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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kegelteller für einen Separator, mit einer äusseren und einer inneren Bördelung des konischen Teils sowie mit an der Innen- oder der Aussenfläche des konischen Teils befestigten Führungsrippen, die derart angeordnet sind, dass ihre Projektion auf eine zur Rotationsachse des Tellers senkrechte Ebene einen Teil einer mehrgängigen Spirale darstellt, wobei die Führungsrippen derart ausgeführt sind, dass ihre Höhe "h" dem angenommenen Abstand zwischen zwei benachbarten Tellern bei der Verwendung derselben im Tellerpaket eines Separators gleich ist, und die Oberfläche des konischen Teils des Tellers durch diese Führungrippen in eine grosse Anzahl von selbständigen Kanälen aufgeteilt ist, durch die sich die Flüssigkeit während ihrer Separierung bewegt.
Diese Erfindung kann zur Feinreinigung von Ölen, Brennstoffen, Schmier- und Kühlflüssigkeiten von mechanischen Verunreinigungen angewendet werden.
Bekannt ist ein Kegelteller für einen Separator, der einen inneren und einen äusseren Bördel am konischen Teil sowie radiale Rippen (Zwischenwände) an der Kegelfläche enthält. Die Zahl solcher Rippen wird von 4 bis 12 gewählt. Ein derartiger Kegelteller weist folgende Nachteile auf.
Erstens wirkt auf ein Teilchen, das sich auf die Kegelfläche des Tellers abgesetzt hat, eine hydraulische Kraft, die bei der Bewegung der Flüssigkeit in radialer Richtung relativ zur Telleroberfläche auftritt und zum Mitreissen der Teilchen durch die geklärte Flüssigkeit beiträgt.
Zweitens mindert das Vorhandensein von 4 bis 12 radialen Rippen den Austrag von abgesetzten Teilchen etwas herab, begünstigt jedoch die Verwirbelung des Stroms und folglich die Bildung von Wirbeln in der durch radiale Rippen begrenzten Zone zwischen zwei benachbarten Tellern im Tellerpaket.
Diese Nachteile sind allen Kegeltellern eigen, die radiale Rippen besitzen.
Bekannt ist ferner ein Kegelteller für einen Separator, der einen äusseren und einen inneren Bördel am konischen Teil sowie Dorne an den Bördeln besitzt (vgl. DE-OS 2846477).
An der Kegelfläche des Tellers sind Führungsrippen befestigt, bei denen die Projektion jeder von ihnen auf eine zur Rotationsachse senkrechte Ebene einen Teil einer mehrgängigen Spirale darstellt. In jedem beliebigen Punkt der Spirale ist der Winkel zwischen der Tangente und dem Geschwindigkeitsvektor des Flüssigkeitsstroms in Ableitungsrichtung der dispersen Phase gleich 30 bis 600. Die Höhe der Führungsrippen beträgt 0, 2 bis 0, 5 der Dornhöhe, während die gegen den Strom gerichtete Fläche einer jeden Rippe mit der Teilchenoberfläche einen Winkel bildet, der gleich 900 ist. Eine solche Ausbildung der Führungsrippen erhöht die Zuverlässigkeit des Zurückhaltens der Teilchen und vermindert deren Mitreissen durch die geklärte Flüssigkeit.
Mit der fortschreitenden Erhöhung des Durchsatzes (der Geschwindigkeit) der Flüssigkeit, ihrer Viskosität, der Verminderung der Differenz von Massedichten der Teilchen und der zu separierenden Flüssigkeit sowie mit der Verringerung der Teilchengrösse nimmt die Reinigungswirksamkeit ab, weil die abgesetzten Teilchen nach den Stromlinien um die Rippen herumlaufen und durch die geklärte Flüssigkeit ausgetragen werden.
Zweck der Erfindung ist, die Wirksamkeit der Reinigung der Flüssigkeit von Verunreinigungen zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kegelteller für einen Separator mit einer solchen Ausführungsform der Führungsplatten zu schaffen, bei der der Austrag von feindispersen Teilchen zusammen mit der gereinigten flüssigen Phase vermindert wird.
Diese Aufgabe wird bei dem Kegelteller für einen Separator der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in jedem beliebigen Punkt jeder Führungsrippe der Winkel "a" zwischen der Normalen und der Erzeugenden der Mantelfläche des Tellers, die durch denselben Punkt geht, grösser als der Reibungswinkel des Stoffes eines Niederschlags an der Telleroberfläche ist, dass die mit dem Niederschlag in Berührung stehende Fläche jeder Führungsrippe zur Mantelfläche des Tellers unter einem Winkel" ss" geneigt ist, der zwischen 15 und 30 liegt, und dass das Verhältnis des Abstandes "n" zwischen den benachbarten Führungsrippen auf dem Kreisumfang der kleineren Grundfläche des Tellers zur Länge "l" seiner Erzeugenden 0, 1 bis 0, 3 beträgt.
Gemäss der Erfindung muss der Winkel a grösser sein als der Reibungswinkel des Niederschlagsstoffes an der Oberfläche des Tellers, sonst würden die den Niederschlag auf der konischen Fläche des Tellers bildenden Partikel nicht vom konischen Teil des Tellers abgeworfen werden, sondern
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sich an den Rippen ansammeln, was mit der Zeit zu einer Verschlammung des Querschnitts (Abstand h zwischen zwei benachbarten Tellern) und zur Verschlechterung der Bedingungen für die Reinigung der Flüssigkeit führen würde ; die bereits abgesetzten Partikel würden durch den Flüssigkeitsstrom in den reinen Hohlraum vertragen werden. Die erfindungsgemässe Ausführung der Rippen ermöglicht es, dass der konische Teller sich selbst reinigt, d. h. dass die abgesetzten Partikel des Niederschlags in den Schmutzfänger des Separators abgeworfen werden.
Die mit dem Niederschlag in Berührung stehende Fläche jeder Führungsrippe ist zur Telleroberfläche geneigt. Bei einer solchen Ausführung bildet sich ein Kanal, in dem sich die Strömungsgeschwindigkeiten der Flüssigkeit stark verringern (im Vergleich zur Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms, der in jedem beliebigen durch zwei benachbarte Teller und zwei benachbarte Rippen gebildeten Kanal fliesst), u. zw. in dem Masse, in dem sich die Höhe des Keilkanals verringert.
In diesem Zusammenhang muss der Winkel ss kleiner als 30 sein. Folglich ist in jedem beliebigen Punkt eines solchen keilförmigen Kanals die hydraulische Kraft, die durch die Bewegung des Flüssigkeitsstroms entsteht und die auf ein abgesetztes Partikel des Niederschlags einwirkt, klein.
Die Zentrifugalkraft jedoch, die auf dasselbe Partikel des Niederschlags mit einer Normalkomponente einwirkt, die das Partikel an die Rippe drückt, und einer tangentialen Komponente, die in den Schmutzfänger fördert, ist gross. Dies verbessert die Abwurfbedingungen der Niederschlagspartikel vom Teller und schliesst aus, dass sie in den reinen Hohlraum davongetragen werden.
Die Verwendung der erfindungsgemässen Kegelteller im Tellerpaket für einen Separator gestattet es, den Grad der Trennung von dispersen Systemen erheblich zu erhöhen und folglich den Grad der Reinigung der Flüssigkeiten von Verunreinigungen zu steigern.
Im folgenden wird die Erfindung durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen derselben unter Hinweisen auf die Beispiele erläutert, es zeigen : Fig. 1 den erfindungsgemässen Teller für
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einen Schnitt III-III in Fig. 2 durch die Führungsplatte für einen Teller, der zum Ausscheiden der schweren Fraktion bestimmt ist ; Fig. 4 einen Schnitt IV-IV in Fig. 2 der Führungsplatte für einen Teller, der zum Ausscheiden der leichten Fraktion bestimmt ist.
Der erfindungsgemäss vorgeschlagene Kegelteller besitzt eine äussere Bördelung-l- (Fig. l, 2) und eine innere Bördelung --2-- sowie einen konischen Teil --3-- mit Führungsrippen --4--, die entweder an der Innenfläche oder an der Aussenfläche des konischen Teils --3-- des Tellers ausgeführt sein können. In den Zeichnungen sind die Rippen an der Innenfläche ausgebildet.
Die Höhe "h" der Rippe ist dem gewählten Abstand zwischen zwei benachbarten Kegeltellern (in Fig. 1, 3,4 ist der benachbarte Teller --5-- mit dünnen Linien dargestellt) bei deren Verwendung im Tellerpaket eines Separators gleich.
Die Kegelfläche des Tellers ist durch diese Führungsrippen --4-- in eine grosse Anzahl von selbständigen nicht in Verbindung stehenden Kanälen aufgeteilt, durch die sich die Flüssigkeit während ihrer Separierung bewegt.
Die Projektionen der Rippen --4-- in der zur Rotationsachse senkrechten Ebene stellen einen Teil einer mehrgängigen Spirale (Fig. Z) dar. Die Form der Spirale wird durch eine Bedingung bestimmt, gemäss welcher der Winkel"a"zwischen der Normalen in jedem beliebigen Punkt einer beliebigen Rippe --4-- und der Erzeugenden der Oberfläche des Tellers, die durch denselben Punkt geht, grösser als der Reibungswinkel des Niederschlagsstoffes an der Telleroberfläche ist.
Die Höhe "h" der Rippen --4-- ist dem gewählten Abstand gleich und bestimmt den Zwischenraum zwischen den benachbarten Tellern.
In Abhängigkeit davon, ob eine schwere oder eine leichte Fraktion aus der zu reinigenden Flüssigkeit ausgeschieden wird, sind jeweils an der konkaven oder konvexen Oberfläche der Platten unter einem Winkel"ss", der im Bereich von IS bis 30 zur Telleroberfläche gewählt ist, Flächen --6 oder 7-- ausgebildet.
Ist der Winkel kleiner als 150 gewählt, so nimmt der Keilkanal, in dem sich der Niederschlag absetzt, einen beträchtlichen Teil des zwischen zwei benachbarten Rippen --4-- gebildeten Kanals ein, und ausserdem entsteht die Möglichkeit seiner schnellen "Verschlammung" durch den Nieder- schlag-8- ; wenn aber der Winkel grösser als 300 gewählt ist, so werden im Keilkanal die abgesetzten Teilchen schlecht zurückgehalten.
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Das Verhältnis des Abstandes "n" zwischen den benachbarten Rippen --4-- auf dem Kreisumfang der kleineren Grundfläche des Tellers zur Länge seiner Erzeugenden "l" beträgt 0,1 bis 0, 3.
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zwischen den benachbarten Rippen --4-- für den Durchtritt der Flüssigkeit im laminaren Strömungszustand, bei einem Verhältnis grösser als 0, 3 ist die Grösse dieser Kanäle dagegen erheblich und es entsteht die Möglichkeit der Bildung von Wirbeln und der Verwirbelung des Stroms.
Eine Keilnut --9-- an der kleineren Grundfläche des Tellers ist bestimmt zur Fixierung desselben im Paket beim Zusammenbau zum Tellerpaket für einen Separator.
Die Separierung der Flüssigkeit kommt folgendermassen zustande.
In den Zeichnungen sind zwei benachbarte Kegelteller gezeigt. Die Trennung der Suspension erfolgt im Tellerzwischenraum, wenn eine grosse Anzahl von ähnlichen Tellern zu einem Paket zusammengebaut ist und sich dreht.
Im Falle der Ausscheidung der schweren Fraktion aus der zu reinigenden Flüssigkeit (Suspension) wird der Flüssigkeitsstrom von der Peripherie des Tellers zum Zentrum desselben geleitet. Die Suspension gelangt in den Tellerzwischenraum durch von der Bördelung zweier benachbarter Teller gebildete Spalte und bewegt sich dann durch Kanäle, die von zwei benachbarten Rippen - gebildet sind. Je nach der Bewegung der Suspension durch den Kanal längs des konischen
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die Lage A, die dem Beginn der Separation entspricht, und die Lage B, die der Beendigung des Ausscheidungsprozesses entspricht. Auf ein abgesetztes Teilchen (Lage B) wirkt eine hydraulische Kraft "X", deren Vektor mit der Bewegungsrichtung des Suspensionsstroms zusammenfällt, sowie eine Fliehkraft"F".
Unter der Wirkung dieser zwei Kräfte bewegt sich das Teilchen über die Telleroberfläche längs der Resultierenden der Komponenten zur konkaven Fläche --6-- der Rippe --4-- auf eine Bahn "b" (Fig. 2) und geht aus der Lage B in die Lage C über.
Hiebei nimmt die Trennwirksamkeit zu, weil eine Trennung der Ströme von Suspension und Niederschlag erzielt sowie minimale Berührungsfläche derselben sichergestellt wird.
Da der Abstand zwischen zwei benachbarten Rippen --4-- klein ist, so werden auf die Fläche - sogar solche Teilchen abgeworfen, die durch den Strom der geklärten Flüssigkeit in Separatoren mit der bekannten Ausführung der Teller mitgenommen werden.
Insofern die Fläche --6-- zur Oberfläche des Tellers (Fig. 3) auf der gesamten Länge der Rippen --4-- geneigt ist, so bildet sich ein Kanal, wo sich die Geschwindigkeiten des Flüssigkeitsstroms mit der Abnahme der Keilhöhe stark verringern (folglich ist die auf das Teilchen wirkende hydraulische Kraft"X"klein, und die Fliehkraft besitzt eine normale Komponente"F ", welche das Teilchen an die Rippe andrückt, sowie eine tangentiale Komponente "FT", die den Auswurf des Teilchens in den Schlammsammler nach der zu den Kanälen, durch welche die gereinigte Flüssigkeit abgeführt wird, entgegengesetzten Seiten begünstigt. Dies verhindert den Austrag der Teilchen in den reinen Hohlraum und verbessert die Ableitungsbedingungen des Niederschlags --8-- (der dispersen Phase).
Falls die Suspension von Teilchen getrennt werden muss, deren spezifisches Gewicht kleiner als das spezifische Gewicht der Flüssigkeit ist, wird der Strom vom Zentrum zur Peripherie der Teller geleitet, und die Suspension gelangt in den Tellerzwischenraum durch von den Bördeln-2- zweier benachbarter Teller gebildete-Spalte, wobei die geneigte Fläche --7-- an der konvexen Seite der Rippe --4-- (Fig. 4) ausgeführt wird.
Die Separatoren mit einer solchen Ausführung der Kegelteller halten Teilchen von über 1 bis 3 pm zurück und gestatten ihren Einsatz anstatt von kostspieligen Feinreinigungsfiltern, beispielsweise von 5 pm-Filtern, deren Schlammkapazität um einige zehn Male kleiner ist als in den Separatoren.