DE1040460B - Device for variable setting of the differential speed in screw centrifuges - Google Patents
Device for variable setting of the differential speed in screw centrifugesInfo
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- B04B—CENTRIFUGES
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- B04B1/2016—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing
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Description
Einrichtung zum veränderlichen Einstellen der Differenzdrehzahl bei Schneckenzentrifugen Zum Abschleudern von Feststoffen aus einer Suspension mit hohem Feststoffgehalt oder zum Abtrennen größerer Feststoffteilchen von einer Trägerflüssigkeit werden im allgemeinen Schneckenzentrifugen verwendet. Diese Zentrifugen bestehen im wesentlichen aus einem Trommelmantel und einer im Innern dieses Mantels angeordneten Schnecke. Der Trommelmantel hat vorwiegend die Form eines Kugelstumpfes, an dessen Innenwand sich die Schneckengänge mit einem geringen Abstand bewegen. Die Schubwirkung der Schnecke wird durch den Unterschied der Drehzahlen von Trommel und Schnecke hervorgerufen.Device for variable setting of the differential speed at Screw centrifuges For centrifuging solids from a suspension with high Solid content or for separating larger solid particles from a carrier liquid are commonly used screw centrifuges. These centrifuges exist essentially of a drum shell and one arranged inside this shell Slug. The drum shell has predominantly the shape of a truncated ball, on which Inside wall, the worm threads move with a small distance. The thrust effect the worm is determined by the difference in the speed of rotation of the bowl and the worm evoked.
Schneckenzentrifugen sind im allgemeinen waagerecht gelagert. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft stellt sich die feststoffhaltige Flüssigkeit im Innern der Trommel in Form eines Hohlzylinders ein, wobei die Feststoffe wegen ihres größeren spezifischen Gewichtes gegen die Trommelwand geschleudert werden und somit die äußere Schicht bilden. Durch die Relativbewegung zwischen Trommel und Schnecke werden die Feststoffe zum kleineren Ende der Trommel gefördert und durch Öffnungen im Trommelmantel ausgetragen, während der Auslaß oder die Auslässe für die Flüssigkeit sich am größeren Trommelende befinden. Sie sind in einem größeren Abstand von der Trommelachse angeordnet als die Auslaßöffnungen für die Feststoffe. Dadurch bilden sich im Trommelinnern zwei Zonen. Die Flüssigkeitszone liegt am erweiterten Trommelende und ist von feststoffhaltiger Flüssigkeit ausgefüllt. Die Trockenzone liegt am kleineren Trommelende, und zwar näher zur Trommelachse als die zylindrische Oberfläche der Flüssigkeitszone. Durch radiale Verlegung der Austrittöffnungen für die Flüssigkeit kann die Trockenzone verlängert oder verkürzt werden.Screw centrifuges are generally stored horizontally. Under The solid-containing liquid is exposed to the action of centrifugal force inside the drum in the form of a hollow cylinder, the solids because of due to their greater specific weight are thrown against the drum wall and thus form the outer layer. Due to the relative movement between the drum and auger, the solids are conveyed to the smaller end of the bowl and discharged through openings in the drum shell, while the outlet or outlets for the liquid are at the larger end of the drum. You are in a bigger one Located at a distance from the drum axis as the outlet openings for the solids. This creates two zones inside the drum. The fluid zone is on the enlarged The end of the drum and is filled with liquid containing solids. The dry zone lies at the smaller end of the drum, closer to the drum axis than the cylindrical one Surface of the liquid zone. By radially relocating the outlet openings for the liquid, the drying zone can be lengthened or shortened.
Die an der Trommelinnenwand abgelagerten Feststoffe werden von der Schnecke erfaßt und aus der Flüssigkeitszone über die Trockenzone zu ihren Auslässen gefördert. Während des Passierens der Trokkenzone sondert sich die Flüssigkeit weitgehend von den Feststoffen ab, so daß diese verhältnismäßig trocken ausgetragen werden. Die dabei von der Schnecke zu überwindende Reibungskraft hat das Bestreben, die Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke zu vermindern, d h. die Schnecke mit den- Drehzahl der Trommel mitzunehmen. Dieses Moment ist abhängig von der Art des Schleudergutes, seinem Feststoffgehalt und der Länge der Trockenzone.The solids deposited on the inside wall of the drum are removed from the Captured screw and from the liquid zone via the dry zone to their outlets promoted. During the passage through the dry zone, the liquid is largely secreted from the solids, so that they are discharged relatively dry. The frictional force to be overcome by the worm strives to achieve the To reduce the difference in speed between the bowl and the screw, i.e. the snail with the speed of the drum. This moment depends on the species of the material to be centrifuged, its solids content and the length of the drying zone.
Normalerweise treibt der Motor die Trommel direkt an, während die Drehzahl der Transportschnecke durch ein zwischengeschaltetes Planeten- oder Zyklogetr lebe festgelegt ist. Im allgemeinen liegt die Drehzahl der Schnecke niedriger als die der Trommel. Die Differenzdrehzahl liegt meistens zwischen 20 und 50 U/min.Usually the motor drives the drum directly while the Speed of the transport screw through an interposed planetary or cyclogetr live is set. In general, the speed of the screw is lower than that of the drum. The differential speed is usually between 20 and 50 rpm.
An sich ist es unbedeutend, ob die Drehzahl der Schnecke größer oder kleiner ist als die der Trommel; es muß nur durch die Relativbewegung die Förderung der Feststoffe zum kleineren Trommelende hin erfolgen. Bei einem zweistufigen Planeten- oder Zyklogetriebe wird das das Ritzel tragende Wellenende der ersten Getriebestufe festgehalten, indem es mittels eines Scherstiftes mit einem feststellbaren Momentenhebel verbunden ist. Auf diesen Wellenstumpf wirkt auch bei unbelasteter Schnecke ein gewisses Drehinoment.In itself it is irrelevant whether the speed of the screw is greater or greater is smaller than that of the drum; it only has to be promoted through the relative movement the solids are carried out towards the smaller end of the drum. With a two-stage planetary or Cyclo gear is the shaft end of the first gear stage that carries the pinion held in place by means of a shear pin with a lockable torque lever connected is. This stub shaft also acts when the worm is not loaded certain torque.
Trotz der Vervollkommung der Getriebe weist ihre Verwendung bei Schneckenzentrifugen einen großen Nachteil auf. Dieser besteht darin, daß die Differenzdrehzahl durch das Übersetzungsverhältnis festgelegt und während des Betriebes unveränderlich bleibt. Zwar kann man durch Regelung der Antriebsdrehzahl auch die Drehzahl der Schnecke verändern, doch beeinflußt man damit gleichzeitig die Klärleistung der Schleuder. Wenn nun die Zusammensetzung eines Schleudergutes eine Änderung der Schneckendrehzahl erforderlich macht, ist man gezwungen, die Zentrifuge stillzusetzen und das Planetengetriebe in seiner Gesamtheit gegen ein anderes auszuwechseln. Dies ist umständlich, erfordert die Bereithaltung verschiedener Übersetzungsgetriebe und hat dann immer noch den Nachteil, daß nur eine stufenweise Änderung der Drehzahl möglich ist.Despite the improvement of the gears, their use in screw centrifuges shows a big disadvantage. This consists in that the difference in speed by the transmission ratio is fixed and remains unchangeable during operation. It is true that you can also adjust the speed of the screw by regulating the drive speed change, but at the same time you influence the clarification performance of the centrifuge. If the composition of a material to be centrifuged changes the screw speed Requires you are forced to shut down the centrifuge and the planetary gear to be exchanged in its entirety for another. This is cumbersome, requires the provision of various transmission gears and then still has the Disadvantage that only a gradual change in speed is possible.
Um diese Nachteile wenigstens teilweise zu' beheben, hat man versucht, Trommel und Schnecke über Riemenschieben verschiedener Größe getrennt anzutreiben. so daß von vornherein die gewünschte Differenzdrehzahl zustande kommt. Da diese aber nur etwa 1% der Antriebsdrehzahl der Trommel ausmacht, kann sie bei Belastung der Schnecke vom Riementrieb nicht gehalten werden. Es ist dann nicht zu verhindern. daß die Schnecke bezüglich ihrer Drehzahl von der Trommel mitgenommen wird. In diesem Fall gleichen sich die etwa um 1% voneinander abweichenden Drehzahlen durch den Riemenschlupf aus.In order to at least partially remedy these disadvantages, attempts have been made to Drum and screw to be driven separately via belt pulleys of different sizes. so that the desired differential speed is achieved from the outset. But since this makes up only about 1% of the drive speed of the drum, it can under load the The worm cannot be held by the belt drive. It cannot then be prevented. that the screw is carried along by the drum with respect to its speed. In this In this case, the speeds, which differ by approximately 1%, are the same due to the Belt slip off.
llan ist deshalb dazu übergegangen, die Drehzahldifferenz der Riemenscheiben auf etwa 500 U/min zu erhöhen und zwischen diese Scheiben einerseits sowie Trommel und Schnecke andererseits ein einstufiges Zyklogetriebe zwischenzuschalten, das die Drehzahl für den Antrieb der Trommel direkt überträgt und die Drehzahl für den Antrieb der Transportschnecke so weit heraufsetzt, daß diese Änderung einer Untersetzung der Differenzdrehzahl von 25 :1 entspricht.llan has therefore switched to increasing the speed difference of the belt pulleys to around 500 rpm and interposing a single-stage cyclo-drive between these pulleys on the one hand and the drum and worm on the other, which transmits the speed for driving the drum directly and the speed for driving the Conveyor screw raises so far that this change corresponds to a reduction of the differential speed of 25: 1.
Mit dem Zwischenschalten eines einstufigen Zyklogetriebes wird erreicht, daß ein etwaiger Riemenschlupf sich auf die Relativdrehzahl von Trommel und Schnecke nur im Verhältnis von 25 :1 auswirkt.With the interposition of a single-stage cyclocross gear it is achieved that any belt slip affects the relative speed of the drum and worm only has an effect in a ratio of 25: 1.
Eine solche Anordnung hat zwar gegenüber dem direkten Antrieb mit einem zweistufigen Getriebe den Vorteil, daß man zur Änderung der Relativdrehzahl nur eine Riemenscheibe anstatt eines vollständigen Getriebes auszuwechseln braucht. Nachteilig ist aber immer noch, daß die Änderung der Schneckendrehzahl nur stufenweise möglich ist und zu diesem Zweck der Schleuderbetrieb unterbrochen werden muß.Such an arrangement has with respect to the direct drive a two-stage gearbox has the advantage that you can change the relative speed only needs to change a pulley instead of a complete gearbox. However, it is still disadvantageous that the change in the screw speed is only gradual is possible and the spin operation must be interrupted for this purpose.
Es ist auch eine Schneckenzentrifuge bekannt, bei der der Trommelmantel über einen Riementrieb direkt und die Förderschnecke von der gleichen Antriebswelle über einen Variator angetrieben wird. Die Drehzahl der Schneckenwelle kann durch Regelung des Variators stufenlos verändert werden, jedoch besteht auch bei diesem Getriebe der Nachteil, daß sich bei höherer Belastung der Transportschnecke die niedrige Differenzdrehzahl durch Riemenschlupf ausgleichen wird.A screw centrifuge is also known in which the bowl shell via a belt drive directly and the screw conveyor from the same drive shaft is driven by a variator. The speed of the worm shaft can by Regulation of the variator can be changed continuously, but there is also this Transmission has the disadvantage that at higher loads on the screw conveyor will compensate for the low differential speed caused by belt slip.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, daß eine freilaufend angeordnete Schnecke bei der Beschickung der Trommel mit Schleudergut auf Grund des durch die Feststoffe hervorgerufenen Reibungswiderstandes mit der gleichen oder annähernd gleichen Drehzahl umläuft wie die Trommel, so daß durch Abbremsen der Schnecke jede beliebige Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke eingestellt werden kann. Dazu können mit Vorteil die an sich bekannten Wirbelstrombremsen, generatorische Bremsen oder ähnliche Einrichtungen verwendet werden.The invention is based on the idea that a free-running Screw when loading the drum with centrifugal material due to the Solids caused frictional resistance with the same or approximately rotates at the same speed as the drum, so that each Any speed difference between the bowl and the screw can be set. The known eddy current brakes, generator brakes, can advantageously be used for this purpose Brakes or similar devices are used.
Es ist bereits eine Schneckenzentrifuge bekannt, bei der die langsamer laufende, mittels eines Untersetzungsgetriebes angetriebene Trommelwelle elektrisch gebremst wird, wenn bei höherem Feststoffgehalt der Schleuderflüssigkeit die schneller laufende, direkt angetriebene Förderschnecke auf die Trommel eine mitnehmende Kraft ausübt. Das Abbremsen erfolgt durch Belastungsänderung eines von der Trommelwelle angetriebenen Generators, wobei die Belastung von dem drehbar gelagerten Getriebegehäuse in Abhängigkeit von der mitnehmenden Kraft der Förderschnecke geregelt wird. Bei dieser bekannten Einrichtung bleibt aber die durch das Untersetzungsverhältnis gegebene Differenzdrehzahl erhalten, und die Einrichtung hat ausschließlich den Zweck, die Rückwirkung der mitnehmenden Kraft auf das Getriebe zu vermindern, d. h. das Getriebe zu entlasten.A screw centrifuge is already known in which the slower running drum shaft electrically driven by means of a reduction gear it is braked if the higher the solids content of the centrifugal liquid the faster running, directly driven screw conveyor on the drum a driving force exercises. Braking takes place by changing the load on one of the drum shafts driven generator, the load from the rotatably mounted gear housing is regulated depending on the driving force of the screw conveyor. at this known device, however, remains the one given by the reduction ratio Differential speed received, and the device has the sole purpose of that To reduce the effect of the driving force on the gearbox, d. H. The gear to relieve.
Es ist auch eine Einrichtung bekannt, die eine kontinuierliche Regelung der Differenzdrehzahl von Schneckenzentrifugen ermöglicht. Diese Einrichtung besteht aus einem Doppelmotor mit feststehender Welle und einem zentral angeordneten Stator, der von zwei Rotoren koaxial umgeben ist. Der innere Rotor trägt eine innere und eine äußere Wicklung, von denen die innere als reguläre Rotorwicklung gegenüber dem feststehenden Stator, die äußere Wicklung als Statorwicklung gegenüber dem äußeren Rotor anzusehen ist. Bei Änderung der Betriebsspannung ändert sich der Schlupf, d. h. die Drehzahl des inneren Rotors und damit die Drehzahl der Trommel, und in weitaus höherem Maß auch der Schlupf, d. h. die Drehzahl des äußeren Rotors, und damit die Drehzahl der Förderschnecke. Beide Drehzahlen erfahren also eine Änderung im gleichen Sinn.A device is also known which provides continuous regulation the differential speed of screw centrifuges. This facility exists consists of a double motor with a fixed shaft and a centrally arranged stator, which is surrounded by two rotors coaxially. The inner rotor carries an inner and an outer winding, of which the inner as opposed to a regular rotor winding the stationary stator, the outer winding as a stator winding opposite the outer Rotor is to be seen. When the operating voltage changes, the slip changes, d. H. the speed of the inner rotor and thus the speed of the drum, and in to a much greater extent the slip, d. H. the speed of the outer rotor, and thus the speed of the screw conveyor. So both speeds experience a change in the same sense.
Neben der notwendigen Verwendung eines teuren Spezialmotors hat diese Einrichtung den Nachteil, daß die Drehzahl des primär angetriebenen Trommelteils nicht konstant bleibt und demzufolge mit der Änderung der Differenzdrehzahl sich auch die Klärleistung der Zentrifuge ändert. Mit zunehmendem Feststoffgehalt einer Schleuderflüssigkeit nimmt die Klärleistung einer Zentrifuge ohnehin ab. Wenn nun zum schnelleren Ausräumen der Feststoffe die Differenzdrehzahl durch Herabsetzen der Betriebsspannung erhöht wird, nimmt die Klärleistung infolge der Verminderung der Drehzahl zusätzlich ab. Hinzu kommt, daß Belastungsschwankungen der Trommel infolge Änderungen im Zulauf und Netzspannungsschwankungen unkontrollierbare Änderungen der Differenzdrehzahl zur Folge haben.In addition to the necessary use of an expensive special motor, this Device has the disadvantage that the speed of the primary driven drum part does not remain constant and consequently changes with the change in the differential speed the clarification performance of the centrifuge also changes. With increasing solids content one Centrifugal liquid decreases the clarification performance of a centrifuge anyway. If now to remove the solids more quickly, reduce the speed difference the operating voltage is increased, the clarification capacity decreases as a result of the decrease the speed additionally. In addition, load fluctuations on the drum uncontrollable changes as a result of changes in the inlet and mains voltage fluctuations the differential speed result.
Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird die Trommel von einem Motor üblicher Bauart mit konstanter Drehzahl direkt angetrieben und nur die Drehzahl der Förderschnecke durch Abbremsen verändert.In the device according to the invention, the drum of a Motor of conventional design with constant speed directly driven and only the speed the screw conveyor changed by braking.
Beim Abbremsen mittels einer Wirbelstrombremse werden zwei Feldspulen symmetrisch zur Schneckenwelle und diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Wicklungen werden hintereinandergeschaltet und mit Gleichstrom beschickt. Die Schneckenwelle trägt eine Scheibe aus nichtferromagnetischern Metall, z. B. Aluminium, die bezüglich ihrer Breite und Dicke entsprechend bemessen ist. Infolge Rotation dieser Scheibe in dem von den beiden Feldspulen erzeugten Magnetfeld wird in der Scheibe ein Drehmoment erzeugt, das der Rotation entgegengerichtet ist. Da dieses Gegenmoment von der Stärke des Magnetfeldes abhängig ist, kann durch Regelung des Erregerstromes die Bremswirkung und damit die Differenzdrehzahl geändert werden.When braking by means of an eddy current brake, two field coils are used arranged symmetrically to the worm shaft and diametrically opposite. The windings are connected in series and fed with direct current. The worm shaft carries a disc of non-ferromagnetic metal, e.g. B. aluminum related to their width and thickness is dimensioned accordingly. As a result of the rotation of this disk a torque is generated in the disk in the magnetic field generated by the two field coils generated that is opposite to the rotation. Because this counter-moment on the strength depends on the magnetic field, the braking effect can be achieved by regulating the excitation current and thus the differential speed can be changed.
Die sich durch besondere Einfachheit auszeichnende Einrichtung ermöglicht es, beim Wechsel des Schleudergutes die Relativdrehzahl zwischen Schnecke und Trommel auf einen anderen zweckmäßigen Wert einzustellen. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Drehzahl der Schnecke zu verändern, wenn sich die Zusammensetzung des Schleudergutes während des Betriebes ändert.The facility, which is characterized by its particular simplicity, made possible it is the relative speed between screw and drum when changing the centrifuged material set to another appropriate value. It is of course also possible to change the speed of the screw if the composition of the Material to be centrifuged changes during operation.
Die Differenzdrehzahl kann durch ein Meßinstrument angezeigt werden. Zu diesem Zweck werden sowohl auf der Trommelwelle als auch auf der Schnekkenwelle elektrische Drehzahlanzeiger vorgesehen, dies sind Kleinstgeneratoren, deren erzeugte Spannung der Drehzahl proportional ist. Durch Gegeneinanderschaltung der Spannungen erhält man eine Differenzspannung, die der Differenzdrehzahl entspricht. Die Skala des Instrumentes kann in U/min entsprechend der Differenzdrehzahl geeicht werden.The differential speed can be indicated by a measuring instrument. For this purpose, both on the drum shaft and on the worm shaft electrical speed indicators provided, these are miniature generators, their generated Voltage is proportional to the speed. By connecting the voltages against each other a differential voltage is obtained which corresponds to the differential speed. The scale of the instrument can be calibrated in rpm according to the differential speed.
Die Differenzspannung kann auch zur Regelung des Bremsstromes benutzt werden, so daß auf diese Weise die Differenzdrehzahl automatisch konstant gehalten werden kann. Die Unterschreitung einer bestimmten Differenzspannung kann auch zur Sperrung des Zulaufes und/oder zum Abschalten des Antriebsmotors benutzt werden. Es ist auch möglich, in die Spannungszuleitung des Motors ein Überstromrelais einzubauen und die erhöhte Stromaufnahme des Motors bei Überlastung für Schaltzwecke auszunutzen.The differential voltage can also be used to regulate the braking current be so that this way the differential speed automatically can be kept constant. Falling below a certain differential voltage can also be used to block the inlet and / or to switch off the drive motor will. It is also possible to have an overcurrent relay in the voltage supply line of the motor and the increased current consumption of the motor in the event of overload for switching purposes to take advantage of.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt: Die Zentrifuge besteht im wesentlichen aus der Trommel 1 und der Schnecke 2, die auf einem Hohlkörper 3 angeordnet ist. Das Schleudergut wird durch die Leitung 4 über ein Zulaufventil 4a und durch ein zentrales Rohr 5 in diesen Hohlkörper eingeführt, aus dem es durch Bohrungen 6 in den eigentlichen Schleuderraum zwischen Hohlkörper und Trommelmantel gelangt. Unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft werden die Feststoffe an die Trommelwand geschleudert, während sich die Flüssigkeit bis in die Höhe der Auslaßöffnungen 7 anstaut. Die Flüssigkeit wird durch das Ablaufrohr 8 abgeleitet. Die Schnecke 2 fördert die Feststoffe zum kleineren Trommelende hin, wo sie durch Bohrungen 9 austreten und dann bei 10 die Zentrifuge verlassen. Auf der Trommelwelle 11 sitzt die Keilriemenscheibe 12, welche vom Motor 13 angetrieben wird. Die Schneckenwelle 14 trägt einen Ring 15 aus nichtferromagnetischem Material, der mit der Schneckenwelle im Magnetfeld zwischen den Spulen 16 rotiert. Der Erregerstrom für die Spulen 16 kann mit Hilfe eines Regelwiderstandes 17 variiert und damit die Differenzdrehzahl auf verschiedene Werte eingestellt werden. Von der Trommelwelle 11 wird der Drehzahlgeber 18 und von der Schneckenwelle 14 der Drehzahlgeber 19 angetrieben. Die Differenzdrehzahl zeigt das Instrument 20 an. Das Überstrom.rela,is 21 schaltet den Motor 13 ab und schließt das Zulaufventil4a.An embodiment of the invention is shown schematically in the drawing shown: The centrifuge essentially consists of the drum 1 and the screw 2, which is arranged on a hollow body 3. The material to be thrown is through the line 4 introduced into this hollow body via an inlet valve 4a and through a central tube 5, from which it is through holes 6 in the actual centrifugal chamber between the hollow body and drum shell arrives. Under the action of centrifugal force, the Solids thrown against the drum wall while the liquid settles in the height of the outlet openings 7 accumulates. The liquid is through the drain pipe 8 derived. The screw 2 conveys the solids to the smaller end of the bowl, where they exit through holes 9 and then leave the centrifuge at 10. on The V-belt pulley 12, which is driven by the motor 13, sits on the drum shaft 11 will. The worm shaft 14 carries a ring 15 made of non-ferromagnetic material, which rotates with the worm shaft in the magnetic field between the coils 16. The excitation current for the coils 16 can be varied with the help of a variable resistor 17 and thus the Differential speed can be set to different values. From the drum shaft 11 becomes the speed sensor 18 and the worm shaft 14 becomes the speed sensor 19 driven. The instrument 20 displays the differential speed. The overcurrent.rela, is 21 switches off the motor 13 and closes the inlet valve 4a.
Claims (7)
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