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Diese
Erfindung betrifft Hydrozyklonreiniger oder -separatoren bzw. -sichter
und insbesondere einen Durchflußreiniger
oder -sichter mit einem verbesserten Einlaßabschnitt mit verbesserter
Flußstabilisierung.
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Durchflußhydrozyklonreiniger
wurden bei gewissen speziellen Anwendungen bei der Reinigung von
Zellstoff für
die Papierherstellung nützlich. Ein
Durchflußreiniger
hat seinen Namen von der Tatsache, daß der zu reinigende Zellstoff
an einem Einlaß,
gewöhnlich
einem tangentialen Einlaß,
an einem Ende eines länglichen
Hydrozyklonkörpers
vom Rohrtyp aufgebracht wird und sowohl der Gutstoff als auch der
Ausschuß ohne
Flußumkehr
an einem entfernten Ende abgenommen werden.
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Durchflußreiniger
sind besonders wegen ihrer niedrigen hydraulischen Ausschußrate nützlich, die
gewöhnlich
in der Größenordnung
von etwa 10 bis 15% liegt. Leichte Verunreinigungen im Zellstoff niedriger
Konsistenz können
konzentriert werden, denn diese müssen innerhalb des Hydrozyklons
nicht einer Flußumkehr
unterzogen werden. Durchflußreiniger
sind auch durch einen geringen Feststoffverlust gekennzeichnet und
können
das letztliche Ausschußvolumen
und Feststoffe reduzieren. Ferner bewahren sie Energie, da sie im
Vergleich zu herkömmlichen
Vorwärts-
oder Umkehrflußreinigern
geringe Druckverluste haben.
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Anwendungen
von Durchflußreinigern
sowie Hydrozyklonreinigern anderer Typen, einschließlich Umkehrreinigern,
sind beschrieben in Bliss „Through-flow
Cleaners Offer Good Efficiency With Low Pressure Drop" („Durchflußreiniger
bieten eine gute Effektivität
mit geringem Druckabfall"),
Paper & Pulp. März 1985.
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Ein
herkömmlicher
Durchflußreiniger
ist der X-Clone-Reiniger, der von The Black Clawson Company, Shartle
Division, Middletown, Ohio hergestellt wird und in dem US-Patent
Nr. 4,564,443 beschrieben ist. Ein tangentialer Einlaß ist unmittelbar
radial außerhalb
eines Stabilisators am Einlaßende
eines zylindrischen Körperabschnittes
angeordnet. Der Stabilisator schafft ein Maß an Stabilität für einen Tangentialfluß, wenn
er in das Innere des zylindrischen Abschnittes übergeht und sich in das Innere des
zylindrischen Abschnittes fortsetzt und sich zu einem konischen
Abschnitt des Körpers
bewegt. Der Stabilisator bildet mit dem zylindrischen Körper einen zunehmenden
Flußbereich
vor dem Eintritt in den konischen Körperabschnitt. Dies führt zu einer
Verlangsamung des tangentialen Flusses und fördert die Instabilität und das
Schermischen in der Zellstoffsuspension.
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Ein
anderer Durchflußreiniger
ist in der US-Patentschrift Nr. 4,578,199 beschrieben. Dieser Reiniger
hat einen Behälter,
der über
seine ganze Länge
konisch ist und an einem oberen engen Ende eine Einlaßanordnung
hat für
das tangentiale Einspritzen der Flüssigkeitseinspeisung. Die Flüssigkeits einspeisung
fließt
um einen zentrisch angeordneten Kernstabilisator herum, der kurz
mit etwa konischer Gestalt beschrieben wird, dessen Scheitel sich erheblich
in den Sichter erstrecken kann, wodurch auch das Maß des Rollenwirbelns
gesteuert wird. Dieser Stabilisator schafft auch ein Maß an Stabilität für einen
tangentialen Fluß,
wenn er sich mischt und durch den konischen Behälter hindurch fortsetzt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Hydrozyklonsichter allgemein
des in der zuletzt genannten US-Patentschrift beschriebenen Art
und wie im Oberbegriff des Anspruches 1 wiedergegeben ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist die Schaffung eines Durchflußhydrozyklonreinigers oder
-sichters für den
Zellstoff von Papierherstellern mit langsameren Veränderungseigenschaften
unter Schaffung einer erhöhten
Flußstabilität, die sich
in eine erhöhte
Flußseparierungseffektivität überträgt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Hydrozyklondurchflußreinigers
oder -sichters für
den Zellstoff bei der Papierherstellung, der insbesondere beim Betrieb
mit geringen Einlaßkonsistenzen
und geringem Druckabfall bei hohen Stabilitäts- und verbesserten Separierungseigenschaften
geeignet ist.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Hydrozyklonsichter zur Verfügung gestellt, wie er in dem
kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wiedergegeben ist.
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Der
Durchflußhydrozyklonreiniger
gemäß der Erfindung
hat einen verbesserten Einlaßabschnitt,
in welchem die Flußsteuerwand
des Einlaßabschnittes
nicht zylindrisch, sondern statt dessen kegelstumpfförmig ist
und bei dem ein mittiger Stabilisierungskörper nicht konisch oder zylindrisch
ist, sondern statt dessen mit einer Oberfläche gebildet ist, die – mit der
kegelstumpfförmigen
Wand des Einlasses – eine
relativ konstante Querschnittsfläche von
allen axialen Positionen von einem tangentialen Einlaß her vorsieht.
Auf diese Weise ändert
sich die Einlaßfläche, von
dem hereinfließenden,
tangential sich drehenden Zellstoff gesehen, nicht wesentlich, und
die Strömung
aus dem Einlaßabschnitt
wird zu dem länglichen
Separierungsabschnitt mit einer Geschwindigkeit zugeführt, die
sich eng an die Einlaßgeschwindigkeit
nähert,
wodurch die Stabilität
des Flusses begünstigt
wird und das Schermischen reduziert wird, welches auftritt, wenn
die Strömung
beschleunigt oder verlangsamt wird.
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Spezieller
ist die Querschnittsfläche,
die radial oder orthogonal längs
der Längsachse
gemessen wird, von dem Innendurchmesser der kegelstumpfförmigen Einlaßwand zu
dem Außendurchmesser
des Flußstabilisators
im wesentlichen an jedem axialen Punkt gleichförmig und ist im wesentlichen
auch gleich der Innenfläche
des zylindrischen Abschnittes des Hydrozyklons. Diese Anordnung schaltet
den gewöhnlichen
Volumenanstieg aus, der zu einer notwendigen Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit
führt und
inhärent
ein unerwünschtes
Mischen in dem Hydrozyklon erzeugt.
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Der
konische bis zylindrische Einlaßabschnitt
erzeugt eine Bedingung, bei welcher die hereinkommende Strömung durchweg
ein konstantes Volumen sieht und zu einer erhlöhten Stabilität führt, die
durch Beobachtung des Luftkerns innerhalb des Hydrozyklons bestätigt werden
kann. Die Stabilität des
Luftkerns ist ein direktes Ergebnis der Rotationsstabilität des Fluids.
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Ein
zweiter Faktor, welcher zu der Stabilität des Aufbaues bzw. der Konzeption
beiträgt,
ist die Tatsache, daß die
am Einlaß offene
Querschnittsfläche,
welche die tangentiale Öffnung
bildet, der Öffnung
entspricht, durch welche die Strömung
in den Hydrozyklon eintritt. Berücksichtigt
man, daß die
Fluidsäule,
welche durch den Einlaß eintritt,
sich winkelig beschleunigt und eine Rotation macht, läuft deshalb
der Fluß in
diesem Rotationsvolumen nicht innerhalb oder über dem hereinkommenden Fluß, sondern
längs einer
schraubenförmigen
Bahn. Dies ergibt einen Unterschied gegenüber vielen Durchflußreinigern
oder anderen hydrodynamischen Vorrichtungen zum Reinigen von Zellstoff
für Papierhersteller,
bei denen die Einlaßfläche die
Eintrittszone nicht vollständig
füllt,
wodurch inhärent
ein Vermischen am Einlaß erzeugt
wird.
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Der
Einlaßabschnitt
weist einen konischen Flußsteuerteil
des Hydrozyklongehäuses
oder -körpers
mit einem geschlossenen Ende auf. Die axiale Länge des Einlaßabschnittes
gleicht der Höhe
des mittigen Flußstabilisators.
Die äußere Oberflächenkrümmung des
Stabilisators ist nahezu parabolisch, wobei die lange Achse des
Paraboloids auf der Mittelachse des kegelstumpfförmigen Abschnittes angeordnet
ist und sich seine Basis an dem tangentialen Einlaß befindet,
wobei der Zellstoffeinlaß den
radialen Raum zwischen dem Paraboloid an der Basis und der inneren,
verjüngt
zulaufenden konischen Wand des Gehäuses füllt. Die Oberflächenkrümmung des Stabilisators
schafft mit der inneren, verjüngt
zulaufenden konischen Wand eine Näherung konstanter Fläche, die
von einem im allgemeinen rechteckigen Einlaß an dem geschlossenen Ende
längs der
Oberfläche
des Stabilisators zur Spitze des Stabilisators führt.
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Der
verjüngte
Einlaßabschnitt
schließt
sich an den zylindrischen Abschnitt des länglichen Zyklonsichters ohne
wesentliche Veränderung
der Fließfläche an.
Die Steigerung der Reinigungseffektivität ist das Ergebnis einer größeren Flußstabilisierung,
die visuell als stabiler Wirbelkern betrachtet wird. Die Stabilität ist das
Ergebnis einer Geschwindigkeitsstabilität bei wesentlich verringertem
Schermischen im Vergleich zu den Einlaßadaptern herkömmlicher
Durchflußhydrozyklonreiniger.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
beschrieben. Hier gilt:
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1 ist
eine teilweise abgebrochene Schnittansicht eines Durchflußhydrozyklonsichters gemäß dieser
Erfindung,
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
durch das Einlaßabschnittsende
des Sichters, im allgemeinen entlang der Linie 2-2 der 1;
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3 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Zellstoffeinlasses, entlang der Linien 3-3 der 1 gesehen;
und
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4 ist
eine vergrößerte, teilweise
abgebrochene Schnittansicht durch den Einlaßabschnitt, wobei ein Teil
des Stabilisators zur Veranschaulichung der Einlaßöffnung weggebrochen
ist.
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In 1 ist
mit 10 ein Durchflußhydrozyklonreiniger
oder -sichter für
die Papierherstellung veranschaulicht. Die Funktionskomponenten
des Reinigers 10 sind dargestellt, es versteht sich aber,
daß der
Reiniger erwünschtenfalls
auch in einem äußeren Gehäuse der
allgemeinen Art angeordnet sein kann, wie in der zuvor erwähnten US-Patentschrift 4,564,443
beschrieben ist.
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Gemäß der allgemeinen
Betrachtung hat der Durchflußreiniger
einen Einlaßabschnitt 12,
einen zylindrischen Zwischenabschnitt 14, einen verjüngt zulaufenden
oder konischen Abschnitt 15 und ein Auslaßende 16.
Die Abschnitte 14 und 15 zusammen bilden einen
länglichen
Zyklontrennabschnitt. Die verschiedenen Abschnitte des Reinigers 10 können als eine
kontinuierliche Form eines geeigneten Kunststoffmaterials gebildet
sein und können
deshalb in einem Stück
hergestellt sein.
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Der
allgemein konische Einlaßabschnitt 12 hat
einen vergrößerten,
ringförmigen
Teil 17, welcher mit Gewinde versehen ist, um eine Endkappe 20 zum Verschließen des
vergrößerten Teils 17 aufzunehmen.
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Das
kleinere Auslaßende 16 des
länglichen, verjüngt zulaufenden
Abschnittes 15 endet in einem etwas vergrößerten zylindrischen
Ende 24, in welchem eine zylindrische Kammer 24a gebildet
wird. Ein entfernbarer Verschlußstopfen 25 ist
in dem Inneren des Endes 24 innerhalb der Kammer 24a angeordnet
und gegen die Wände
der Kammer durch einen O-Ring abgedichtet. Der Stopfen wird von
einem Stopfenhalter 28 mit ringförmigem Gewinde gehalten. Der
Halter 28 ist über
ein Außengewinde,
welches auf der äußeren Oberfläche des
vergrößerten Endes 24 gebildet
ist, aufgenommen und weist einen nach einwärts gewendeten Flansch 28a auf,
der mit dem Stopfen 25 in Eingriff steht und ihn in der
Kammer 24a an einem vorbestimmten Platz hält.
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Der
Stopfen 25 hat eine axiale Öffnung, durch welche ein Wirbelsucherrohr 30 einstellbar
angeordnet wird, wobei sich sein inneres Ende 32 etwas
in das Innere des konischen Abschnittes 15 erstreckt. Ein
ringförmiger
Auslaßdurchgang 33 für Gutstoff
ist zwischen dem Außendurchmesser
des Rohres 30 und der Wand des konischen Abschnittes 15 gebildet
und führt
in die Kammer 24a. Eine innere O-Ringdichtung auf dem Stopfen 25 bildet
eine fluiddichte Abdichtung gegen die Außenoberfläche des Wirbelsucherrohes 30.
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Der
Einlaßabschnitt 12 weist
einen Zellstoffeinlaß 40 auf,
dessen Einzelheiten unten beschrieben werden, während die Kammer 24a mit
einem Auslaß 42 für Gutstoff
gebildet ist. Der Auslaß 42 ist zwischen
dem Durchgang 33 und dem Stopfen 25 angeordnet.
Der Einlaß 40 und
der Auslaß 42 sind
als integrale Teile des Gehäuses
gebildet, welche die entsprechenden Abschnitte des Hydrozyklons
bilden. Ein Auslaß für Ausschuß wird von
dem Rohr 30 gebildet, durch welches getrennte Luft und
leichte Verunreinigungen entfernt werden. Wie in der US-Patentschrift '443 beschrieben ist,
kann das Rohr 30 durch einen ringförmigen Auslaßdurchgang 33 zwecks
Reinigung und Entfernen etwaiger Fasern herausgezogen werden, welche
den Durchgang 33 verstopfen können.
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Unter
Bezugnahme auf die Schnittansichten der 2 bis 4 hat
der Einlaßabschnitt 12 einen im
allgemeinen kegelstumpfförmigen
Körper
und bildet ein Steuerteil mit einer inneren Oberfläche 50. Die
Endkappe 20, welche das Einlaßende des Reinigers schließt, ist
mit einem integralen, symmetrischen Vorsprung ausgestaltet, der
sich in das Innere des Abschnittes 12 erstreckt und eine
Höhe hat gleich
der axialen Länge
des konischen Abschnittes 12. Der Vorsprung bildet einen
Stabilisator 55. Der Flußstabilisator 55 ist
symmetrisch zu der Mittelachse 56 des Reinigers angeordnet,
und zwar innerhalb des konischen Abschnittes 12. Der Stabilisator 55 hat vorzugsweise
im Schnitt ein Parabelprofil, aber in einigen Fällen glaubt man, daß zufriedenstellende
Ergebnisse von einem Stabilisator erhalten werden können, der
im Querschnitt die Form einer Ellipse hat.
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Der
Stabilisator 55 arbeitet in Verbindung mit dem Stoffeinlaß 40,
der gemäß Darstellung
in 3 von einer runden Öffnung zu einem letztendlichen Einlaßdurchlaß 58 verjüngt zuläuft, dessen
Querschnitt im allgemeinen rechteckig ist, wenn er das Innere schneidet.
Der Durchgang 58 erstreckt sich längs der Innenwand des Einlaßabschnittes
in tangentialer Weise und versetzt zu der Achse, wie in 3 zu
sehen ist. Der Durchgang 58 hat eine Breite, welche die
radiale Breite des ringförmigen
Raumes 60 (2) zwischen der Basis des Flußstabilisators 55 und
der Kappe 20 an der Wand 61 (4) füllt. Somit
befindet sich die hintere Wand 65 des Einlaßdurchgangs 58 angrenzend
an der radialen hinteren Wand 61, welche von der Fläche der
Kappe 20 gebildet ist, während die vordere Wand 66 auf
einer Tangentenlinie an der äußeren Oberfläche des
Stabilisators liegt.
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Die
Einlaßfläche des
Durchganges 58 entspricht der Strömungsfläche in dem die äußere Oberfläche des
Stabilisators 55 und die radial gegenüberliegende innere Oberfläche des
kegelstumpfförmigen Einlaßabschnittes 12 umgebenden
Raum, es gibt daher keinen Fluß,
der innerhalb oder über
diesem hereinkommenden Fluß laufen
kann. Der Fluß kann
nur eine Rotation machen und sich axial von dem konischen Abschnitt 12 bewegen.
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Die
Neigung des konischen Flußsteuerteils zusammen
mit der Krümmung
der äußeren, von
dem Stabilisator 55 gebildeten Oberfläche schafft über die ganze
axiale Länge
des Abschnittes 12 einen gleichmäßig konstanten Fließbereich,
gemessen radial an jeder axialen Position längs des konischen Abschnittes,
welcher in den zylindrischen Abschnitt 14 führt. An
der Anschlußebene
des kegelstumpfförmigen
Abschnittes 12 und des zylindrischen Abschnittes 14 sind
die betreffenden offenen Flächen
dieselben. Deshalb bleibt der Fluß der Stoffsuspension aus dem Einlaß 40,
nachdem sie in den Durchgang 58 eingetreten ist, über den
ganzen Einlaßabschnitt 12 und auch
die Länge
des zylindrischen Abschnittes 14 in axialer Geschwindigkeit
gleichförmig
oder gleichmäßig.
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Der
abnehmende Konus des relativ langen, verjüngten Abschnittes 15 beschleunigt
die Rotationsgeschwindigkeit langsam, wobei die Zentrifugalkraft
auf die schwereren Fasern erhöht
wird und die leichten Verunreinigungen in der Wirbelkonusfläche für den Eintritt
in das Innere des Ausschußsucherrohres 30 abgesondert
oder ausgeschieden werden. Das Separieren beginnt deshalb unmittelbar
an dem Einlaßdurchgang 58 mit
winkeliger Beschleunigung ohne Ausgleichskräfte und ohne Strömungen,
die ansonsten infolge plötzlicher
Flächenzunahmen
bedingt würden,
wie es für
frühere
Durchflußreiniger
für die
Stoffaufbereitung charakteristisch war.
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Die
Form der hier beschriebenen Vorrichtung stellt zwar eine bevorzugte
Ausführungsform
dieser Erfindung dar, es versteht sich aber, daß die Erfindung nicht auf diese
genaue Form der Vorrichtung begrenzt ist und daß Veränderungen vorgenommen werden
können,
ohne vom Umfang der Erfindung, der in den an liegenden Ansprüchen festgelegt
ist, abzuweichen.