DE3806742C2 - Zentrifuge mit verbesserter Auslaßanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Zentrifuge dieser Art ist in der US 46 22 029 be­ schrieben. Die spezielle Anordnung einer kalibrierten Öff­ nung in der Verbindung zwischen der Rotor-Trennkammer und der Rotor-Auslaßkammer sowie eines kalibrierten Auslasses für die Ausgabe einer begrenzten Flüssigkeitsströmung aus der Auslaßkammer bei geschlossenem Ausgangkanal dient dem Zweck, in der Auslaßkammer stets einen so niedrigen Flüs­ sigkeitsspiegel wie möglich aufrechtzuerhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ausgabean­ ordnung in einer Zentrifuge der genannten Art so zu ver­ bessern, daß den ortsfesten Elementen eine stärkere Pump­ wirkung zum Pumpen der Flüssigkeit aus der Auslaßkammer zur Auffangstelle außerhalb des Rotors erteilt werden kann, ohne daß die ortsfesten Elemente tiefer als notwendig in die Flüssigkeit in der Auslaßkammer eingetaucht werden müs­ sen, wenn die Verbindung zwischen der Auslaßkammer und der Aufnahmestelle geschlossen ist.

Diese Aufgabe wird durch den Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist es nunmehr möglich, die beiden Funk­ tionen der ortsfesten Elemente, d.h. (1) bei geschlossenem Ausgangskanal den Flüssigkeitsspiegel in der Auslaßkammer so niedrig, d.h. außen, wie möglich zu halten und (2) die Flüssigkeit aus der Auslaßkammer so effektiv wie möglich zur Aufnahmestelle außerhalb des Rotors zu pumpen, unab­ hängig voneinander zu optimieren.

Es ist auch möglich, den kalibrierten Auslaß und das Ventil zum intermittierenden Schließen des­ selben vom Auslaßkanal vollständig zu sperren; in diesem Fall wird in diesem ein separates Absperrventil vorgesehen. Weiterhin ist es möglich, einen am Auslaßkanal beginnenden kalibrierten Auslaß vorzusehen und dennoch zwei separate Absperrventile im kalibrierten Auslaß bzw. im Auslaßkanal anzuordnen.

In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird für beide erforderlichen Ventilfunktionen jedoch nur ein Ventil verwendet. Der kalibrierte Auslaß geht dann vom Auslaßkanal ab, wobei das letzterwähnte Ventil in einer ersten Stellung eine Verbindung zwischen der Auslaßkammer und der Aufnahme­ stelle außerhalb des Rotors herstellt und gleichzeitig die Verbindung zwischen der Auslaßkammer und dem kalibrierten Auslaß schließt und in einer zweiten Stellung die Verbin­ dung zwischen der Auslaßkammer und der Aufnahmestelle sperrt und gleichzeitig eine Verbindung zwischen der Aus­ laßkammer und dem kalibrierten Auslaß herstellt.

Das erwähnte Ventil ist vorteilhafterweise außerhalb des Rotors angeordnet, wobei der kalibrierte Auslaß mit dem Rotorin­ neren zur Rückführung von Flüssigkeit aus der Auslaßkammer - bspw. zur Trennkammer des Rotors - verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung ausführlicher beschrieben werden.

Die Zeichnung zeigt eine Zentrifuge mit einem Rotor, der aus zwei Rotorteilen 1 und 2 besteht, die ein Sperrring 3 zu­ sammengehält. Der Rotor ist auf einer Antriebswelle 4 befestigt.

Innerhalb des Rotors befindet sich ein Schieber 5, der in Axialrichtung auf einen Dichtring 6 hinzubewegt bzw. von ihm abgehoben werden kann. Eine Trennkammer 7 ist zwischen dem Schieber 5 und dem oberen Rotorteil 1 gebildet, desgl. zwischen dem Schieber 5 und dem unteren Rotorteil 2 eine Kammer 8 zur Aufnahme der sogenannten Arbeitsflüssigkeit.

Über eine Einrichtung 9 kann Arbeitsflüssigkeit einem Raum 10 innerhalb des Rotorteils 2 zugeführt werden, von dem ein Kanal 11 zur Kammer 8 führt. Ein gedrosselter Kanal 12 ver­ läuft vom radial am weitesten außen liegenden Teil der Kam­ mer 8 durch den Rotorteil 2 zum Rotoraußenraum.

Innerhalb der Trennkammer 7 ist ein Satz konischer Trenn­ teller 13 angeordnet, die auf einem sogenannten Verteiler 14 sitzen, der im unteren Rotorteil 2 gemeinsam mit einem konischen Teller 15 einen Einlaß 16 zur Trennkammer 7 bil­ det.

Der obere Teil des Verteilers 14 umgreift einen mittigen Innenraum im Rotor, in den hinein ein ortsfestes Einlaßrohr 17 verläuft, durch das eine im Rotor zu trennende Mischung zugeführt werden kann.

Auf dem Tellersatz in der Trennkammer 7 (die Zeichnung zeigt nur einige der Teller 13) sitzt ein oberer konischer Teller 18 auf, der dicker als die Teller 13 ausgeführt ist und etwas weiter als diese radial auswärts in die Trennkammer 7 hineinragt. Dieser Teller 18 bildet gemeinsam mit dem obe­ ren Rotorteil 1 einen Kanal 19 und enthält eine Durch­ gangsbohrung 20 in einer Radiallage etwa entsprechend den Außenkanten der Trennteller 13.

Im oberen Rotorteil 1 hat der oberste Teller 18 zwei radial einwärts gerichtete umlaufende Flansche 21, 22, die zwi­ schen sich eine Kammer 23 bilden. Der obere Flansch 22 ver­ läuft radial etwas weiter einwärts als der Flansch 21. Über dem oberen Flansch 22 trägt der obere Rotorteil 1 einen ringförmig umlaufenden und einwärts gerichteten Flansch 24, der radial etwas weiter einwärts vorsteht als der unterste Flansch 21. Zwischen diesen Flanschen 24, 22 befindet sich ein Raum 25, der über den Kanal 19 mit der Trennkammer 7 in Strömungsverbindung steht.

Zwischen dem obersten Teil des Rotorteils 1 und dem von ihm getragenen Flansch 24 ist eine Auslaßkammer 26 gebildet, die über eine kalibrierte Öffnung 27 im Flansch 24 mit dem Raum 25 in Strömungsverbindung steht.

Das bereits erwähnte Einlaßrohr 17 trägt koaxial ein es um­ greifendes Rohr 28, das an seinem unteren Ende eine Schälscheibe 29 trägt. Diese Schäl­ scheibe 29 befindet sich in der bereits erwähnten Kammer 23.

Das Rohr 28 trägt seinerseits koaxial ein es umgreifendes Rohr 30, das an seinem unteren Ende eine Schälscheibe 31 trägt. Die Schälscheibe 31 befindet sich in der bereits er­ wähnten Auslaßkammer 26 und enthält um sich herum verteilt meh­ rere Kanäle 32, die über einen Ringkanal 33 mit einer Aus­ laßleitung 34 in Strömungsverbindung stehen. Die Auslaß­ leitung 34 ist mit dem Einlaß eines Ventils 35 verbunden, an dessen ersten Ausgang eine Leitung 36 und an dessen zweiten Ausgang eine Rückführleitung 37 angeschlossen sind. Letzere bildet einen Durchlaß, der über eine kalibrierte Öffnung 38 in den Raum 25 mündet.

Die bereits erwähnte Schälscheibe 29 enthält Schälkanäle 39, die über einen Ringkanal 40 mit einer Leitung 41 in Verbindung stehen. In der Leitung 41 ist eine Fühleinrich­ tung 42 herkömmlicher Art angeordnet und ermittelt, ob eine in der Leitung 41 strömende Flüssigkeit Anteile einer wei­ teren Flüssigkeit enthält.

Eine Steuerung 43 ist über die Leitungen 44, 45 an die Fühleinrichtung 42 bzw. das Ventil 35 angeschlossen.

Das Ventil 35 ist in der Zeichnung als Schieberventil mit einem Schieber mit zwei Teilen 46, 47 gezeigt. Die Zeich­ nung stellt den Schieber in einer oberen Stellung dar, in der das Teil 47 die Verbindung zwischen der Aus­ laßleitung 34 und der Rückführleitung 37 herstellt. Mit einem Signal aus der Steuerung 43 läßt der Schieber sich abwärts in eine untere Stellung bringen, in der das Teil 46 diese Verbindung zwischen der Auslaßleitung 34 und der Rückführleitung 37 sperrt, dafür aber eine Verbin­ dung zwischen der Rückführleitung 34 und der Leitung 36 herstellt. Die Leitung 36 führt zu einer (nicht gezeigten) Aufnahmestelle für im Rotor abgetrennte Flüssigkeit, die sich im radial am weitesten außen liegenden Teil der Trenn­ kammer 7 angesammelt hat.

Die oben beschriebene Zentrifuge läßt sich beispielsweise zum Reinigen von Öl wie bspw. schwerem Brennöl durch Ab­ trennen von Wasser und Feststoffteilchen verwenden. Ein auf etwa 100°C erhitztes Gemisch dieser Komponenten wird der Zentrifuge über das Einlaßrohr 17 zugeführt, aus der es durch den Einlaß 16 in die Trennkammer 7 eintritt.

An diesem Punkt wird die Kammer 8 zwischen dem Schieber 5 und dem Rotorteil 2 mit Arbeitswasser gefüllt, so daß der Schieber 5 aufwärts auf den Dichtring 6 gedrückt gehalten wird. Eine kleine Menge Arbeitswasser verläßt die Kammer 8 fortwährend durch den Kanal 12; eine entsprechende Menge Arbeitswasser strömt jedoch aus der Einrichtung 9 fortwäh­ rend neu zu.

In der Trennkammer 7 wandert abgetrenntes Öl zur Rotormitte und strömt in die Kammer 23, aus der es die Schälscheibe 29 durch die Kanäle 39, 40 zur Leitung 41 pumpt. Der radial einwärts gerichtete Flansch 21 bildet einen Überlaufauslaß der Trennkammer 7 für abgetrenntes Öl; aus diesem Grund wird der Flüssigkeitsspiegel in der Trennkam­ mer 7 von der Lage der Innenkante des Flansches 21 bestimmt.

Abgetrenntes Öl strömt zur Rotormitte auch im Kanal 19 zwi­ schen dem obersten Teller 18 und dem Rotorteil 1. Aus dem Kanal 19 strömt das Öl in den mittigen Raum 25 ein, wo sich ein freier Flüssigkeitsspiegel in der gleichen radialen Lage wie in der Trennkammer 7 ausbildet.

Eine bestimmte Ölmenge strömt durch die kalibrierte Öffnung 27 im Flansch 24 in die Kammer 26. Von dort wird das Öl von der Schälscheibe 31 durch die Kanäle 32, 33 in die Leitung 34 und zum Ventil 35 gepumpt. In einer Startstellung nimmt das Ventil 35 die in der Zeichnung dargestellte Lage ein; das Öl wird also weiter durch das Ventil 35 zur Rückführ­ leitung 37 und durch die Öffnung 38 in den mittigen Raum 25 gepumpt. Von dort kann es durch die Öffnung 27 wieder in die Kammer 26 gelangen. Durch geeignete Bemessung der Öffnungen 27, 38 läßt der Flüssigkeitsspiegel in der Kammer 26 sich beim Betrieb des Rotors auf einer gewünschten Höhe radial auswärts des freien Flüssigkeitsspiegels im Raum 25 halten.

Ohne die Rückführleitung 37 und/oder den mit Öffnungen ver­ sehenen Flansch 24 wird in diesem Zustand der Flüssigkeits­ spiegel in der Kammer 26 die gleiche radiale Lage wie im Raum 25 und in der Trennkammer 7 einnehmen. Folglich würde ein verhältnismäßig hoher Anteil der Oberfläche der Schäl­ scheibe 31 in Berührung stehen mit dem in der Kammer 26 um­ laufenden Öl, so daß die Temperatur in dieser Kammer uner­ wünscht hoch wäre.

Hat sich nach einer gewissen Laufzeit so viel Wasser im radial am weitesten außen liegenden Teil der Trennkammer 7 angesammelt, daß die Grenzfläche zwischen dem Öl und dem Wasser in der Trennkammer die Lage A einnimmt, beginnen ge­ ringe Wasseranteile, mit dem abgetrennten Öl durch die Lei­ tung 41 zu fließen. Sie werden von der Einrichtung 42 er­ faßt, die ein Signal an die Steuerung 43 sendet. Daraufhin bewirkt die Steuerung 43 ein Nachstellen des Ventils 35 derart, daß die Auslaßleitung 34 über eine vorbestimmte Zeitspanne in Strömungsverbindung mit der Leitung 36 gehal­ ten wird. Während dieser Zeitspanne kann so viel abgetrenn­ tes Wasser die Trennkammer 7 durch den Kanal 19 verlassen und durch die die Strömungsstärke bestimmende Öffnung 27 im Flansch 24 hindurchtreten, daß die Grenzschicht zwischen dem Öl und dem Wasser in der Trennkammer sich in die Lage B verschiebt.

Nachdem das Ventil 35 den in der Zeichnung gezeigten Zu­ stand wieder angenommen hat, fließt das in diesem Stadium in der Kammer 26, im Raum 25 und im Kanal 19 befindliche Wasser in die Trennkammer 7 zurück. Öl fließt durch die Durchgangsbohrung 20 im obersten Teller 18 nach und füllt die Räume zu den in der Zeichnung gezeigten Lagen der Spiegel bzw. Grenzflächen auf.

Auf die oben beschriebene Weise läßt sich abgetrenntes Was­ ser intermittierend aus der Trennkammer 7 entfernen. In der Trennkammer 7 abgetrennte Feststoffteilchen brauchen regel­ mäßig nur seltener entfernt zu werden. Dies erfolgt durch gelegentliches Unterbrechen der Arbeitswasserzufuhr aus der Einrichtung 9. Die Steuerung 43 läßt sich so programmieren, daß bspw. bei jedem vierten Signal, mit dem ihr mitgeteilt wird, daß die Grenzfläche zwischen dem Öl und dem Wasser in der Trennkammer 7 die Lage A erreicht hat, das Ventil 35 in der in der Zeichnung gezeigten Stellung gehalten wird, wo­ hingegen die Arbeitsflüssigkeitszufuhr zur Einrichtung 9 stattdessen unterbrochen wird. Auf diese Weise wird der Schieber 5 axial abwärts bewegt und öffnet einen Spalt zum Dichtring 6, durch den (sowie durch Öffnungen im Rotorteil 2 radial außerhalb dieses Spalts) abgetrennte Feststoffteilchen und eine gewünschte Wassermenge die Trennkammer 7 verlassen können.

Bei der Bestimmung der Größe der kalibrierten Öffnung 38 kann man von einer bestimmten Größe der Öffnung 27 und von einer gewünschten Lage der Grenzfläche in der Kammer 26 ausgehen, wenn das Ventil 35 die in der Zeichnung gezeigte Stellung einnimmt. Durch Führung der Druckdifferenz, die sich in den Flüssigkeiten beiderseits des Flansches 24 im Bereich der Öffnung 27 einstellt, kann die Strömung durch die Öffnung 27 bestimmt werden. Damit diese für das Öl in der Kammer 26 gewählte Lage der Grenzfläche erhalten bleibt, muß durch die Öffnung 27 genau die gleiche Strömung hindurchtreten wie durch die Öffnung 38.

Sind die Öffnungen 27, 38 richtig dimensioniert worden, stellt sich im Betrieb der beschriebenen Anordnung die Grenzfläche in der Kammer 26 selbsttätig auf die gewünschte Lage ein; die Anordnung arbeitet also selbstregelnd.

Es ist möglich, die Öffnung 38 erforderli­ chenfalls verhältnismäßig groß zu machen, ohne damit die Fähigkeit der Schälscheibe 31 zu beeinträchtigen, Wasser der Aufnahmestelle außerhalb des Rotors zuzupumpen.

Claims (4)

1. Zentrifuge mit einem Rotor, der einen Einlaß (Einlaßrohr 17) für ein Gemisch zweier zu trennender Flüssigkeiten unter­ schiedlicher Dichte bildet, einer mit dem Einlaß (Einlaßrohr 17) in Strö­ mungsverbindung stehenden Trennkammer (7), einem ersten Auslaß (Kammer 23) für eine abgetrennte erste Flüssigkeit, der mit einem ersten Teil der Trennkammer (7) in Strömungsverbin­ dung steht, und einem zweiten Auslaß für eine abgetrennte zweite Flüssigkeit, der eine Auslaßkammer (26) aufweist, die über eine kalibrierte Öffnung (27) mit einem zweiten Teil der Trennkammer (7) in Strömungsverbindung steht, wo­ bei die Zentrifuge weiterhin ortsfeste, in die Auslaßkammer (26) hineinragende Pump-Elemente (Schälscheibe 31), die sowohl einen Auslaßkanal (Auslaßleitung 34, Leitung 36) bilden, der mit einer Einrichtung zum Öffnen und Schließen einer Verbindung zwischen der Auslaßkammer (26) und einer Aufnahmestelle außerhalb des Rotors versehen ist, als auch einen kalibrierten Auslaß (Rückführleitung 37, Öffnung 38) aufweist, durch den bei ge­ schlossenem Auslaßkanal (Auslaßleitung 34, Leitung 36) eine begrenzte Strömung aus der Auslaßkammer (26) austreten kann, gekennzeichnet durch ein intermittierend be­ tätigbares Ventil (35), das so angeordnet ist, daß der kalibrierte Auslaß (Rückführleitung 37, Öffnung 38) geschlossen ist, wenn der Aus­ laßkanal (Auslaßleitung 34, Leitung 36) zum Herstellen einer Verbindung zwischen der Auslaßkammer (26) und der Aufnahmestelle außerhalb des Rotors geöffnet ist.

2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der kalibrierte Auslaß (Rückführleitung 37, Öffnung 38), am Auslaßkanal (Auslaßleitung 34, Leitung 36) beginnt und das Ventil (35) so angeordnet ist, daß es in einer ersten Stellung eine Ver­ bindung zwischen der Auslaßkammer (26) und der Aufnahme­ stelle außerhalb des Rotors herstellt und gleichzeitig eine Verbindung zwischen der Auslaßkammer (26) und dem kali­ brierten Auslaß (Rückführleitung 37, Öffnung 38) sperrt und in einer zweiten Stel­ lung die Verbindung zwischen der Auslaßkammer (26) und der Aufnahmestelle sperrt und gleichzeitig eine Verbindung zwi­ schen der Auslaßkammer (26) und dem kalibrierten Auslaß (Rückführleitung 37, Öffnung 38) herstellt.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ventil (35) außerhalb des Rotors angeordnet und der kalibrierte Auslaß (Rückführleitung 37, Öffnung 38) mit dem Rotorinneren verbunden sind.

4. Zentrifuge nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Auslaß (Kammer 23) mit einem mittigen Teil der Trennkammer (7) in Strömungsverbindung steht, während die Auslaßkammer (26) mit einem Umfangsteil der Trennkammer (7) in Strö­ mungsverbindung steht.