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Schleudermaschine zum Ausscheiden von feinen festen Teilchen aus viskosen
Flüssigkeiten Die Erfindung betrifft eine Schleudermaschine. zum Abscheiden von
feinen festen Teilchen aus viskosen Flüssigkeiten, wie z. B. des Rußes und anderer
fester Verunreinigungen aus müden Ölen von Verbrennungsmotoren. Die zum Scheiden
von Flüssigkeiten verschiedenen spezifischen Gewichtes geeigneten fortlaufend arbeitenden
Schälschleudern können für das Ausscheiden von dispersen festenTeilchen mit möglichst
wenig Flüssigkeit nicht verwendet werden. Auch die zum Ausscheiden von festen Bestandteilen
gebräuchlichen selbstentleerenden Schleudern sind hierzu ungeeignet, weil bei einem
geringen Unterschied in dem spezifischen Gewicht der dispersen Teilchen und der
Flüssigkeit die unterschiedliche Fliehkraft verhältnismäßig gering ist.
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Die auf ein bestimmtes Teilchen wirkende Scheidekraft ist bekanntermaßen
bei gleichbleibender Umlaufgeschwindigkeit proportional mit dem Unterschiede der
spezifischen Gewichte der festen und flüssigen .Teile. Wenn dieser Unterschied gering
ist, so ist auch die Scheidekraft verhältnismäßig gering.
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Für die Geschwindigkeit der Abscheidung der festen Teilchen aus der
Flüssigkeit ist außer der Scheidekraft, der der Wanderung der Teilchen in der Flüssigkeit
entgegengesetzte Widerstand und die Länge des Weges maßgebend, den die Teilchen
bis zur Erreichung der Ablagerungsfläche zurückzulegen haben. Mit der Feinheit der
Teilchen und der Viskosität der Flüssigkeit wächst infolge der verhältnismäßig großen
Berührungsfläche zwischen den festen Teilchen und der Flüssigkeit der Flüssigkeitswiderstand,
und die Trenngeschwindigkeit nimmt entsprechend ab. Hieraus ergibt sich also zunächst
die Forderung, daß während der Trennung keine Flüssigkeitsströmung stattfinden darf.
Schon aus diesem Grunde sind ununterbrochen arbeitende Schleudern, in denen sich
die Flüssigkeit in Strömung befindet, für das Ausscheiden ganz feiner Dispersionen
aus viskosen Flüssigkeiten unbrauchbar. In diesem Falle muß also die Schleudertrommel
mit dem Schleudergut angefüllt und diese bei in bezug auf die Trommel ruhender Flüssigkeit
bis zur vollständigen Ausscheidung des dispersen Teils geschleudert werden. Damit
ist zwar die Möglichkeit der vollkommenen Abscheidung auch der feinsten Rußteilchen
aus Schmierölen gegeben, doch würde es wegen der sehr geringen Trenngeschwindigkeit
in einer gewöhnlichen einsatzlosen Schleudertrommel mit praktisch in Betracht kommenden
Fassungsvermögen sehr lange dauern, bis der Ruß aus je einer Füllung der Trommel
ausgeschleudert ist. Es muß demnach in an sich bekannter Weise die zu schleudernde
Flüssigkeit mittels Einsätzen in dünne Schichten zerlegt werden, damit der Weg der
Teilchen bis zur Abscheidung möglichst verkürzt
wird. Es ist zwar
bereits bekannt, Schleudertr.onirneln -zu ' diesem Zweck mit übereinandergestapelten,
-nach oben kegelig erweiterten trichterförmigen Einsätzen aü@-zurüsten, zwischen
denen sich der Schlamm ablagern sollte. Der ausgeschiedene Schlamm wurde bei dieser
Einrichtung aber nicht in der Weise ausgetragen, daß eine solche Schleuder zum Abscheiden
von feinsten Verunreinigungen dienen könnte.
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Der ausgeschiedene Schlamm sollte nämlich durch Verschieben des Trommelmantels
in der Achsenrichtung ausgetragen werden, wodurch zwischen dem Trommeldeckel und
-mantel ein sich über den ganzen Umfang erstreckender Spalt hervorgerufen wurde.
Bei dem hohen, für die Abscheidung feinster Teilchen erforderlichen Schleuderdruck
ist es aber nicht möglich, einen derartig.- langen Spalt genügend abzudichten. Diese
Schwierigkeiten sind durch die neue Schleudertrommel beseitigt, die es ermöglicht,
die feinsten Suspensionen selbst aus sehr viskosen Flüssigkeiten mit größter Vollkommenheit
und wirtschaftlich auszuscheiden.
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Gemäß der Erfindung ist der Trommelmantel mit einem über dem Boden
des obersten Trichtereinsatzes mündende Füllkanäle aufweisenden Deckel dicht verschlossen
und erweitert sich ebenso wie die Trichtereinsätze nach oben kegelig und ist an
seiner höchsten Stelle mit einem Kranz von Schlammentleerungsventilen ausgerüstet,
während die unteren engen Öffnungen der Trichtereinsätze in einen den Trommelboden
durchdringenden Flüssigkeitsaustrittskanal münden.
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Es ist an sich bekannt, den Mantel einer Schleudertrommel nach unten
kegelig erweitert auszubilden und an der weitesten Stelle einen Kranz von durch
Ventile abgeschlossenen Austrittsöffnungen vorzusehen.
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In Abb. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Schleudertrommel
in lotrechtem Schnitt dargestellt, während Abb. z einen Querschnitt gemäß der Linie
A-B der Abb. i veranschaulicht.
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In der mit einem dicht festgeschraubte Deckel a,_ verschlossenen Schleudertrommel
a sind nach oben erweiterte trichterförmige kegelige Einsätze b unter Zwischenschaltung
von durchbrochenen Abstandsringen auf die mit Längsnuten versehene Welle h aufgereiht.
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Der Trommelmantel a ist nach oben kegelig erweitert und am größten
Umfang mit einer Anzahl kranzförmig angeordneten, durch j e ein besonderes Ventil-
absperrbaren Entleerungsöffnungen d ausgerüstet. Die Ventile sind gemäß der Zeichnung
im Deckel ai untergebracht. Der obere Durchmesser der Einsätze b wächst zweckmäßig
vom untersten gegen den obersten Einsatztrichter nach Maßgabe der Erweiterung des
Trommelmantels an, so daß die Weite des Spaltes der zwischen dem Mündungsrand der
Einsatztrichter '-und dem Mantel frei zu lassen ist für sämtliche Trichter gleichbleibt.
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' Der Deckel enthält im oberen Lagerzapfen den Einfüllkanal f für
die zu reinigende Flüssigkeit, der durch seitlich abgezweigte Kanäle f,. in dem
Raum zwischen den obersten Einsatztrichter und dem Deckel mündet. Den Boden der
Trommel durchbricht das Ende g des durch die Längsnuten der- Welle h gebildeten
Flüssigkeitsaustrittskanals, in den die unteren schmalen Enden der Einsatztrichter
münden.
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Die von den suspendierten festen Teilchen zu reinigende Flüssigkeit
wird bei geschlossenen Ventilen d durch den Hohlzapfen f in die gedrehte
Schleudertrommel gespeist und gelangt durch die Kanäle f, in den obersten Einsatztrichter
b, steigt dessen Wandung entlang und wird über den Rand des Einsatztrichters gegen
den Trommelmantel geschleudert, so daß die "zu schleudernde Flüssigkeit am größten
Halbmesser des Trommelmantels in den Spalt zwischen diesen letzteren und den Einsatztrichterstapel
gespeist wird. Mit Rücksicht darauf, daß die Länge der Trommel ein Mehrfaches des
Trommeldurchmessers beträgt, nimmt- die Oberfläche der geschleuderten Flüssigkeit
bei den in Betracht kommenden hohen Drehzahlen die Gestalt eines sehr steilen Rotationsparaboloids
an, welches mit Ausnahme des dem Trommelböden zunächstliegenden tiefsten Abschnittes
nahezu parallel mit dem kegeligen Trommelmantel verläuft. Es lagert sich also auf
den Trommelmantel zunächst, außer den hier gleich ausgeschiedenen gröbsten festen
Stoffen, eine Flüssigkeitsschicht von nahezu gleichmäßiger Stärke an, die bei weiterer
Flüssigkeitszufuhr vom Mantel gegen die Welle zu allmählich wächst und vom Außenumfang
zwischen die Einsatztrichter dringt. Die eigentlich parabolische, aber praktisch
annähernd zylindrische freie Oberfläche der dem Trommelmantel aufgelagerten Flüssig=
keitsschicht dringt bei fortgesetzter Flüssigkeitszufuhr allmählich bis zu den Abstandsringen
zwischen den Einsatztrichtern vor. Bei weiterer Zufuhr tritt die Flüssigkeit durch
die Öffnungen der Abstandsringe in die Längsnuten der Welle lt über und fließt durch
diese zur Ausflußmündung g. Infolge der Schleuderwirkung trachten die suspendierten
Teilchen der im Spalt zwischen dem Einsatzstapel und dem Trommelmantel befindlichenFlüssigkeit
gegen denTrommelmantel und in der Flüssigkeit innerhalb der Spalte zwischen je zwei
Einsatztrichter gegen die Innenfläche des jeweils äußeren Einsatztrichters
zu
wandern. Ist die Feinheit der suspendierten' Teilchen und die Viskosität der Flüssigkeit
sowie der Gehalt der Flüssigkeit an fester Suspension nicht zu groß und der Unterschied
im spezifischen Gewicht der dispersen Teilchen und der Flüssigkeit nicht zu klein,
so wird ein geringerer oder größerer Teil der suspendierten Stoffe an den kegeligen
Wänden ausgeschieden. Werden bezüglich der Vollkommenheit der Ausscheidung der suspendierten
Teilchen keine allzu hohen Anforderungen gestellt, so kann man die zu verarbeitende
Flüssigkeit nach Anfüllen der Trommel bei f fortlaufend zufließen und die mehr oder
weniger gereinigte Flüssigkeit bei g fortlaufend ausfließen lassen, so lange, bis
die zum Flüssigkeitsdurchtritt erforderlichen Spalte durch den ausgeschiedenen Schlamm
nicht versperrt sind.
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Je langsamer die Trennung stattfindet und je vollkommener die Flüssigkeit
gereinigt werden soll, um so langsamer darf man die Flüssigkeit durch die Schleudertrommel
strömen lassen. Bei sehr feinen Dispersionen in stark viskosen Flüssigkeiten, insbesondere
bei weitgehender Reinigung müder Schmieröle-von Verbrennungsmotoren, soll die Strömungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit in der Trommel während des Schleuderns möglichst Null sein, damit
die Trennung nicht gestört wird. Die Flüssigkeitszufuhr bei f wird deshalb eingestellt,
wenn die Trommel während des Drehens mit der Schleudergeschwindigkeit so weit gefüllt
ist, daß bei g Flüssig= keit auszutreten beginnt. Während des Anfüllens derTrommel
werden wegen der Kürze der Zeit und wegen der Strömung der Flüssigkeit sich nur
etwaige gröbere Verunreinigungen sofort abscheiden, aber es findet praktisch keine
Trennung der feinen Suspension statt. Diese beginnt erst nach Unterbrechung der
Flüssigkeitszufuhr, wenn die mit der Schleudertrommel umlaufende Flüssigkeit in
bezug auf diese als ruhend betrachtet werden kann. Die in der Flüssigkeit suspendierten
Teilchen können nun trotz ihrer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit ungestört
in radialer Richturig wandern. Da die radiale Breite des. Spaltes zwischen der Umhüllungsfläche
des Einsatztrichterstapels und der Mantelfläche der Trommel sowie die in radialer
Richtung gemessene Breite der Spalte zwischen den einzelnen Einsatztrichtern verhältnismäßig
sehr klein ist, so werden die auszuscheidenden festen Teilchen bereits nach Zurücklegung
einer verhältnismäßig kurzen radialen Strecke, also in verhältnismäßig kurzer Zeit,
an eine Wand treffen, an der sie sich ansetzen können, und bleiben auch während
des weiteren Schleuderns an den Wänden der Trichtereinsätze sowie an dem Trommelmantel
haften. Nachdem man die Trommel genügend lange laufen gelassen hat, daß man auf
Grund von früheren Versuchen annehmen kann, daß sich die Ausscheidung der dispersen
Teile mit dem geforderten Vollkommenheitsgrade vollzogen hat, vermindert man die
Geschwindigkeit der Schleudertrommel allmählich bis zum vollständigen Stillstand.
Dadurch kann die gereinigte Flüssigkeit aus der Trommel durch die Öffnungen der
zwischen den Einsätzen befindlichen Abstandsringe und die Nuten der Welle 1a an
der Öffnung g der Welle abfließen. Der ausgeschiedene Niederschlag bleibt weiter
an den Wänden der Einsätze und des Trommelmantels haften. Öffnet man nun die Ventile
d und läßt die Trommel wieder mit der Schleudergeschwindigkeit laufen, so wird der
Schlamm von den Trichtereinsätzen in den flüssigkeitsfreien Raum zwischen dem Einsatzstapel
und Trommelmantel hinausgeschleudert und sammelt sich auf diesen letzteren und steigt
bei genügender Umlaufszahl gegen den Trommeldeckel a, Da die Ventile d nun offen
sind, so kann der Schlamm durch die Ventile entweichen.
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Das Verhalten des ausgeschiedenen Niederschlages, während des Schleuderns
der Flüssigkeit an den kegeligen Wänden zu haften, beim Schleudern der von der Flüssigkeit
entleerten Trommel jedoch den Entleerungsöffnungen der Schleudertrommel entgegenzustreben,
ist dem Umstande zu verdanken, daß beim Schleudern in Gegenwart der Flüssigkeit
die Fliehkraft zur Verschiebung des ausgeschiedenen Niederschlages außer der Arbeit
der Überwindung der, Adhäsionskräfte auch noch die Verdrängungsarbeit gegenüber
der unter nach außen steigendem Schleuderdruck stehenden Flüssigkeit leisten muß,
welch letztere Arbeit aber beim Schleudern der flüssigkeitsleeren Trommel fortfällt,
so daß die auf die an den Wänden haftenden Festteilchen wirkende Fliehkraft ungeschmälert
zur Überwindung der Adhäsion verfügbar ist, wogegen in Gegenwart von Flüssigkeit
bloß der nach Abzug des durch die Flüssigkeit erzeugten Auftriebes verbleibende
Rest der Fliehkraft im Sinne der Verschiebung des Niederschlages wirkt.