DE4231063A1

DE4231063A1 - Horizontal decanter centrifuge with partial hydraulic support and reduced re-suspension of solids - by local increased clearance of bowl and screw

Info

Publication number: DE4231063A1
Application number: DE19924231063
Authority: DE
Inventors: Werner Prof Dr Ing Stahl; Hans-Joachim Dr Ing Beyer
Original assignee: Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-03-24

Abstract

Fully enclosed scroll centrifuge for clarification or separation of solid-liquid mixtures, has a bowl which is provided with, a solids discharge outlet at one end and a liquid outlet at its other end and a feed screw arranged central to and rotating with a speed differential relative to the bowl, with at least part of its surface immersed in the liquor present in the bowl during operation. The novelty is that the screw (3) in a first region adjacent to the liquid outlet (6), has a diameter (D1) which is smaller than the diameter (F) of the operating liquid ring within the bowl (1). ADVANTAGE - Improved system for partial flotation support of rotating scroll in a horizontal decanter centrifuge with reduction of mechanical stress without incursion of liquid drag and reduction of product clarity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollmantel-Schnecken zentrifuge zum Klären oder Trennen eines Flüssigkeits- Feststoffgemisches mit einer Trommel, an deren einem Ende Feststoffaustragsöffnungen und an deren anderem Ende Flüs sigkeitsauslässe vorgesehen sind, und in der eine zur Trommel mit Differenzdrehzahl umlaufende Förderschnecke mit einem zentralen Schneckenkörper angeordnet ist, von der zumindest ein Teil der Außenfläche in den sich während des Betriebes in der Trommel einstellenden Flüssigkeits ring eintaucht.The invention relates to a solid-shell screw centrifuge for clarifying or separating a liquid Solid mixture with a drum, at one end Solid discharge openings and at their other end rivers liquid outlets are provided, and one for Rotary conveyor screw with differential speed is arranged with a central snail body from the at least part of the outer surface during which of operation in the drum adjusting liquid immersed ring.

Eine derartige Zentrifuge ist aus der EP 02 70 579 B1 be kannt. Bei dieser Zentrifuge ist die "durchschnittliche Dichte" des Schneckenkörpers, d. h. das Verhältnis zwi schen seinem Totalgewicht und dem Volumen, das er durch Eintauchen in den Flüssigkeitsring verdrängt, kleiner ist als die Dichte der Flüssigkeit im Flüssigkeitsring. Durch das dadurch bewirkte Schwimmen des Schneckenkörpers in dem sich in der Trommel einstellenden Flüssigkeitsring kann weitgehend auf die übliche Wälzlagerung der Schnecke in der Trommel verzichtet werden. Die üblichen wälzgelagerten Schnecken sind an den beiden Schneckenenden gelagert, wo durch die Schnecke Biegeschwingungen ausführen kann, deren Eigenfrequenz die maximal mögliche Trommeldrehzahl be grenzt. Bei der schwimmend gelagerten Schnecke treten nicht so niedrige Biegeschwingungen auf. Das Eintauchen des Schneckenkörpers in den Flüssigkeitsring führt jedoch im Vergleich zu gelagerten Schnecken konstruktionsbedingt zu einer Verringerung der maximal möglichen Sumpftiefe. Hierunter versteht man den radialen Abstand zwischen dem Außendurchmesser des Schneckenkörpers und dem Innendurch messer der Trommel. Die kleinere Sumpftiefe führt dazu, daß bei einer Erhöhung des Produktdurchsatzes das Schlep pen, d. h. das Wiederaufwirbeln von schon abgeschiedenen Feststoffteilchen durch die strömende Flüssigkeit früher einsetzt.Such a centrifuge is known from EP 02 70 579 B1 knows. With this centrifuge the "average Density "of the snail body, i.e. the ratio between its total weight and the volume that it passes through Immersion in the liquid ring displaces, is smaller than the density of the liquid in the liquid ring. By the resulting swimming of the snail body in the liquid ring can set in the drum largely on the usual rolling bearing of the screw in the drum can be dispensed with. The usual roller bearings Snails are stored at the two screw ends where can cause bending vibrations by the screw, the Natural frequency be the maximum possible drum speed borders. Step on the floating snail not so low bending vibrations. The immersion of the screw body leads into the liquid ring, however compared to stored screws due to the design to a reduction in the maximum possible sump depth. This is the radial distance between the Outside diameter of the screw body and the inside knife of the drum. The smaller swamp depth leads to that with an increase in product throughput, the drag pen, d. H. the re-whirling of already deposited ones Solid particles from the flowing liquid earlier starts.

Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß durch die unterschiedlichen Drehzahlen zwischen der Förderschnecke und der Trommel eine ungünstige Strömung durch die Schnecken körperoberfläche in dem Flüssigkeitsring erzeugt wird. Dadurch wird das Absetzen der Feststoffteilchen behindert.Another disadvantage is the fact that different speeds between the screw conveyor and the drum an unfavorable flow through the screws body surface is generated in the liquid ring. This prevents the solid particles from settling.

Es ist auch allgemein bekannt, daß der Flüssigkeitsring den Schneckenkörper nicht berühren soll, da sich sonst das Strömungsprofil der Flüssigkeit im Schneckenkanal nachtei lig ausbildet. Berührt der Flüssigkeitsring den Schnecken körper, dann nimmt dort die Flüssigkeitsschicht die Ge schwindigkeit der Förderschnecke an. Da der Produktdurch satz und die Kanalgeometrie festgelegt sind, müssen die mittleren Schichten eine erhöhte Geschwindigkeit annehmen. It is also well known that the liquid ring should not touch the snail body, otherwise it will Flow profile of the liquid in the snail channel lig trains. The liquid ring touches the snails body, then the liquid layer takes the Ge there speed of the screw conveyor. Because the product through set and the channel geometry are defined, the middle layers assume an increased speed.

Dadurch wird auch der für das Wegschleppen der Feststoffe verantwortliche Geschwindigkeitsgradient an der Innenwand der Trommel vergrößert, was die Abscheidung nachteilig be einflußt. Durch eine unvollständige Abscheidung der Fest stoffteilchen wird der Klärgrad der aus der Zentrifuge ab geleiteten Flüssigkeit verschlechtert.This also becomes the one for carrying away the solids responsible speed gradient on the inner wall the drum increases, which is disadvantageous be the deposition influences. Due to an incomplete separation of the feast The degree of clarification from the centrifuge will depend on material particles conducted liquid deteriorates.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge mit einem in den Flüssigkeitsring eintauchenden Schnecken körper so weiterzubilden, daß eine nachteilige Beeinflus sung der Flüssigkeitsphase durch aufgewirbelte Feststoff teilchen vermieden wird.The invention has for its object a centrifuge with a snail dipping into the liquid ring to further develop body so that an adverse influence solution of the liquid phase by swirling solid particles is avoided.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schneckenkörper in einem den Flüssigkeitsauslässen benachbarten ersten Teilbereich einen Durchmesser "D1" besitzt, der kleiner ist als der Durchmesser "F" des sich in der Trommel ein stellenden Flüssigkeitsringes.This object is achieved in that the screw body in a first one adjacent to the liquid outlets Partial area has a diameter "D1" that is smaller is called the diameter "F" of the drum providing liquid ring.

Ein Aufwirbeln bereits abgesetzter Feststoffteilchen wirkt sich insbesondere in der Nähe der Flüssigkeitsauslässe nachteilig auf den erzielbaren Klärgrad aus. Dieser nach teilige Effekt wird dadurch unterdrückt, daß in diesem Teilbereich ein Kontakt des Flüssigkeitsringes mit dem Schneckenkörper nicht stattfindet, während in dem an schließenden weniger kritischen Bereich der Trommel eine zusätzliche Lagerung der Schnecke durch das Eintauchen des Schneckenkörpers in den sich in der Trommel einstellenden Flüssigkeitsring erfolgt. Bevor die abgetrennte Flüssig keit die Trommel über die Flüssigkeitsauslässe verläßt, wird sie in dem besagten Teilbereich ohne störende Ein flüsse durch den Schneckenkörper optimal geklärt.Whirling up already settled solid particles works especially near the liquid outlets disadvantageously on the achievable degree of clarification. This one after Partial effect is suppressed by the fact that in this Partial contact of the liquid ring with the Snail body does not take place while in the closing less critical area of the drum additional storage of the screw by immersing the Snail body in the adjoining in the drum Liquid ring takes place. Before the separated liquid leaves the drum through the liquid outlets, it is in the said section without annoying on flows through the snail body optimally clarified.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Teilbereich über mindestens eine Schneckenganghöhe des Schneckenkörpers. Dadurch wird eine ausreichende Zone für die ungestörte Klärung der Flüssigkeit zur Verfügung ge stellt, während andererseits ein genügend großer Bereich für die Abstützung des Schneckenkörpers durch den Flüssig keitsring vorhanden ist.In an advantageous embodiment, the Partial area over at least one screw flight height of the Snail body. This will create a sufficient zone for the undisturbed clarification of the liquid is available poses, on the other hand, a sufficiently large area for the support of the screw body by the liquid ring is present.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die "durchschnittliche Dichte" des Schneckenkörpers, d. h. das Verhältnis zwischen seinem Totalgewicht und dem Volumen, das er durch Eintauchen in den Flüssigkeitsring verdrängt, so groß, daß die auf ihn wirkenden Auftriebskräfte minde stens 30% der auftretenden radialen Betriebskräfte errei chen. Dadurch ergibt sich bei konventioneller Lagerung durch Wälzlager an den beiden Enden der Förderschnecke ei ne ausgewogene Aufteilung der auftretenden Kräfte auf die drei Lagerstellen. Die Abstützung des Schneckenkörpers durch den Flüssigkeitsring führt schon bei dieser Ausfüh rung zu einer erheblichen Erhöhung der Eigenfrequenz der Förderschnecke und damit zu einer Erhöhung der maximalen Trommeldrehzahl.In a further advantageous embodiment, the "average density" of the snail body, i.e. H. the Ratio between its total weight and volume, which he displaces by immersing himself in the liquid ring, so large that the buoyancy forces acting on it are reduced at least 30% of the radial operating forces occurring chen. This results in conventional storage by rolling bearings at both ends of the screw conveyor ne balanced distribution of the occurring forces on the three bearings. The support of the snail body through the liquid ring leads to this version tion to a significant increase in the natural frequency of the Screw conveyor and thus an increase in the maximum Drum speed.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist dadurch ge kennzeichnet, daß die "durchschnittliche Dichte" des Schneckenkörper, so groß ist, daß die auf ihn wirkenden Auftriebskräfte mindestens 100% der auftretenden radialen Betriebskräfte erreichen. Trotz Realisierung eines Teilbe reichs der Förderschnecke, indem sie zur Vermeidung von Schleppen in den Flüssigkeitsring nicht eintaucht, wird durch entsprechende Gestaltung des restlichen eintauchen den Teils der Schnecke und durch konstruktive Gestaltung der Schnecke deren Gewicht so optimiert, daß die Auf triebskräfte infolge des in der Flüssigkeit eintauchenden Teils der Schnecke mindestens 100% der radialen Betriebs kräfte betragen. In diesem Fall haben die Wälzlager an den beiden Enden der Förderschnecke während des Anfahrens der Trommel nur noch unterstützende Funktion.A further advantageous embodiment is ge indicates that the "average density" of the Snail body, is so large that those acting on it Buoyancy forces at least 100% of the radial Reach workers. Despite the realization of a partial realm of the screw conveyor by avoiding it Towing is not immersed in the liquid ring immerse by appropriate design of the rest the part of the snail and by constructive design the snail optimizes the weight so that the on driving forces due to the immersion in the liquid Part of the screw at least 100% of the radial operation forces. In this case, the roller bearings on the both ends of the screw conveyor during the start of the Drum only supporting function.

Eine günstige Lastverteilung ergibt sich bei einer Ausge staltung, bei der der Schneckenkörper in einem den Fest stoffaustragsöffnungen benachbarten, an einen konischen Bereich anschließenden zweiten Teilbereich einen Durchmes ser "D2" besitzt, der kleiner ist als der Durchmesser "F" des sich in der Trommel einstellenden Flüssigkeitsringes, wobei zwischen dem ersten Teilbereich und dem zweiten Teilbereich ein mittlerer Bereich bestehen bleibt, mit dem der Schneckenkörper in den sich in der Trommel einstellen den Flüssigkeitsring eintaucht.A favorable load distribution results from an out design, in which the snail's body in one the feast fabric discharge openings adjacent to a conical Area subsequent second sub-area a diameter has "D2" which is smaller than the diameter "F" of the liquid ring that is set in the drum, being between the first section and the second Sub-area remains a middle area with which the snail body in the adjust itself in the drum immerses the liquid ring.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Förderschnecke an ihren beiden Enden in bekannter Weise in Wälzlagern gelagert, wobei der Abstand zwischen den Wälz lagern durch den mittleren Bereich annähernd halbiert wird. Dadurch wird eine optimale Lastaufteilung erzielt.In a further advantageous embodiment, the Screw conveyor at both ends in a known manner Rolling bearings stored, the distance between the rolling store almost halved through the middle area becomes. This ensures optimal load sharing.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher erläutert. Es zei gen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and will be explained in more detail below. It shows gene:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Trommel, bei der die Auftriebskräfte infolge der durch den Schneckenkörper verdrängten Flüssigkeit bis zu 100% der radialen Betriebskräfte der Förderschnecke betragen kann, Fig. 1 is a schematic representation of a drum, in which the lifting forces may be due to the displaced by the screw body fluid up to 100% of the radial operational forces of the screw conveyor,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Trommel, bei der die Auftriebskräfte infolge der durch den Schneckenkörper verdrängten Flüssigkeit einem Teil der radialen Betriebskräfte der Förderschnecke entsprechen kann. Fig. 2 is a schematic representation of a drum in which the buoyancy forces due to the liquid displaced by the screw body can correspond to a part of the radial operating forces of the screw conveyor.

Mit 1 ist in der Fig. 1 die Trommel bezeichnet, in der ei ne zu dieser mit Differenzdrehzahl umlaufende Förder schnecke 2 angeordnet ist, auf deren Schneckenkörper 3 Wendeln 4 vorgesehen sind, die den sich an der Innenwand der Trommel 1 absetzenden Feststoff zu Feststoffaustrags öffnungen 5 fördern, die an einem sich konisch verjüngen den Ende der Trommel 1 angeordnet sind. An dem anderen En de der Trommel sind Flüssigkeitsauslässe 6 vorgesehen, die zum Ablassen der in der Trommel abgetrennten Flüssigkeit dienen. In einem den Flüssigkeitsauslässen 6 benachbarten ersten Teilbereich 7 ist der Schneckenkörper 3 auf einen Durchmesser "D1" reduziert, der kleiner ist als der Innen durchmesser "F" des sich in der Trommel 1 während des Be triebes einstellenden Flüssigkeitsringes. Der anschließen de mittlere Bereich 8 des Schneckenkörpers 3 taucht bis auf ein sich konisches verjüngendes Ende desselben in den Flüssigkeitsring ein. Die Auftriebskraft infolge des ver drängten Flüssigkeitsvolumens kann bei dieser Ausführung bis zu 100% der radialen Betriebskräfte der Förderschnecke 2 betragen. Im Zentrum des Schneckenkörpers 3 befindet sich eine Einlaufkammer 9, die über Kanäle 10 mit dem Trommelinnenraum 11 verbunden und über ein Einlaufrohr 12 mit Produkt beaufschlagbar ist.With 1 in Fig. 1, the drum is referred to, in which egg ne to this rotating speed differential conveyor 2 is arranged, on the screw body 3 spirals 4 are provided which openings on the inner wall of the drum 1 solids to solids discharge openings Promote 5 , which are arranged on a tapered end of the drum 1 . At the other end of the drum, liquid outlets 6 are provided, which serve to discharge the liquid separated in the drum. In a first partial region 7 adjacent to the liquid outlets 6 , the screw body 3 is reduced to a diameter “D1” which is smaller than the inner diameter “F” of the liquid ring which is set in the drum 1 during operation. The adjoining central area 8 of the screw body 3 plunges into the liquid ring except for a conically tapering end. The buoyancy due to the displaced volume of ver can be up to 100% of the radial operating forces of the screw conveyor 2 in this embodiment. In the center of the screw body 3 there is an inlet chamber 9 , which is connected to the drum interior 11 via channels 10 and can be acted upon with product via an inlet pipe 12 .

Das zu trennende Produkt gelangt über das Einlaufrohr 12, die Einlaufkammer 9 und die Kanäle 10 in den Trommelinnen raum 11, wo es in Feststoff und Flüssigkeit aufgetrennt wird. Der Feststoff lagert sich an der Innenwand der Trom mel 1 ab und wird von den Wendeln 4 der Förderschnecke 2 zu den Feststoffaustragsöffnungen 5 gefördert. Die abge trennte Flüssigkeit strömt über die bereits abgelagerten Feststoffe durch die von der Innenwand der Trommel 1, den Wendeln 4 und dem Schneckenkörper 3 gebildeten Kanälen zu den Flüssigkeitsauslässen 6. Dabei ist die mittlere Ge schwindigkeit dieser Strömung im ersten Teilbereich 7 ge ringer als im benachbarten mittleren Bereich 8, weil im ersten Teilbereich 7 eine Abbremsung der Flüssigkeitsströ mung an der Oberfläche des Schneckenkörpers 3 nicht statt findet. Dadurch wird im ersten Teilbereich 7 die Gefahr des Aufwirbelns von bereits abgesetzten Feststoffteilchen verringert und damit der Klärgrad der aus diesem Teilbe reich über die Flüssigkeitsauslässe 6 abgeleiteten Flüs sigkeit verbessert.The product to be separated passes through the inlet pipe 12 , the inlet chamber 9 and the channels 10 in the drum interior 11 , where it is separated into solid and liquid. The solid deposits on the inner wall of the drum 1 and is conveyed by the spirals 4 of the screw conveyor 2 to the solids discharge openings 5 . The separated liquid flows over the already deposited solids through the channels formed by the inner wall of the drum 1 , the coils 4 and the screw body 3 to the liquid outlets 6 . The mean speed of this flow in the first partial area 7 is lower than in the adjacent central area 8 , because in the first partial area 7 there is no deceleration of the liquid flow on the surface of the screw body 3 . This reduces the risk of Aufwirbelns is reduced from already settled solid particles in the first portion 7 and thus the degree of clarification of the flues rich via the liquid outlets 6 derived from this Teilbe improved fluid.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 besitzt der Schneckenkör per 3 zusätzlich in einem dem konischen Bereich 13 der Trommel 1 benachbarten zweiten Teilbereich 14 einen Durch messer "D2", der kleiner ist als der Durchmesser "F" des sich in der Trommel 1 einstellenden Flüssigkeitsringes, wobei zwischen dem ersten Teilbereich 7 und dem zweiten Teilbereich 14 ein mittlerer Bereich 8 bestehen bleibt, mit dem der Schneckenkörper 3 in den sich in der Trommel 1 einstellenden Flüssigkeitsring eintaucht. Diese Ausgestal tung ist dann vorteilhaft, wenn die Auftriebskraft infolge des vom Schneckenkörper 3 verdrängten Flüssigkeitsvolumens nur einem Teil der radialen Betriebskräfte der Förder schnecke 2 entsprechen soll. Bei konventioneller Lagerung durch Wälzlager 15 und 16 an den beiden Enden der Förder schnecke 2 wird dadurch eine ausgewogene Aufteilung der auftretenden Kräfte auf drei Lagerstellen ermöglicht. Die günstigste Lastverteilung ergibt sich, wenn durch den mittleren Bereich 8 der Abstand zwischen den beiden Wälz lagern 15 und 16 annähernd halbiert wird.In the embodiment according to FIG. 2, the screw body per 3 additionally has a diameter "D2" in a conical region 13 of the drum 1 which is adjacent to the second partial region 14 and which is smaller than the diameter "F" of the liquid ring which is set in the drum 1 , with a central region 8 remaining between the first partial region 7 and the second partial region 14 , with which the screw body 3 is immersed in the liquid ring which is set in the drum 1 . This Ausgestal device is advantageous if the buoyancy due to the displaced by the screw body 3 liquid volume should correspond to only part of the radial operating forces of the conveyor screw 2 . In conventional storage by roller bearings 15 and 16 at the two ends of the screw conveyor 2 , a balanced distribution of the forces occurring is made possible on three bearing points. The most favorable load distribution results if the distance between the two roller bearings 15 and 16 is approximately halved by the central region 8 .

Claims

1. solid-bowl screw centrifuge for clarifying or separating a liquid-solid mixture with a drum, at one end of which solid discharge openings are provided and at the other end of which liquid outlets are provided, and in which a screw conveyor rotating around the drum with differential speed is arranged with a central screw body, of which at least a part of the outer surface into which the liquid ring is immersed during operation in the drum, characterized in that the screw body ( 3 ) has a diameter "D1" in a first section ( 7 ) adjacent to the liquid outlets ( 6 ) , which is smaller than the diameter "F" of the liquid ring set in the drum ( 1 ).

2. Centrifuge according to claim 1, characterized in that the first section ( 7 ) extends over at least one flight height of the screw ( 2 ).

3. Centrifuge according to claim 1 or 2, characterized in that the "average density" of the Schneckenkör pers ( 3 ), ie the ratio between its total weight and the volume which it displaces by immersion in the liquid ring, is so large that the buoyancy forces acting on it reach at least 30% of the radial operating forces occurring.

4. Centrifuge according to one of claims 1 to 3, characterized in that the "average density" of the screw body ( 3 ) is so great that the buoyancy forces acting on it reach at least 100% of the occurring ra dialen operating forces.

5. Centrifuge according to one of claims 1 to 3, characterized in that the screw body ( 3 ) in a the solids discharge openings ( 6 ) adjacent to a ko African area ( 13 ) adjoining second section ( 14 ) has a diameter "D2", which is smaller than the diameter "F" of the liquid ring set in the drum ( 1 ), with a central region ( 8 ) remaining with the screw body between the first partial region ( 7 ) and the second partial region ( 14 ) ( 3 ) immersed in the liquid ring in the drum ( 1 ).

6. Centrifuge according to claim 5, characterized in that the screw conveyor ( 2 ) is mounted at its two ends in a known manner in roller bearings ( 15 , 16 ) and the distance between the roller bearings ( 15 , 16 ) by the central loading area ( 8 ) is cut in half.