DE19962645C2 - Wehreinrichtung für eine Zentrifuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wehreinrichtung für eine Zentrifuge, insbesondere Vollmantelschneckenzentrifuge für Zwei- und Mehrphasenbetrieb, bei der eine geklärte Flüssigkeit über ein mit der umlaufend angetriebenen Zentrifugentrommel umlaufendes Wehr aus dem Inneren der Zentrifugentrommel nach außen durch einen Durchlass abgelassen wird, der zwischen dem Wehr und einem diesem zugeordneten, axial verstellbaren Drosselelement gebildet ist, dessen axiale Verstellung die axiale Weite des Durchlasses beeinflusst und dessen dadurch einstellbare Drosselwirkung die Teichtiefe innerhalb der Zentrifugentrommel entsprechend verändert.

Bekannte Zentrifugen der in Rede stehenden Art sind in der Regel nach der Vorstellung gestaltet, die Teichtiefe, d. h. die radiale Abmessung zwischen der Trommelinnenwandung und der sich im Betrieb aufgrund der Zentrifugalkraft einstellenden etwa zylindrischen Oberfläche des Teichspiegels zur Rotationsachse hin gesehen, dadurch zu bestimmen, dass die Überlaufkante eines Wehres entsprechend radial einstellbar ist.

Bekannte Zentrifugen sind im Abflussbereich einer geklärten Flüssigphase mit Durchbrechungen versehen, die selbst als Wehr dienen können, vielfach sind aber diese Durchbrechungen in Strömungsrichtung nachgeordnete Wehrscheiben zugeordnet, die die eigentliche Überlaufkante für die abzulassende Flüssigkeit bilden und wegen ihrer Austauschbarkeit gestatten, zumindest eine erste Voreinstellung der Teichtiefe festzulegen.

Als Beispiel für Möglichkeiten, die Überlaufkante eines Wehres veränderlich zu gestalten, um damit die Teichtiefe innerhalb der Zentrifugentrommel zu bestimmen, wird auf die DE 39 21 327 A1 Bezug genommen. Dort ist eine Vielzahl von Möglichkeiten aufgezeigt, radiale Wehrverstellungen, unter anderem auch durch koaxial zur Rotationsachse der Zentrifugentrommel verlaufende Einstell­ bewegungen, vorzunehmen; in diesem Zusammenhang sind auch balgförmige Elemente eingesetzt.

Eine Wehreinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 43 20 265 C2 bekannt; dort ist dem Wehr nach außen hin gesehen eine Drosselscheibe axial beabstandet zugeordnet, zwischen der und dem Wehr ein Durchlass gebildet ist, durch den die abzulassende Flüssigkeit etwa radial abströmt. Die Drosselscheibe übergreift dabei nach radial innen gesellen zum Teil die Überströmöffnungen des Wehres. Die Drosselscheibe ist axial verstellbar, so dass die axiale Weite des Durchlasses einstellbar ist. Durch die Drosselwirkung des Durchlasses ist aufgrund des Strömungswiderstandes der abzulassenden Flüssigkeit unter Berücksichtigung des Zulaufes etc. die Teichhöhe der Suspension innerhalb der Zentrifugentrommel einstellbar. Bei dieser bekannten Zentrifuge steht die Drosselscheibe gegenüber der mit hoher Drehzahl angetriebenen Zentrifugentrommel und damit dessen Wehr jedoch still, so dass erhebliche energetische Verluste entstehen (Flüssigkeitsbremse). Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass aus der in den Durchlass und dort aufgrund der Differenzgeschwindigkeit zwischen Wehr und Drosselscheibe heftigen Turbulenz Flüssigkeit radial abspritzt und damit in den Bereich des Trommellagers gerät. Eine solche Beeinträchtigung des Trommellagers verursacht zunehmenden Wartungsaufwand. Bei Abschalten der Zentrifuge entsteht überdies ein Flüssigkeitsschwall in Richtung Trommellager.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wehreinrichtung der eingangs genannten Art hinsichtlich des Bedarfs an Antriebsenergie und insbesondere auch des Wartungaufwandes günstiger zu gestalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen Wehreinrichtung dadurch gelöst, dass das Drosselelement mit der Zentrifugentrommel und damit dem Wehr umlaufend angeordnet und als in axialer Richtung verformbare Scheibe, (Membrane), ausgebildet ist.

Durch die für Wehr und über den Durchlass benachbarte Drosselelement identische Rotationsgeschwindigkeit wird die aus der Zentrifugentrommel nach außen abgelassene Flüssigkeit insoweit hinsichtlich ihrer Strömungsverhältnisse nicht beeinträchtigt. Bremsende Einwirkungen und damit entsprechender Energieaufwand werden vermieden. Abspritzerscheinungen der abgelassenen Flüssigkeit in Richtung des Trommellagers sind bereits von daher insoweit herabgesetzt.

In besonders bevorzugter Ausführung ist das Drosselelement als in axialer Richtung verformbare Scheibe nach Art einer Membran ausgebildet, die vorzugsweise auf ihre im Durchlass, d. h. dem Wehr, abgewandten Seite mit einer die Verformung bedingenden steuerbaren Kraft beaufschlagbar ist. Die Verformung der Membran in Richtung auf das Wehr zu und damit in Richtung einer Verringerung der axialen Weite des Durchlasses wird vorzugsweise durch ein pneumatisches oder hydraulisches steuerbares Druckmedium gezielt einstellbar bewirkt. Auch mechanische Einstellvorrichtungen sind möglich, insbesondere, wenn das Drosselelement nach Art eines Kolbens anstelle einer Membran ausgebildet wird.

Die Ausbildung des Drosselelementes als Membran, die grundsätzlich nur an ihrer äußeren Peripherie - Anschluss an die Zentrifugentrommel - oder an ihrer inneren Peripherie - Anschluss an die Zentrifugentrommelnabe - an der Trommel festgelegt sein muss, bietet in bevorzugter Ausführung die Möglichkeit, beide Peripheriebereiche an die Zentrifugentrommel anzuschließen und damit insoweit die Trommellagerung völlig von der abgelassenen Flüssigkeit zu isolieren. Zu diesem Zwecke kann beispielsweise ein sich radial erstreckender Flanschring vorgesehen sein, der zugleich mit der Membrane an der Trommelnabe festgelegt ist und der in seinem radial äußeren Bereich die äußere Peripherie der ringförmigen Membrane hält. Durch die damit mögliche verhältnismäßig völlige Abschirmung des Trommellagers ist auch dessen Beeinflussung durch das Zusammenbrechen des Flüssigkeitsringes innerhalb der Zentrifuge bei deren Abschalten und damit hervorgerufenem Flüssigkeitsschwall beherrschbar.

Die Membrane kann aus einem metallischen Werkstoff bestehen; die hier in Betracht zu ziehenden Verformungswege in Richtung einer drosselnden Spaltverengung sind verhältnismäßig gering. Die Membran kann aber auch aus einem elastischen Kunststoff - gegebenenfalls Mehrschichtkomposition - bestehen, wobei die dem Durchlass bzw. Wehr zugewandte Seite der Membrane mit einer Abrasions- und/oder Erosionsschutzbeschichtung oder dergleichen versehen sein kann.

Auf der axial dem Durchlass abgewandten Seite der Membran kann eine Druckmittelkammer vorgesehen sein, die je nach Art des Druckmittels bzw. der Druckmittelzufuhr unterschiedlichen Bedingungen genügt; wird das Druckmittel - beispielsweise in Gestalt einer steuernden Wassermenge - von radial innen her über einen Ringkammereinlass zugeführt, so dass also die Druckwirkung dieses Wassers durch die Zentrifugalkraft hervorgerufen wird, dann ist die Druckmittelkammer im radial äußeren Bereich mit einer kleinkalibrierten Auslassöffnung dergestalt versehen, dass man durch Steuerung der der Druckmittelkammer im radial inneren Bereich zugeführten Flüssigkeitsmenge unter Abzug der durch den Auslaß abströmenden Flüssigkeitsmenge die Füllung der Druckmittelkammer und damit die axiale Verformungsbeaufschlagung der Membrane bestimmen kann. Eine andere Möglichkeit der Druckbeaufschlagung der Druckmittelkammer hydraulisch oder pneumatisch besteht darin, dass das Druckmittel über eine sogenannte Drehdurchführung zugeführt wird, das ist eine Einrichtung zur Übertragung von Druckmedien zwischen einer feststehenden Zuführung und einer rotierenden Weiterleitung unter möglichst geringem Druckverlust bzw. Leckage.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung der anschließend abgehandelten Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 3, auf die besonders Bezug genommen wird und deren nachfolgende Beschreibung die Erfindung näher erläutert; die Ausführungsbeispiele beziehen sich sämtlich auf die Verwirklichung der erfinderischen Maßnahmen an einer Vollmantelschneckenzentrifuge. Es zeigt:

Fig. 1 den den Flüssigkeitsablass aufweisenden Endbereich einer Vollmantelschneckenzentrifuge im Axialschnitt, bei der die Durchbrechungen im Stirnwandbereich des Trommelendes selbst das Wehr bilden;

Fig. 2 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 mit einer den Durchbrechungen im Stirnwandbereich der Zentrifugentrommel nachgeschalteten ringförmigen Wehrscheibe;

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 1 mit einer abgewandelten Druckmittelkammerbeaufschlagung.

In den Figuren ist mit 1 eine Vollmantelschneckenzentrifuge - auch Dekanter genannt - hinsichtlich ihres die Abscheidung der geklärten Flüssigkeit enthaltenden axialen Endbereiches gezeigt; nach links über die Ausdehnung der Zentrifuge verlängert befindet sich der Feststoffaustrag. In einfachster Weise handelt es sich dabei um einen Zweiphasendekanter, d. h. eine zur Trennbehandlung in den Trommelinnenraum aufgegebenen Suspension - Feststoff-Flüssigkeits-Gemisch - wird unter Fliehkraft in den Feststoffanteil und den von diesem geklärten Flüssigkeitsanteil getrennt, welch letzterer im hier interessierenden Umfang aus der dargestellten linken Abschlussseite des Dekanters abgelassen wird.

Im Inneren der Zentrifugentrommel 2 ist eine insgesamt mit 3 bezeichnete, koaxial zur Trommel 2 angeordnete Schnecke aus Schneckennabe 4 und Schnecken­ wendel 5 in in diesem Zusammenhang bekannter Weise vorgesehen. Die Trommelnabe 7 ist über ein Wälzlager 8 an dem Lagerbock bzw. Maschinenbett 10 gehalten, während die Schnecke bzw. Schneckennabe 4 über ein Schneckenlager 9 an der Trommelnabe 7 abgestützt ist.

In der Stirnwandung - generell radial zur Rotationsachse der Trommel 2 erstreckt - sind in Axialrichtung gesehen Durchbrechungen 11 annähernd beliebiger Querschnittsgestalt - kreisringförmig, rechteckig bzw. oval etc. - vorgesehen, die dem Durchtritt der abzulassenden geklärten Flüssigkeit dienen. Im Beispiel nach den Fig. 1 und 3 bilden die radial außen liegenden Randbereiche dieser Durchbrechungen 11 zugleich das Wehr 20' im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre.

Diesen Durchbrechungen 11 bzw. deren radial äußerer Berandung und damit dem Wehr 20' axial nach außen hin folgend ist eine Membrane 12 zugeordnet, die mittels Schrauben 21 und 23 unter Zwischenaufnahme eines Flanschringes 22 an der Trommelnabe 7 in ihrem inneren Peripheriebereich festgelegt ist. Der radial äußere Endbereich des Flanschringes 22 hält mittels Schrauben 23 den peripher äußeren Bereich der kreisringförmigen Membrane 12.

Die über den radial äußeren Kantenbereich der Durchbrechungen - Fig. 1 und 3 - abfließende Flüssigkeit wird aufgrund ihrer Zentrifugalkomponente außerhalb der Trommel 2 radial nach außen abgeschleudert und durchtritt dabei den Durchlass 13, der sich als Umfangsringspalt darstellt, grundsätzlich aber auch unterbrochen sein kann. Der Durchlass wird axial nach außen durch die Membrane 12 begrenzt, befindet sich also in erster Linie zwischen dem Wehr 20' - radial äußerer Bereich der Durchbrechungen 11 in den Fig. 1 und 3 - und der Membrane 12. Eine axiale Ausdehnung der Membrane 12 in Richtung auf das Wehr 20' führt zu einer axialen Verminderung der Durchtrittsweite des Durchlasses 13 und somit zu einer Drosselung der aus dem Trommelinneren über das Wehr 20' außen radial austretenden geklärten Flüssigkeit mit der Folge, dass die Teichtiefe der Suspension im Inneren der Zentrifugentrommel ansteigt. Bei Vergrößerung der axialen Weite des Durchlasses 13 tritt der entgegengesetzte Effekt ein, wodurch die axiale Versetzung der Membranmitte eine Steuerung der Teichtiefe ermöglicht.

Die Steuerung der axialen Versetzbewegung der Membran 12 auf das Wehr 20' zu unter Erhöhung der Drosselwirkung und die rückläufige Verringerung der Drosselwirkung generell unter der Rückbewegung der Drosselscheibe aufgrund ihrer Elastizität und dem Flüssigkeitsdruckes der abzulassenden Flüssigkeit im Durchlass - kann auch gezielt von außen beeinflusst werden - geschieht über eine Druckmittelkammer 14, die als ringförmiger Raum konzentrisch zur Trommeldrehachse zwischen der Membrane 12 und dem Flanschring 22 vorgesehen ist. Diese Druckmittelkammer 14 wird in ihrem radial inneren Bereich über eine Druckmittel-Zuführleitung 15 gespeist und weist in ihrem radial äußeren Endbereich einen Kammerauslass 17 aus, der kleiner kalibriert, d. h. gegenüber dem Einlass gedrosselt ausgebildet ist. Diese Ausführung nach den Fig. 1 und 2 geht von der Vorstellung aus, ein Druckmittel, beispielsweise Wasser, über einen Zuführkanal 18 in einen Ringkammereinlass 16 einzuleiten, von dem aus die Druckmittelleitung 15 radial in die Druckmittelkammer 14 führt, so dass das auf diese Weise eingeleitete Wasser - andere Flüssigkeiten natürlich möglich - unter Fliehkraft Druck in der Druckmittelkammer 14 erzeugt. Der Druck und die Füllungshöhe und damit die Kraft auf die Membrane ist abhängig von der durch die Zuführleitung 15 eingegebenen Flüssigkeitsmenge im Verhältnis zu der durch den Kammerauslass 17 abgegebenen Flüssigkeitsmenge - konstant - so dass die Kraft und damit die Auswölbung der Membrane 12 in Richtung Verengung des Durchlasses 13 von der Menge der durch die Leitung 15 zugeführten Flüssigkeit ist.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von demjenigen gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch, dass den Durchbrechungen 11 in der Stirn­ wandung 6 der Trommel 2 in Strömungsrichtung nachgeschaltet, d. h. von außen, eine Wehrscheibe 20 verdrehfest zugeordnet ist, die ringförmig - gegebenenfalls auch mit Öffnungen und Einschnitten - in Strömungsrichtung den Durchbrechungen nachgeschaltet insoweit die Teichtiefe vorbestimmend gegebenenfalls auswechselbar ausgebildet ist. Ansonsten entspricht funktionsmäßig das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 demjenigen gemäß Fig. 1.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel wiedergegeben, dessen grundsätzliche Anordnungen - wie die übereinstimmenden Bezugsziffern ausweisen - mit denjenigen der Fig. 1 und 2 übereinstimmen. Abweichend davon ist die Druckmittelkammer 14 nicht mit einem radial äußeren Kammerauslass versehen. Die Druckverhältnisse in der Kammer 14 werden daher ausschließlich über die Druckmittelzuführleitung 15 und den vorgeschalteten Zuführkanal 18 bestimmt. Damit muss der Druckzustand in der Kammer 14 durch das von außen eingespeiste Druckmedium ausschließlich bestimmt werden. Zu diesem Zwecke benötigt man eine sogenannte Drehdurchführung die bei 19 im Übergangsbereich zwischen den stationären und den rotierenden Teilen der Zentrifuge vorgesehen ist und in bekannter Weise die Überleitung von Druckmedien bzw. Druckzuständen ohne größere Verluste gestattet.

Claims (12)

1. Wehreinrichtung (12, 13, 20') für ein Zentrifuge, insbesondere Vollmantelschneckenzentrifuge (1) für Zwei- und Mehrphasenbetrieb, bei der eine geklärte Flüssigkeit über ein mit der umlaufend angetriebenen Zentrifugentrommel (2) umlaufendes Wehr (20, 20') aus dem Inneren der Zentrifugentrommel (2) nach außen durch einen Durchlass (13) abgelassen wird, der zwischen dem Wehr (20, 20') und einem diesem zugeordneten, axial verstellbaren Drosselelement (12) gebildet ist, dessen axiale Verstellung die axiale Weite des Durchlasses (13) beeinflusst und dessen dadurch einstellbare Drosselwirkung die Teichtiefe innerhalb der Zentrifugentrommel (2) entsprechend verändert, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement (12) mit der Zentrifugentrommel (2) und damit dem Wehr (20, 20') umlaufend angeordnet ist und als in axialer Richtung verformbare Scheibe, (Membrane), ausgebildet ist.

2. Wehreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Scheibe auf ihrer dem Durchlass (13) abgewandten Seite mit einer die Verformung bedingenden steuerbaren Kraft beaufschlagbar ist.

3. Wehreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die axiale Verstellung der Membrane (12) ein pneumatisches oder ein hydraulisches, steuerbares Druckmedium vorgesehen ist.

4. Wehreinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (12) an wenigstens einer ihrer Peripherbereiche - außen oder innen - mit der Zentrifugentrommel (2) bzw. der Trommelnabe (7) fest verbunden ist.

5. Wehreinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (12) als kreisringförmig die Rotationsachse umfassendes Drosselelement in einem ihrer peripheren Randbereiche - innen oder außen - mit der Zentrifugentrommel (2) unmittelbar fest verbunden und der jeweils andere Randbereich über einen in diese feste Verbindung aufgenommenen, sich radial erstreckenden Flanschring (22) oder dergleichen insoweit mittelbar mit der Zentrifugentrommel (2) drehfest verbunden ist.

6. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (12) aus einem metallischen Werkstoff besteht.

7. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (12) aus einem elastischen Kunststoff - auch Mehrschicht­ komposition - besteht.

8. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Durchlass (13) zugewandte Seite der Membrane (12) mit einer Abrasions- und/oder Erosionsschutzbeschichtung oder dergleichen versehen ist.

9. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Durchlass (13) axial abgewandten Seite sich der radial erstreckenden Membrane (12) eine Druckmittelkammer (14) ausgebildet ist.

10. Wehreinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelkammer (14) einen radial nach innen gerichteten Einlasskanal (15) für eine regulierbare Steuerflüssigkeit, insbesondere Wasser, aufweist und mit einem hinsichtlich des Strömungswiderstandes bzw. des Durchmessers kleiner bemessen, außen abführenden Abflusskanal (17) versehen ist.

11. Wehreinrichtung nach Anspruch 9, 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmittelkammer (14) strömungstechnisch an einen Einlasskanal (15, 18) angeschlossen ist, der seinerseits eingangsseitig mit einer insoweit druckdichten Drehdurchführung (19) verbunden ist, über welche der Druckmittelkammer (14) ein drucksteuerbares Medium - pneumatisch oder hydraulisch - zuführbar ist.

12. Wehreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr (20') hinsichtlich des Überlaufes durch die radial äußeren Berandungen von Durchbrechungen (11) der Zentrifugentrommel (2) unmittelbar und/oder - diesen gegebenenfalls einstellbar - strömungstechnisch nachgeordneten Wehrelemente (20) gebildet ist.