DE19540488C2 - Verfahren und Einrichtung zur Trennung von mit Feststoffen beladenen Suspensionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Trennung von mit Feststoffen beladenen Suspensionen, beispielsweise zur Entwässerung von Klärschlamm.

Es ist bekannt, Klärschlamm mittels Zentrifugen zu entwässern. Aus der kanadischen Patentanmeldung CA 20 34 918-2 ist eine Zentrifuge mit vertikal stehender Drehachse bekannt. Weiterhin wurde vorgeschlagen, Klärschlamm bei Einlaufen in die Siebtrommel und beim Verteilen so zu führen, daß Zusammenballungen, die zur Verstopfung oder Unwuchten führen können, gar nicht erst entstehen oder sofort wieder aufgelöst werden. Dazu wird der Klärschlamm in axialer Richtung in einen Einlauftopf eingeführt und durch rotierende Führungsbleche in den Innenraum der Siebtrommel gefördert. Zusammenballungen werden verhindert, da diese Führungsbleche den Klärschlamm wie mit Messern durchschneiden. Die Siebtrommel ist mit einem nur Flüssigkeit durchlassenden Vlies ausgekleidet, Feststoffe werden so zurückgehalten und aus der Siebtrommel ausgetragen.

Diese messerartige Trennung des Klärschlamms erfordert sehr hohe Standzeiten der rotierenden Führungsbleche, um den erforderlichen Mengendurchsatz von etwa vier Tonnen pro Stunde zu gewährleisten und Auswechselungen verschlissener Teile in wirtschaftlichen Grenzen zu halten. Zumindest dort sind Materialien einzusetzen, die den Belastungen standhalten können. Der Abscheidegrad kann durch diese Zentrifugen nicht erhöht werden, da die Rotation der Siebtrommel die auf das Wasser wirkenden Fliehkräfte bestimmt. Die höchstzulässigen Umfanngsgeschwindigkeiten der Siebtrommel begrenzen die möglichen Drehzahlen und damit den Abscheidegrad.

Aus der Veröffentlichung von Cieslik, W. und Klich, A.: "Rotationsdynamische Multihydrozyklone in Aufbereitungs­ systemen zur Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen aus hy­ draulischen Gemischen" in "Aufbereitungstechnik", Nr. 11/1988, S. 643-647, ist ein Multihydrozyklon bekannt, welcher einen mit einem Zulaufrohr verbundenen Antriebs­ raum mit einem mittigen Antrieb und konzentrisch um den Antriebsraum angeordnete Beschleuniger mit Einströmöff­ nungen aufweist.

Durch kreisförmige Anordnung einzelner Zyklone wird eine erhöhte Durchsatzmenge erreicht.

Aus der Druckschrift DE-AS 22 06 318 ist eine Vorrichtung zum Trennen und Abscheiden von in einem Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft bekannt. Aus der Beschreibung der Funktionsweise dieser Vorrichtung wird ein Hauptwirbel und mehrere diesen umgebenden Nebenwirbeln bekannt, wobei die Hauptströmung zugleich als Antrieb für die Nebenwirbel gilt.

In der Druckschrift DE 32 39 109 C2 ist eine Vorrichtung beschrieben, die zum Trennen eines Gemisches mittels Fliehkraft dient, wobei sie nebeneinander angeordnete Wirbelkammern enthält, welche mit Übertrittsöffnungen in den Wandungen versehen sind. Es wird eine Ausführungsform mit einem Hauptwirbel und peripher angeordneten Nebenwirbeln dargestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Feststoffbehandlung im Abscheideprozeß und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, mit welchem eine wesentliche Erhöhung des Abscheidegrades bei hohem Mengendurchsatz pro Zeiteinheit erreicht wird.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches sowie des untergeordneten Einrichtungsanspruches dadurch gelöst, daß ein mit Feststoffen beladener, fließfähiger Stoffstrom einen Schweredruck erzeugt, unter diesem Druck in einen Hauptwirbel umgewandelt und am äußeren Umfang in eine Vielzahl von Nebenwirbeln aufgelöst Geschwindigkeitskonzentrationen mit zum Hauptwirbel umgekehrter Drehrichtung erhält, wodurch Trennungen in den Nebenwirbeln in Randwirbel und Feststoffkernwirbelströmungen hergestellt werden, welche koaxial getrennt abgezogen werden. In einer erfindungsgemäßen Einrichtung wird der einlaufende Stoffstrom zunächst in einen Hauptwirbel mit einer rotierenden Masse umgeformt, nachfolgend werden im Bereich der höchsten äußeren Umfangsgeschwindigkeit eine Vielzahl bandartiger Volumenströme abgeschält, in zylindrische Beschleuniger eingeleitet und zu einer Vielzahl von in Nebenwirbeln zu potentialwirbelartig schneller rotierenden Massen mit umgekehrter Drehrichtung umgeformt. Durch nach Innen schnellere Rotation werden leichtere und schwerere Stoffe bzw. Feststoffe und Suspensionen, nachfolgend auch Fluide genannt, getrennt und in Düsenkegeln verdichtet koaxial abgeführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Beispielsweise zur Entwässerung von Klärschlamm wird mit kontinuierlicher axialer Zuführung der Klärschlamm unter einem im Zulauf gebildeten Schweredruck in einer Einrichtung in Rotation eines Hauptwirbels versetzt. Vom äußerem Umfang der rotierenden Massen werden bandartig fließende Volumenelemente abgeschält und durch den Strömungsdruck mit der äußeren Umfangsgeschwindigkeit des Hauptwirbels in eine Vielzahl rotationssymetrischer Beschleuniger eingeleitet. Während der Einlaufphase werden Drehrichtung und Drehimpuls umgekehrt, wobei die kinetische Energie erhalten bleibt. Aus den bandartigen Volumenelementen werden durch Einrollen zu Nebendrehachsen hin potentialwirbelartige Rotationen hergestellt. Fluid bildet fliehkraftbedingt innere Unterdruckkerne, in welche Feststoffe transportiert und Fluid abgeschieden wird. Entsprechend der einströmenden Mengen werden an einer Stirnseite dieser rotierenden Massen in Düsenkegeln räumliche Konzentrationen der separierten Massen in Richtung von Ausströmöffnungen erzeugt, Fluid am äußeren Umfang von Ausströmeinrichtungen und Feststoffe axial schraubenförmig verwunden ausgetragen.

Es resultieren hohe Wirkungsgrade der Abscheidung. Je Zeiteinheit können durch Ausnutzung der Fliehkraftwirkungen und des Drehimpulssatzes für die Erzeugung schnellerer Rotationen größere Massenströme durchgesetzt werden. Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann feststehend oder mobil ausgebildet werden, schwer beherrschbare Unwuchten können nicht mehr entstehen. Die Rotationsgeschwindigkeiten sind durch den Antrieb einstell- und regelbar, d. h., es können in Konsistenz und Zusammensetzung unterschiedliche Stoffströme durch Regelung der Drehgeschwindigkeiten verarbeitet werden.

Erfindungsgemäß ist eine Einrichtung durch einen über einer Hauptdrehachse angeordneten Zulauf und einen unter diesem Zulauf befindlichen Antrieb für die zulaufenden Massen gebildet. Der Antrieb kann als vertikales Kreuz ausgeführt sein, welches auf einer Bodenplatte angeordnet ist, die durch einen Motor angetrieben wird. Um den Antrieb sind über konzentrisch zur Hauptdrehachse Nebendrehachsen mit zylindrischen Beschleunigern angeordnet. Die Beschleuniger weisen seitlich Anströmspitzen auf, welche auf einem inneren Teilkreis den Raum um den Antrieb aufteilen.

An der unteren Stirnseite weisen die Beschleuniger Düsenkegel mit Ausströmöffnungen auf, welche mit einer Abscheideeinrichtung verbunden sind. Oben sind die Beschleuniger mit Deckplatten verschlossen. Die Einrichtung kann in Baugruppen vorgefertigt und auf einem Gestell montiert sein.

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird durch Einschalten des Motors in Betrieb genommen. Der auf der Motorwelle angeordnete Antrieb rotiert mit der vorgesehenen Drehzahl. Wird beispielsweise Klärschlamm in den Zulauf eingeführt, so wird durch die Höhe des Zulaufes der Schweredruck im Klärschlamm und damit die Nachlaufgeschwindigkeit des Klärschlamms im Förderprozeß eingestellt.

Der zulaufende Klärschlamm wird in Rotation überführt. An den Leitflächen der Einströmquerschnitte kann sich ein Wasserfilm als Gleitschicht ausbilden. Durch die Anströmspitzen der Einströmquerschnitte wird eine bandförmige Klärschlammströmung aus der Rotation abgeschält und in die Wirbelräume der Beschleuniger eingeleitet. Dieser Vorgang verläuft zeitlich kontinuierlich, die Einströmgeschwindigkeit in den Einströmquerschnitten ist von der äußeren Umfangsgeschwindigkeit des rotierenden Klärschlamms und damit von der Drehzahl des Antriebes abhängig. Durch eine Drehzahlregelung des Motors kann in einfacher Weise die Einrichtung auf verschiedene Stoffströme eingestellt werden.

Beim Einlauf in die Wirbelkammern wird die Drehrichtung des Klärschlamms als Strömungsdruck ausgenutzt, in die bandförmigen Klärschlammströmungen wird jedoch Drehimpuls mit zur Hauptdrehachse umgekehrten Drehrichtungen eingeleitet.

Nachdem die bandförmig abgeschälten Klärschlammströmungen in den Wirbelkammern einen Umlauf vollzogen haben, beginnt der potentialwirbelartige Einrollprozeß. An den Wandungen der Wirbelkammern kann sich ein Wasserfilm als Gleitschicht bilden, gleichzeitig erfolgen Geschwindigkeitskonzentrationen mit kleiner werdenden Radien. Wird ein Übersetzungsverhältnis von größer sechs zu eins zwischen äußerem Anströmradius und inneren Ausströmradius eingestellt, sinken die Strömungsdrücke im Inneren sehr stark. Das Wasser bildet einen inneren Unterdruckkern aus, welcher sich je nach eingestellter Drehgeschwindigkeit über einem Radius als Grenzschicht markiert. Durch den Düsenkegel wird Wasser nach unten abgezogen und durch eine Abscheideeinrichtung aufgrund der Fliehkraftwirkungen ausgetragen und abgeleitet. Die Abscheideeinrichtung ist durch spaltbildende Kegelstümpfe gebildet. Über die Spaltbreite und die Spaltlängen sowie über den zur Waagerechten eingestellten Winkel kann die Austrittsgeschwindigkeit eingestellt werden. Damit wird gesichert, daß die rotierenden Feststoffe im Inneren der Abscheideeinrichtung auf einem Gleitlager rotieren können, das aus einem Wasserfilm gebildet ist. Die Düsenkegel haben gleichzeitig die Funktion, die in den Wirbelräumen aus dem Wasser in die Unterdruckkerne transportierten Feststoffe mittig zu konzentrieren. Der Vorgang wird erfindungsgemäß durch den kontinuierlichen Klärschlammnachlauf aus dem Zulaufrohr in den Hauptwirbel und die Aufrechterhaltung der äußeren Umfangsgeschwindigkeit durch den Antrieb eingeleitet. Die Feststoffe erhalten in Drehrichtung der Nebendrehachsen Drehimpuls und müssen sich nach den Gesetzen der Drehimpulserhaltung bewegen. Da sie zugleich durch die Einströmquerschnitte ständig durch nachfolgende Feststoffe weitergeschoben werden, stellen sich im Wasser selbständige Feststoffbahnen ein, die konzentrische Kreise ansteigender Umfangsgeschwindigkeiten herstellen. Durch die gegenseitige Abstützung der Feststoffe gelangen sie bis zur Grenzschicht des Unterdruckkernes des Wasserwirbels und treten durch diese Grenzschicht hindurch in einen gasförmigen Inneraum. Noch anhaftendes Wasser wird durch den Unterdruck vom Feststoff gelöst und durch die größer werdenden Fliehkräfte in Richtung Grenzschicht transportiert.

Es wird ein Feststoffkernwirbel hergestellt. Beim Austritt dieses Feststoffkernwirbels aus dem Wasserwirbel findet in den Düsenkegeln eine Massenkonzentration statt, welche durch den zur Drehachse hin sinkenden Strömungsdruck gefördert wird.

Schematisch dargestellt, erfolgen die Platzwechsel der Feststoffteile in den tragenden Wasserpotentialwirbeln in freiwerdende Räume der relevanten Umfangsgeschwindigkeiten entgegen der Drehrichtung der Potentialwirbel nach innen und durch Gravitationswirkungen zu unteren Ebenen hin, wenn mittig ein Feststoffstrom abgezogen wird. Es ist kann gezeigt werden, daß Masseteilchen einer langsameren Umfangsgeschwindigkeit auf dem äußeren Radius ein röhrenförmiges Normpotential bilden, welches über der Höhe gleich ist. Das nächste, innere Normpotential ist durch eine höhere Umfangsgeschwindigkeit gekennzeichnet, welche durch Radienverringerung entstanden ist, ebenso die nach innen weiterhin folgenden, durch Geschwindigkeitskonzentration hergestellten Normpotentiale. In Abhängigkeit von der Ausströmöffnung der Düsenkegel wird das dazu gehörende Normpotential durch Überdruck und Beschleunigung durch Gravitation in eine Translation überführt. Es bildet sich eine Feststoffkernwirbelströmung heraus. Wird ein als schwarze Kugel dargestelltes Feststoffteilchen in diesen Axialstrom gezogen, dann entsteht kurzzeitig ein freier Raum, welcher durch weiße Kugeln, sogenannte Defektkugeln, auf den konzentrischen Stromlinien markiert ist. Durch Gravitationswirkungen und die Potentialwirkung einer schnelleren Umfangsgeschwindigkeit wird ein Feststoffteilchen von einem äußeren Normpotential rückwärts zur Drehrichtung in das weiter innen liegende Normpotential auf den freien Platz beschleunigt. Der freie Platz auf dem Normpotential wird durch ein Feststoffteilchen vom äußeren Normpotential besetzt, die Defektkugel wandert dann zum äußersten Normpotential. Die Masseteilchen wandern nach Innen in den Wirbel, die Defektkugeln entgegengesetzt aus dem Wirbel. Die wirkenden Potentiale Umfangsgeschwindigkeit und Gravitation sind erkennbar, der Feststoffdurchsatz durch Potentialwirbel hängt demzufolge nur von der Translationsgeschwindigkeit der Feststoffkernwirbelströmungen ab.

Im Düsenkegelbereich werden die Feststoffe durch Raumverkleinerungen über den Nebendrehachsen schraubenförmig verwunden, so daß eine drehzahlabhängige Querversteifung der Feststoffkernwirbel vor Ausstritt in die Abscheideeinrichtung eintritt.

Das System dieser Wirbel wird so eingestellt, daß die Summe einströmenden Wassers plus Feststoffe gleich ist der einzeln ausgetragenen Wassermenge und der mittig in Translation rotierend austretenden Feststoffe. Das kann durch die Spaltbreiten der Einströmquerschnitte und die Strömungsgeschwindigkeiten der bandartig abgeschälten Klärschlammströmung sowie durch den Füllstand des Zulaufrohres eingestellt werden. Die Ausströmöffnungen der Düsenkegel sind demzufolge durch den kleinsten erreichbaren Feststoffkernwirbeldurchmesser determiniert. Die Durchmesser der Wirbelkammern der Beschleuniger sind dagegen von der Wandstärke der Wasserwirbelschichten bis zum Unterdruckkern abhängig, die im System einstellbar sind.

Wasser und Feststoffe sind mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einfachster Weise abführbar. Durch die Herstellung bandartig abgeschälter Einzelströme aus einer rotierenden Hauptströmung reduzieren sich die mechanischen Belastungen der Einrichtungen. Strömungsmechanisch ausgeformte Anströmspitzen, welche beispielsweise eine bekannte Bugwulst nutzen, setzen die Leistungsverluste durch Wandreibungen herab und erhöhen die Betriebszeiten dieser Einrichtungen wesentlich. Verstopfungen können nicht auftreten, wenn die Dicke und Länge der Feststoffe des Klärschlamms maximal der Spaltbreite der Einströmquerschnitte der Beschleuniger angepaßt ist. Erfindungsgemäß entsteht die neue Wirkung, aus einer Strömung abzuscheidende Feststoffe im Transportmedium gelagert rotieren zu lassen und in dieser Lagerung wieder in Translation überführt abzuscheiden.

Es ist nunmehr möglich, derartige Einrichtungen in Modul- und Segmentbauweise vorzufertigen und in Typenbaureihen dem erforderlichen Mengendurchsatz pro Zeiteinheit anzupassen. Die Wirtschaftlichkeit bei notwendigen Abscheideprozessen wird wesentlich verbessert.

Die Erfindung soll nachstehend an einem ersten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt A-A einer erfindungsgemäßen Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Platzwechsel und Normpotentiale in einem Beschleuniger,

Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Beschleuniger,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Auslaufvorrichtung eines Beschleunigers.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist eine erfindungsgemäße Einrichtung auf einem nicht dargestellten Gestell angeordnet. Auf einer Hauptdrehachse sind ein Motor 6 und auf der Motorwelle ein Antrieb 4, beispielsweise ein einfaches Kreuz mit senkrechten Flächen oder eine schraubenförmig ausgebildete Beschaufelung, angeordnet. Die Bodenplatte 5 ist zweckmäßig ebenfalls auf der Motorwelle befestigt. Damit wird der Antrieb 4 erweitert, d. h., die Bodenplatte 5 überträgt ebenfalls Drehimpuls in das einlaufende Fluid.

Über dem Antrieb 4 ist ein Zulaufrohr 3 so angeordnet, daß der Antriebsraum 22 vollständig mit fließfähigen Stoffen gefüllt und durch den Füllstand im Zulaufrohr 3 der im System herrschende Schweredruck eingestellt wird. Die kreisförmig um den Antriebsraum 22 angeordneten zylindrischen Beschleuniger 7 weisen im zylindrischen Teil Wirbelkammern 15 auf und sind nach unten durch Düsenkegel 10 mit Ausströmöffnungen 9 begrenzt. Oben sind sie durch Deckplatten 11 abgeschlossen, so daß der eingestellte Schweredruck auch in den Wirbelkammern 15 wirksam ist. Im Anfahrzustand sind die Einströmquerschnitte 8 der Beschleuniger 7 durch nicht dargestellte flächenhafte, druckgesteuerte Ventile geschlossen, welche durch die Leitflächen 14 gebildet werden. Mit Erreichen des Betriebszustandes des Antriebes stellen die Leitflächen 14 den in Fig. 2 dargestellten Öffnungszustand ein. Zwischen den Anströmspitzen 12 und den Leitflächen 14 werden Einströmquerschnitte 8 gebildet, wobei die Anströmspitzen 12 auf einem Teilkreis im Antriebsraum 22 fest angeordnet sind. Gleichzeitig können die Einströmquerschnitte 8 durch Ansteuerung der Leitflächen 14 während des Betriebes verändert und so auf unterschiedliche Stoffströme eingestellt werden. Die Summe der Ausströmöffnungen 9 der Beschleuniger 7 steht strömungsmechanisch in einem definiertem Verhältnis zu den Einströmquerschnitten 8 sowie zum Querschnitt des Zulaufrohres 3. Dieses Verhältnis ist so determiniert, daß in den Beschleunigern 7 die erforderliche Wirbelbildung nicht gestört wird.

Erfindungsgemäß weist die Einrichtung gegenüber bekannten Zentrifugen den Vorteil auf, daß nur noch über der Hauptdrehachse 1 ein rotierender Antrieb 4 vorhanden ist und alle anderen Baugruppen feststehend sind. Unwuchten durch Maschinenelemente oder Fördergut sind ausschließbar. Der Antrieb 4 kann keine Unwuchten erhalten, weil er in den Hauptwirbel 16 des fließfähigen Stoffes unter Schweredruck eingeschlossen ist. Es resultieren konstruktiv und technologisch einfache und wirtschaftliche Bauarten. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in Modulbauweise hergestellt und in Typenreihen an erforderliche Mengendurchsätze pro Zeiteinheit angepaßt werden.

Die Realisierung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte soll am Beispiel von Klärschlammentwässerung beschrieben werden. Wird die erfindungsgemäße Einrichtung in Betrieb gesetzt, erfolgt zunächst die Beschleunigung des eingefüllten Klärschlamms im Antriebsraum bis zur festgelegten Drehzahl des dadurch hervorgerufenen Hauptwirbels 16. Durch Fliehkraftwirkung wird an den Leitflächen 14 ein Wasserfilm gebildet, so daß die Feststoffe auf dieser Schicht gleiten können. Durch Einstellung der Leitflächen 14 werden Einströmquerschnitte 8 gebildet. Die feststehenden Anströmspitzen 12, beispielsweise mit einer bekannten Bugwulst ausgerüstet, beginnen vom äußeren Umfang des Hauptwirbels 16 bandartig fließende Klärschlammströme abzuschälen und durch die Einströmquerschnitte 8 in die Beschleuniger 7 einzuleiten. Hierbei entsteht ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Weise, daß die äußere Umfangsgeschwindigkeit des Hauptwirbels 16 zugleich die Einlaufgeschwindigkeit in die Beschleuniger 7 ist. Da die Drehzahl des Antriebes 4 in einfacher Weise über den Motor 6 geregelt werden kann, ist auch die Einlaufgeschwindigkeit in den Einströmquerschnitten 8 regelbar. Der Hauptwirbel 16 bildet das Geschwindigkeitsfeld einer Festkörperdrehung, d. h., die Umfangsgeschwindigkeit nimmt mit Vergrößerung des Radius zu. Die in den Wirbelkammern 15 der Beschleuniger 7 herzustellenden Nebenwirbel 17 kehren den Vorgang der Umfangsgeschwindigkeitsentwicklung in einen Potentialwirbel um. Der im Hauptwirbel eingeleitete Drehimpuls und die Drehrichtung der bandartig abgeschälten Klärschlammströme werden im Beschleuniger 7 umgekehrt, d. h., die Strömungsenergie bleibt erhalten. Damit folgt aus Gründen der Energieerhaltung eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit in den Nebenwirbeln 17 bei Radienverkleinerung der zunächst bandartig einzurollenden Klärschlammströme. Zugleich aber finden nach Fig. 4 Ausgleichprozesse statt, welche einen Wasserwirbel 18 an der äußeren Mantelfläche abstützen. Dieser muß entsprechend der Fliehkraftwirkungen einen inneren, gasgefüllten Unterdruckkern 19 ausbilden, welcher durch eine rotierende Grenzschicht 20 markiert ist. Die bandartige Einrollung der abgeschälten Klärschlammströme wird in einem Potentialwirbel umgebildet, Feststoffe bewegen sich im Wasserwirbel auf konzentrischen Kreisen und führen Platzwechsel aufgrund von wirkenden Potentialen zur Mitte hin durch.

Da in der Potentialwirbeltheorie kein Massestrom auftritt, muß der Energietransport verlustfrei erfolgen. In Fig. 3 sind die Umfangsgeschwindigkeiten als Normpotentiale N1 bis N4 auf konzentrischen Kreisen dargestellt, welche aus Gründen der Energieerhaltung Bestand haben müssen. Wie in Fig. 3 schematisch dargestellt, erfolgen die Platzwechsel der Feststoffteile in, den tragenden Potentialwirbeln in freiwerdende Räume der relevanten Normpotentiale N1 bis N4 entgegen der Drehrichtung der Potentialwirbel nach innen und durch Gravitationswirkungen zu unteren Ebenen hin. In Fig. 3 ist ein solcher Platzwechselablauf schematisch beschrieben. Es kann gezeigt werden, daß Feststoffteilchen einer langsameren Umfangsgeschwindigkeit auf dem äußeren Radius ein röhrenförmiges Normpotential N1 bilden, welches über der Höhe aus Gründen der Energieerhaltung gleich ist. Das Normpotential N2 ist durch eine höhere Umfangsgeschwindigkeit gekennzeichnet, welche durch Radienverringerung entstanden ist, ebenso die Normpotentiale N3 und N4. Wird ein als schwarze, Kugel dargestelltes Feststoffteilchen in den Axialstrom gezogen, dann entsteht kurzzeitig ein freier Raum, welcher durch weiße Kugeln, sogenannte Defektkugeln, auf den konzentrischen Stromlinien markiert ist. Durch Gravitationswirkungen und die Potentialwirkung einer schnelleren Umfangsgeschwindigkeit wird ein Feststoffteilchen von einem äußeren Normpotential N3 rückwärts in das Normpotential N4 auf den freien Platz durch Gravitation beschleunigt. Der freie Platz auf dem Normpotential N3 wird durch ein Feststoffteilchen vom Normpotential N2 besetzt, die Defektkugel wandert dann zum Normpotential N1. Die Feststoffteilchen wandern durch die Grenzschicht 20 nach Innen in den Feststoffkernwirbel 21, die Defektkugeln entgegengesetzt aus dem Feststoffkernwirbel 21 heraus. Die wirkenden Potentiale Umfangsgeschwindigkeitsdifferenzen und Gravitation sind erkennbar, der Feststoffdurchsatz durch einen Wasserwirbel 18 sowie einen Feststoffkernwirbel 21 hängt demzufolge nur von der Translationsgeschwindigkeit der Feststoffkernwirbelströmungen ab. Die Vorgänge sind reproduzierbar.

Diese Vorgänge sind in Fig. 4 in anderer Darstellung näher erläutert. In einem Querschnitt eines Beschleunigers 7 sind die Wirbelformierungen dargestellt. Die Grenzschicht 20 des durch Fliehkraftwirkungen gebildeten Wasserwirbels 18 markiert den Unterdruckkern 19, welcher mit Luft gefüllt ist, die durch die Ausströmöffnung 9 des Düsenkegels 10 eintritt. Beim Passieren der Grenzschicht 20 durch die Feststoffteilchen wird durch den Unterdruck Wasser von den Feststoffteilchen gelöst und durch die Fliehkräfte wieder in Richtung Grenzschicht 20 transportiert. Bei der Entwässerung der Feststoffe treten erfindungsgemäß mehrere Kräfte auf, wodurch der Abscheidegrad wesentlich erhöht wird. Im Düsenkegel erfolgt durch Gravitation und Rotation eine Verdichtung der Feststoffteilchen im Feststoffkernwirbel 21, wodurch eine schraubenförmige Verwindung im Feststoffkernwirbel 21 eintritt. Der Wasseraustrag erfolgt im Wesentlichen über die Grenzschicht 20, die im Bereich des Düsenkegels 10 zur Ausströmöffnung 9 hin verringert wird. Dadurch wird eine Gleitlagerung für den Feststoffkernwirbel 21 aufrechterhalten.

Wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, besteht die Abscheidevorrichtung 13 aus mit definierten Spaltbreiten übereinandergeschichteten Kegelscheiben 23. Durch den Winkel der Spaltanordnungen und die Spaltbreiten wird der erforderliche Druck für die innere Gleitlagerung des Feststoffkernwirbels 21 eingestellt. Die abnehmende Schichtdicke der Gleitlagerung durch Wasser stellt eine Querschnittserweiterung für den Feststoffkernwirbel 21 her, welche durch Durchmessererweiterungen der Kegelscheiben 23 weitergeführt werden können.

Wasser und Feststoffe können in einfacher, nicht dargestellter Form weitergeleitet werden. Der Düsenkegel kann zweckmäßigerweise aus Kegelscheiben 23 gebildet werden, wenn die abzuleitenden Wassermengen dies erfordern.

Bezugszeichenliste

1

= Hauptdrehachse

2

= Nebendrehachsen

3

= Zulaufrohr

4

= Antrieb

5

= Bodenplatte

6

= Motor

7

= Beschleuniger

8

= Einströmquerschnitte

9

= Ausströmöffnungen

10

= Düsenkegel

11

= Deckplatte

12

= Anströmspitzen

13

= Abscheidevorrichtung

14

= Leitflächen

15

= Wirbelkammer

16

= Hauptwirbel

17

= Nebenwirbel

18

= Wasserwirbel

19

= Unterdruckkern

20

= Grenzschicht

21

= Feststoffkernwirbel

22

= Antriebsraum

23

= Kegelscheiben

Claims (8)

1. Verfahren zur Trennung von mit Feststoffen beladenen Suspensionen durch Fliehkraft, wobei ein mit Feststoffen beladener, fließfähiger Stoffstrom durch einen Antrieb in eine als Hauptwirbel rotierende Masse umgewandelt wird, im Bereich der höchsten äußeren, antriebsgeregelten Umfangsgeschwin­ digkeit des Hauptwirbels eine Vielzahl bandartiger Volumenströme ab­ geschält werden, die bandartigen Volumenströme mit Umfangs­ geschwindigkeit in Beschleuniger eingeleitet werden und dort in den zylindrischen Wirbelkammern Drehrichtung und Drehimpuls gegenüber dem Hauptwirbel in entstehenden Nebenwirbeln umgekehrt wird, durch die erhalten bleibende Strömungsenergie aus Gründen der Energieerhaltung die Nebenwirbel nach innen ansteigende Umfangsgeschwindigkeiten aufweisen sowie Randwirbel mit Unterdruckkerngrenzschicht und Feststoffkernwirbelströmungen im Unterdruckkern ausgebildet werden und die Randwirbel und Feststoffkernwirbelströmungen in Richtung Ausströmöffnungen beschleunigt koaxial getrennt abgezogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Nebenwirbeln hergestellte Randwirbel sowie Feststoffkernwirbelströmungen in Düsenkegeln zu Ausströmöffnungen hin abgelenkt werden und Randwirbel im Grenzschichtbereich zur Wandung durch einen Wasserfilm eine Gleitschicht für die Feststoffkernwirbelströmung bilden und über die Feststoffkernwirbelströmung durch Gravitation, Druck und Rotation schraubenförmig verwunden eine Massenkonzentration einstellbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bandartige Volumenströme im Bereich der größten Umfangsgeschwindigkeit eines Hauptwirbels in mehreren Ebenen abgeschält werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur koaxialen Abscheidung von Fluiden spaltbildende Kegelschei­ ben vor und/oder nach Ausströmöffnungen von Beschleunigern innere Grenzschichten aus Fluid herstellen, in diesen Grenzschichten Fluid aus den Beschleunigern ausgetragen und Fluidabscheidungen aus axial ausströmenden Feststoffkernwirbelströmungen aufgenommen und ausgetragen werden.

5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Hauptdrehachse (1) ein Zulaufrohr (3) über einem Antriebsraum (22) mit einem mittigen Antrieb (4) angeordnet ist, konzentrisch um den Antriebsraum (22) auf Nebendrehachsen (2) zylindrische Beschleuniger (7) mit Einströmöffnungen (8) und Leitflächen (14) angeordnet sind, welche oben mit Deckplatten (11) und unten durch Düsenkegel (10) mit Ausströmöffnungen (9) begrenzt sind
und daß ein Druckpotential bedingt durch den Schweredruck im Zulaufrohr (3) sowie die durch den Antrieb (4) erzeugte Rotation bis zu den Ausströmöffnungen (9) der Beschleuniger (7) wirkt.

6. Einrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß Anströmspitzen (12) und Leitflächen (14), als Ventile ausgebildet, Einströmquerschnitte (8) querschnittsveränderlich einstellen.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an Düsenkegeln (10) mit Ausströmöffnungen (9) Abscheidevorrichtungen (13) mit spaltbildenden Kegelscheiben (23) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Düsenkegel (10) und Abscheidevorrichtungen (13) teilweise oder ganz aus Kegelscheiben (23) gebildet sind.