Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge, insbesondere Schneckenzentrifuge zur Trennung von Feststoff-Flüssigkeitsgemischen mit einem drehbar gelagerten Trommelmantel und einer darin mit abweichender Drehzahl rotierbaren Förderschnecke und mit in der Stirnwandung der Zentrifugentrommel angeordneten Flüssigkeits-Ablauföffnungen und mit Feststoff-Austragsöffnungen am anderen Ende der Zentrifugentrommel.
Vollmantel-Schneckenzentrifugen haben eine Einrichtung zum zentralen Zuführen des zu trennenden Feststoff-Flüssigkeitsgemisches in die Zentrifugentrommel sowie Auslaßöffnungen für den Austrag der voneinander getrennten leichten und schweren Stoffe. Zum Ablauf der von den Feststoffen befreiten Flüssigkeit sind in der Stirnwandung der Zentrifugentrommel mehrere um den Umfang verteilte Flüssigkeits-Ablauföffnungen angeordnet, und das andere, meist konisch verjüngte Trommelende weist an seiner Peripherie ebenfalls um den Umfang verteilte Austragsöffnungen auf, durch welche der von der Förderschnecke innerhalb der Trommel transportierte und von der Flüssigkeit weitgehend befreite Feststoff ausgetragen wird.
Wie z. B. aus Fig. 1der DE-OS 40 33 070 gut zu ersehen, bildet sich beim Betrieb einer solchen Schneckenzentrifuge innerhalb der Zentrifugentrommel ein Flüssigkeitsring aus, dessen Innendurchmesser von der radialen Anordnung der um den Umfang der Trommelstirnwand gleichmäßig verteilten Flüssigkeits-Ablauföffnungen bzw. von der Höhe radial einstellbarer Wehrscheiben bestimmt ist, durch deren Verstellung das Flüssigkeitsniveau bzw. die Teichtiefe verändert werden kann. Beim Abstellen der Schneckenzentrifuge (Abfahrvorgang) verringert sich die Drehzahl der Zentrifugentrommel bis zum Stillstand und damit verringert sich auch die Zentrifugalkraft. Es wird dann beim Auslaufen der Zentrifugentrommel eine Drehzahl erreicht, bei der die Zentrifugalkraft niedriger wird als die Gravitationskraft mit der Folge, daß der in der Zentrifugentrommel sich ausbildende Flüssigkeitsring zusammenbricht und der Füllstand der Flüssigkeit innerhalb der Zentrifugentrommel über die Feststoff-Austragsöffnungen hinausreicht, so daß an diesen Öffnungen, wenn auch nur kurzfristig, in unerwünschter Weise schwallartig auch Flüssigkeit ausgetragen wird.
Aber auch dann, wenn wie in der DE-OS 40 33 070 vorgeschlagen beim Abfahrvorgang der Schneckenzentrifuge die Wehrscheiben der Flüssigkeits-Ablauföffnungen radial nach außen verstellt werden, um möglichst schnell die Teichtiefe des Flüssigkeitsringes zu reduzieren, verbleibt immer noch eine erhebliche Restmenge an Flüssigkeit in der Zentrifugentrommel, d. h. der an der Trommelinnenwandung verbliebene Flüssigkeitsring bricht vor dem Betriebsstillstand schlagartig zusammen und er kann in unerwünschter Weise die Trommel an der Feststoff-Austragsseite verlassen. Umgekehrt erhöht beim Wiederanfahren der Schneckenzentrifuge die in der Zentrifugentrommel verbliebene Flüssigkeit das Trägheitsmoment des Rotors und erschwert damit die Beschleunigung der in Rotation zu versetzenden Massen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und eine Schneckenzentrifuge zu schaffen, bei deren Anfahrvorgang und Abfahrvorgang keine Probleme mehr auftreten, die von der in der Zentrifugentrommel befindlichen bzw. verbliebenen Flüssigkeitsmenge herrühren, insbesondere das Problem des Austretens von Flüssigkeit an den Feststoff-Austragsöffnungen beim Abfahrvorgang. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung beruht auf der Idee, bei Schneckenzentrifugen den oben beschriebenen in der Zentrifuge befindlichen bzw. verbliebenen Flüssigkeitsring, der während des Anfahr- und Abfahrvorganges der Zentrifuge zu Problemen führt, in der Anfahr- und Abfahrphase zum Verschwinden zu bringen. Bei der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge ist nämlich in der Trommelstirnwand radial außerhalb der Flüssigkeits-Ablauföffnungen wenigstens eine Trommel-Entleerungsöffnung angeordnet, vorzugsweise sind radial außerhalb der Flüssigkeits-Ablauföffnungen mehrere gleichmäßig um den Umfang verteilte Trommel-Entleerungsöffnungen angeordnet, um die Zentrifugentrommel vollständig von verbliebener Restflüssigkeit entleeren zu können. Diese in der Trommelstirnwandung angeordneten Trommel-Entleerungsöffnungen sind jeweils von einer Bohrung radial durchkreuzt, in der jeweils ein Fliehkraft-Ventil eingeführt ist mit einem federbelasteten Ventilkörper bzw. Verschlußkörper in der Weise, daß der Verschlußkörper bei hoher Trommeldrehzahl (Betriebsdrehzahl) die Trommel-Entleerungsöffnung jeweils verschließt und bei niedriger Trommeldrehzahl die Entleerungsöffnung öffnet. Das Fliehkraft-Ventil der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge wirkt also genau umgekehrt wie z. B. bei Teller-Separatoren angewandte Rücklaufventile, die bei hoher Drehzahl des Separators infolge hoher Fliehkraft und Produktbelastung die Austragsöffnungen für die schwere Phase öffnen, während genau konträr dazu bei der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge mit auftretender hoher Fliehkraft das integrierte Fliehkraft-Ventil schließt.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung kann der Verschlußkörper des Fliehkraft-Ventils aus einem Kolbenschieber bestehen, der in eine radial innerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung an diese in der Trommelstirnwand ansetzende Sackbohrung einführbar ist und in dieser unter Einwirkung der Kraft einer Feder sowie der im Zentrifugenbetrieb aufgebauten Fliehkraft kolbenartig hin- und herfahrbar ist und dabei die kreuzende Trommel-Entleerungsöffnung freigibt oder verschließt. Dabei ist die Feder vorzugsweise eine in der Trommel-stirnwandung radial außerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung angeordnete vorgespannte Druckfeder, z. B. Schraubenlinienfedern, deren Spannkraft, welche die Gegenkraft zur Zentrifugen-Fliehkraft aufbaut, abgestimmt ist auf die Öffnungsdrehzahl, bei welcher der Ventil-Kolbenschieber radial nach innen bewegt wird und dabei die jeweilige Kolben-Entleerungsöffnung beim Abfahrvorgang der Zentrifuge freigibt.
Beim Abfahrvorgang der Schneckenzentrifuge, d. h. ab Erreichen einer bestimmten erniedrigten Drehzahl der Zentrifugentrommel bis zum Stillstand verringert sich die Zentrifugalkraft, die auf den Verschlußkörper des Fliehkraft-Ventils einwirkt, so daß sich der Verschlußkörper infolge der Kraft der gespannten Druckfeder radial nach innen bewegt und dabei die Trommel-Entleerungsöffnung bzw. die um den Umfang verteilten mehreren Öffnungen mehr oder weniger schlagartig freigibt, so daß die Zentrifugentrommel von restlicher verbliebener Flüssigkeitsmenge entleert wird und die Gefahr des unerwünschten Herausschwappens dieser restlichen Flüssigkeitsmenge an den Feststoff-Austragsöffnungen nicht mehr gegeben ist. Umgekehrt werden beim Anfahrvorgang die Trommel-Entleerungsöffnungen unter Einwirkung der federbelasteten Fliehkraft-Ventilkörper bis zum Erreichen einer bestimmten Betriebsdrehzahl offen gehalten, so daß das Anfahren der Schneckenzentrifuge bzw. das Beschleunigen des Rotors durch eine in der Trommel verbliebene restliche Flüssigkeitsmenge nicht behindert ist.
Die Erfindung und deren weitere Merkmale und Vorteile werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigt:
Wie Fig. 1 zeigt, weist die erfindungsgemäße Schneckenzentrifuge einen Trommelmantel 10 mit darin koaxial angeordneter mit Schnekkenwendeln 11 versehener Förderschnecke auf, die in gleicher Drehrichtung wie die Zentrifugentrommel 10, aber mit von dieser abweichender Drehzahl rotiert. Das zu entwässernde Feststoff-Flüssigkeitsgemisch wie z. B. der Klärschlamm wird in die Zentrifugentrommel über das zentrale Zuführungsrohr 12 eingeführt. Beim Betrieb der Schneckenzentrifuge bildet sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft innerhalb der Zentrifugentrommel 10 ein Flüssigkeitsring aus, aus dem die schweren Stoffe mit Hilfe der Förderschnecke 11 nach rechts transportiert und über das meistens konische Trommelende zu den in Fig. 1 nicht dargestellten Feststoff-Austragsöffnungen gefördert werden, während die von den Feststoffen befreite Flüssigkeit (Zentrat) aus der Zentrifugentrommel über Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 abläuft, die in der am linken Trommelende angebrachten Trommelstirnwandung 14 gleichmäßig um den Umfang verteilt angeordnet sind. Der Innendurchmesser des sich in der Zentrifugentrommel 10 ausbildenden Flüssigkeitsringes wird durch die Höhenstellung der die Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 außen teilweise abdeckenden Wehrscheiben 15 bestimmt.
Nach dem Abfahren der Schneckenzentrifuge verbleibt innerhalb der Zentrifugentrommel 10 in jedem Fall eine restliche Flüssigkeit erheblicher Menge, die sowohl beim Abfahrvorgang als auch beim Wiederanfahren der Schneckenzentrifuge die oben geschilderten Probleme bereitet.
Diese Probleme werden dadurch beseitigt, daß bei der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge in der Trommelstirnwand 14 radial außerhalb der Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 wenigstens eine, vorzugsweise mehrere um den Umfang verteilte Trommel-Entleerungsöffnungen 16 angeordnet sind, die jeweils von einer Bohrung 17 radial durchkreuzt sind, in der jeweils ein Fliehkraft-Ventil 18 eingeführt ist mit einem federbelasteten Verschlußkörper in der Weise, daß der Verschlußkörper bei hoher Trommeldrehzahl (Betriebsdrehzahl) die Trommel-Entleerungsöffnung 16 verschließt und bei niedriger Trommeldrehzahl die Entleerungsöffnung 16 öffnet. In Fig. 1 ist das Fliehkraft-Ventil 18 in seiner die Trommel-Entleerungsöffnung 16 verschließenden Stellung gezeichnet, und in dieser Stellung ist das Ventil 18 in Fig. 2 vergrößert herausgezeichnet. In Fig. 3 ist das Fliehkraft-Ventil 18 in seiner die Trommel-Entleerungsöffnung 16 öffnenden Stellung herausgezeichnet.
Wie deutlich in den Fig. 2 bis 4 zu erkennen, besteht der Verschlußkörper des Fliehkraft-Ventils 18 aus einem Kolbenschieber 19, der nach Stellung in Fig. 2 in seinem unteren Totpunkt und nach Fig. 3 in seinem oberen Totpunkt angeschlagen ist. Der Kolbenschieber 19 ist in eine radial innerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung 16 an diese in der Trommelstirnwand ansetzende Sackbohrung 17 einführbar und in dieser unter Einwirkung der Kraft einer Feder 20 sowie der im Zentrifugenbetrieb aufgebauten Fliehkraft kolbenartig hin- und herfahrbar, wobei er die kreuzende Trommel-Entleerungsöffnung 16 nach Fig. 3 freigibt bzw. nach Fig. 2 verschließt.
Wie in den Fig. 2 und 3 gut erkennbar, ist die Feder 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine in der Trommelstirnwandung 14 radial außerhalb der Trommel-Entleerungsöffnung 16 angeordnete vorgespannte Druckfeder, deren Spannkraft, welche die Gegenkraft zur Zentrifugen-Fliehkraft aufbaut, abgestimmt ist auf die Öffnungsdrehzahl, bei welcher der Ventil-Kolbenschieber 19 radial nach innen bewegt wird und dabei die Trommel-Entleerungsöffnung 16 beim Abfahrvorgang der Zentrifuge freigibt. D. h.: Beim Abstellen der Schneckenzentrifuge verringert sich die Drehzahl der Zentrifugentrommel 10 bis zum Stillstand und damit verringert sich auch die Zentrifugalkraft. Es wird dann beim Auslaufen der Zentrifugentrommel 10 eine Drehzahl erreicht, bei der die Zentrifugalkraft niedriger wird als die Gravitationskraft mit der Folge, daß der in der Zentrifugentrommel sich ausbildende Flüssigkeitsring zusammenbricht. Dieser zusammenbrechende Flüssigkeitsring schafft aber bei der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifuge nicht mehr die oben geschilderten Probleme, weil in diesem Stadium des Zentrifugenbetriebes die Kolbenschieber 19 der um den Umfang verteilten Fliehkraft-Ventile radial nach innen bewegt werden und damit die um den Umfang verteilten Trommel-Entleerungsöffnungen 16 freigeben, über welche die auslaufende Zentrifugentrommel 10 restlos von Flüssigkeit entleert wird. Diese Offenstellung der erfindungsgemäß angeordneten Fliehkraft-Ventile 18 zeigt die Fig. 3. Umgekehrt bewegen sich die Kolbenschieber 19 erst ab einer bestimmten Trommeldrehzahl radial nach außen und sie verschließen erst dann die Trommel-Entleerungsöffnungen 16 beim Wiederanfahren der Zentrifuge.
Die Fig. 2 und 3 lassen auch erkennen, daß die an der Kolbenstange 21 des Kolbenschiebers 19 angreifende Ventilfeder 20 mit ihrem radial außen liegenden Ende in einer kappenförmigen Verschlußschraube 22 abgestützt ist, die in die Stirnseite der Trommel-Stirnwandung 14 vom Umfang her radial zur Zentrifugenachse liegend eingeschraubt ist. Der radial außen liegende Kopf dieser kappenförmigen Verschlußschraube weist mit Vorteil eine Durchgangsbohrung 23 zum Flüssigkeitsabfluß und zur Selbstreinigung des Fliehkraft-Ventils mit Selbstreinigung der Windungen der Schraubenlinienfeder 20 auf.
Der Kolbenschieber 19 des Fliehkraft-Ventils 18 hat sowohl im unteren Totpunkt (Fig. 2) als auch im oberen Totpunkt (Fig. 3) einen sicheren Anschlag, so daß sich sowohl im geschlossenen Zustand als auch im geöffneten Zustand des Ventiles eine stabile Ventilposition einstellt. Zusätzlich wird der im Ausführungsbeispiel zylindrische Teil des Schiebekörpers 19 durch den in der Zentrifugentrommel 10 herrschenden Druck gegen die Führungsfläche gepreßt, so daß der verbleibende Restspalt 24 zwischen Kolbenschieber 19 und Wandung der Sackbohrung 17 praktisch bis auf Null reduziert wird, wie Fig. 4 gut erkennen läßt.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Flüssigkeits-Ablauföffnungen 13 und die Trommel-Entleerungsöffnungen 16 samt Fliehkraft-Ventilen 18 miteinander zu kombinieren bzw. zu vereinigen.