DE69232085T2

DE69232085T2 - Zufuhrbeschleunigungssystem mit beschleunigungsscheibe

Info

Publication number: DE69232085T2
Application number: DE69232085T
Authority: DE
Inventors: Fong Leung; H. Shapiro
Original assignee: Baker Hughes Inc
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1992-11-20
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2012-11-21
Also published as: EP0613403B1; EP0613403A4; WO1993010907A1; ATE206077T1; AU3220893A; US5401423A; CA2124440C; DE69232085D1; CA2124440A1; DK0613403T3; EP0613403A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zufuhrbeschleunigersystem zur Verwendung in einer Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die US-A-3,831,764 zeigt eine Zentrifuge in Schubbauweise mit einem durchbrochenen äußeren Rotor, der einen rotierenden hin- und herbewegbaren inneren Rotor einschließt, der ein Schubelement bildet, das bei seiner Hin- und Herbewegung Feststoffe in Axialrichtung längs des durchbrochenen äußeren Rotors zum Austrag vorwärtsbewegt. Der äußere Rotor besteht aus einem durchbrochenen Zylinder, der an einem Ende offen ist, und aus einem durchbrochenen konischen Abschnitt, der mit dem anderen Ende des Zylinders verbunden ist, wobei der konische Abschnitt sich axial von dem offenen Ende des Zylinders weg verjüngt.
Der innere Rotor besteht aus einer Nabe an dem Ende der Zentrifuge, das dem offenen Ende des Zylinders gegenüberliegt. Der innere Rotor hat ferner einen verjüngten Abschnitt mit einem durchbrochenen Aufbau innerhalb des verjüngten Abschnitts des äußeren Rotors mit dem gleichen Verjüngungswinkel. Der verjüngte Abschnitt des inneren Rotors ist an seinem kleinen Ende mit der Nabe verbunden. Die Zufuhrtrübe wird zu einer Zonen angrenzend an die Mitte der Nabe transportiert, die aus einer konischen Mutter besteht, welche mit der Nabe mittels eines abgestuften Abschnittes verbunden ist. Von dieser Zone aus erstreckt sich ein ringförmiger Durchgang nach außen zu dem kleinen Ende des verjüngten Abschnitts des inneren Rotors. In diesem Durchgang ist eine Vielzahl von am Ring im Abstand und sich axial erstreckenden Schaufeln angeordnet, welche die Zufuhrtrübe beschleunigen, wenn sie hindurchströmt. Die durch den Durchgang strömende Zufuhrtrübe wird durch die Beschleunigerschaufeln in mehrere Ströme unterteilt und kontaktiert einen Ringaufbau an dem inneren Rotor, der sich axial in den Durchgang erstreckt, wodurch die unterteilten Ströme zu einer Ringform reformiert werden, bevor sie von dem kleinen Ende zum großen Ende des verjüngten Abschnitts des inneren Rotors strömen und dadurch seinen Verschleiß verringern.
Die US-A-4,334,647 offenbart eine Zentrifuge mit einem Austausch-Arbeitsrotor, der mit wenigstens einem Kanalelement für eine Durchführung des Materialstroms an einem ersten Ende versehen ist, das gegenüber einer Materialquelle offen ist, bei der es sich um eine Zufuhrquelle in einem Rotor, der als Zufuhrbeschleuniger verwendet wird, und um Material handelt, das von der Mantelbehandlungszone in einem Rotor abgeführt wird, der bei der Leistungswiedergewinnung eingesetzt wird. Der Kanal ist so ausgebildet, dass er die Strömungsrichtung des Materials um wenigstens 90º ändert, wenn es darin zu einem Austragsauslass am anderen Ende fließt, und befindet sich in einem Abstand von der Rotorachse, der kleiner ist als der maximale Mantelradius in dem Bereich der Behandlungszone. Der Rotor ist für eine Drehung mit einer solchen Drehzahl montiert, dass die Tangentialgeschwindigkeit der Kanalenden wesentlich kleiner als die der Mantelbehandlungszone ist. Mit dem Rotor ist eine Einrichtung zum Richten der Materialüberführung zwischen einem der Kanalenden und der ringförmigen Flüssigkeitsansammlung in der Mantelbehandlungszone annähernd tangential zur Oberfläche der ringförmigen Flüssigkeitsansammlung kombiniert, während die kinetische Energie des Materials im Wesentlichen unverändert gehalten wird. Der als Zufuhrbeschleuniger verwendete Rotor ist mit einer Leistungsquelle für seine Rotation verbunden, die einen Rotor aufweisen kann, der für die Leistungsrückgewinnung eingesetzt wird.
Die herkömmlichen Sedimentations- oder Filtrationssysteme, die unter dem Einfluss der natürlichen Schwerkraft arbeiten, haben eine begrenzte Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Trennung eines Fluid-Teilchen- oder eines Fluid-Fluid-Gemisches, das auch als Zufuhrtrübe bekannt ist und Dichteunterschiede zwischen den verschiedenen Phasen der Trübe aufweist. Deshalb haben Industriezentrifugen, die große Zentrifugalbeschleunigungskräfte erzeugen, die als G-Werte bekannt sind, Vorteile und werden deshalb gewöhnlich zur Erzielung einer Trennung von leichten und schweren Phasen verwendet. Zu den verschiedenen Konstruktionen der Industriezentrifugen gehören beispielsweise die Dekanter-, die Siebmantel-, die Siebtrommel- und die Tellerzentrifuge.
Industriezentrifugen rotieren mit sehr hohen Drehzahlen, um große Zentrifugalbeschleunigungskräfte zu erzeugen. Wenn die Zufuhrtrübe in den Trennungsteich der Zentrifuge mit einer linearen Umfangsgeschwindigkeit eingeführt wird, die kleiner als die des Zentrifugenmantels ist, ergeben sich mehrere Probleme.
Erstens wird die Zentrifugalbeschleunigung für die Trennung nicht voll verwirklicht. Der G-Wert kann nur ein Bruchteil dessen was möglich ist, sein. Der G-Wert ist proportional zum Quadrat des effektiven Beschleunigungswirkungsgrads. Der letztere ist als das Verhältnis der tatsächlichen linearen Umfangsgeschwindigkeit der Zufuhrtrübe, die in den Trennungsteich eintritt, zu der linearen Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Oberfläche des Trennungsteichs definiert. Wenn beispielsweise der Beschleunigungswirkungsgrad 50 Prozent beträgt, ist der G-Wert nur 25 Prozent dessen, der erreicht werden könnte, und der Trennungsgrad ist entsprechend reduziert.
Zweitens führt die Differenz in der linearen Umfangsgeschwindigkeit zwischen der Trübe, die in den Trennungsteich eintritt, und der Trübe in dem Trennungsteich, die durch den rotierenden Förderer und Mantel voll beschleunigt worden ist, zu einem unerwünschten Schlupf, der auch als Geschwindigkeitsdifferenz bekannt ist, was eine Turbulenz in der Trübe erzeugt, die in dem Trennungsteich liegt. Eine solche Turbulenz führt zu einer Resuspension der schweren Phase, die äquivalent zu einer Wiedervermischung des Materials der schweren Phase mit dem Material der leichteren Phase ist.
Drittens wird, da ein Teil des Trennungsteichs zur Beschleunigung der Zufuhrtrübe verwendet wird, das Nutzvolumen des Trennungsteichs reduziert und dadurch der Trennungswirkungsgrad der Zentrifuge verkleinert.
Viertens tritt die Zufuhrtrübe häufig aus dem Zufuhrbeschleuniger der Zentrifuge in einem nicht gleichförmigen Strömungsmuster aus, beispielsweise in konzentrierten Strömen oder Strahlen. In einer Dekanter-Zentrifuge verursacht ein nicht gleichförmiger, in den Trennungsteich eintretender Strom eine Wiedervermischung der leichten und schweren Phase und verringert somit den Trennungswirkungsgrad der Zentrifuge. Bei Zentrifugen in Siebtrommelbauweise führt ein nicht gleichförmiger auf die Siebtrommel auftreffender Strom zur Bildung von Erhöhungen und Vertiefungen in dem Feststoffkuchen. Diese Erhöhungen und Vertiefungen wirken sich nachteilig auf die Entwässerung des sich ergebenden Produkts sowie auf ein erforderliches Waschen des erhaltenen Produkts aus.
Im Hinblick auf diese Probleme möchte man Zufuhrbeschleunigungsverbesserungen in Zufuhrbeschleunigern so einbauen, dass die Zufuhrbeschleunigung und der Trennungswirkungsgrad der Zentrifuge erhöht sind.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen des Zufuhrbeschleunigersystems gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 47.
Es werden nun Beispiele für Ausgestaltungen des Zufuhrbeschleunigersystems nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht einer Dekanter-Zentrifuge mit einem Scheibenbeschleuniger nach der Erfindung,
Fig. 2A eine vergrößerte Schnittansicht des Scheibenbeschleunigers von Fig. 1,
Fig. 2B eine axiale Ansicht des Scheibenbeschleunigers von Fig. 2A längs der Linie 2B-2B,
Fig. 3A eine Schnittansicht eines weiteren Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 3B eine axiale Ansicht des Scheibenbeschleunigers von Fig. 3A längs der Linie 3B-3B,
Fig. 4A eine Stirnansicht des Beschleunigers von Fig. 3A längs der Linie 4-4;
Fig. 4B eine alternative Stirnansicht der Scheibenbeschleunigers von Fig. 3A längs der Linie 4-4,
Fig. 4C eine alternative Stirnansicht des Scheibenbeschleunigers von Fig. 3A längs der Linie 4-4,
Fig. 5 eine Schnittansicht eines weiteren Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 5B eine axiale Ansicht des Scheibenbeschleunigers von Fig. 5A längs der Linie 5B-5B,
Fig. 6A eine Schnittansicht eines weiteren Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 6B eine axiale Ansicht des Scheibenbeschleunigers von Fig. 6A längs der Linie 6B-6B,
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer Siebtrommelzentrifuge mit einem Scheibenbeschleuniger nach der Erfindung,
Fig. 8 eine schematische Schnittansicht einer Siebtrommelzentrifuge mit einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht einer Siebtrommelzentrifuge mit einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht einer Siebtrommelzentrifuge mit einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 11 eine schematische Schnittansicht einer Siebtrommelzentrifuge mit einer weiteren Ausgestaltung des Scheibenbeschleunigers nach der Erfindung,
Fig. 12A eine axiale Ansicht einer Ausführungsform einer Scheiben-Fortsatz- Kombination,
Fig. 12B eine axiale Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Scheiben-Fortsatz- Kombination und
Fig. 12C eine axiale Ansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Scheiben-Fortsatz- Kombination ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Dekanter-Zentrifuge 10 zum Trennen von Substanzen mit schwererer Phase, wie Feststoffe, von Substanzen mit leichterer Phase, wie Flüssigkeiten. Die Zentrifuge 10 hat einen Mantel 12, der einen insgesamt zylindrischen Klärabschnitt 14 angrenzend an einen verjüngten Trockenabschnitt 16, wenigstens eine Austragsöffnung 18 für die leichtere Phase, die in Verbindung mit dem Klärabschnitt 14 steht und wenigstens eine Austragsöffnung 20 für die schwere Phase hat, die in Verbindung mit dem verjüngten Trockenabschnitt 16 steht. In dem Mantel 12 ist im Wesentlichen konzentrisch drehbar ein Förderer 22 in Schneckenbauweise angeordnet, der eine Blattwendel 24, die um eine Fördernabe 26 angeordnet ist, welche einen ersten und einen zweiten Nabenabschnitt 26A und 26B hat, die durch Nabenrippen 40 verbunden sind, sowie einen Zufuhrverteiler und Beschleuniger, der zwischen den Nabenabschnitten 26A und 26B angeordnet ist, beispielsweise einen Scheibenbeschleuniger 28 mit einer Scheibenöffnung 35, einer Targetfläche 37 und Scheibenschaufeln 39 aufweist, was nachstehend näher erläutert wird. Der Mantel 12 und der Förderer 22 drehen mit hohen Drehzahlen über einen Antriebsmechanismus (nicht gezeigt), jedoch mit verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten um eine Drehachse 30.
In die Zentrifuge 10 wird eine Zufuhrtrübe 32, beispielsweise in Flüssigkeit 52 suspendierte Feststoffe 50, durch ein insgesamt zylindrisches Zufuhrrohr 34 eingeführt, das in der Fördernabe 26 durch eine Haltevorrichtung (nicht gezeigt) mit einer vorgegebenen und geeigneten Abstandsstrecke D von der Targetfläche 34 des Scheibenbeschleunigers 28 angeordnet ist. Die Zufuhrtrübe 32 tritt mit einem bestimmbaren Durchsatz aus dem Zufuhrrohr 34 durch eine Ausflussöffnung 38 nahe dem Ende des Zufuhrrohrs 34 und diesem zugewandt aus, kommt mit der Targetfläche 37 in Eingriff und wird durch die Scheibenschaufel 39 bis auf im Wesentlichen die Drehgeschwindigkeit der Fördernabe 26 oder höher beschleunigt.
Die Zufuhrtrübe 32 tritt aus der Fördernabe 26 durch die Zufuhrkanäle aus, die von den Scheibenschaufeln 39 des Scheibenbeschleunigers 28 gebildet werden und tritt in die Zone A-A ein, die zwischen der Fördernabe 26 und dem Mantel 12 gebildet ist. Die Zufuhrtrübe 32 bildet dann einen Trennungsteich mit einer Teichoberfläche 46a innerhalb der Zone A-A. Fig. 1 zeigt, dass die Tiefe des Trennungsteichs 46 durch die radiale Position von einem oder mehreren Dämmen 48 in der Nähe der Flüssigkeitsaustragsöffnung 18 bestimmt wird. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist an dem Zufuhrrohr 34 eine ringförmige Zufuhrrohrstauplatte 36 befestigt, um zu verhindern, dass Zufuhrtrübe 32, die aus dem Scheibenbeschleuniger 28 über die Scheibenöffnung 35 entweichen könnte, längs der Außenfläche des Zufuhrrohrs 34 zurückströmt. Alternativ kann die Stauplatte 36 an der Innenfläche 42 der Nabe 26 befestigt sein. Die Zufuhrtrübe 32, die mit der Stauplatte 36 in Eingriff kommt und durch einen ringförmigen Leckagedamm 47 eingeschlossen wird, wird aus der Fördernabe 26 heraus in die Zone A-A durch eine Vielzahl von Leckageabflüssen 49 geführt.
Die in dem Trennungsteich 46 wirkende Zentrifugalkraft führt dazu, dass die suspendierten Feststoffe 50 sich in dem Trennungsteich 46 an der Innenfläche 54 des Mantels 12 absetzen. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, werden die abgesetzten Feststoffe 50 den verjüngten Trockenabschnitt 16 "hinauf" durch die Differenzdrehzahl bezüglich Mantel 12 und Blattwendel 24 des Förderers 22 gefördert, gehen dann über eine Überlauflippe 56 in der Nähe der Feststoffaustragsöffnung 20 und treten aus der Zentrifuge 10 über die Feststoffaustragsöffnung 20 aus. Die Flüssigkeit 52 verlässt die Zentrifuge 10 durch die Flüssigkeitsaustragsöffnung 18, nachdem sie über einen Damm (Dämme) 48 geströmt ist. Der Fachmann auf dem Zentrifugengebiet weiß, dass die Trennung der Substanzen der schwereren Phase von den Substanzen der leichteren Phase durch andere ähnliche Vorrichtungen erreicht werden kann.
Herkömmliche Zufuhrverteiler und -beschleuniger beschleunigen die Zufuhrtrübe 32 nicht auf die lineare Umfangsgeschwindigkeit der Trennungsteichoberfläche 46A mit der Folge eines reduzierten Beschleunigungswirkungsgrads und Trennungswirkungsgrads der Zentrifuge. Darüber hinaus tragen herkömmliche Zufuhrverteiler und -beschleuniger häufig die Zufuhrtrübe 32 in den Trennungsteich 46 in Form von unerwünschten konzentrierten Strömen oder Strahlen aus. Deshalb möchte man die Zufuhrverteiler und -beschleuniger mit Verbesserungen für die Zufuhrtrübebeschleunigung und die Umfangsstromgleichförmigkeit versehen, die zu einer maximalen Zufuhrbeschleunigung und einem maximalen Trennungswirkungsgrad führen. Von besonderer Bedeutung ist die Wahl der Abstandsstrecke D der Ausflussöffnung 38 von der Targetfläche 37, um das durch Gravitation bedingte Herabsinken der aus der Ausflussöffnung 38 austretenden Zufuhrtrübe 32 innerhalb vorher gewählter und geeigneter Grenzen und in Koordination mit dem Durchmesser des Zufuhrrohrs 34 und im Durchsatz der Zufuhrtrübe 32 zu halten. Wesentlich ist auch die Koordination der Kombination der Abstandsstrecke D, des Durchsatzes der Zufuhrtrübe 32, des Durchmesser der Ausflussöffnung 38 und des Ausgangsradius, mit dem sich die Scheibenschaufeln 39 von der Scheibenöffnung und der Targetfläche 37 aus erstrecken, der Anzahl der Scheibenschaufeln und des Abstands S zwischen den Innenflächen der ersten und zweiten Scheibe, um so eine gleichförmige Verteilung der Zufuhrtrübe 32 in die von den Scheibenschaufeln 39 gebildeten Zufuhrkanäle zu erreichen und um auch das Zurückspritzen der an der Targetfläche 37 angreifenden Zufuhrtrübe 32 stark zu reduzieren, damit dadurch eine gleichförmige Verteilung der Zufuhrtrübe in die Zufuhrkanäle, ein gleichförmiger Umfangsstrom der Zufuhrtrübe, eine maximale Zufuhrbeschleunigung und ein maximaler Trennungswirkungsgrad der Zentrifuge erhalten wird.
Fig. 2A zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Scheibenbeschleunigers 28 von Fig. 1, wobei aus Gründen der Klarheit die Blattwendel 24 weggelassen ist. Der Scheibenbeschleuniger 28 ist zwischen dem ersten und zweiten Nabenabschnitt 26A und 26B durch eine Vielzahl von Nabenrippen 24 positioniert, so dass der Scheibenbeschleuniger 28 sich mit der Fördernabe 26 dreht. Der Scheibenbeschleuniger 28 hat eine Vielzahl von Scheibenelementen, zu denen eine erste Scheibe 29 und eine zweite Scheibe 41 gehören, wobei die erste Scheibe 29 eine Innenfläche 31, einen Außenrand 33 und eine Scheibenöffnung 35 für die Aufnahme der Ausflussöffnung 38 des Zufuhrrohrs 34 hat. Die zweite Scheibe 41 hat eine Innenfläche 43, einen Außenrand 45, eine Targetfläche 37, die keine scharfen Krümmungen oder Verbindungen aufweist. Bei der gezeigten Ausgestaltung ist die Targetfläche 37 eine zur Drehachse 30 der Zentrifuge 10 senkrechte ebene Fläche. Die Innenflächen 31 und 43 der ersten und zweiten Scheibe haben zueinander einen vorgegebenen und geeigneten Abstand S entsprechend den vorher dargelegten Überlegungen.
Fig. 2A zeigt die erste Scheibe 29 und die zweite Scheibe 41 mit insgesamt ebenen Innenflächen 31 und 43. Diese Flächen sind parallel zueinander und senkrecht zur Drehachse 30 dargestellt. Ausgestaltungen der Scheiben haben Innenflächen 31 und 43 mit einer leichten schüsselartigen Krümmung ohne scharfe Biegungen oder Verbindungen. In einer anderen Ausgestaltung haben die Scheiben insgesamt flache konusförmige Innenflächen.
Zwischen den Innenflächen 31 und 43 der ersten und zweiten Scheibe 29 und 41 ist eine Vielzahl von Scheibenschaufeln 39 angeordnet, um die Beschleunigung der Zufuhrtrübe 32 durch Anlegen einer Kraft an die Zufuhrtrübe 32 in Drehrichtung der Fördernabe 26 zu steigern. Speziell zeigt Fig. 2B die axiale Ansicht des Scheibenbeschleunigers 28, bei dem die erste Scheibe 29 zur Klarheit entfernt ist, bei einer Rotation im Uhrzeigersinn. In Fig. 2B ist auch das Strömungsmuster des Scheibenbeschleunigers 28 gezeigt, wie man es im rotierenden Bezugsrahmen des Beschleunigers beobachtet. Eine Vorderfläche 92 jeder Scheibenschaufel 39 überträgt auf die Zufuhrtrübe 32 eine solche Umfangsdruckkraft, dass die Tangentialgeschwindigkeit der Zufuhrtrübe 32 erhöht wird, die von der Targetfläche 37 zu den Außenrändern 33 und 45 der ersten und zweiten Scheibe 29 und 41 strömt. Ohne solche Scheibenschaufeln 39 würde die Zufuhrtrübe 32 ihre Tangentialgeschwindigkeit nur durch die Wirkung der relativ schwachen Zähigkeitskräfte erhalten, die auf die Innenflächen 31 und 43 der ersten und zweiten Scheibe 29 und 41 wirken. Diese schwachen Zähigkeitskräfte reichen für sich nicht aus, um die Zufuhrtrübe 32 auf die Drehgeschwindigkeit der Außenränder 33 und 45 zu beschleunigen und können so keinen hohen Beschleunigungswirkungsgrad erzeugen.
Herkömmliche Scheibenbeschleuniger mit Scheibenschaufeln führen jedoch dazu, dass die Zufuhrtrübe 32 in die Zone A-A in konzentrierten Strömen oder Strahlen eintritt, wodurch in dem Trennungsteich 46 ein unerwünschtes Wiedervermischen der vorher getrennten Feststoffe 50 und der Flüssigkeit 52 stattfindet. Fig. 2A und 2B zeigen, dass dieses Wiedervermisehungsproblem dadurch ausgeschlossen werden kann, dass Scheibenschaufeln 39 in einer solchen Länge verwendet werden, die es den verbleibenden unbeschaufelten Abschnitten der Innenflächen 31 und 43 ermöglichen, einen Scheibenglätter 51 zu bilden. Ein solcher Scheibenglätter 51 ermöglicht, dass die konzentrierten Ströme oder Strahlen der Zufuhrtrübe 32 sich nach außen in Umfangsrichtung verwischen, wie es durch die Pfeile in Fig. 28 gezeigt ist, um so einen gleichförmigeren Umfangszufuhrtrübestrom zu erzeugen, der aus dem Scheibenbeschleuniger 28 austritt.
Eine weitere Ausgestaltung des Zufuhrbeschleunigers der Erfindung ist in Fig. 3A gezeigt, wobei aus Gründen der Klarheit die Blattwendel 24 weggelassen ist. Bei dieser speziellen Ausgestaltung bildet jede Nabenrippe 40, die die Nabenabschnitte 26A und 26B verbindet, ein Stück mit jeder Scheibenschaufel 39. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, sind in der ersten Scheibe 29 für die Aufnahme der Nabenrippen 40 Schlitze 43 vorgesehen. In der zweiten Scheibe 41 sind ähnliche Schlitze 53 vorgesehen. Der zwischen den Innenflächen 31 und 43 der ersten und zweiten Scheibe 29 und 41 angeordnete Abschnitt der Nabenrippen 40 wird auf die gewünschte Länge der Schaufeln 39 ausgedehnt. Fig. 3A zeigt die Außenränder 33 und 45 der Scheiben 29 und 41, die sich in die Nähe der Oberfläche 46A des Trennungsteichs erstrecken, die sich in der Zone A-A befindet, welche von dem Mantel 12 und der Fördernabe 26 gebildet wird. Natürlich können sich die Außenränder 33 und 45 solcher Scheiben und die Schaufeln 39 in den Trennungsteich 46 erstrecken. Obwohl zur Vereinfachung Fig. 38 vier Rippen 40 und vier Scheibenschaufeln 39 zeigt, kann natürlich die Anzahl solcher Rippen und Schaufeln aufgrund von Überlegungen im Hinblick auf Beschleunigungswirkungsgrad und Umfangsgleichförmigkeit gewählt werden.
Wie in Fig. 4A längs der Linie 4-4 von Fig. 3A gezeigt ist, kann die Scheibenschaufel 39 zwischen den Innenflächen 31 und 43 der Scheiben 29 und 41 durch eine Vielzahl von Haftschweißungen in der Nähe der Außenränder 31 und 43 dieser Scheiben befestigt werden. Zusätzlich können, wie in Fig. 4B gezeigt ist, Führungsschlitze 45 an den Innenflächen 31 und 43 der Scheiben 29 und 41 für ein starres Festlegen der Schaufeln 39 zwischen den Scheiben 29 und 41 ausgebildet werden. Die Glättungswirkung des Scheibenglätters 51 kann dadurch weiter gesteigert werden, dass die Vorderkante 57 der Schaufeln 39, welche den Hauptteil der Zufuhrtrübe 32 auf den Scheibenglätter 51 der ersten Scheibe 29, wie in Fig. 4C gezeigt, richtet, abgeschrägt wird. Natürlich kann die Vorderkante 57 so abgeschrägt werden, dass sie die Zufuhrtrübe 32 auf den Scheibenglätter 51 der zweiten Scheibe 41 richtet. Die Richtung der Verjüngung der Vorderkante 57 sollte auf die Drehrichtung (wie durch den Pfeil 57A gezeigt) bezogen sein, was in Fig. 4C gezeigt ist. Alternativ kann eine Hälfte der Vorderkante 57 zu dem Scheibenglätter 51 der ersten Scheibe 29 und eine Hälfte der Vorderkante 57 zu dem Scheibenglätter 51 der zweiten Scheibe 41 hin abgeschrägt sein.
Der Scheibenbeschleuniger 28 der Erfindung kann auch in einer Bandförderer- Dekanter-Zentrifuge verwendet werden, wie sie in Fig. 5A gezeigt ist. Bei dieser Ausgestaltung erstrecken sich die Längsschaufeln 140 über eine wesentliche Distanz längs der Fördernabenabschnitte, beispielsweise des Abschnitts 26B, und tragen die Blattwendel 24. Die Längsschaufeln 140 bildenden Nabenkanäle (nicht gezeigt), die sich durch einen Großteil oder über die gesamte Länge des zweiten Nabenabschnitts 26B erstrecken. Die Scheibe 29 hat Schlitze 53 für die Aufnahme der Längsschaufeln 140, wie es in Fig. 5B gezeigt ist. Ähnlich wie bei den Nabenrippen 40 von Fig. 3A bilden die Teile der Längsschaufeln 140, die zwischen den Innenflächen 31 und 43 der ersten und zweiten Scheibe 29 und 41 angeordnet sind, die Scheibenschaufeln 39 und erstrecken sich nach außen von der Scheibenöffnung 35 und der Targetfläche 37 aus auf einen größeren Durchmesser zur Verbindung mit den Längsschaufeln 140, die ein Stück mit den Scheibenschaufeln 39 bilden. Die unbeschaufelte Oberfläche 51 der zweiten Scheibe 41 in der Nähe des Außenrands 45 dient als Glätter für die Zufuhrtrübe 32, die zu der zweiten Scheibe 41 hin durch die Scheibenschaufeln 39 mit einer Abschrägungsfläche 57 wie in Fig. 4C gerichtet wird, wobei aber das schmale Ende einer solchen Schaufel 39 an die Scheibe 41 angrenzt. Wie nachstehend vollständig beschrieben wird, kann ein konusförmiger Fortsatz 74, wie er in Fig. 8 gezeigt ist, mit einer Innenfläche 78, die als Glätter wirkt, an dem Außenrand 33 der ersten Scheibe 29 oder an dem Außenrand 45 der zweiten Scheibe 41 befestigt werden.
Fig. 6A und 6B zeigen eine weitere Ausführung des Scheibenbeschleunigers 28 der Erfindung mit Nabenrippen 40, welche die Nabenabschnitte 26A und 26B verbinden. Jeder Abschnitt der Nabenrippe 40, der zwischen den Innenflächen 31 und 43 der ersten und zweiten Scheibe 29 und 41 angeordnet ist, wirkt als ein Rahmenaufbau für eine lösbar befestigte Schaufelbefestigung 49. Die äußeren Enden der Schaufelbefestigungen 59 können an den Innenflächen 31 und 43 der Scheiben 29 und 41 für eine sichere Positionierung heftgeschweißt werden. Wenn die Schaufelbefestigungen 59 während einer Wartung ausgetauscht werden, können die Heftschweißungen abgeschliffen und die Schaufelbefestigungen 59 von den Nabenrippen 40 entfernt werden. Natürlich können solche Schaufelbefestigungen 39 auch ein verschleißfestes Material aufweisen. Ferner kann die Anzahl der Rippen 40 und Schaufelbefestigungen 59 auf der Basis des Beschleunigungswirkungsgrads und der Umfangsgleichförmigkeit ausgewählt werden.
Schaufelbeschleuniger können auch bei anderen Arten von Zentrifugen eingesetzt werden, beispielsweise bei der zweistufigen Zentrifuge 60 in Schubbauweise von Fig. 7. Diese Zentrifuge 60 hat eine drehende und sich hin- und herbewegende, eine erste Stufe bildende Siebtrommel 62 (Mechanismus nicht gezeigt) mit Durchbrechungen 63 zum Entfernen von separierter Flüssigkeit 52. Die Siebtrommel 62 ist drehbar an einer Welle 64 angeordnet, die über eine Leistungseinspeisung (nicht gezeigt) aktiviert wird. Die die erste Stufe bildende Siebtrommel 62 ist in einer nicht hin- und hergehenden, eine zweite Stufe bildenden Siebtrommel 66 angeordnet, die Durchbrechungen 65 zum Entfernen zusätzlich separierter Flüssigkeit 52 hat. Die Siebtrommel 66 sitzt drehbar an einer Welle 68, die über die Leistungseinspeisung aktiviert wird. Feststoffe 50 werden durch eine Feststoffaustragsrinne 74 in der Nähe des äußeren Randes der die zweite Stufe bildenden Siebtrommel 66 abgeführt. Sowohl die die erste als auch die die zweite Stufe bildende Siebtrommel 62 und 66 sind in einem insgesamt zylindrischen Gehäuse 72 aufgenommen, in dem sich die Flüssigkeit 52 ansammelt.
An der die zweite Stufe bildende Siebtrommel 66 ist durch Streben 70 eine drehende kreisförmige Platte 61 befestigt, deren Außenrand als eine Schubplatte für Feststoffe 50 wirkt, die sich an der Innenfläche der die erste Stufe bildenden Siebtrommel 62 ansammeln. An der kreisförmigen Platte 61 ist ein nicht hin- und hergehender drehender Scheibenbeschleuniger 28 befestigt, der dem in Fig. 2A gezeigten ähnlich ist.
Ein Zufuhrrohr 34, dessen Ausflussöffnung 38 sich nahe an der Verteilerfläche 37 mit einer Distanzstrecke D befindet und dieser zugewandt ist, fördert Zufuhrtrübe 32 in die Schubzentrifuge 60. Nachdem sie mit der Verteilerfläche 37 in Eingriff gekommen ist, fließt die Zufuhrtrübe 32 in die Zufuhrkanäle 58, die von den Scheibenschaufeln 39 gebildet werden, wie es in Fig. 12A gezeigt ist und nachstehend vollständig beschrieben wird. Die Scheibenschaufeln 39 beschleunigen die Zufuhrtrübe 32 auf eine Geschwindigkeit, die im Wesentlichen gleich der linearen Umfangsgeschwindigkeit der Außenränder 33 oder 45 der ersten und zweiten Scheiben 29 und 41 oder größer als diese ist.
Wenn die Zufuhrtrübe 32 in den Bereich des Scheibenglätters 51 eintritt, werden die konzentrierten Ströme oder Strahlen der Zufuhrtrübe 32 durch die Scheibenschaufeln 39 veranlasst, nach außen zu einem im Wesentlichen gleichförmigen Umfangsströmungsmuster zu verschmieren. Natürlich kann der Durchmesser der ersten Scheibe 29 kleiner als der Durchmesser der zweiten Scheibe 41 sein, so dass der Scheibenglätter 51 hauptsächlich auf der Innenfläche 43 des unbeschaufelten Teils der zweiten Scheibe 41 gebildet wird. Alternativ kann der Durchmesser der zweiten Scheibe 41 kleiner als der Durchmesser der ersten Scheibe 29 sein, so dass der Scheibenglätter 51 hauptsächlich auf der unbeschaufelten Innenfläche 31 der ersten Scheibe 29 gebildet wird.
Die Zufuhrtrübe 32 wird auf der Innenfläche der die erste Stufe bildenden Siebtrommel 62 abgeschieden, wo die Zentrifugalkraft so wirkt, dass die Flüssigkeit 52 aus den Feststoffen 50 der Zufuhrtrübe 32 abgetrennt wird. Ein Teil der Flüssigkeit 52 wird aus der Zufuhrtrübe 32 durch die Durchbrechungen 63 der die erste Stufe bildenden Siebtrommel entfernt und in die Flüssigkeitssammelkammer 72 geführt. Die teilweise entwässerten Feststoffe 50 und die restliche Flüssigkeit 52 werden dann auf die Innenfläche der die zweite Stufe bildenden Siebtrommel 66 durch eine Translation der die erste Stufe bildenden Siebtrommel 62 nach links, wie in Fig. 7 gezeigt, geschoben.
Die rotierende, die zweite Stufe bildende Siebtrommel 66 übt auch eine Zentrifugalkraft auf die Zufuhrtrübe 32 aus und es wird zusätzliche Flüssigkeit 52 der Zufuhrtrübe 32 durch die Durchbrechungen 65 entfernt und in die Flüssigkeitssammelkammer 72 geführt. Der Außenrand 67 der sich hin- und herbewegenden, die erste Stufe bildenden Siebtrommel 62 wirkt, wenn sie sich translativ nach rechts bewegt, wie in Fig. 7 gezeigt, als eine sekundäre Schubplatte zum Schieben der auf der Innenfläche der die zweite Stufe bildenden Siebtrommel 66 gesammelten Feststoffe 50 in die Feststoffaustragsrinne 74 und aus der Zentrifuge 60 heraus.
Eine Umfangsglättung der Zufuhrtrübe 32, die aus dem Scheibenbeschleuniger 28 austritt, kann auch dadurch erreicht werden, dass eine insgesamt konusförmige Vorrichtung 74 an dem Scheibenbeschleuniger 28 angebracht wird, wobei die konusförmige Vorrichtung 74, die entweder für sich oder in Kombination mit einem Scheibenglätter 51 arbeitet, eine Umfangsglättung erzeugt. Fig. 8 zeigt die bevorzugte Ausgestaltung der insgesamt konusförmigen Vorrichtung 74 mit einem ersten insgesamt konusförmigen Fortsatz 76, der lösbar an dem Außenrand 33 der ersten Scheibe 29 befestigt ist. Der erste konusförmige Fortsatz hat eine Innenfläche 78 und einen Außenrand 84. Zufuhrtrübe 32, die aus dem Scheibenbeschleuniger 28 austritt, strömt auf die Innenfläche 78 des ersten konusförmigen Fortsatzes 76, und konzentrierte Ströme oder Strahlen der Zufuhrtrübe 32 werden in Umfangrichtung nach außen durch die drehende Innenfläche 78 verwischt, bevor die Zufuhrtrübe 32 auf die Innenfläche der die erste Stufe bildenden Siebtrommel 62 strömt.
In einer Versuchsanordnung hat man einen Zufuhrbeschleuniger der in Fig. 8 beschriebenen Art geprüft, um die Leistung eines konusförmigen Fortsatzes ähnlich dem ersten konusförmigen Fortsatzes 76 zu untersuchen. Aus praktischen Gründen hat man bei der Versuchsanordnung den konusförmigen Fortsatz an der zweiten Scheibe 41 so befestigt, dass er sich zur ersten Scheibe 29 erstreckt. Zu vermerken ist jedoch, dass die Leistung des ersten konusförmigen Fortsatzes 76 von Fig. 8 die gleiche wie die des bei der Versuchsanordnung eingesetzten konusförmigen Fortsatzes ist.
Die erste Scheibe 29 und die zweite Scheibe 41 haben jeweils Durchmesser von 30,5 cm (12,0 Zoll). Die Innenfläche 43 befand sich in einem axialen Abstand S von 3,2 cm (1,25 Zoll) von der Innenfläche 31. Zwischen der ersten Scheibe 29 und der zweiten Scheibe 41 waren 16 Scheibenschaufeln 39 angeordnet. Die Scheibenschaufeln 39 erstreckten sich von einem Radius von 8,4 cm (3,3 Zoll) an ihren Innenrändern zu einem Radius von 15,2 cm (6,0 Zoll) an ihren Außenrändern. Die Scheibenschaufeln 39 waren, wie in Fig. 12C gezeigt, so gekrümmt, dass die Scheibenschaufeln 39 an ihren Außenrändern mit einem Winkel von 40º zur Radialrichtung nach vorne aus der Drehrichtung geneigt waren.
An der zweiten Scheibe 41 war ein konusförmiger Fortsatz mit einem Halbwinkel von 24º bezogen auf die Drehachse 30 befestigt, der sich axial von der Innenfläche 43 in einem Abstand von 2,5 cm (1 Zoll) zur Innenfläche 31 erstreckte. Das Zufuhrrohr 34 hatte einen Innendurchmesser von 5,8 cm (2, 3 Zoll) und die Auslassöffnung 38 hatte eine Abstandsstrecke D von der Verteilerfläche 37 von 3,8 cm (1,5 Zoll). Der Scheibenbeschleuniger wurde mit einer Drehzahl von etwa 2000 UpM betrieben.
Bei einem Zufuhrtrübe-Durchsatz von 1514 l/min (400 Gallonen pro Minute) (modelliert durch Wasser), erzeugte der Scheibenbeschleuniger 28 einen Beschleunigungswirkungsgrad von 130 Prozent, wenn die konusförmige Vorrichtung nicht vorhanden war. Wenn die konusförmige Vorrichtung bei der Versuchsanordnung installiert war, die mit dem gleichen Durchsatz von 1514 l/min (400 Gallonen pro Minute) betrieben wurde, wurde der Beschleunigungswirkungsgrad zu 112 Prozent gemessen. Diese experimentellen Versuchsergebnisse zeigen, dass, obwohl die konusförmige Vorrichtung zum Zweck der Beschleunigung der Zufuhrtrübe 32 nicht effizient ist, die Kombination der konusförmigen Vorrichtung, die als Konusglätter wirkt, zusammen mit den vorwärtsgekrümmten Scheibenschaufeln 39 von Fig. 12C, die an dem Scheibenbeschleuniger 28 installiert waren, eine Kombination eines in Umfangrichtung gleichförmigen Stroms 32 der Zufuhrtrübe bei einem Beschleunigungswirkungsgrad von 100 Prozent oder mehr erzeugt.
Es wurde ein weiterer experimenteller Versuch an einer zweistufigen Schubzentrifuge, die zum Entwässern und Waschen von Natriumchloridkristallen mit einer Größe von etwa 1 bis 3 mm verwendet wurde, in einem Verfahren durchgeführt, bei welchem die Umfangsgleichförmigkeit des aus der Zentrifuge austretenden Feststoffkuchens bedeutend war. Der herkömmliche konusförmige Zufuhrbeschleuniger, der ursprünglich in der Zentrifuge installiert war, hatte ein Geometrie und Abmessungen, die einen niedrigen Beschleunigungswirkungsgrad ergaben. Der herkömmlich konusförmige Beschleuniger wurde durch einen neuen Zufuhrbeschleuniger ausgetauscht, der aus einer ersten und einer zweiten flachen Scheibe, die parallele zueinander waren, bestand, innerhalb derer zweiunddreißig nach vorne gekrümmte Schaufeln montiert wurden, die einen Vorwärtsaustragswinkel 39A, wie in Fig. 12 gezeigt, von 40º bezüglich der Radialrichtung hatten. Zusätzlich wurde eine Konusglättervorrichtung ähnlich der ersten konusförmigen Vorrichtung 76 von Fig. 8 an dem Außenrand der ersten Scheibe befestigt. Dieser neue Zufuhrbeschleuniger hatte aufgrund der vorwärts gekrümmten Schaufeln einen hohen Beschleunigungswirkungsgrad. Beobachtungen des Kuchens an der ersten Siebtrommel zeigten, dass die Umfangsverteilung glatt und gleichförmig ohne Erhebungen und Vertiefungen am Umfang war. Diese Beobachtungen zeigten, dass die Ausgestaltung von Fig. 8 mit vorwärts gekrümmten Schaufeln, wie in Fig. 12C gezeigt, eine Kombination eines hohen Beschleunigungswirkungsgrads mit einer guten Umfangsgleichförmigkeit erzeugt.
Mit einem Paar von zweistufigen Zentrifugen in Schubbauweise wurden zusätzliche Versuche durchgeführt, wobei jede Zentrifuge eine Feststoffabtrennleistung von etwa 4 t/h entsprechend einem Zufuhrtrübe-Durchsatz von 473 l/min (125 Gallonen pro Minute) hatte. Die Zentrifugen wurden zum Entwässern von Natriumbikarbonatkristallen mit Teilchengrößen im Bereich von 50 bis 150 um verwendet. Die erste Zentrifuge hatte einen herkömmlichen Zufuhrbeschleuniger mit einem Paar von leicht tellerförmigen parallelen Scheiben ohne Scheibenschaufeln. Die zweite Zentrifuge wurde ihrerseits mit drei unterschiedlich ausgeführten Zufuhrbeschleunigern so modifiziert, dass Nebeneinander-Versuche gegenüber der ersten Zentrifuge ausgeführt werden konnten, um die Vergleichsleistung jedes der modifizierten Zufuhrbeschleuniger untersuchen zu können. Es wurden Videobandaufzeichnungen unter Stroboskopblitz gemacht, und die Überprüfung der Videobänder führte zu zwei Arten von Ergebnissen: (1) Von den Strömungsmustern der Zufuhrtrübe, wie sie aus jedem Zufuhrbeschleuniger austritt, wurde der entsprechende Beschleunigungswirkungsgrad hergeleitet. (2) Aus Untersuchungen der Feststoffkuchen an den Siebtrommeln wurde der Grad der Umfangsgleichförmigkeit abgeleitet. Die Versuchsergebnisse sind wie folgt.
1. Herkömmlicher Zufuhrbeschleuniger mit parallelen leicht tellerförmigen Scheiben ohne Scheibenschaufeln.
Es ergab sich ein schlechter Beschleunigungswirkungsgrad. Der Kuchen hatte eine gute Umfangsgleichförmigkeit.
2. Modifizierter Zufuhrbeschleuniger Nr. 1 mit 16 nach vorne gekrümmten Schaufeln mit einem Vorwärtsaustragswinkel 39A von 40º und einer ersten konusförmigen Vorrichtung (Konusglätter):
Der Beschleunigungsgrad war größer als 100 Prozent und die Kuchenfeststoffe hatten eine gute Umfangsgleichförmigkeit.
3. Modifizierter Zufuhrbeschleuniger Nr. 2 mit 32 radialen Scheibenschaufeln zwischen parallelen Scheiben mit einem Konusglätter:
Der Beschleunigungswirkungsgrad war etwas kleiner als 100 Prozent und der Kuchen hatte eine gute Umfangsgleichförmigkeit.
4. Modifizierter Zufuhrbeschleuniger Nr. 3 mit 32 radialen Scheibenschaufeln zwischen parallelen Scheiben ohne einen Konusglätter:
Der Beschleunigungswirkungsgrad näherte sich 100 Prozent, und die Verteilung des Feststoffkuchens auf der die erste Stufe bildenden Siebtrommel war unterschiedlich nicht gleichförmig in Umfangsrichtung. Tatsächlich hat man zweiunddreißig scharfe und verschiedene sich in Axialrichtung erstreckende Erhöhungen und zweiunddreißig axial verlaufende Vertiefungen beobachtet, die in einer periodische abwechselnden Form um den Umfang herum verteilt waren.
Die zweiunddreißig Vertiefungen und zweiunddreißig Erhöhungen, die hinsichtlich der Qualität des Kristallprodukts höchst unerwünscht waren und die das Waschen der Produktfeststoffe zum Entfernern unerwünschter Verunreinigungen beeinträchtigen, entsprachen den zweiunddreißig konzentrierten Strömen der Zufuhrtrübe, die von dem Zufuhrbeschleuniger durch die zweiunddreißig radialen Schaufeln ausgetrieben wurden.
Diese Versuche zeigen, dass, wenn Scheibenschaufeln zum Zwecke eines hohen Beschleunigungswirkungsgrads verwendet werden, eine Glättervorrichtung für die Unterbindung einer ernsthaften Umfangsungleichförmigkeit erforderlich ist. Diese Versuchsergebnisse zeigen auch, dass die Kombination von vorwärts gekrümmten Schaufeln mit einem Konusglätter Beschleunigungswirkungsgrade von 100 Prozent oder mehr zusammen mit einer hochgradigen Umfangsgleichförmigkeit ergeben.
Fig. 9 zeigt, dass potentielle Verstopfungsprobleme der Zufuhrtrübe 32 mit Hilfe einer alternativen Ausgestaltung des ersten konusförmigen Fortsatzes 76 von Fig. 8 vermieden werden können, wobei der erste konusförmige Fortsatz 76 mit dem Außenrand 33 der ersten Scheibe 29 durch einen Übergangsabschnitt 80 verbunden ist, der keine scharfen Krümmungen oder Verbindungen hat. Natürlich kann ein solcher gekrümmter erste konusförmiger Fortsatz 76 alternativ durch Verlängern der Außenränder 33 der ersten Scheibe 29 in einer gekrümmten Form gebildet werden.
Die Beschleunigung der Zufuhrtrübe 32 kann weiter durch Befestigen von Fortsatzschaufeln 82 an der Innenfläche 78 des ersten konusförmigen Fortsatzes 76, wie in Fig. 10 gezeigt, gesteigert werden. Die Fortsatzschaufeln 82 geben der Zufuhrtrübe 32 eine zusätzliche Drehkraft, nachdem die Trübe 32 aus dem Scheibenbeschleuniger 28 austritt, so dass die Zufuhrtrübe 32 auf die Drehgeschwindigkeit der die erste Stufe bildenden Siebtrommel 62 oder darüber hinaus beschleunigt wird. Es ist zu vermerken, dass die Fortsatzschaufeln 82 an einer Stelle vor dem Außenrand 84 des ersten konusförmigen Fortsatzes 76 enden, so dass der unbeschaufelte Teil der Innenfläche 78 den Fortsatzglätter 75 bildet. Jede Scheibenschaufel 39 kann an einer Fortsatzschaufel 62 befestigt sein oder in einem Stück mit ihr hergestellt sein, um so eine Verbundbeschleunigerschaufel zu bilden.
Fig. 11 zeigt eine andere Ausgestaltung der konusförmigen Vorrichtung 74, die einen zweiten konusförmigen Fortsatz 86 hat, der entfernbar an dem Außenrand 45 der zweiten Scheibe 41 befestigt ist, wobei der zweite konusförmige Fortsatz 86 eine Innenfläche 88 und einen Außenrand 90 hat. Alternativ kann der zweite konusförmige Fortsatz 86 mit dem zweiten Scheibenaußenrand 45 durch einen Übergangsabschnitt verbunden werden, der keine scharfen Krümmungen oder Verbindungen hat, oder kann eine gekrümmte Verlängerung des Außenrandes 45 der zweiten Scheibe 41 sein. Die Fortsatzschaufeln 82 sind zwischen den Innenflächen 78 und 88 des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes 76 und 86 angeordnet, um für eine zusätzliche Beschleunigung der Zufuhrtrübe 32 zu sorgen. Fig. 11 zeigt einen Fortsatzglätter 75, der an der Innenfläche 78 des ersten konusförmigen Fortsatzes 78 ausgebildet ist. Selbstverständlich können die Fortsatzschaufeln 82 auch vor dem Außenrand 90 des zweiten konusförmigen Fortsatzes 86 enden, um so den Fortsatzglätter 75 an der unbeschaufelten Innenfläche 88 des zweiten konusförmigen Fortsatzes 86 zu bilden.
Die verschiedenen Ausgestaltungen der Scheiben- und Fortsatzschaufeln 39 und 82 erhöhen die Beschleunigung der Zufuhrtrübe 32, so dass die Zufuhrtrübe aus dem Beschleuniger 28 mit einer linearen Umfangsgeschwindigkeit austritt, die größer ist, als die lineare Umfangsgeschwindigkeit der Teichoberfläche 46A. Zu vermerken ist, dass die Ausgestaltungen der Scheibenschaufel 39, die nachstehen erörtert werden, auch in die Scheibenbeschleunigerausführungen von Fig. 7, 8, 9 und 10 eingebaut und auch bei jeder Art von Zentrifuge verwendet werden können, beispielsweise bei den vorher erörterten Dekanter- und Bandförder-Zentrifugen. Fig. 12A zeigt eine axiale Ansicht eines Scheibenbeschleunigers 28 ähnlich dem von Fig. 11, wobei die Scheibenschaufeln 39 ein Stück mit den Fortsatzschaufeln 82 bilden und aus Gründen der Klarheit der zweite konusförmige Fortsatz und die zweite Scheibe 41 entfernt sind. Eine Vielzahl von Scheibenschaufeln 39, die sich radial von der unmittelbaren Nähe der Scheibenöffnung 35 zum Außenrand 33 der ersten Scheibe 29 erstrecken, bildet eine Vielzahl von keilförmigen Zufuhrkanälen 58. Eine Vielzahl von Fortsatzschaufeln 82, die sich radial von dem Außenrand 32 der ersten Scheibe 29 und von den Enden der Scheibenschaufeln zu einer Stelle vor dem Außenrand 84 des ersten konusförmigen Fortsatzes 76 erstrecken, bildet eine Vielzahl von keilförmigen Fortsatzzufuhrkanälen 92.
Durch Positionieren der Scheibenschaufeln 39 und der Fortsatzschaufeln 82 mit einem Winkel 39A in der Drehrichtung, wie in Fig. 12B gezeigt ist, lässt sich ein Zufuhrtrübe-Beschleunigungswirkungsgrad von mehr als 100 Prozent erreichen. Bei dieser Ausgestaltung bilden die Scheibenschaufeln 39 vorwärts abgewinkelte Zufuhrkanäle 82 und vorwärts abgewinkelte Zufuhrkanäle 92.
Alternativ können die Scheibenschaufeln 39 und Fortsatzschaufeln 82 in einem Winkel 39A in der Drehrichtung, wie in Fig. 12C gezeigt, gekrümmt sein, um eine Vielzahl von vorwärts gekrümmten Zufuhrkanälen 58 und eine Vielzahl von vorwärts gekrümmten Fortsatzzufuhrkanälen 92 zu bilden. Zur Verringerung der Kosten durch wiederholte Wartung der Zentrifuge können verschleißfeste Einsätze 94 verwendet werden, die der Form der Zufuhrkanäle 58 und der Fortsatzzufuhrkanäle 92 entsprechen.
Fig. 12A, 12B und 12C zeigen die Scheiben- und Fortsatzschaufeln 39 und 82, die senkrecht an den entsprechenden Innenflächen 31 und 78 der ersten Scheibe 29 und des ersten konusförmigen Fortsatzes 76 befestigt sind. Eine weitere Beschleunigung kann dadurch erreicht werden, dass die Scheiben- und Fortsatzschaufeln 39 und 82 mit einem Winkel an den Innenflächen 31 und 78 in der Drehrichtung festgelegt werden.

Claims

1. Zufuhrbeschleunigersystem zur Verwendung in einer Zentrifuge mit einem Beschleuniger (28), der im Wesentlichen konzentrisch innerhalb der Zentrifuge (10) angeordnet ist, wobei der Beschleuniger (28) folgendes aufweist:

- eine erste und eine zweite Wand (29, 41), die voneinander beabstandet sind und einen ringförmigen Zufuhrdurchgang bilden,

- Wandschaufeln (39), die sich zwischen den Wänden (29, 41) erstrecken und den ringförmigen Zufuhrdurchgang in mehrere radiale Zufuhrkanäle (58) unterteilen,

- eine zentrale Öffnung (35) in der ersten Wand (29), die das Ende eines Zufuhrrohres (34) aufnimmt,

- eine Targetfläche (37) auf der zweiten Wand (41) gegenüber der zentralen Öffnung (35) in der ersten Wand (29) und

- einen Flussglätter (51) am radialen äußeren Ende des ringförmigen Zufuhrdurchgangs, der aus einem nicht mit Schaufeln versehenen Teil der Innenfläche (31, 43) mindestens einer der beiden Wände erste/zweite Wand (29, 41) besteht, welcher an ihr radiales äußeres Ende angrenzt,

wobei die erste und die zweite Wand (29, 41) zumindest in der Nähe ihrer Zentren im Wesentlichen parallel zueinander sind,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Innenflächen (31, 43) mindestens in ihrem Bereich, der sich am nächsten zur Drehachse des Beschleunigers (28) befindet, senkrecht zur Drehachse sind,

- die Innenflächen (31, 43) keine scharfen Krümmungen und keine scharfen Verbindungen haben und

- die Innenflächen (31, 43) platt sind oder eine leicht schüsselartige Krümmung haben.

2. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser der ersten Wand (29) kleiner ist als der Durchmesser der zweiten Wand (41) und die Wandschaufeln (39) auf der Innenfläche (31) der ersten Wand (29) am Außenrand (33) der ersten Wand (29) enden und auf der Innenfläche (43) der zweiten Wand (41) bei einem Radius vor dem Außenrand (45) der zweiten Wand (41) enden, so dass die nicht mit Schaufeln versehene Innenfläche (43) der zweiten Wand (41) den Flussglätter (51) bildet.

3. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1, bei dem der Durchmesser der zweiten Wand (41) kleiner ist als der Durchmesser der ersten Wand (29) und die Wandschaufeln (39) auf der Innenfläche (43) der zweiten Wand (41) am Außenrand (45) der zweiten Wand (41) enden und auf der Innenfläche (31) der ersten Wand (29) bei einem Radius vor dem Außenrand (33) der ersten Wand (29) enden, so dass die nicht mit Schaufeln versehene Innenfläche (31) der ersten Wand (29) den Flussglätter (51) bildet.

4. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1, weiter mit einer im Wesentlichen konusförmigen Vorrichtung (74) mit einem ersten im Wesentlichen konusförmigen Fortsatz (76), der am Außenrand (33) der ersten Wand (29) befestigt ist, wobei der erste im Wesentlichen konusförmige Fortsatz (76) eine Innenfläche (78) und einen Außenrand (84) aufweist.

5. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 4, wobei die im Wesentlichen konusförmige Vorrichtung (74) weiter einen zweiten im Wesentlichen konusförmigen Fortsatz (86) aufweist, der am Außenrand (45) der zweiten Wand (41) befestigt ist, wobei der zweite im Wesentlichen konusförmige Fortsatz (86) eine Innenfläche (88) und einen Außenrand (90) aufweist.

6. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 4, bei dem mehrere Fortsatzschaufeln (82) auf der Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) angeordnet sind, so dass sie mehrere Fortsatzzufuhrkanäle bilden, wobei sich die Fortsatzschaufeln (82) im Wesentlichen von der Nähe des Außenrandes (33) der ersten Wand (29) zu einem Ort auf der Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) in der Nähe des Außenrandes (84) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) erstrecken.

7. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) auf der Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) an einem Ort vor dem Außenrand (84) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) enden, so dass die nicht mit Schaufeln versehene Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) einen Fortsatzglätter (75) bildet.

8. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 5, bei dem mehrere Fortsatzschaufeln (82) zwischen den entsprechenden Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet sind, so dass sie mehrere Fortsatzzufuhrkanäle bilden, wobei die Fortsatzschaufeln (82) sich im Wesentlichen von der Nähe der Außenränder (33, 45) der ersten und zweiten Wand (29, 41) erstrecken und an einem Ort auf der Innenfläche (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) in der Nähe der Außenränder (84, 90) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) enden.

9. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) an einem Ort vor dem Außenrand (84, 90) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) enden, so dass die nicht mit Schaufeln versehenen Innenflächen (78, 88) des ersten und des zweiten Fortsatzes (76, 86) einen Fortsatzglätter (75) bilden.

10. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 4, bei dem der erste im Wesentlichen konusförmige Fortsatz (76) mittels einer Befestigungseinrichtung lösbar an der ersten Wand (29) befestigt ist.

11. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 5, bei dem der zweite im Wesentliche konusförmige Fortsatz (86) mittels einer Befestigungseinrichtung lösbar an der zweiten Wand (41) befestigt ist.

12. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 4, bei dem ein Übergangsabschnitt (80), der keine scharfen Krümmungen oder Verbindungen hat, den ersten im Wesentlichen konusförmigen Fortsatz (76) mit dem Außenrand (33) der ersten Wand (29) verbindet.

13. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 5, bei dem ein Übergangsabschnitt, der keine scharfen Krümmungen oder Verbindungen hat, den zweiten im Wesentlichen konusförmigen Fortsatz (86) mit dem Außenrand (45) der zweiten Wand (41) verbindet.

14. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1, das weiter eine Fördernabe (26), die drehbar im Wesentlichen konzentrisch innerhalb einer rotierenden Trommel (12) angeordnet ist, aufweist, wobei die Fördernabe (26) mindestens zwei Nabenabschnitte (26A, 26B) aufweist, die benachbart beabstandet sind und durch mehrere Nabenrippen (40), die an jedem der beiden Nabenabschnitte (26A, 26B) befestigt sind, verbunden sind, wobei der Beschleuniger (28) zwischen den beiden Nabenabschnitten (26A, 26B) angeordnet ist, so dass der Beschleuniger (28) mit der Fördernabe (26) rotiert.

15. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 14, wobei die Nabenrippen (40) ungefähr parallel zur Drehachse der Fördernabe (26) sind, sich eine wesentliche Strecke längs eines der beiden Fördernabenabschnitte (26A, 26B) erstrecken und mindestens ein Wendelschaufelband (24) tragen.

16. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 14, bei dem die Wandschaufeln (39) an einem Radius auf den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) in einem Abstand von den Außenrändern (33, 45) der ersten und zweiten Wand (29, 41) enden, so dass die nicht mit Schaufeln versehenen Teile der Innenflächen (31, 43) der Wände (29, 41) den Flussglätter (51) bilden.

17. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 14, bei dem jede Wand (29, 41) mehrere Wandschlitze (53) zum Aufnehmen einer Nabenrippe (40) aufweist, so dass ein Teil jeder Nabenrippe (40) zwischen den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet ist.

18. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 17, bei dem jede Wandschaufel (39) in einem Stück mit einer entsprechenden Nabenrippe (40) ausgebildet und eine laterale Fortsetzung der Nabenrippe (40) ist.

19. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 17, bei dem die Wandschaufeln (39) lösbar an den Abschnitten der Nabenrippen (40), die zwischen der ersten und der zweiten Wand (29, 41) liegen, befestigt (59) sind.

20. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Innenfläche (43) der zweiten Wand (41) ein im Wesentlichen flaches kegelförmiges Element ist, das einen Winkel von weniger als 180º einschließt.

21. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Wandschaufeln (39) senkrecht zu den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet sind und sich radial derart erstrecken, dass sie mehrere keilförmige Zufuhrkanäle (58) bilden.

22. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Wandschaufeln (39) in einem Winkel zu den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet sind und sich radial derart erstrecken, dass sie mehrere keilförmige Zufuhrkanäle (58) bilden.

23. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Wandschaufeln (39) senkrecht zu den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers nach vorn gekrümmt sind, dass sie mehrere gekrümmte Zufuhrkanäle (58) bilden.

24. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Wandschaufeln (39) in einem Winkel zu den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn gekrümmt sind, dass sie mehrere gekrümmte Zufuhrkanäle (58) bilden.

25. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Wandschaufeln (39) senkrecht zu den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn abgewinkelt sind, dass sie mehrere abgewinkelten Zufuhrkanäle (58) bilden.

26. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Wandschaufeln (39) in einem Winkel zu den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn abgewinkelt sind, dass sie mehrere abgewinkelte Zufuhrkanäle (58) bilden.

27. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem jeder Zufuhrkanal (58) einen der Form des Zufuhrkanals (58) entsprechenden, entfernbaren, verschleißfesten Einsatz (94) enthält.

28. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) senkrecht zur Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) angeordnet sind und sich derart radial und axial nach außen entlang der Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) erstrecken, dass sie mehrere keilförmige Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

29. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) in einem Winkel zur Innenfläche (78) des ersten kegelförmigen Fortsatzes (76) angeordnet sind und sich derart radial und axial nach außen entlang der Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) erstrecken, dass sie mehrere keilförmige Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

30. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) senkrecht zur Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn gekrümmt sind, dass sie mehrere gekrümmte Fortsatzzufuhrkanäle (94) bilden.

31. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) in einem Winkel zur Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn gekrümmt sind, dass sie mehrere gekrümmte Fortsatzzufuhrkanäle (94) bilden.

32. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) senkrecht zur Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn abgewinkelt (39A) sind, dass sie mehrere abgewinkelte Fortsatzzufuhrkanäle (94) bilden.

33. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) in einem Winkel zur Innenfläche (78) des ersten konusförmigen Fortsatzes (76) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn abgewinkelt (39A) sind, dass sie mehrere abgewinkelte Fortsatzzufuhrkanäle (94) bilden.

34. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) senkrecht zu den Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet sind und sich derart radial und axial nach außen entlang der Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) erstrecken, dass sie mehrere keilförmige Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

35. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) in einem Winkel zu den Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet sind und sich derart radial und axial nach außen entlang der Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) erstrecken, dass sie mehrere keilförmige Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

36. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) senkrecht zu den Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn gekrümmt sind, dass sie mehrere gekrümmte Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

37. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) in einem Winkel zu den Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn gekrümmt sind, daß sie mehrere gekrümmte Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

38. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) senkrecht zu den Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn abgewinkelt sind, dass sie mehrere abgewinkelte Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

39. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 8, bei dem die Fortsatzschaufeln (82) in einem Winkel zu den Innenflächen (78, 88) des ersten und zweiten konusförmigen Fortsatzes (76, 86) angeordnet und derart in die Drehrichtung des Beschleunigers (28) nach vorn abgewinkelt sind, dass sie mehrere abgewinkelte Fortsatzzufuhrkanäle (92) bilden.

40. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 6 oder 8, bei dem jeder Fortsatzzufuhrkanal (92) einen der Form des Fortsatzzufuhrkanals (92) entsprechenden, entfernbaren, verschleißfesten Einsatz (94) enthält.

41. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem an dem Zufuhrrohr (34) eine stationäre Stauplatte (36) befestigt ist.

42. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem die Abstandsstrecke (D), der Zufuhrtrübedurchsatz und der Durchmesser des Zufuhrrohres (34) derart ausgewählt sind, dass das durch Gravitation bedingte Herabsinken des aus der Ausflußöffnung (38) austretenden Zufuhrtrübe innerhalb eines vorbestimmten und geeigneten Bereiches aufrechterhalten wird.

43. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem das Zufuhrrohr (34) konzentrisch innerhalb der Fördernabe (26) angeordnet ist.

44. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem sich der Außenrand (33, 45) mindestens einer der ersten und zweiten Wand (29, 41) in eine zwischen der Fördernabe (26) und der Trommel (12) gebildete Zone (A- A) hinein erstreckt.

45. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 44, bei dem sich der Außenrand (33, 45) mindestens einer der ersten und zweiten Wand (29, 41) in eine in der zwischen der Fördernabe (26) und der Trommel (12) gebildeten Zone (A-A) angeordneter Trübetrennungsteich (46) hinein erstreckt.

46. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 14, bei dem ein Trübetrennungsteich (46) mit einer Teichoberfläche (46A) auf einer Innenfläche (54) der Zentrifuge (10) gebildet ist und die Abstandsstrecke (D), der Zufuhrrübedurchsatz, der Durchmesser des Zufuhrrohres (34), der Ausgangsradius, ab dem sich die Wandschaufeln (39) von der zentralen Öffnung (35) und der Targetfläche (37) erstrecken, die Anzahl der Wandschaufeln (39), der Forwärtsaustragswinkel (39A) am Wandschaufelauslass und der Abstand zwischen den Innenflächen (31, 43) der ersten und zweiten Wand (29, 41) derart ausgewählt sind, dass die Zufuhrtrübe (32) den Beschleuniger (28) mit einer linearen Umfangsgeschwindigkeit verlässt, die im Wesentlichen gleich der linearen Umfangsgeschwindigkeit der Teichoberfläche (46A) oder größer als diese ist.

47. Zufuhrbeschleunigersystem nach Anspruch 1 oder 14, bei dem sich die mehreren zwischen den Wänden (29, 41) angeordneten Wandschaufeln (39) derart von einem kleineren Radius aus erstrecken und bei einem größeren Radius, der kleiner als der Außenradius einer Wand oder beider Wände (29, 41) ist, enden, dass sie einen Flussglätter (51) bilden, der zum Ausglätten des Stroms der Zufuhrtrübe (32) zur Erzeugung eines gleichförmigen Umfangsstroms eingerichtet ist.