EP2864050B1 - Vorrichtung und verfahren zum abscheiden magnetisierbarer verunreinigungen aus strömenden fluiden - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum abscheiden magnetisierbarer verunreinigungen aus strömenden fluiden Download PDF

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EP2864050B1
EP2864050B1 EP12742812.6A EP12742812A EP2864050B1 EP 2864050 B1 EP2864050 B1 EP 2864050B1 EP 12742812 A EP12742812 A EP 12742812A EP 2864050 B1 EP2864050 B1 EP 2864050B1
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EP
European Patent Office
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fluid
outlet
chamber
particle outlet
valve
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EP12742812.6A
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Stefan Wilkes
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Norbert Ruez & Co KG GmbH
Original Assignee
Norbert Ruez & Co KG GmbH
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/28—Magnetic plugs and dipsticks
    • B03C1/284—Magnetic plugs and dipsticks with associated cleaning means, e.g. retractable non-magnetic sleeve
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/18—Magnetic separation whereby the particles are suspended in a liquid

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for separating magnetizable contaminants from flowing fluids (liquids and gases).
  • Magnetic filters are used to remove magnetizable particles from fluids produced, for example, during manufacture (e.g., metal shavings during drilling and turning).
  • the aim is to achieve the highest possible filter efficiency, in particular the removal of very small particles, in order to reduce the wear on machines and tools through which the fluids flow or come in contact with them.
  • the filter efficiency gradually decreases and at worst, the filter clogs.
  • the magnetic filter must therefore be cleaned at the shortest possible interruption period of the filtration operation at intervals.
  • the polarity of the magnets is ineffective, since the largest magnetic forces are always present at the poles of the magnet, see below.
  • the liquid flows through a rotating hollow shaft 6 and through its holes in the tube, wherein the tangential exit from the hollow axis supports the cleaning action, and in this case, the impurities are removed by rotating the screw up and transported to the poles, where the Magnetic forces are greatest. Due to the design, the magnetizable particles can only be pushed away by pushed-on impurities. Depending on the property of the magnetizable particles, there is a blockage between the cover plate and the magnet.
  • One from the DE 1 794 280 B known magnetic filter device comprises a cylindrical housing 1 with an inlet opening 2 and an outlet opening 3.
  • a rotatable magnetic filter column with magnets 5, 6 rotatably mounted on a non-magnetic shaft 7.
  • a cylindrical, non-magnetic jacket shell 9 Between the inlet 2 and the magnetic filter column is a cylindrical, non-magnetic jacket shell 9, which in the embodiment of FIG. 4 has screw flights 16.
  • a catch or squeegee strip 14 which strips off the impurities deposited on this rotation of the magnetic column. The cleaning of the magnetic filter from the adhered magnetic impurities may be performed during normal filter operation. It can also be provided a periodically operating rotary drive.
  • a magnetic filter that works with container and without pressure.
  • a nonmagnetic stationary cylinder housing 12 has an upper inlet 22 and a lower outlet 24.
  • a worm 32 of nonmagnetic material is rotatable with respect to the cylinder housing.
  • the worm forms a helical ramp with the cylinder housing and rotates during operation of the device.
  • the worm collects the magnetic material and guides it upwards or downwards, depending on the direction of rotation of the worm.
  • liquid to be purified flows in at 50 and exits at 24 in a purified state. Below the outlet 24, the magnetic particles are collected in a sort of pocket. The particles are transported to the outlet 43 '.
  • EP 0 083 331 A1 is another continuous, describe with container and non-pressurized magnetic filter.
  • a cylinder 10 made of non-magnetic material has magnet plates 12 spaced on the outside and inside a worm 14 of non-magnetic material, which is in contact with the inner wall of the cylinder 10 and the magnetic material adhering to the cylinder wall wipes there and outwardly, ie, above , transported.
  • the operation is described on page 4 below (lines 23 to 33).
  • lines 19 et seq. The suspension in the case of embodiment I ( Fig.
  • the rotational speed of the centrifuge connected to the screw conveyor 14 is 500 to 2,500 rpm.
  • a tube 40 with a conveying screw 41 rotating therein and external magnets 47 are shown inside the tube 42. Inside the tube 42 there is a magnetic core 46, through the force of which the magnetic particles are predominantly transported to the second outlet 45, while the non-magnetic particles are discharged through the first outlet 44.
  • a magnetic separator for removing magnetizable metal parts from a paper fiber suspension comprises a cylindrically shaped magnet 1 which is driven by a drive shaft 6. A part is surrounded by a coaxial tube 7 in which a spiral screw enclosing the magnet is located as a conveying element 2. Instead of the constellation rotating magnet and stationary conveying element and the magnet can be stationary and the conveying element rotates. The relative movement generates an axial conveying movement, as a result of which the particles held in place by means of the magnet are conveyed out. The delivery may be continuous or at intervals. Coarser ferromagnetic particles are deposited in this magnetic separator.
  • the filtrate does not flow through the screw flights and the separation process takes place only outside the tube 7 but not inside it.
  • the ferromagnetic particles are transported together with a proportion of paper fibers to the discharge or the lock 4 and the magnet has only promotional function here.
  • the fiber content can be backwashed through the purge port 13.
  • the invention has for its object to provide a device for separating magnetizable impurities from flowing fluids (liquids and gases) is available that works energy efficient, can process large amounts of impurities and is to be cleaned with minimal interruption of the fluid flow, and a corresponding Method.
  • the invention thus relates to a device for separating magnetizable impurities from flowing fluids (liquids or gases) whose flow is effected by negative pressure or overpressure.
  • the apparatus includes a cylindrical chamber having a fluid inlet for the magnetizable particle-containing fluid, a clean fluid outlet for the purified fluid, and a particle outlet for the magnetizable particles.
  • an inner cylinder body is arranged, which forms an annular gap through which the fluid flows through the chamber wall.
  • Inlet valve and the particle outlet a drain valve is provided in front of or at the fluid inlet.
  • a drain valve is provided in front of or at the fluid inlet. Outside the annular gap at least one magnet is arranged in the flow direction between the fluid inlet and the clean fluid outlet.
  • a rotatable, helical scraper which transports deposited on the wall of the chamber and / or the inner tube magnetizable particles to the particle outlet.
  • a drive for the helical scraper is provided, wherein the drive is designed to drive the scraper in normal operation, in which the annular gap is traversed by the fluid to be cleaned, and to drive during a period of filter cleaning.
  • the device according to the invention for separating magnetizable impurities, in particular ferromagnetic particles, from fluids is distinguished by a very simple construction. It filters the magnetizable particles from flowing liquids or gases, whereby the flow is effected by negative pressure or upper pressure.
  • the liquids may be e.g. to emulsions, cutting oils and the like and act in the particles to ferromagnetic particles of iron or steel. However, other liquids may also be purified and the particles may also be paramagnetic.
  • the device according to the invention is also suitable for cleaning gases of magnetizable particles and, for example, metallurgical dust can be removed from the air. It is possible to deposit particles with dimensions of less than 10 ⁇ m.
  • the magnetic filter according to the invention is thus characterized by the property of being self-cleaning. Its operation is as follows: The annular gap is flowed through during normal operation of the liquid to be cleaned (or gas). In the annular gap is the helical guide means for the liquid, whereby the liquid is subjected to a centrifugal force and strives towards the outer wall.
  • the helical guide means is rotatable for cleaning and scrapes adhered solid particles (sludge) from the outer wall during the period of cleaning.
  • the helical guide means is not driven.
  • the cleaning process is depressurised, which means that no pressure has to be built up separately. Rather, it is optionally backwashed or used the existing pressure, which will be described later.
  • the magnets can be permanent magnets or electromagnets.
  • the magnet (s) are (are) mounted externally on the cylindrical chamber.
  • the effective area for collecting the magnetizable particles is larger.
  • the magnets can be replaced during operation or others can be attached.
  • the helical scraper can then be attached to the inner cylinder body, e.g. be welded to it, in which case the inner cylinder body is made rotatable.
  • magnets can be provided within the annular gap, for example, in order to increase the forces acting on the magnetizable particles and thus the filter efficiency.
  • the helical scraper is always designed to be rotatable independently of the chamber wall and the inner cylinder body in this case and thus has a separate drive.
  • the fluid Due to the helical scraper in the annular gap, the fluid is guided spirally through the annular gap.
  • the centrifugal forces acting on the magnetizable particles during the passage of the screw helix assist the movement of the particles outwards to the chamber wall in externally mounted magnets. If the pitch of the helix is chosen flat, the flow resistance increases. At the same time, the magnetizable particles remain longer in the magnetic field and are more efficiently eliminated from the fluid due to the greater residence time.
  • Another parameter with which the filter function can be controlled is the gap width, which also influences the flow velocity.
  • the deposition behavior can be controlled in terms of particle size. If larger particles are to be separated, the flow rate is increased, and vice versa.
  • Other parameters that are included in the cleaning behavior are the flow rate of the inflowing fluid, its viscosity and the strength of the magnets or magnetic fields used.
  • the particle outlet is expediently provided in the region of the chamber in which the fluid inlet is located.
  • the pure fluid is thus removed in the opposite direction to the discharged magnetizable particles. By means of this measure, less dirt particles remain in the filtrate.
  • the magnetizable particles of the particle outlet is funnel-shaped or cylindrical.
  • the magnetizable particles scraped off by the scraper and transported to the particle outlet can be purged or cleaned by means of the overpressure present in the system.
  • the clean fluid outlet is equipped with an automatic valve. When this valve is closed, all the fluid can be forced through the particulate outlet by the existing positive pressure to reliably remove the contaminants from the chamber in critical cases.
  • the inlet valve is closed. Due to the overpressure in the system then the liquid is discharged together with the impurities through the particle outlet.
  • Switching means is then provided for switching from one fluid inlet of one magnetic filter to the fluid inlet of the other magnetic filter (e.g., a three-way valve) and / or opening and closing the associated clean fluid outlets. If the magnetic filter in operation needs to be cleaned, it switches to the other magnetic filter. It comes through the cleaning process neither to a business interruption of the entire system, nor to a drop in fluid pressure.
  • a further alternative of cleaning the device according to the invention in which the discharged particles are separated from the fluid, may be used in the cylindrical particle outlet design. This is provided at the particle outlet or downstream of this with a switch or a corresponding additional device with which the particle outlet is switched to a discharge of fluid and solids.
  • the liquid present in the chamber is the first drained.
  • the drain valve is opened and the inlet valve and the valve at the clean fluid outlet are closed.
  • the helical scraper is driven and removes the adhering to the wall dirt particles.
  • the wet solids virtually the dry substance, exit the chamber through the particle outlet and can be removed via a conduit or collected in a receiver.
  • a switch for example, can be used to discharge the solids into the catch tank and the liquid discharged from the chamber via a separate line. At high sludge concentration (particle content in the fluid) no separation of fluid and solids should be made, but rather both should be removed together to avoid blockages.
  • the clean fluid is discharged into a tank. In this case, then there is no back pressure on the chamber on the clean fluid side.
  • Fig. 1 is a magnetic filter for separating ferromagnetic contaminants from liquids such as emulsions or cutting oils.
  • the magnetic filter is installed in a system in which the liquid is conveyed with overpressure, as prevails, for example, in pumping systems.
  • the magnetic filter comprises a cylindrical chamber 2, which is shown in vertical positioning. An example, horizontal arrangement of the chamber is also possible.
  • the chamber wall is made of non-ferromagnetic material, preferably stainless steel or plastic.
  • the inner cylinder body In the chamber 2 is an inner cylinder body 4, which is coupled via a pivot pin 6 with a motor 8.
  • the inner cylinder body may be solid or hollow inside.
  • a scraper 10 a screw helix, is mounted, which extends almost to the wall of the chamber 2.
  • the inner tube 4 extends over almost the entire length of the chamber 2 and ends at a distance in front of the motor 8 opposite, ie the in Fig. 1 lower end.
  • the inner tube 4 and the wall of the chamber 2 define an annular gap 12.
  • a magnet 14 is arranged, whose magnetic field penetrates the annular gap 12.
  • a dirty liquid inlet 18 containing ferromagnetic particles see arrow 16.
  • the inlet 18 is provided with an inlet valve 20.
  • an outlet 22 for clean liquid see arrow 14.
  • the outlet 22 is provided with an automatic valve or a throttle valve 26.
  • An outlet 28 for the ferromagnetic particles (sludge outlet), see arrow 32, is located at the end of the chamber 2, opposite to the clean liquid outlet 22, in FIG Fig. 1 below the inlet 18, and is funnel-shaped. It is provided with a drain valve (mud discharge valve) 30.
  • the magnetic filter can be retrofitted in existing systems.
  • contaminated liquid containing ferromagnetic particles e.g., metal shavings cutting emulsion
  • inlet 18 contaminated liquid containing ferromagnetic particles (e.g., metal shavings cutting emulsion) through inlet 18 enters chamber 2.
  • the liquid then passes into the annular gap 12 and flows through this guided by the helices of the screw helix 10, see arrows 34.
  • the ferromagnetic particles migrate outward to the wall of the chamber 2 and settle there.
  • the clean liquid exits through the outlet 22 at the end of the chamber 2.
  • the mud discharge valve 30 is closed during normal operation.
  • the throttle valve is present, this is brought into the throttle position, so that less pure liquid from the magnetic filter occurs.
  • the mud discharge valve 30 is opened.
  • the motor 8 is turned on and rotates the inner tube 4 with the helical coil 10. The latter scrapes or scrapes off the particles from the chamber wall. The direction of rotation is chosen so that the particles are transported by the screw helix 10 in the direction of the sludge outlet 28.
  • the inlet valve 20 can be opened and incoming dirty liquid used to flush out the ferromagnetic particles through the mud outlet 28.
  • the cleaning process requires little time, so that the interruption of the operation of the system is short.
  • Fig. 2 shows a second embodiment according to the invention. As far as the parts are the same as those of the first embodiment, they are denoted by the same reference numerals and will not be described again.
  • magnetic filter 4 magnets 36 are arranged in the inner tube.
  • the worm gear 10 is not attached to the inner tube 4, but is directly driven by the motor 8. It carries particles deposited during filter cleaning both from the chamber wall and from the inner tube.
  • the sludge outlet 38 is cylindrical, so that the risk of blockages is lower.
  • the mud drain 38 is provided with a drain valve 40.
  • the cylindrical design is independent of the location of the magnet assembly, that is, whether they are located outside or inside. In the case of a horizontal chamber arrangement, a cylindrical particle outlet is preferred.

Landscapes

  • Filtration Of Liquid (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen).
  • Magnetfilter werden zur Entfernung magnetisierbarer Teilchen aus Fluiden benutzt, die beispielsweise bei der Fertigung anfallen (z.B. Metallspäne beim Bohren und Drehen). Es wird eine möglichst hohe Filtereffizienz, insbesondere auch die Entfernung kleinster Teilchen, angestrebt, um den Verschleiß von Maschinen und Werkzeugen zu reduzieren, die von den Fluiden durchströmt werden oder mit diesen in Kontakt gelangen. Bei Betrieb des Magnetfilters setzen sich immer mehr magnetisierbare Filterpartikel an der Wand bzw. Oberfläche ab. Die Filtereffizienz sinkt so allmählich und schlimmstenfalls kommt es zum Verstopfen des Filters. Das Magnetfilter muss somit mit kürzestmöglicher Unterbrechungsdauer des Filtrationsbetriebs in Zeitabständen gereinigt werden.
  • In der DE 1 160 130 A ist eine Vorrichtung zur magnetischen Filterung magnetisch leitender Partikel aus strömenden Medien beschrieben. In einem vertikalen Rohr bzw. Gehäuse 1, das magnetisch induziert ist, ist eine Schnecke 2 um eine Achse 3, 6 drehbar gelagert, die an der Wand abgelagerte Verunreinigungen bis auf einen dünnen Belag abträgt und abtransportiert. Eine kontinuierliche Reinigung wird als mögliche Alternative dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 strömt die Flüssigkeit von oben nach unten und es werden beim Durchfließen der Schneckengänge Zentrifugalkräfte erzeugt, die für das Reinigen genutzt werden. Der Teilchenauslass und der Auslass für die Reinflüssigkeit befinden sich unterhalb der verschmutzten Schnecke. Es besteht die Gefahr, dass Verschmutzungen in die gereinigte Flüssigkeit gelangen. Die Polung der Magnete ist ineffektiv, da die größten Magnetkräfte immer an den Polen des Magneten vorhanden sind, siehe unten. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 strömt die Flüssigkeit durch eine rotierende Hohlachse 6 und durch deren Löcher in das Rohr, wobei der tangentiale Austritt aus der Hohlachse die Reinigungswirkung unterstützt, und in diesem Fall werden die Verunreinigungen durch das Drehen der Schnecke nach oben abgeführt und an die Pole transportiert, wo die Magnetkräfte am größten sind. Konstruktionsbedingt können die magnetisierbaren Teilchen nur durch nachgeschobene Verunreinigungen weggedrückt werden. Je nach Eigenschaft der magnetisierbaren Partikel kommt es zu einer Verstopfung zwischen dem Abdeckblech und dem Magneten.
  • Eine aus der DE 1 794 280 B bekannte magnetische Filtervorrichtung umfasst ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einer Einlassöffnung 2 und einer Auslassöffnung 3. Im Gehäuse 1 ist konzentrisch eine drehbare Magnetfiltersäule mit Magneten 5, 6 auf einer unmagnetischen Welle 7 drehbar angeordnet. Zwischen dem Einlass 2 und der Magnetfiltersäule befindet sich eine zylindrische, unmagnetische Mantelschale 9, die bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 4 Schneckenflügel 16 aufweist. Im Eintrittsbereich (Einschwemmstelle 13) befindet sich eine Fang- bzw. Abstreifleiste 14, die bei Drehung der Magnetsäule die an dieser angelagerten Verunreinigungen abstreift. Die Reinigung des Magnetfilters von den anhaftenden magnetischen Verunreinigungen kann während des normalen Filterbetriebs durchgeführt werden. Es kann auch ein periodisch arbeitender Drehantrieb vorgesehen sein. Bei dem bekannten Magnetfilter besteht die Gefahr, dass an der Außenseite der Mantelschale 9 eine Verschlammung auftritt. Hier wirken bei starken Magneten noch Magnetkräfte. Diese sind besonders hoch, wenn die starr befestigten Schneckenflügel mit Schlamm gefüllt werden, da die Magnetkräfte durch die ferromagnetischen Teilchen weitergeleitet werden. Da die Magnetsäule 5, 6 zentral angeordnet ist, ist die wirksame Fläche für das Auffangen der magnetisierbaren Teilchen im Vergleich zu einer peripheren Anordnung kleiner. Hinzu kommt, dass sich der bzw. die Magnete im Medium befinden, und dies kann zu einem Beständigkeitsproblem bezüglich des Magnetmaterials führen, denn manche Magnetmaterialien lösen sich in bestimmten Medien.
  • Aus der US 4 784 759 A ist ein Magnetfilter bekannt, das mit Behälter und drucklos arbeitet. Ein nichtmagnetisches, stationäres Zylindergehäuse 12 hat einen oberen Einlass 22 und einen unteren Auslass 24. Eine Schnecke 32 aus nichtmagnetischem Material ist in Bezug auf das Zylindergehäuse drehbar. Die Schnecke bildet mit dem Zylindergehäuse eine wendelförmige Rampe und dreht sich während des Betriebs der Vorrichtung. Die Schnecke sammelt dabei das magnetische Material ein und führt es nach oben oder nach unten, je nach Drehrichtung der Schnecke. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 und 4 strömt zu reinigende Flüssigkeit bei 50 ein und tritt gereinigt bei 24 aus. Unterhalb des Auslasses 24 werden die magnetischen Partikel in einer Art Tasche gesammelt. Die Partikel werden zum Auslass 43' transportiert.
  • In der EP 0 083 331 A1 ist ein weiteres kontinuierlich, mit Behälter und drucklos arbeitendes Magnetfilter beschreiben. Ein Zylinder 10 aus nichtmagnetischem Material weist an der Außenseite beabstandete Magnetplatten 12 und im Inneren eine Schnecke 14 aus nichtmagnetischem Material auf, die mit der Innenwand des Zylinders 10 in Kontakt steht und das an der Zylinderwand haftende magnetische Material dort abstreift und nach außen, d.h. oben, transportiert. Die Funktionsweise ist auf Seite 4 unten beschrieben (Zeilen 23 bis 33). Wie auf Seite 5, Zeilen 19 ff. angegeben ist, erfährt die Suspension im Fall des Ausführungsbeispiels I (Fig. 1 und 2) durch den mit 7 bis 80 U/min rotierenden Schraubenförderer (Abstreifer) 14 eine Zentrifugalkraft, so dass die magnetischen Partikel auf der Außenwand aufprallen, die im Magnetfeld liegt. Beim Ausführungsbeispiel III (Fig. 5) ist die Drehzahl der an den Schraubenförderer 14 angeschlossenen Zentrifuge 500 bis 2.500 U/min.
  • In der FR 2 722 120 A1 ist in einem Ausführungsbeispiel einer Trennvorrichtung für magnetische Partikel (Fig. 8 bis 10) ein Rohr 40 mit darin rotierender Förderschnecke 41 sowie äußeren Magneten 47 gezeigt. Im Inneren des Rohrs 42 ist ein magnetischer Kern 46 vorhanden, durch dessen Anziehungskraft die magnetischen Partikel überwiegend bis zum zweiten Auslass 45 transportiert werden, während die nichtmagnetischen Partikel durch den ersten Auslass 44 abgeführt werden.
  • Ein Magnetabscheider zur Entfernung von magnetisierbaren Metallteilen aus einer Papierfasersuspension gemäß DE 103 31 022 A1 umfasst einen zylindrisch geformten Magneten 1, der durch eine Antriebswelle 6 angetrieben wird. Ein Teil ist von einem koaxialen Rohr 7 umgeben, in dem sich eine den Magneten umschließende Wendelschnecke als Förderelement 2 befindet. Statt der Konstellation rotierender Magnet und stationäres Förderelement kann auch der Magnet stationär sein und das Förderelement dreht sich. Durch die Relativbewegung wird eine axiale Förderbewegung erzeugt, wodurch die mittels des Magneten festgehaltenen Partikel herausbefördert werden. Das Herausbefördern kann kontinuierlich sein oder in Zeitabständen erfolgen. Bei diesem Magnetabscheider werden gröbere ferromagnetische Teilchen abgeschieden. Das Filtrat durchfließt die Schneckenwendeln nicht und der Abscheidprozess findet nur außerhalb des Rohrs 7, jedoch nicht innerhalb desselben statt. Im Rohr 7 werden die ferromagnetischen Teilchen zusammen mit einem Anteil Papierfasern zum Abwurf bzw. der Schleuse 4 transportiert und der Magnet hat hier nur Förderfunktion. Der Faseranteil kann durch den Spülanschluss 13 zurückgespült werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden (Flüssigkeiten und Gasen) zur Verfügung zu stellen, die energieeffizient arbeitet, große Mengen an Verunreinigungen verarbeiten kann und mit minimaler Unterbrechung des Fluiddurchflusses zu reinigen ist, sowie ein entsprechendes Verfahren.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden (Flüssigkeiten oder Gasen), deren Durchfluss durch Unterdruck oder Überdruck bewirkt wird. Die Vorrichtung enthält eine zylindrische Kammer mit einem Fluideinlass für das magnetisierbare Teilchen enthaltendes Fluid, einem Reinfluidauslass für das gereinigte Fluid und einem Teilchenauslass für die magnetisierbaren Teilchen. In der Kammer ist ein innerer Zylinderkörper angeordnet, der mit der Kammerwand einen von dem Fluid durchströmten Ringspalt bildet. Vor oder am Fluideinlass befindet sich ein Zulaufventil und am Teilchenauslass ist ein Ablassventil vorgesehen. Außerhalb des Ringspalts ist in Strömungsrichtung zwischen dem Fluideinlass und dem Reinfluidauslass mindestens ein Magnet angeordnet. Im Ringspalt befindet sich ein rotierbarer, wendelförmiger Abstreifer, der an der Wand der Kammer und/oder des Innenrohrs abgelagerte magnetisierbare Teilchen zum Teilchenauslass transportiert. Ein Antrieb für den wendelförmigen Abstreifer ist vorgesehen, wobei der Antrieb dazu ausgebildet ist, den Abstreifer im Normalbetrieb, in dem der Ringspalt von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, nicht anzutreiben und während einer Zeitdauer der Filterreinigung anzutreiben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Verunreinigungen, insbesondere ferromagnetischen Teilchen, aus Fluiden zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus. Sie filtert die magnetisierbaren Teilchen aus strömenden Flüssigkeiten oder Gasen, wobei der Durchfluss durch Unterdruck oder Oberdruck bewirkt wird. Bei den Flüssigkeiten kann es sich z.B. um Emulsionen, Schneidöle und dergleichen und bei den Teilchen um ferromagnetische Partikel aus Eisen oder Stahl handeln. Andere Flüssigkeiten können jedoch auch gereinigt werden und die Teilchen können auch paramagnetisch sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich auch zum Reinigen von Gasen von magnetisierbaren Teilchen und es kann beispielsweise metallurgischer Staub aus der Luft entfernt werden. Es können Teilchen mit Abmessungen von weniger als 10 pm abgeschieden werden.
  • Das Magnetfilter gemäß der Erfindung zeichnet sich somit durch die Eigenschaft, selbstreinigend zu sein, aus. Seine Funktionsweise ist wie folgt: Der Ringspalt wird während des Normalbetriebs von der zu reinigenden Flüssigkeit (oder Gas) durchströmt. Im Ringspalt befindet sich die wendelförmige Führungseinrichtung für die Flüssigkeit, wodurch die Flüssigkeit einer Zentrifugalkraft ausgesetzt ist und zur Außenwand strebt. Die wendelförmige Führungseinrichtung ist für die Reinigung drehbar ausgeführt und schabt während der Zeitdauer der Reinigung haftengebliebene Feststoffpartikel (Schlamm) von der Außenwand ab. Während der Filterung wird die wendelförmige Führungseinrichtung nicht angetrieben. Der Reinigungsvorgang verläuft drucklos, das heißt, es muss kein Druck extra aufgebaut werden. Es wird vielmehr gegebenenfalls zurückgespült oder der vorhandene Überdruck genutzt, was später noch beschrieben wird.
  • Die Magnete können Permanentmagnete oder Elektromagnete sein. Vorzugsweise ist (sind) der (die) Magnet(e) außen an der zylindrischen Kammer angebracht. Zum Einen ist bei dieser Anordnung die wirksame Räche zum Sammeln der magnetisierbaren Teilchen größer. Zum Anderen können die Magnete während des Betriebs ausgetauscht oder weitere angebracht werden. Der wendelförmige Abstreifer kann dann am inneren Zylinderkörper angebracht, z.B. mit diesem verschweißt sein, wobei dann der innere Zylinderkörper drehbar ausgeführt ist.
  • Es können zusätzlich Magnete innerhalb des Ringspalts vorgesehen werden, beispielsweise, um die auf die magnetisierbaren Teilchen wirkenden Kräfte und damit die Filtereffizienz zu vergrößern. Der wendelförmige Abstreifer ist in diesem Fall stets unabhängig von der Kammerwand und dem inneren Zylinderkörper drehbar ausgeführt und hat somit einen separaten Antrieb.
  • Durch den wendelförmigen Abstreifer im Ringspalt wird das Fluid spiralförmig durch den Ringspalt geführt. Die auf die magnetisierbaren Teilchen wirkenden Zentrifugalkräfte während des Durchströmens der Schneckenwendel unterstützen bei außen angebrachten Magneten die Bewegung der Teilchen nach außen zur Kammerwand. Wenn die Steigung der Schneckenwendel flach gewählt wird, wird der Strömungswiderstand größer. Zugleich bleiben die magnetisierbaren Teilchen länger im Magnetfeld und werden aufgrund der größeren Verweilzeit effizienter aus dem Fluid ausgeschieden. Ein weiterer Parameter, mit dem die Filterfunktion gesteuert werden kann, ist die Spaltbreite, die ebenfalls die Strömungsgeschwindigkeit beeinflusst. Damit kann das Abscheideverhalten bezüglich der Teilchengröße gesteuert werden. Sollen größere Partikel abgeschieden werden, wird die Fließgeschwindigkeit erhöht, und umgekehrt. Noch weitere Parameter, die in das Reinigungsverhalten eingehen, sind der Durchfluss des zuströmenden Fluids, dessen Viskosität und die Stärke der verwendeten Magneten bzw. der Magnetfelder.
  • Der Teilchenauslass ist zweckmäßig in dem Bereich der Kammer vorgesehen, in dem sich der Fluideinlass befindet. Das Reinfluid wird somit in entgegengesetzter Richtung zu den ausgebrachten magnetisierbaren Teilchen abgeführt. Mittels dieser Maßnahme verbleiben weniger Schmutzpartikel im Filtrat.
  • Je nach dem Abreinigungsverhalten der magnetisierbaren Teilchen ist der Teilchenauslass trichterförmig oder zylinderförmig.
  • Durch Öffnen des Ablassventils können die vom Abstreifer abgeschabten und zum Teilchenauslass transportierten, magnetisierbaren Teilchen mit Hilfe des im System vorhandenen Überdrucks gespült bzw. gereinigt werden.
  • Bei einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Reinfluidauslass mit einem automatischen Ventil ausgestattet. Wird dieses Ventil geschlossen, kann die gesamte Flüssigkeit durch den bestehenden Überdruck durch den Teilchenauslass gedrückt werden, um in kritischen Fällen die Verunreinigungen zuverlässig aus der Kammer abzutransportieren.
  • Es kann auch von der Reinflüssigkeitsseite aus gespült werden. Dazu wird das Zulaufventil geschlossen. Aufgrund des Überdrucks im System wird dann die Flüssigkeit zusammen mit den Verunreinigungen durch den Teilchenauslass abgeführt.
  • Es besteht die Möglichkeit, auch bei laufendem Betrieb das Magnetfilter zu reinigen. Hierzu wird in den Reinfluidauslass eine Drossel eingebaut. Allerdings kommt es bei dieser Ausführung während der Reinigung des Magnetfilters zu einer kurzfristigen Reduzierung der Durchflussmenge und einem Druckabfall des Filtrats.
  • Für einen durchgehenden Betrieb auch während der Filterreinigung können zwei Magnetfilter parallel angeordnet sein. Es ist dann eine Umschalteinrichtung dann für das Umschalten von einem Fluideinlass des einen Magnetfilters zum Fluideinlass des anderen Magnetfilters (z.B. ein Dreiwegeventil) und/oder das Öffnen sowie Schließen der zugeordneten Reinfluidauslässe vorgesehen. Muss das in Betrieb befindliche Magnetfilter gereinigt werden, wird auf das andere Magnetfilter umgeschaltet. Es kommt durch den Reinigungsprozess weder zu einer Betriebsunterbrechung der Gesamtanlage, noch zu einem Abfall des Fluiddrucks.
  • Eine weitere Alternative der Reinigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die ausgebrachten Teilchen vom Fluid getrennt werden, kann bei der Ausführung mit zylinderförmigem Teilchenauslass angewendet werden. Diese ist am Teilchenauslass oder diesem nachgeordnet mit einer Weiche oder einer entsprechenden zusätzlichen Einrichtung versehen, mit der am Teilchenauslass zu einer Ableitung von Fluid und Feststoffen umgeschaltet wird. Zu Beginn des Reinigungsvorgangs wird als Erstes die in der Kammer vorhandene Flüssigkeit abgelassen. Dazu wird das Ablassventil geöffnet und das Zulaufventil und das Ventil am Reinfluidauslass werden geschlossen. Nachdem das Fluid abgelassen ist, wird der wendelförmige Abstreifer angetrieben und trägt die an der Wand haftenden Schmutzpartikel ab. Die nassen Feststoffe, praktisch die Trockensubstanz, treten durch den Teilchenauslass aus der Kammer aus und können über eine Leitung abgeführt oder in einem Auffangbehälter gesammelt werden. Danach sollte noch nachgespült werden, um die restlichen abgelösten Schmutzpartikel auszubringen. Eine Weiche beispielsweise kann dazu eingesetzt werden, die Feststoffe in den Auffangbehälter und die aus der Kammer ausgelassene Flüssigkeit über eine separate Leitung abzuführen. Bei hoher Schlammkonzentration (Partikelanteil im Fluid) sollte keine Trennung von Fluid und Feststoffen erfolgen, vielmehr beide zusammen abgeführt werden, um Verstopfungen zu vermeiden.
  • Bei einer anderen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Reinfluid in einen Tank ausgelassen. In diesem Fall liegt dann an der Kammer an der Reinfluidseite kein Gegendruck an.
  • Die Erfindung wird im Folgenden weiter anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und der Zeichnung beschrieben, wobei diese Darstellung ebensowenig wie die Zusammenfassung von Merkmalen in den Unteransprüchen die Erfindung beschränken soll, sondern lediglich zu Erläuterungszwecken dient. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Ansicht eines Magnetfilters gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit außerhalb des Ringspalts angeordetem Magneten und
    Fig. 2
    eine schematische Ansicht eines Magnetfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit außerhalb und innerhalb des Ringspalts angeordneten Magneten.
  • Im Folgenden wird ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 1 beschrieben, bei dem es sich um ein Magnetfilter zum Abscheiden von ferromagnetischen Verunreinigungen aus Flüssigkeiten wie Emulsionen oder Schneidölen handelt. Im beschriebenen Fall ist das Magnetfilter in eine Anlage eingebaut, bei der die Flüssigkeit mit Überdruck gefördert wird, wie er beispielsweise in Pumpsystemen vorherrscht. Das Magnetfilter umfasst eine zylindrische Kammer 2, die in vertikaler Positionierung dargestellt ist. Eine beispielsweise horizontale Anordnung der Kammer ist ebenfalls möglich. Die Kammerwandung ist aus nichtferromagnetischem Material, vorzugsweise Edelstahl oder Kunststoff. In der Kammer 2 befindet sich ein innerer Zylinderkörper 4, der über einen Drehzapfen 6 mit einem Motor 8 gekuppelt ist. Der innere Zylinderkörper kann massiv oder innen hohl sein. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ist er innen hohl und wird im Folgenden als Innenrohr bezeichnet. Außen am Innenrohr 4 ist ein Abstreifer 10, ein Schneckenwendel, angebracht, der sich fast bis zur Wand der Kammer 2 erstreckt. Das Innenrohr 4 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge der Kammer 2 und endet mit Abstand vor dessen dem Motor 8 gegenüberliegenden, d.h. dem in Fig. 1 unteren Ende. Das Innenrohr 4 und die Wand der Kammer 2 begrenzen einen Ringspalt 12. Außen an der Kammer 4 ist ein Magnet 14 angeordnet, dessen Magnetfeld den Ringspalt 12 durchdringt.
  • In der Darstellung von Fig. 1 unten an der Kammer 2 befindet sich ein Einlass 18 für verschmutzte Flüssigkeit, die ferromagnetische Teilchen enthält, siehe Pfeil 16. Der Einlass 18 ist mit einem Zulaufventil 20 versehen. In Fig. 1 oben, d.h. am Ende der Kammer 2 nahe der Drehachse 6 befindet sich ein Auslass 22 für Reinflüssigkeit, siehe Pfeil 14. Der Auslass 22 ist mit einem Automatikventil oder einem Drosselventil 26 versehen. Ein Auslass 28 für die ferromagnetischen Teilchen (Schlammauslass), siehe Pfeil 32, befindet sich an dem dem Reinflüssigkeitsauslass 22 entgegengesetzten Ende der Kammer 2, in Fig. 1 unterhalb des Einlasses 18, und ist trichterförmig ausgebildet. Er ist mit einem Ablassventil (Schlammablassventil) 30 versehen.
  • Das Magnetfilter kann in bestehenden Anlagen nachgerüstet werden. Während des Normalbetriebs strömt durch den Einlass 18 verschmutzte Flüssigkeit, die ferromagnetische Teilchen enthält (z.B. Schneidemulsion mit Metallspänen), in die Kammer 2 ein. Die Flüssigkeit gelangt dann in den Ringspalt 12 und durchströmt diesen geführt durch die Wendeln der Schneckenwendel 10, siehe Pfeile 34. Unter der Wirkung des vom Magneten 14 erzeugten Magnetfelds wandern die ferromagnetischen Teilchen nach außen zur Wand der Kammer 2 und setzen sich dort ab. Die Reinflüssigkeit tritt am Ende der Kammer 2 durch den Auslass 22 aus. Das Schlammablassventil 30 ist während des Normalbetriebs geschlossen.
  • Soll das Magnetfilter von den sich an der Kammerwand ansammelnden ferromagnetischen Teilchen gereinigt werden, werden das Zulaufventil 20 und bei der Ausführung des Auslassventils 26 als Automatikventil am Reinflüssigkeitsauslass 22 wird das Auslassventil geschlossen. Bei vorhandenem Drosselventil wird dieses in die Drosselstellung gebracht, so dass weniger Reinflüssigkeit aus dem Magnetfilter tritt. Das Schlammablassventil 30 wird geöffnet. Der Motor 8 wird eingeschaltet und dreht das Innenrohr 4 mit der Schneckenwendel 10. Die letztere schabt bzw. kratzt die Teilchen von der Kammerwand ab. Die Drehrichtung ist so gewählt, dass die Teilchen durch die Schneckenwendel 10 in Richtung des Schlammauslasses 28 transportiert werden. Reicht die Schneckenwendel 10 nicht aus oder besteht die Gefahr, dass sich der Schlammauslass 28 durch die Teilchen zusetzt, kann das Zulaufventil 20 geöffnet und einlaufende Schmutzflüssigkeit zum Ausspülen der ferromagnetischen Partikel durch den Schlammauslass 28 benutzt werden. Der Reinigungsvorgang erfordert nur wenig Zeit, so dass die Unterbrechung des Betriebs der Anlage kurz ist.
  • Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Soweit die Teile denen des ersten Ausführungsbeispiels gleichen, sind sie mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht erneut beschrieben. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Magnetfilter sind auch im Innenrohr 4 Magneten 36 angeordnet. Die Schneckenwendel 10 ist nicht am Innenrohr 4 angebracht, sondern ist direkt durch den Motor 8 antreibbar. Sie trägt während der Filterreinigung abgesetzte Teilchen sowohl von der Kammerwand, als auch vom Innenrohr ab. Der Schlammablass 38 ist zylinderförmig, so dass die Gefahr von Verstopfungen geringer ist. Der Schlammablass 38 ist mit einem Ablassventil 40 versehen.
  • Die zylinderförmige Ausführung ist unabhängig vom Ort der Magnetanordnung, das heißt, ob diese außen oder innen angeordnet sind. Im Fall einer horizontalen Kammeranordnung ist ein zylinderförmiger Teilchenauslass bevorzugt.

Claims (15)

  1. Vorrichtung, insbesondere Magnetfilter,
    zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden, umfassend
    eine zylindrische Kammer (2) mit einem Fluideinlass (18) für das magnetisierbare Teilchen enthaltende Fluid, einem Reinfluidauslass (22) für das gereinigte Fluid und einem Teilchenauslass (28, 38) für die magnetisierbaren Teilchen, wobei in der Kammer (2) ein innerer Zylinderkörper (4) angeordnet ist, der mit der Kammerwand einen von dem Fluid durchströmten Ringspalt (12) bildet,
    mindestens einen Magneten (14, 36), der außerhalb des Ringspalts in Strömungsrichtung zwischen dem Fluideinlass (18) und dem Reinfluidauslass (22) angeordnet ist, einen im Ringspalt (12) angeordneten, rotierbaren, wendelförmigen Abstreifer (10) für den Transport von an der Wand der Kammer (2) abgelagerten magnetisierbaren Teilchen zum Teilchenauslass (28, 38),
    einen Antrieb (8) für den wendelförmigen Abstreifer (10),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Durchfluss der strömenden Fluide durch Unterdruck oder Überdruck bewirkt wird,
    wobei sich ein Zulaufventil (20) vor oder am Fluideinlass (18) befindet und ein Ablassventil (30, 40) am Teilchenauslass (28, 38) vorgesehen ist, wobei der Antrieb (8) dazu ausgebildet ist, den Abstreifer (10) im Normalbetrieb, in dem der Ringspalt (12) von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, nicht anzutreiben und während einer Zeitdauer der Filterreinigung anzutreiben.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der innere Zylinderkörper (4) als Innenrohr ausgebildet ist und der wendelförmige Abstreifer (10) für den Transport von an der Wand des Innenrohrs abgelagerten magnetisierbaren Teilchen zum Teilchenauslass (28, 38) vorgesehen ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass der wendelförmige Abstreifer (10) am inneren Zylinderkörper (4) angebracht und zusammen mit diesem rotierbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Magnet (36) im inneren Zylinderkörper (4) angebracht ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (8)allein für den wendelförmigen Abstreifer (10) vorgesehen ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenauslass (28, 38) in dem Bereich der Kammer (2) vorgesehen ist, in dem sich der Fluideinlass (18) befindet.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenauslass (28, 38) ein trichterförmiger Teilchenauslass (28) oder ein zylinderförmiger Teilchenauslass (38) ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass am Teilchenauslass oder diesem nachgeordnet eine umschaltbare Weiche für das Abführen jeweils von Fluid und Teilchen vorgesehen ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Reinfluidauslass (22) mit einem automatischen Ventil (26) ausgestattet ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Reinfluidauslass (22) mit einer Drossel (26) ausgestattet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 parallel dazu angeordnet ist und ein Dreiwegeventil für das Umschalten von einem Fluideinlass (18) der einen Vorrichtung zum Fluideinlass (18) der anderen Vorrichtung vorgesehen ist.
  12. Verfahren zum Abscheiden magnetisierbarer Verunreinigungen aus strömenden Fluiden mittels einer Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11, die umfasst:
    eine zylindrische Kammer (2) mit einem Fluideinlass (18) für das magnetisierbare Teilchen enthaltende Fluid, einem Reinfluidauslass (22) für das gereinigte Fluid und einem Teilchenauslass (28, 38) für die magnetisierbaren Teilchen, wobei in der Kammer (2) ein innerer Zylinderkörper (4) angeordnet ist, der mit der Kammerwand einen von dem Fluid durchströmten Ringspalt (12) bildet, und
    mindestens einen Magneten (14, 36), der außerhalb des Ringspalts in Strömungsrichtung zwischen dem Fluideinlass (18) und dem Reinfluidauslass (22) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass während des Normalbetriebs, in dem der Ringspalt (12) von dem zu reinigenden Fluid durchströmt wird, ein im Ringspalt (12) angeordneter, rotierbarer, wendelförmiger Abstreifer (10) nicht angetrieben wird und ein Ablassventil (39, 40), das am Teilchenauslass (28, 38) vorgesehen ist, geschlossen ist und
    wobei während einer Zeitdauer der Filterreinigung der Abstreifer (10) mittels eines Antriebs (8) angetrieben wird, um von an der Wand der Kammer (2) und/oder des Innenrohrs (4) abgelagerten magnetisierbaren Teilchen zum Teilchenauslass (28, 38) zu transportieren,
    und das Ablassventil (39, 40) geöffnet wird, um die vom Abstreifer abgeschabten und zum Teilchenauslass transportierten, magnetisierbaren Teilchen mit Hilfe des im System vorhandenen Überdrucks auszuspülen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    gekennzeichnet dadurch, dass ein automatisches Ventil (26), mit dem der Reinfluidauslass (22) ausgestattet ist, während einer Zeitdauer der Filterreinigung geschlossen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12,
    gekennzeichnet dadurch, dass ein Zulaufventil (20), das sich vor oder am Fluideinlass (18) befindet, während der Zeitdauer der Filterreinigung geschlossen wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12,
    gekennzeichnet dadurch, dass in den Reinfluidauslass eine Drossel (26) eingebaut ist, die während der Zeitdauer der Filterreinigung in die Drosselstellung gebracht wird.
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