DE4021085C1 - Reversible flow filter for coarse contamination - has concave screen element with backwashing rotor below, which operates in cooling waterline - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rückspülfilter für Grobver­ schmutzungen in Flüssigkeiten, insbesondere im Kühlwasser für Wärme­ tauscher, mit einem rotationssymmetrischen Siebelement, das koaxial innerhalb der Kühlwasserleitung über deren gesamten Querschnitt an­ geordnet ist, und einem koaxialen Absaug- und Rückspülrotor mit an­ und abströmseitigen Dichtlippen, der das Siebelement auf der An­ strömseite rotierend überstreicht, wobei das konkav geformte Sieb­ element als einteilige, selbsttragende Kugelkalotte ausgebildet ist, das von einem kreisbogenförmigen Rückspülrotor konstanter Breite überstrichen ist.

Ein derartiger Rückspülfilter ist aus der DE 34 19 698 A1 bekannt. Bei einem solchen Rückspülfilter mit einem konkav geformten Sieb­ element als einteilige selbsttragende Kugelkalotte besteht jedoch die Gefahr, daß bei Entlanggleiten des Rückspülrotors großstückige Verunreinigungen, die in der Größe des Abstandes von der Rotorvor­ derkante zur Siebfläche liegen und sogar noch größer sind, nicht in den Absaugspalt gelangen, sondern ständig vor dem Rückspülrotor her­ geschoben werden oder sich im Spalt verklemmen, was zu einer Schä­ digung der Anlage führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Rückspülfilter zu schaffen, bei dem eine sichere Abreinigung bei jedem Betriebsfall gewährleistet ist und wobei insbesondere auch sehr großstückige Verunreinigungen abgeführt werden können, ohne daß es dabei zu einer Störung des Betriebes kommt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in das Siebelement entlang eines Meridianbogens eine in Strömungs­ richtung ausgewölbte Auffang- und Abführrinne für großteilige Grob­ verschmutzung eingelassen ist.

Mit einer solchen Auffang- und Abführrinne werden stückige Ver­ unreinigungen, die größer als der zur Verfügung stehende Spalt zwischen Rückspülrotor und Siebinnenfläche ist, von dem Rotor bis zu dieser Rinne geschoben und von dieser aus, da sie kurzzeitig vom Rückspülrotor ganz überdeckt ist, durch den Rotor sicher abgeführt.

Zweckmäßigerweise ist dabei die Breite der Auffang- und Abführrinne höchstens so groß wie die Breite des Rückspülrotors.

In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, wenn der Rückspül­ rotor auf seiner Vorderseite - in Drehrichtung gesehen - eine erste elastische Dichtlippe aufweist, die in Abstand von der Siebelement­ fläche endet und eine Absaugleitung bildet und daß eine zweite Dichtlippe auf der Rückseite des Rückspülrotors auf der Siebelement­ fläche entlanggleitet.

Dadurch, daß die vordere Dichtlippe kürzer ist und einen Spalt zum Siebelement freiläßt, ergibt sich durch den Ro­ tor ein zusätzlicher Saug- und Turbulenzeffekt, durch den Verunreinigungen sicher angesaugt werden. Verunreinigun­ gen, deren Durchmesser größer als dieser Spalt sind, wer­ den dann von dieser Dichtlippe und der Vorderseite des Rotors auf der Siebfläche bis zur Abführrinne weiterge­ schoben.

Das Siebelement selbst kann dabei zwischen zwei Flansche eines gesonderten Filtergehäuses eingebaut sein.

Bezüglich der Gesamtkonstruktion ist es besonders zweck­ mäßig, wenn im Zenit des kugelkalottenförmigen Siebele­ mentes der obere Drehpunkt einer Hohlwelle, an die seit­ lich der Rückspülrotor angesetzt ist, in einem mediumbe­ rührten Gleitlager aus Kunststoff mit einer Wellenschutz­ hülse gehaltert ist und das untere Ende der Hohlwelle ebenfalls in einem innerhalb des Rotorantriebsgehäuses angeordneten, mediumberührten Gleitlager abgestützt ist.

Rückspülrotor und Rotorantrieb können ferner über eine am oberen Ende des Abwasserkrümmers angreifende Stützkon­ struktion gehaltert und abgestützt sein.

Für einen sicheren Betrieb des Rückspülfilters ist er­ findungsgemäß ein Verfahren vorgesehen, nach dem im Rei­ nigungsbetrieb der Rückspülrotor in einer Hauptrichtung umläuft und bei einem Blockieren des Rückspülrotors der Antriebsmotor kurzzeitig zum Rückwärtslauf des Rückspül­ rotors umgeschaltet wird. Mit diesem Antiblockiersystem wird der Rückspülrotor bei einem Blockieren zunächst für einige Sekunden in die entgegengesetzte Richtung geführt, um anschließend in die normale Drehrichtung zurückzukeh­ ren.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfin­ dung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen perspektivischen Teilschnitt eines solchen Rückspülfilters mit Filtergehäuse und den ent­ sprechenden Leitungssystemen,

Fig. 2 eine schematische Ansicht von unten auf die Siebfläche mit Rückspülrotor,

Fig. 3 einen Teilschnitt einer Abwicklung durch die Siebfläche und den Absaugbereich des Rotors ent­ sprechend der Schnittlinie III-III nach Fig. 2 und

Fig. 4 eine perspektive Teilansicht von unten auf Rück­ spülrotor und Siebelement mit der Auffang- und Abführrinne.

Wie man aus Fig. 1 ersieht, ist das Siebelement 1 zwi­ schen zwei Flanschen 2 und 3 des zweiteiligen Filterge­ häuses 4 eingespannt. Dieses Siebelement 1 ist konkav als Kugelkalotte einstückig geformt und ohne zusätzliche Stützkonstruktion selbsttragend allein im Filtergehäuse gehaltert. Unterhalb des Siebelementes 1 ist der Rück­ spülrotor 5 rotierend gelagert, dessen Saugöffnung 6 ent­ sprechend der Wölbung des Siebelementes einen kreisbogen­ förmigen Verlauf konstanter Breite aufweist.

Unterhalb des Rückspülrotors 5 ist der Rotorantrieb 8 vorgesehen, der über eine radiale Antriebswelle 9 und einen außerhalb des Filtergehäuses 4 angeordneten Getrie­ bemotor 10 angetrieben wird. In diesen Rotorantrieb 8 mündet von unten der Abwasserkrümmer 11 ein, der seitlich aus dem Filtergehäuse 4 herausgeführt und dort an eine nicht näher dargestellte Abwasserarmatur angeschlossen ist.

Der Rückspülrotor 5 mit der ihn abstützenden Hohlwelle 24 ist im Zenit des Siebelementes 1 als oberer Drehpunkt in einem mediumberührten, d. h. zur Flüssigkeit nicht dicht abgetrennten Gleitlager 21 aus Kunststoff gelagert. Das Gleitlager weist dabei eine Wellenschutzhülse 22 zur leichteren und schnelleren Wartung auf.

Das untere Ende der Hohlwelle 24 mit dem Rückspülrotor 5 ist innerhalb des Rotorantriebsgehäuses 8 in einem weite­ ren, mediumberührten Gleitlager 27 geführt und abgestützt.

Der Rotorantrieb selbst weist ein auf die zentrale Hohl­ welle 24 aufgesetztes Kegelzahnrad 25 auf, in das das Ke­ gelzahnrad 26 der radial aus dem Filtergehäuse 4 heraus­ geführten und von dem Motor 10 angetriebenen Antriebswel­ le 9 eingreift.

Insgesamt sind dann der innerhalb des Filtergehäuses 4 liegende Rotorantrieb 8 sowie Hohlwelle 24 mit Rückspül­ rotor 5 über eine Stützkonstruktion 23 gehaltert, die au­ ßen am Filtergehäuse 4 festgelegt ist und innen am oberen Ende des Abwasserkrümmers 11 angreift.

Da alle Lager und Getriebe nur gegen Grobverschmutzungen geschützt sind, die Flüssigkeit also vollen Zutritt hat, können diese Teile besonders einfach und wartungsfreund­ lich gestaltet werden und bedürfen keiner zusätzlichen Schmierung.

Der Einsatz reiner Gleitlager 21 und 27 für den Rückspül­ rotor 5 ist ermöglicht durch geringe Rotorkräfte, bedingt durch die schmale Rückspülöffnung 6, einen großen Lager­ abstand der beiden Gleitlager und damit kleiner Lager­ kräfte.

Zusätzlich ist in das Siebelement 1 entlang eines Meri­ dianbogens die nach außen ausgewölbte Auffang- und Ab­ führrinne 12 eingelassen, deren Funktion noch später er­ läutert wird.

Fig. 2 zeigt nunmehr einen Blick von unten auf das Siebe­ lement 1 und den Rückspülrotor 5 mit einer Ansaugöffnung 6 konstanter Breite, wobei der Rückspülrotor 5 in Pfeil­ richtung gedreht ist.

Fig. 3 zeigt einen abgewickelten Teilschnitt durch das Siebelement 1 und den Rückspülrotor 5 entsprechend der Schnittlinie III-III nach Fig. 2. Danach trägt der Rück­ spülrotor 5 seitlich elastische Dichtlippen 15 und 16, wobei die in Drehrichtung vorn liegende Dichtlippe 15 einen Spalt 17 zum Siebelement 1 freiläßt, während die Dichtlippe 16 den Spalt zwischen Rückspülrotor 5 und Siebelement 1 voll überbrückt und auf der Siebinnenseite entlanggleitet.

Die Funktion und Wirkungsweise eines solchen Rückspülfil­ ters ist nunmehr die folgende: Bei einem entsprechenden Kühlwasserstrom durch das Fil­ tergehäuse 4 steigt in dem Maße, in dem Schmutz auf dem Siebelement 1 angeschwemmt wird, die Druckdifferenz zwi­ schen Siebanströmseite und Siebabströmseite, bis bei einer vorgegebenen Druckdifferenz der Rückspülprozeß ein­ geleitet wird. Mit Beginn des Rückspülprozesses öffnet die Abwasserarmatur am außenliegenden Ende des Abwasser­ krümmers 11 und der Rückspülrotor 5 beginnt sich zu dre­ hen und reinigt mit einer Umdrehung das gesamte Siebele­ ment 1.

Der Rückspülrotor 5 hat dabei nur eine relativ schmale Rückspülöffnung 6, deren Breite nach dem zu erwartenden Schmutztyp und dessen Abmessungen ausgelegt ist und der dabei so klein wie möglich gehalten wird. Diese relativ geringe Breite führt damit zu einer vergrößerten Siebflä­ che und einem geringeren Druckverlust.

Bei der Abreinigung wird der Schmutz, der jetzt auf der Siebfläche 1 direkt gegenüber der Rückspülöffnung 6 liegt, vom Rückspülrotor 5 und dessen Dichtlippen 15 und 16 gegen die dynamischen Kräfte der strömenen Flüssigkeit abgedeckt und dadurch druckentlastet. Gleichzeitig er­ zeugt der niedrige Druck der Abwasserleitung 11, der sich auf den abgedeckten Siebbereich überträgt und noch nied­ riger ist als der Druck auf der sauberen Siebseite, einen Rückspülstrom 18, der das abgedeckte Siebelement rück­ wärts durchströmt. Druckentlastung und Rückspülung lösen somit Fasern und andere Schmutzstoffe aus der Sieblochung und spülen den gesamten Schmutz in den Rückspülrotor 5.

Durch die Drehung des Rückspülrotors 5 wandert die Rück­ spülöffnung 6 langsam über die gesamte Siebfläche 1. Da­ bei gleitet die vordere Dichtlippe 15 durch ihre kürzere Länge und ihren Abstand zur Siebfläche 1 über die meisten Schmutzstoffe in Form von Fasern, Blättern, Muscheln, Steinchen usw., ohne diese zu berühren. Bei größeren Grobteilchen biegt sich die elastische Dichtlippe 15 zu­ rück und gibt damit den Weg zur Rückspülung frei.

Die vordere Dichtlippe 15 bildet darüber hinaus durch ihren Abstand zum Siebelement 1 eine Saugöffnung 17. Durch diese strömt der Saugstrom 19, eine turbulente Pa­ rallelströmung mit hoher Geschwindigkeit, der die auf der Siebfläche liegenden Grobteile erfaßt und in die Rück­ spülöffnung 6 reißt. Diese Parallelströmung 19 unter­ stützt die Rückspülung 18 und ist besonders bei hohem Differenzdruck am Siebelement 1 wirksam, wenn große Schmutzmengen das Sieb 1 bedecken und immer neue dazukom­ men und das Filter ohne Unterbrechung dauerspült.

Dieser Rückspülvorgang ist in perspektivischer Ansicht schräg von unten noch einmal in Fig. 4 dargestellt. Dabei ist zusätzlich noch die bereits in Fig. 1 angedeutete Auffang- und Abführrinne 12 zu erkennen, die entlang eines Meridians in die Siebfläche nach außen gewölbt ein­ gelassen ist. Wenn jetzt der rotierende Rückspülrotor 4 mit seiner anströmseitigen Dichtlippe 15 und der abström­ seitigen Dichtlippe 16 gegen ein Verschmutzungspartikel 20 stößt, dessen Durchmesser größer als der freie Spalt 17 zwischen der Dichtlippe 15 und dem Siebelement 1 ist und das auch durch ein Zurückbiegen der elastischen Dichtlippe 15 nicht in die Rückspülöffnung 6 gelangen kann, wird dieses Partikel 20 bei Drehung des Rückspülro­ tors 4 solange vor sich hergeschoben, bis es in die groß­ volumigere Auffang- und Abführrinne 15 gelangt, dort zu­ nächst nach außen und damit in den Bereich oberhalb der Rückspülöffnung 6 gelangt und jetzt vom Rückspülrotor 4 sicher abgesaugt werden kann.

Üblicherweise reicht eine einmalige Umdrehung des Rück­ spülrotors 5 über die Siebfläche aus. Bei starken Ver­ schmutzungen ist jedoch ein mehrmaliger Umlauf möglich. Darüber hinaus kann als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme vorgesehen werden, daß bei einem Blockieren des Rückspül­ rotors 5, beispielsweise wenn sich ein größeres Partikel zwischen Dichtlippe l5 und Siebelement 1 verklemmt hat, der Getriebemotor 10 automatisch umgeschaltet wird, so daß der Motor 10 den Rotor 5 für einige Sekunden in die entgegengesetzte Richtung dreht, um anschließend wieder in die normale Drehrichtung zurückzukehren.

Insgesamt ergibt sich also ein Rückspülfilter, das auf­ grund seiner eigenstabilen Konstruktion und der speziel­ len Gestaltung des Rückspülrotors eine optimale Siebflä­ che mit nur geringen Druckverlusten an der Siebfläche zur Verfügung stellt und bei dem auch extrem großteilige Grobverschmutzungen sicher und ohne Störung des Betriebes abgeführt werden können.

Claims (8)

1. Rückspülfilter für Grobverschmutzungen in Flüs­ sigkeiten, insbesondere im Kühlwasser für Wärmetauscher, mit einem rotationssymmetrischen Siebelement, das koaxial innerhalb der Kühlwasserleitung über deren gesamten Quer­ schnitt angeordnet ist, und einem koaxialen Absaug- und Rückspülrotor mit an- und abströmseitigen Dichtlippen, der das Siebelement auf der Anströmseite rotierend über­ streicht, wobei das konkav geformte Siebelement (1) als einteilige, selbsttragende Kugelka­ lotte ausgebildet ist, das von einem kreisbogenförmigen Rückspülrotor (5) konstanter Breite (6) überstrichen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in das Siebelement (1) entlang eines Meridianbo­ gens eine in Strömungsrichtung ausgewölbte Auffang- und Abführrinne (12) für großteilige Grobverschmutzung eingelassen ist.

2. Rückspülfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite der Auffang- und Abführrinne (12) höchstens so groß wie die Breite des Rückspülrotors (5) ist.

3. Rückspülfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückspülrotor (5) auf seiner Vor­ derseite - in Drehrichtung gesehen - eine erste elastische Dichtlippe (15) aufweist, die in Abstand von der Siebele­ mentfläche (1) endet und einen Absaugspalt (17) bildet, und daß eine zweite Dichtlippe (16) auf der Rückseite des Rück­ spülrotors (5) auf der Siebelementfläche (1) entlangglei­ tet.

4. Rückspülfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Siebelement (1) zwischen zwei Flansche (2, 3) eines gesonderten Filtergehäuses (4) eingespannt ist.

5. Rückspülfilter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Zenit des kugelkalottenförmigen Siebele­ mentes (1) der obere Drehpunkt einer Hohlwelle (24), an die seitlich der Rückspülrotor (5) angesetzt ist, in einem mediumberührten Gleitlager (21) aus Kunststoff mit einer Wellenschutzhülse (22) gehaltert ist und daß das untere Ende der Hohlwelle (24) ebenfalls in einem inner­ halb des Rotorantriebsgehäuses (8) angeordneten, medium­ berührten Gleitlager (27) abgestützt ist.

6. Rückspülfilter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Rückspülrotor (5) und Rotorantrieb (8) über eine am oberen Ende des Abwasserkrümmers (11) angreifen­ den Stützkonstruktion (23) gehaltert und abgestützt sind.

7. Rückspülfilter nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rotorantriebsgehäuse (8) gegenüber den nach außen durchdringenden rotierenden Teilen (24, 9) al­ lein gegen Grobverschmutzungen abgedichtet ist.

8. Verfahren zum Betrieb eines Rückspülfilters nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Reinigungsbetrieb der Rückspülrotor in eine Hauptrichtung umläuft und daß bei einem Blockie­ ren des Rückspülrotors der Antriebsmotor kurzzeitig zum Rückwärtslauf des Rückspülrotors umgeschaltet wird.