Zusatzpatent zum Hauptpatent Nr. 390 225 Verstellbare Flüssigkeitszufuhr- und -ableitungsvorrichtung für Misch- und Trennzentrifugen Das Hauptpatent betrifft eine verstellbare Flüssig keitszufuhr- und -ableitungsvorrichtung für Misch- und Trennzentrifugen, für verhältnismässig schwierig zu ver mischende Flüssigkeiten verschiedener Dichte im Gegen strom,
mit einer um eine horizontale Achse umlaufenden Vollmantel-Schleudertrommel und in dieser durch im radialen Abstand voneinander angeordnete und mit Durchtrittsöffnungen versehene Trennwände gebildeten Ringkammern sowie durch Aussparungen der Trenn wände hindurchgeführten radialen Zu- und Ableitungs einrichtungen für die schwerere und leichtere Flüssig keit, die sich zwischen der Drehachse und dem Aussen mantel der Schleudertrommel erstrecken,
wobei die Zu- und Ableitungseinrichtungen an die zugehörigen Durch trittskanäle der Welle der Schleudertrommel angeschlos sen sind und über ihre Länge und ihren Umfang verteilt mit Durchtrittsöffnungen für die Flüssigkeiten nach den Ringkammern versehen sind, die wahlweise verschliess- bar und für eine der Ringkammern offenhaltbar einge richtet sind.
Mit dieser Anordnung können in der Misch- und Trennzentrifuge nur zwei Flüssigkeiten verschiedener Dichte miteinander vermischt oder voneinander getrennt werden. In der Praxis kommt es aber häufig vor, dass noch eine dritte Flüssigkeit mit behandelt werden soll, sei es, dass eine in einer Mischung enthaltene Flüssigkeit nach ihrer Abtrennung aus der Mischung mit einer an deren Flüssigkeit gemischt werden soll, oder sei es, dass eine andere Mischung oder Ausscheidung durchgeführt werden soll, wozu sonst mehrere Zentrifugen erforder lich wären.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Verbes serung der Vorrichtung des Hauptpatentes durch eine entsprechende Ergänzung, damit die gleiche Zentrifuge durch geringfügige Abänderung einiger Verteilerhülsen in den radialen Verteilerrohren der Schleudertrommel vielseitiger, vor allem auch zur gleichzeitigen Behand lung von drei oder mehr Flüssigkeiten zu Misch- oder Trennzwecken verwendbar ist.
Erreicht wird dies dadurch, dass erfindungsgemäss in den Zu- und Ableitungsvorrichtungen Doppelphasen- Verteilermittel vorgesehen sind, um bei Zufuhr einer mit einer Hilfsflüssigkeit unterschiedlicher Dichte ge mischten Hauptflüssigkeit in dem gleichen Verteilermit tel unter dem Einfluss der in diesem erzeugten Zentrifu galkraft die Mischflüssigkeiten voneinander zu trennen und sie in verschiedenen radialen Abständen von der Welle in die Schleudertrommel eintreten zu lassen.
Die Doppelphasen-Verteilermittel bestehen im we sentlichen vorzugsweise aus zwei, mit rohrförmigen Ver teilerhülsen an den Stirnseitenenden aneinanderstossend angeordneten rohrförmigen, austauschbaren Verteiler hülsen, die quergerichtete Durchtrittsöffnungen besitzen und in radialem Abstand voneinander in dem gleichen Verteilerrohr so angeordnet werden können,
dass sie wahlweise je nach ihrer radialen Lage in dem Ver teilerrohr mit ihren quergerichteten Durchtrittsöff- nungen mit beliebigen quergerichteten Durchtrittsöff- nungen des Verteilerrohres in übereinstimmung ge bracht werden können, um die in der Mischung verein ten Flüssigkeiten verschiedener Dichte an verschiedenen radialen Stellen in den Rotor austreten zu lassen.
Zwi schen den extrem voneinander entfernten Enden der Doppelphasen-Verteilerhülsen kann dabei eine aus tauschbare Rohrleitung zum zentralen Durchtritt der Flüssigkeitsmischung bis nahe an die durch die Zentri fugalkraft erfolgende Trennstelle der Flüssigkeiten von einander angeordnet werden, welche die durchfliessende Flüssigkeitsmischung zumindest von einer der Misch flüssigkeiten trennt. Zumindest in einer der Doppel phasen-Verteilerhülsen können quergerichtete Durch trittsöffnungen einem ihrer Enden näherliegend ange ordnet sein, damit mit der gleichen Verteilerhülse je nach ihrer radialen Lage zwei verschiedene radiale Hö henlagen ihrer Durchtrittsöffnungen nach dem Rotor innern hergestellt werden können.
Die vorzugsweise zwi schen den Doppelphasen-Verteilerhülsen angeordnete zentrale Rohrleitung kann aus einem rohrförmigen Teil und einem an der Schleudertrommelwelle zugekehrten Ende desselben angeordneten Ringflansch bestehen, der zwischen den Stirnseitenenden der Verteilerhülse und einer benachbarten geschlossenen Hülse austauschbar und flüssigkeitsdicht eingesetzt ist.
Vorzugsweise weist die der Schleudertrommel näher liegende Doppelpha- senhülse an ihrem der Schleudertrommelwelle zugekehr ten Ende eine Ringnut auf, in welche vorzugsweise der Ringflansch des zentralen Leitungsrohres mit Abdich tung hineinpasst und zusammen mit der restlichen Stirn seitenfläche der Verteilerhülse eine Anschlagfläche für die benachbarte geschlossene Hülse bildet. Der rohrför mige Teil der zentralen Leitung kann im Durchmesser kleiner als die Innenfläche der Verteilerhülse ausgeführt sein und zwischen seiner Aussenfläche und der Innen fläche der Verteilerhülse sowie benachbarter Hülsen einer.
Ringkanal bilden, in welchem die leichtere Flüs sigkeit zurück nach den Austrittsöffnungen der der Trommelwelle näher liegenden Verteilerhülse fliessen kann. Der rohrförmige Teil der zentralen Rohrleitung kann mit seinem äusseren Ende bis nahe an die Durch trittsöffnun-en der äusseren Verteilerhülse heranreichen. Die quergerichteten Durchtrittsöffnungen in der äusse- ren Verteilerhülse können wesentlich kleiner ausgeführt sein als die gegenüberliegenden quergerichteten Durch trittsöffnungen in dem Verteilerrohr.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind in der Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vollmantelzen- trifuge mit verstellbarer Flüssigkeitszufuhr- und -ablei- tungsvorrichtung und der verstellbaren Doppelphasen- Verteilerhülseranordnung im axialen Schnitt, Fig. 2 die in einem Verteilerrohr angeordneten Hül sen und Teile in auseinandergezogener Lage in perspek tivischer Darstellung, Fig. 3 einen Teil eines Verteilerrohres mit den Dop pelphasen-Verteilerhülsen,
in achsparallelem Schnitt, in , Vrösserem 1'"'Iassst#-tb, Fig. 4 die Verteilerhülse für die schwerere Flüssig- keit aus Fig. 3 in Seitenansicht, Fig. 5 eine Schnittdarstellung nach der Linie 5-5 in Fig. 3, in Pfeilrichtung gesehen, Fig. 6 die Verteilerhülse fir die leichtere Flüssigkeit aus Fig. 3 mit dem zentralen Leitungsrohr in Seitenan sicht, zum Teil im Schnitt,
Fig.7 eine Schnittdarstellung nach der Linie 7-7 der Fig. 3 in Pfeilrichtung gesehen.
In Fig. 1 der Zeichnung bezeichnet 10 allgemein eine Misch- und Trennzentrifuge, in welcher die verstell bare Flüssigkeitszufuhr- und -ableitungsvorrichtung mit einer Doppelphasen-Zufuhrvorrichtung 11 eingebaut ist. Da die Grundkonstruktion der Maschine 10 bereits in dem Hauptpatent beschrieben ist, wird hier nur das für die vorliegende Erfindung Wesentliche genauer beschrie ben. Die Zentrifuge 10 weist eine in entsprechenden La gern des Zentrifugengestells drehbar gelagerte Welle 12 auf, auf welcher eine Schleudertrommel oder ein Rotor 14 starr befestigt ist, um mit der Welle 12 zu rotieren.
In der Schleudertrommelwell_e 12 sind entspre chende Durchgangskanäle 16 und 18 für die Zufuhr schwererer Hauptflüssigkeit nach dem Rotor 14 und für die Ableitung davon abgetrennter leichterer Flüssigkei ten vorgesehen. Entsprechende geeignete Durchgangs kanäle 20 und 22 sind für die Zufuhr der leichteren Hauptflüssigkeit nach dem Rotor 14 und für die Ablei- tung der schwereren, davon abgetrennten Flüssigkeit vorgesehen.
Mit der leichteren oder schwereren Haupt flüssigkeit ist vor deren Zufuhr nach der Doppelphasen Zufuhrvorrichtung 11 eine Hilfs- oder Drittphasenflüs- sigkeit vermischt. Demzufolge kann der Durchtrittska- nal 16 oder 20 zur Zufuhr für die Hilfsflüssigkeit in die Doppelphasen-Zufuhrvorrichtung der Zentrifuge 10 und der Durchtrittskanal 18 oder 22 für die Ableitung der Hilfsflüssigkeit aus der Doppalphasen-Zufuhrvor- richtung 11 der Zentrifuge 20 benutzt werden.
Die verstellbare Doppelphasen-Zufuhrvorrichtung 11 (Fig. 1, 3) besitzt radial sich erstreckende Durch gangskanäle 30, durch welche die Hauptflüssigkeit und die Hilfsflüssigkeit dem Rotor 14 zugeführt werden. An dere Durchgangskanäle 30 sind für die anderen Zufuhr vorrichtungen 11 vorgesehen (Fig. 1). Die verstellbare Doppelphasen-Zufuhrvorrichtung 11 umfasst ein Flüs- sigkeitsverteilungsrohr 34 mit innerer Bohrung 36 und über die Länge in Abständen verteilt, reihenweise ange ordnete Öffnungen 44. Jede Reihe dieser Öffnungen 44 ist in Abständen über den Umfang der Rohre 34 verteilt.
In den Rohren 34 sind mehrere mit ihren Stirnseiten aneinanderliegende Hülsen angeordnet, die mit ihrem Aussendurchmesser mit dem Innenbohrungsdurchmes- ser 36 der Rohre 34 so übereinstimmen, dass sie in die Rohre 34 leicht eingeschoben werden können. Von den Hülsen ist eine als äussere Flüssigkeitsverteilerhülse 56 und eine als innere Flüssigkeitsverteilerhülse 58 ausge bildet, welche wirkungsmässig der Welle 12 näher liegt als die Hülse 56.
Alle anderen Hülsen ausser den Hül sen 56, 58 sind mit geschlossener Wandung ohne Perfo rationen ausgerüstet. Die Verteilerhülsen 56, 58 sind mit entsprechenden, über den Umfang verteilten, in Ab ständen voneinander angeordneten Öffnungen 60, 62 versehen.
Wie im Hauptpatent beschrieben, ändert sich die Zahl der Hülsen mit der Anzahl von Flüssigkeitsein- lassstellungen oder Sätzen von Öffnungen 44 in den Rohren. 34. Dabei ist die Zusammenwirkung der Ver teilerhülsen 56, 58 mit den anderen geschlossenen Hül sen so eingerichtet, dass die Sätze von Öffnungen 60, 62 in den Verteilerhülsen 56, 58 mit einem beliebigen Satz von Öffnungen 44 in den Rohren in Übereinstimmung gebracht werden können, um an den jeweiligen Stellen der gleichen Flüssigkeitszufuhrrichtung 11 die Zufuhr für die leichtere Flüssigkeitsphase und eine schwerere Flüssigkeitsphase zum Rotor 14 zu ermöglichen.
Bei der gezeichneten Ausführungsform in Fig. 3 ist eine geschlossene Hülse 64 zwischen den Doppelphasen- Verteilerhülsen 56 und 58 angeordnet. Die geschlosse nen Hülsen 66, 68, 70 und andere, nicht gezeichnete, ge schlossene Hülsen sind mit den Stirnseiten aneinander liegend unterhalb der Verteilerhülse 58 angeordnet.
So sind die Durchtrittsöffnungen 60, 62 der äusseren und der inneren Verteilerhülse 56 bzw. 58 in gleicher radialer Höhenlage mit der äussersten und der von dieser dritten Reihe von Öffnungen 44 des Flüssigkeitsverteilungsroh- res 34 in Cbereinstimmung. In der inneren Verteiler hülse 58 ist eine hohle Rohrleitung 72 mit einem kreis runden Ringflansch 74 an einem Ende in der Hülse 58 lösbar angeordnet.
Das andere, äussere Ende 75 der Rohrleitung 72 reicht radial bis zu einer vorbestimmten radialen Höhenlage in der Nähe der Separationszone für die durch den Zuflusskanal 20 der Zufuhrvorrichtung 11 zuströmende Wie aus Fig. 3 ersichtlich, reicht das äussere freie Ende 75 der Rohrleitung 72 bis kurz unterhalb der un- teren Stirnfläche der Verteilerhülse 56.
Zwischen der äusseren Oberfläche 73 und der im Abstand darin be findlichen gegenüberliegenden inneren Oberfläche der Verteilerhülse 56 und der Hülse 64 wird ein Ringkanal 76 gebildet, dessen Zweck noch später erläutert wird.
Der Ringflansch 74 der Rohrleitung 72 greift in eine Ringnut 77 (Fig. 2) an dem der Welle 12 näher lie genden Ende der Verteilerhülse 58 ein (Fig. 3 und 6). Der äussere Durchmesser des Ringflansches 75 stimmt mit dem äusseren Durchmesser der Ringnut 77 überein, so dass der Flansch 75 in die Ringnut 77 passt. Das Stirnende der anschliessenden geschlossenen Hülse 66 legt sich gegen das Stirnende der Verteilerhülse 58 und gegen den Ringflansch 75 der Rohrleitung 72, so dass die Teile flüssigkeitsdicht aneinander liegen.
Unter Hinweis auf Fig. 1 und 3 ist die Wirkungs weise der Doppelphasen-Flüssigkeitszufuhreinrichtung 11 wie folgt: In dem gezeichneten Ausführungsbeispiel wird eine leichtere Hauptflüssigkeit mit einer schwereren Hilfs flüssigkeit in einem gewünschten Verhältnis gemischt, wobei die Zufuhr der Flüssigkeit durch eine ausserhalb der Zentrifuge befindliche Pumpe erfolgt. Die Mischung, die in der Form einer Dispersion sein möge, wird in dem Zufuhrkanal 20 der Welle 12 gepumpt und gelangt in die verstellbare Doppelphasen-Flüssigkeitszufuhrvor- richtung 11.
Die vollständige Mischung fliesst in der Zu fuhrvorrichtung 11 durch die Rohrleitung 72 radial in Richtung nach dem Umfang des Rotors 14. Da die von dem Rotor 10 erzeugte Zentrifugalkraft auf die Mischung in der Zufuhrvorrichtung 11 genauso wirkt wie auf die Flüssigkeit im Rotor 14, trennen sich die leichtere Haupt flüssigkeit und die schwerere Hilfsflüssigkeit.
Die schwe rere Hilfsflüssigkeit fliesst radial nach aussen in Richtung auf den Umfang.des Rotors 14, während die leichtere Flüssigkeit nach innen in Richtung auf die Welle 12 zu- rückfliesst. Die abgetrennte schwerere Hilfsflüssigkeit wird durch die Doppelphasen-Zufuhrvorrichtung11 über die Verteileröffnungen 60 der äusseren Verteilerhülse 56 weitergeleitet. Die abgetrennte leichtere Hauptflüssigkeit fliesst durch den Ringkanal 76 zurück nach der inneren Verteilerhülse 58 und wird durch die Verteileröffnungen 62 in den Rotor 14 geleitet.
Es ist besonders hervorzu heben, dass der rohrförmige Teil 73 der Rohrleitung 72 und der Ringflansch 72 die leichtere Hauptflüssigkeit von der Mischflüssigkeit in der Rohrleitung 72 trennt und isoliert, so dass die Doppelphasen-Flüssigkeitszu- fuhrvorrichtung als wirksame Trennkammer funktio niert.
Die Länge des rohrförmigen Teiles 73 der Leitung 72 kann verändert werden, um eine maximale Separa- tionswirkung einer Flüssigkeit von der Mischung, die durch die Zufuhrvorrichtung 11 fliesst, zu erreichen, oder zu steuern, bzw. einzustellen.
Je nachdem der Abstand zwischen den Verteiler hülsen 56 und 58 vergrössert oder verkleinert wird (ab weichend von Fig. 3) ist die Länge des rohrförmigen Teiles 73 der Leitung 72 zu verändern, so dass das äussere Ende 75 des rohrförmigen Teiles 73 nahe der neuen Trennzone für die Flüssigkeiten in der Zufuhr vorrichtung 11 zu liegen kommt. Um die austauschbare Rohrleitung 72 in richtige Zusammenwirkung mit den austauschbaren Hülsen 56, 58 zu bringen und eine ma ximale Wirkung zu erreichen, ist die Rohrleitung 72 den durch die Eigenschaften der zu trennenden Flüssigkei ten bestimmten Entfernungen der Verteilerhülsen 56, 58 voneinander anzupassen und ein längeres oder kürzeres Leitungsrohr 72 mit Rohrteil 73 einzusetzen.
Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, sind die Durchtritts- öffnungen 60 der äusseren Verteilerhülse 56 dem einen Ende näher liegend als dem anderen Ende angeordnet. Dadurch besteht die Möglichkeit, mit einer Verteiler hülse 56 in der gleichen Länge und im gleichen radialen Abstand von der Welle 12 in dem radialen Verteilerrohr 34 lediglich durch entsprechende Umkehrung der Ver teilerhülse 56 zwei verschiedene radiale Höhenlagen der Durchtrittsöffnungen 60 für den Durchtritt in den Rotor 14 herzustellen.
So kann die Verteilerhülse 56 entweder wie in Fig. 3 oder umgekehrt wie in Fig. 4 eingelegt werden. Es ist ferner darauf hinzuweisen, dass die Durchtrittsöffnungen 60 wesentlich kleiner als die Öffnungen 44 im Rohr 34 sind. Dadurch werden mit der gleichen Verteilerhülse 56 zwei Separationshöhenlagen mit nur einer Durch trittsöffnung 44 im Rohr 34 ermöglicht. Ferner wird da durch ein Mittel geschaffen, die Geschwindigkeit des Austritts der Flüssigkeit aus der Verteilerhülse 56 der Zufuhrvorrichtung 11 in dem Rotor 14 zu verzögern oder zu drosseln, um mehr Zeit für die Ausscheidung der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitsmischung zu gewin nen.
Diese Möglichkeit, den Austritt der Flüssigkeiten in den Rotor 14 zu kontrollieren und richtig einzustellen, ist besonders vorteilhaft an Stellen, die nahe dem Um fang des Rotors 14 liegen, weil dort die Zentrifugalkraft am stärksten ist.