der Kanäle eine mehr oder weniger starke Bremswirkung auf das Trenngefäß 1 erzeugt wird. Eine zusätzliche Bremswirkung wird durch auf der Außenseite des Oberteils 3 angebrachte Rippen 21 und durch die Bremseinrichtung 37 erzeugt.
Die Kanäle 22 können auch als verschließbare Schlitze ausgebildet sein, die während des Betriebes periodisch geöffnet und geschlossen werden zum Ablassen der schweren Phase.
Als besonderer Vorteil ergibt sich hierbei, daß sich der stoßartige Impulsverlust nicht auf den Antrieb überträgt, da über die Flüssigkeitsmitnahme eine sehr weiche Kupplung zwischen Verteilungseinrichtung 7 und Trenngefäß 1 gegeben ist.
Die Lagerung des Trenngefäßes 1 kann außer wie in der Zeichnung dargestellt auch auf der Antriebsspindel 33 oder im Antriebsgehäuse 34 erfolgen. Zur Einstellung der Drehzahldifferenz zwischen Verteilungseinrichtung 7 und Trenngefäß 1 können auch ein nicht dargestelltes Übersetzungsgetriebe oder ein separater Antrieb für das Trenngefäß vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste 1 Trenngefäß 2 Unterteil 3 Oberteil 4 Deckel 5 Verschlußring 6 Verschlußring 7 Verteilungseinrichtung 8 Lager 9 Lager 10 Verteiler 11 Verteilernabe 12 Tellereinsatz 13 Druckteller 14 Gewindestück 15 Einlaufkammer 16 Zuleitung 17 Kanäle 18 Ausnehmung 19 Steigekanal 20 Rippe 21 Rippe 22 Kanal 23 Rippe 24 Kanal 25 Schälkammer 26 Schälorgan 27 Gehäuse 28 Ableitung 29 Drosselorgan 30 Wellendichtring 31 Spalt 32 Wellendichtring 33 Antriebs spindel 34 Antriebsgehäuse 35 Antrieb 36 Drehzahlfühler 37 Bremseinrichtung 38 Rippeneinsatz Leerseite -

Claims

Zentrifuge zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher Dichte PATENTANSPRÜCHE 1) Zentrifuge zum Trennen von Stoffen unterschiedlicher Dichte, bestehend aus einem Trenngefäß, einer innerhalb des Trenngefäßes angeordneten, mit einem Tellereinsatz versehenen Verteilungseinrichtung, die mit einem Antrieb zur Erzeugung der Schleuderdrehzahl verbunden ist, wobei die Zentrifuge mit wenigstens einer Zuleitung für die zu trennenden Stoffe und einer Ableitung für die voneinander getrennten Stoffe ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngefäß (1) gegenüber der Verteilungseinrichtung (7) drehbeweglich gelagert ist und mit einer erheblich geringeren Drehzahl angetrieben wird als die Verteilungseinrichtung (7).
2) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngefäß (1) durch die zu trennenden Stoffe über Reibkräfte angetrieben wird.
3) Zentrifuge nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Trenngefäßes (1) durch Veränderung der Reibungswiderstände im Inneren und/oder an der Außenseite des Trenngefäßes (1) eingestellt wird.
4) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Trenngefäßes (1) Rippen (20) vorgesehen sind.
5) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (20) als auswechselbarer Rippeneinsatz (38) ausgeführt sind.
6) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenwand des Trenngefäßes (1) Rippen (21) angebracht sind.
7) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schälorgane (26) mit unterschiedlich großem Durchmesser zur Ableitung der leichten Phase verwendet werden.
8) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ableitung (28) der leichten Phase ein Drosselorgan (29) angeordnet ist.
9) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wandung des Trenngefäßes (1) als Düsen ausgebildete Kanäle (22) vorgesehen sind, deren Ausströmwinkel verändert werden kann.
10) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Trenngefäßes (1) durch eine Bremseinrichtung (37) beeinflußt wird.
11) Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzdrehzahl zwischen Verteilungseinrichtung (7) und Trenngefäß (1) unter Verwwendung eines Getriebes oder eines separaten Antriebes erzeugt wird.
12) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Trenngefäßes (1) durch einen Drehzahlfühler (36) überwacht wird.
13) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngefäß (1) auf der Verteilernabe (11) gelagert ist.
14) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngefäß (1) auf der Antriebsspindel (33) gelagert ist.
15) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Trenngefäß (1) im Antriebsgehäuse (34) gelagert ist.
16) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Trenngefäß (1) und Verteilungseinrichtung (7) Dichtungen (30, 32) vorgesehen sind.
17) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Trenngefäßes (1) 0 bis 95 % der Drehzahl der Verteilungseinrichtung (7) beträgt.
18) Zentrifuge nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Trenngefäßes (1) vorzugsweise 50 bis 80 % der Drehzahl der Verteilungseinrichtung (7) beträgt.