Vollmantelzentrifuge

Abstract

 Eine Vollmantelzentrifuge (1) zum Entwässern von Schlamm, bestehend aus einer konischen Vollmanteltrommel (2) und einem dazu mit Rela­tivdrehzahl drehenden Innenrotorteil (3), das Einrichtungen (15, 16) zum Axialtransport der festen Schlammbestandteile aufweist, wobei der Schlammeintrag (14) im konisch verjüngten Ende und der Austrag der festen Schlammbestandteile am konisch erweiterten Ende der Vollmanteltrommel (2) erfolgt, soll dahingehend verbessert werden, daß bei Verringerung des Energieaufwandes eine verbesserte Trennwirkung erzielt wird. Hierzu wird vorgeschlagen, daß der Schlammeintrag über einen oder mehrere radiale Schlammein­trittskanäle (14) erfolgt, die Einrichtungen zum Axialtransport aus am Innenrotorteil (3) befestigten Flächenelementen (16) bestehen, die in geringem Abstand an der Innenwandung der Vollmanteltrommel vor­beibewegbar sind und die an Halterungen (15) gehalten sind, durch die mindestens zu 50 % des radialen Abstandes zwischen der Wan­dung des Innenrotorteils (3) und der Innenwandung der Vollmantel­trommel (2) ein von den Flächenelementen (16) freier axialer Durch­trittskanal gegeben ist, am konisch erweiterten Ende der Voll­manteltrommel (2) am Innenrotorteil (3) eine Stauscheibe (17) befestigt ist, die zur Innenwandung der Vollmanteltrommel (2) unter Bildung eines Ringspaltes (18) angeordnet ist, der die Durchtrittsöffnung von einem vor der Stauscheibe (17) befindlichen Kompaktierungsraum (19) zu einem hinter der Stauscheibe (17) befindlichen Sedimentaustragsraum (20) darstellt, aus dem einer oder mehrere radial nach innen gerich­tete Sedimentaustrittskanäle (29) führen, die an einen das Sediment nach außerhalb der Vollmanteltrommel (2) leitenden Sedimentaus­tragskanal (25) anschließen, wobei die vom Sediment getrennte Flüs­sigkeit aus dem Kompaktierungsraum (19) durch einen oder mehrere in den Klarbereich der Flüssigkeit mündende Flüssigkeitsaustritts­kanäle (28) ausgetragen wird, die am Innenrotor (3) radial nach innen verlaufend angeordnet sind und in einen die Flüssigkeit nach außerhalb der Vollmanteltrommel (2) leitenden Flüssigkeitsaustrags­kanal (29) übergehen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vollmantelzentrifuge gemäß Oberbe­griff von Anspruch 1.

[0002] Eine Zentrifuge dieser Art ist aus der DE-OS 33 01 099 bekannt, bei der sowohl die an der Innenwandung der Vollmanteltrommel sedimentierenden Feststoffe als auch die flüssige Klarphase im konisch erweiterten Bereich der Vollmantelzentrifuge ausgetra­gen werden, wobei am Innenrotor und an der Vollmanteltrommel befestigte Leitbleche die sedimentierende Schlammphase in der gesamten radialen Füllstandshöhe durchsetzen und mit axialer und in Umfangsrichtung gerichteter Strömungskomponente durch­rühren. Diese sowohl die feste wie auch die flüssige Phase gleichzeitig erfassenden Leitbleche verursachen einen Vermi­schungseffekt, der der angestrebten Trennung der beiden Phasen entgegenwirkt. Neber dieser von den Leitblechen erzeugten Ver­wirbelung ist ein weiterer Nachteil darin gegeben, daß zum Be­trieb der Zentrifuge ein verhältnismäßig hoher Energieaufwand erforderlich ist, da beide Phasen ohne energierückgewinnende Maßnahmen beim Austrag aus der Vollmanteltrommel radial nach außen abgeschleudert werden.

[0003] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vollman­telzentrifuge der genannten Art dahingehend zu verbessern, daß bei verringertem Energieaufwand eine gesteigerte Trennwirkung erzielt wird.

[0004] Diese Aufgabe wird durch die Kombination der kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.

[0005] Die Erfindung basiert danach auf dem Gedanken, für die im ra­dial inneren Bereich sich einstellende Klarphase, aus der sich die schweren Phasenbestandteile bereits weitestgehend abgesetzt haben, einen Strömungsraum zu schaffen, in dem sich eine unbe­hinderte axiale Strömung mit leichter spiraliger Strömungskom­ponente einstellen kann, ohne daß die im radial äußeren Bereich abgesetzten schweren Phasenbestandteile von dieser Strömung mitgerissen werden. Die schweren Phasenbestandteile werden in­nerhalb der im radial äußeren Bereich befindlichen Flächenele­mente gehalten und gegen die im radial inneren Bereich statt­findende Strömung der Klarphase abgeschirmt. Eine Verwirbehlung durch beide Phasenbereiche gleichzeitig durchsetzende Leitble­che bleibt somit ausgeschlossen. Es ist aus der genannten DE-OS 33 01 099 (Fig. 3) zwar bekannt, an Haltearmen befestigte Flä­chenelemente anzuordnen, die in geringem Abstand an der Innen­wandung der Vollmanteltrommel vorbeibewegbar sind und nur eine geringe radiale Erstreckung aufweisen, doch sind diese Flächen­elemente zu beiden Seiten von geschlossenen Schneckenblättern flankiert, die einen Strömungskanal mit geringer Querschnitts­fläche begrenzen, in dem eine hohe Strömungsgeschwindigkeit herrscht und in der sich keine die Sedimentation begünstigende beruhigte Strömung der einer Klarphase einstellen kann.

[0006] Im Sinne einer ruhigen Strömungsführung wirken auch die radial gerichteten Schlammeintrittskanäle, die dafür sorgen, daß der Schlamm bereits mit auf Umfangsgeschwindigkeit beschleunigter Strömungskomponente nahe der Innenwandung der Vollmanteltrommel eingetragen wird. Ein radiales Geschwindigkeitsprofil mit den Trennprozeß störenden Scherströmungen läßt sich damit vermeiden und es ist sichergestellt, daß der Sedimentationsprozeß bereits am Trommelanfang wirkungsvoll einsetzen kann.

[0007] Neben der Abschirmung der abgesetzten schweren Phase vor der im radial inneren Bereich gegebenen Strömung der von den festen Bestandteilen weitgehend befreiten leichteren Klarphase, bewir­ken die beispielsweise in Form einer Bandschnecke gestalteten Flächenelemente eine intensive Scherbeanspruchung des Sedi­ments, wenn dieses unter zunehmender Verdichtungswirkung an der Stauscheibe aufgestaut wird und entgegen der axialen Förder­richtung der Bandschnecke über deren Innenrand quillt. Die bei dieser ständigen Umschichtung der abgesetzten Phasen wirkenden Scherkräfte begünstigen die weitere Kompaktierung der festen Phasenbestandteile.

[0008] Zur Optimierung dieser vor der Stauscheibe sich einstellenden Verfestigungseffekte kann im Sedimentaustragsbereich eine Dros­sel mit veränderbarem Drosselquerschnitt angeordnet sein, die über eine der Drossel nachgeschaltete Meßeinrichtung für die Viskosität des Sediments ansteuerbar ist.

[0009] Nach einer weiteren vorteilhaften Einrichtung zur Optimierung der vor der Stauscheibe sich einstellenden Verfestigungseffekte ist im Austragsbereich für die Klarphase eine veränderbare Drossel angeordnet, die über eine im Austragsbereich für das Sediment angeordnete Viskositätsmeßeinrichtung ansteuerbar ist.

[0010] Die Veränderung der Drosselquerschnittsfläche kann dabei durch eine axiale Verschiebung der Stauscheibe erfolgen, wodurch sich wegen der konisch sich erweiternden Vollmanteltrommel die Weite des vom Rand der Stauscheibe und der Innenwandung der Vollman­teltrommel begrenzten Ringspaltes regeln läßt.

[0011] Um einen vor Verstopfungen durch Grobteile sicheren kontinuier­lichen Betrieb der Vollmantelzentrifuge zu gewährleisten, sind in dem Ringbereich der Vollmanteltrommel, durch den der Sedi­mentaustragsraum radial nach außen begrenzt ist, durch Ver­schlußklappen verschlossene Öffnungen vorgesehen.

[0012] An den durch diese verschlossenen Öffnungen gebildeten Vertie­fungen können sich Grobteile festsetzen, die dann von einem an der Stauscheibe befestigten Grobstoffühler erfaßt werden und durch dessen Abbremsung oder Blockierung in einer in der An­triebseinheit für das Innenrotorteil und die Vollmanteltrommel angeordneten Drehmoment-Sensoreinrichtung einen Steuerimpuls erzeugen, durch den die Verschlußklappen über eine Betätigungs­vorrichtung kurzzeitig geöffnet werden. Damit lassen sich ohne Betriebsunterbrechung die Grobstoffe nach außen in eine ring­förmige Fangrinne austragen.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben, die in schematischer Darstel­lung einen Axialschnitt durch eine Vollmantelzentrifuge 1 zeigt.

[0014] Die Vollmantelzentrifuge 1 besteht im wesentlichen aus einer geschlossenen, konisch sich erweiternden Vollmanteltrommel 2 und einem darin koaxial gelagerten Innenrotorteil 3. Die Voll­manteltrommel 2 weist an ihren beiden Stirnflächen 4 und 5 Hohlwellen 6 und 7 auf, die von den Wellenteilen 8 und 9 des Innenrotorteils 3 durchsetzt sind. Die Hohlwellen 6 und 7 sind in einem die Vollmanteltrommel 2 umschließenden Gehäuse 10 ge­lagert, wohingegen das Innenrotorteil 3 mit seinen Wellenteilen 8 und 9 in den Hohlwellen 6 und 7 gelagert ist.

[0015] Am konisch verjüngten Ende der Vollmanteltrommel 2 befinden sich an der Hohlwelle 6 und am Wellenteil 8 je eine Keilriemen­scheibe 11 und 12 über die die Vollmanteltrommel 2 und das In­nenrotorteil 3 mit geringer Differenzdrehzahl antreibbar sind.

[0016] Am konisch verjüngten Ende der Vollmanteltrommel 2 befindet sich der Zulaufkanal 13 für den Schlamm in Form einer im Wel­lenteil 8 ausgebildeten Hohlbohrung, die sich im Inneren der Vollmanteltrommel 2 in radiale Schlammeintrittskanäle 14 ver­zweigt.

[0017] Im inneren der Vollmanteltrommel 2 trägt das Innenrotorteil 3 an dünnen Halterarmen 15 Flächenelemente 16, die in geringem Abstand zur Innenwandung der Vollmanteltrommel 2 angeordnet sind und nur eine geringe radiale Erstreckung aufweisen. Die Flächenelemente sind so angestellt, daß die in die Vollmantel­trommel 2 eingetragenen Schlammpartikel bei Drehung des Innen­rotorteils 3 gegenüber der Vollmanteltrommel 2 einen Transport­impuls zum konisch sich erweiternden Ende der Vollmanteltrommel 2 erfahren. Anstelle der einzelnen Flächenelemente kann auch eine durchgehende Bandschnecke verwendet werden. Ebenso können im wesentlichen gleichwirkende Förderorgane, wie Paddelschnek­ken und zur Hauptachse der Vollmantelzentrifuge schräg ange­stellte Schaber Verwendung finden.

[0018] Am konisch erweiterten Ende ist innerhalb der Vollmanteltrommel 2 auf dem Innenrotorteil 3 eine Stauscheibe 17 befestigt, deren Rand mit der Innenwandung der Vollmanteltrommel 2 einen Ring­spalt 18 definiert. Der von der Vollmanteltrommel 2 und deren Stirnflächen 4 und 5 umschlossene Inneraum wird von der Stau­scheibe 17 in einen Kompaktierungsraum 19 und in eine Sediment­austragsraum 20 unterteilt, wobei der dem Sedimentaustragsraum zugeordnete Ringbereich 21 der Vollmanteltrommel 2 über den Um­fang verteilte Öffnungen 22 aufweist, die von Verschlußklappen 23 verschlossen sind.

[0019] Auf der dem Sedimentaustragsraum 2 zugewandten Seite trägt die Stauscheibe 17 radial nach innen gerichtete Sedimentaustritts­kanäle 24, die in im Wellenteil 9 angeordnete axiale Sediment­austragskanäle 25 übergehen.

[0020] Die Sedimentaustragskanäle 25 münden in ein ringförmiges, nicht umlaufendes Sammelgefäß 26 von dem ein Sedimentausfallschacht 27 abzweigt.

[0021] Aus dem Kompaktierungsraum 19 zweigen im Abstand zu der Stau­scheibe 17 radial gerichtete Flüssigkeitsaustrittskanäle 28, die in einen axialen Flüssigkeitsaustragskanal 29 übergehen, an dessen Ende ein nicht mitrotierender Leitungsanschluß 30 ange­ordnet ist.

[0022] An der Stauscheibe 17 ist ein Grobstoffühler 31 befestigt, der in geringem Abstand an den Öffnungen 22 im Ringbereich 21 vor­beibewegbar ist.

[0023] Die Verschlußklappen 23 sind mit einer hydraulischen Betäti­gungsvorrichtung 32 gekoppelt, die über eine im Antriebsteil 33 angeordnete Drehmoment-Sensoreinrichtung (nicht dargestellt) ansteuerbar ist. Der Ringbereich 21 ist von einer nicht umlau­fenden Fangrinne 34 umgeben.

[0024] Im Betrieb wird der Vollmantelzentrifuge 1 der Schlamm über den Zulaufkanal 13 und die Schlammeintrittskanäle 14 in die Nähe der Innenwandung der Vollmanteltrommel 2 eingetragen, so daß der Schlamm beim Eintritt in den Kompaktierungsraum 18 bereits weitgehend auf die Umfangsgeschwindigkeit der Vollmanteltrommel 2 beschleunigt ist. Dieser mit verhältnismäßig beruhigter Strö­mung erfolgende Schlammeintrag führt dazu, daß der Sedimenta­tionsprozeß der festen Phase bereits sehr nahe dem konisch ver­jüngten Ende der Vollmanteltrommel einsetzen kann. Die feste Phase wird im radial äußeren Bereich von den Flächenelementen 16 erfaßt und in Richtung des konisch erweiterten Endes der Vollmanteltrommel 2 gefördert. Die radiale Höhe der festen Pha­se nimmt in Richtung der konischen Erweiterung zu und über­steigt im Bereich der Stauscheibe 17 die radiale Höhe der Flä­ chenelemente 16, da sich die festen Phasenbestandteile, bedingt durch Drosseleffekte im Sedimentaustragsbereich, an der Stau­scheibe 17 aufstauen und entgegen der axialen Förderrichtung der Flächenelemente über deren radial inneren Rand quellen, wo­durch die Sedimentbestandteile in sich wiederholender Folge einer ständigen Scherbeanspruchung ausgesetzt werden, die eine weitere Kompaktierung der festen Bestandteile zur Folge hat.

[0025] Die festen Sedimentbestandteile gelangen über den Ringspalt 18 in den Sedimentaustragsraum 20, aus dem das Sediment durch mit der Stauscheibe 17 fest verbundene Sedimentaustrittskanäle 24 und durch Sedimentaustragskanäle 25 in das drehfest angeordnete Sammelgefäß 26 gelangt, das über den Sedimentausfallschacht 27 entleerbar ist.

[0026] In den Öffnungen 22 sich absetzende Grobstoffteile verursachen beim Auftreffen des mit der Stauscheibe 17 umlaufenden Grob­stuffühlers 31 eine Drehverzögerung in der Antriebseinheit 33, wodurch die Drehmoment-Sensoreinrichtung anspricht und einen Steuerimpuls zu einer Öffnung der Verschlußklappen 23 mittels der Verschlußklappen-Betätigungsvorrichtung 32 erzeugt. Da der Öffnungsvorgang nur kurzzeitig erfolgt, kann die Entfernung von Grobstoffteilen ohne Unterbrechung des normalen Betriebes der Vollmantelzentrifuge durchgeführt werden.

[0027] Die im radial inneren Bereich des Kompaktierungsraumes 19 sich bildende Klarphase wird über am Innenrotorteil 3 angeordnete Flüssigkeitsaustrittskanäle, über den im Wellenteil 9 ausgebil­deten Flüssigkeitsaustragskanal 29 und über einen drehfesten Leitungsanschluß 30 abgeleitet.

[0028] Mittels einer im Sedimentaustragsbereich angeordneten veränder­baren Drossel ist die Stauhöhe der vor der Stauscheibe sich aufstauenden festen Phase einstellbar, wobei die Verstellung der Drossel zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von den Meßgrößen einer Viskositätsmeßeinrichtung für das ausgetragene Sediment erfolgt.

[0029] In einer anderen Ausführungsform ist im Austragsbereich für die Klarphase eine veränderbare Drossel angeordnet, die in Abhän­gigkeit von den Meßgrößen einer Viskositätsmeßeinrichtung für das ausgetragene Sediment steuerbar ist.

[0030] Mit den beiden vorgenannten Drosseleinrichtungen kann die Kon­sistenz bzw. die Restfeuchte des Sediments beeinflußt werden, um beispielsweise im Sedimentaustragsbereich eine Verstopfung infolge zu starker Entwässerung des Sediments oder einen zu schnellen Abfluß des Sediments infolge ungenügender Entwäs­serung zu vermeiden.

Ansprüche

1. Vollmantelzentrifuge zum Entwässern von Schlamm mit einer konischen Vollmanteltrommel und einem dazu mit Relativdreh­zahl drehenden Innenrotorteil, das Einrichtungen zum Axial­transport der festen Schlammbestandteile aufweist, wobei der Schlammeintrag im konisch verjüngten Ende und der Austrag der festen Schlammbestandteile am konisch erweiterten Ende der Vollmanteltrommel erfolgt, dadurch gekenn­zeichnet, daß
- der Schlammeintrag über einen oder mehrere radiale Schlammeintrittskanäle (14) erfolgt,
- die Einrichtungen zum Axialtransport der festen, an der Innenwandung der Vollmanteltrommel (2) sedimentierenden Schlammbestandteile aus einem oder mehreren, am Innenro­torteil (3) befestigten Flächenelementen (16) bestehen,
- die Flächenelemente (16) in geringem Abstand und mit Re­lativgeschwindigkeit an der Innenwandung der Vollmantel­trommel (2) vorbeibewegbar sind,
- die Flächenelemente (16) an Haltearmen (15) gehalten sind, durch die mindestens zu 50 % des radialen Abstandes zwi­schen der Wandung des Innenrotorteils (3) und der Innen­wandung der Vollmanteltrommel (2) ein von den Flächenele­menten (16) freier axialer Durchtrittskanal gegeben ist,
- im Bereich des konisch erweiterten Endes der Vollmantel­trommel (2) am Innenrotorteil (3) eine Stauscheibe (17) befestigt ist, die zur Innenwandung der Vollmanteltrommel (2) unter Bildung eines Ringspaltes (18) angeordnet ist,
- der Ringspalt (18) die Durchtrittsöffnung von einem vor der Stauscheibe (17) befindlichen Kompaktierungsraum (19) zu einem hinter der Stauscheibe (17) befindlichen Sedi­mentaustragsraum (20) darstellt,
- aus dem Sedimentaustragsraum (20) einer oder mehrere radi­al nach innen gerichtete Sedimentaustrittskanäle (24) füh­ren, die an einen das Sediment nach außerhalb der Vollman­teltrommel (2) leitenden Sedimentaustragskanal (25) an­schließen, wobei
- die vom Sediment getrennte Flüssigkeit aus dem Kompaktie­rungsraum (19) durch einen oder mehrere in den Klarbereich der Flüssigkeit mündende Flüssigkeitsaustrittskanäle (28) ausgetragen wird, die am Innenrotorteil (3) radial nach innen verlaufend angeordnet sind und in einen die Flüssig­keit nach außerhalb der Vollmanteltrommel (2) leitenden Flüssigkeitsaustragskanal (28) übergehen.

2. Vollmantelzentrifuge nach Anspruch 1, dadurch ge­kennzeichnet, daß der von der Stauscheibe (17), der Stirnwand (5) der Vollmanteltrommel (2) und einem Ring­bereich (21) der Vollmanteltrommel umschlossene Sedimentaus­tragsraum (20) in dem Ringbereich (21) eine oder mehrere, von Verschlußklappen (23) verschlossene Öffnungen (22) auf­weist, an der Stauscheibe (17) ein Grobstoffühler (31) ange­ordnet ist, der mit Relativgeschwindigkeit im Ringbereich (21) an der Innenwandung der Vollmanteltrommel (2) vorbeibe­wegbar ist, und der Ringbereich (21) von einer Fangrinne (33) umgeben ist, wobei an der Antriebseinheit für die mit Differenzdrehzahl umlaufende Vollmanteltrommel (2) und das Innenrotorteil (3) eine Drehmoment-Sensoreinrichtung angeordnet ist, die beim Abbremsen oder Blockieren des Grobstoffühlers (31) an einem oder mehreren an einer verschlossenen Öffnung (22) abgesetzten Grobstoffteilen einen Steuerimpuls zu einem kurzzeitigen Öffnen der Verschlußklappen (23) mittels einer Verschlußklappen-Betätigungsvorrichtung (32) erzeugt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­durch gekenzeichnet, daß die Einrichtun­gen zum Axialtransport aus einer an sich bekannten Band­schnecke bestehen, die über Haltearme (15) am Innenrotorteil (3) befestigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Sedimentsaustragsbereich eine veränderbare Drosseleinrichtung angeordnet ist, die über eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Viskosität des Sediments ansteuerbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Klarphasenaustragsbe­reich eine veränderbare Drosseleinrichtung angeordnet ist, die über eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Viskosität des Sediments ansteuerbar ist.

Zeichnung