DE2736351A1

DE2736351A1 - Taumelzentrifuge

Info

Publication number: DE2736351A1
Application number: DE19772736351
Authority: DE
Inventors: Guenther Hultsch
Original assignee: Krauss Maffei AG
Current assignee: Mannesmann Demag Krauss Maffei GmbH
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1979-02-22
Also published as: SU818467A3; US4184964A; FR2399871A1; GB2002249B; GB2002249A; CH633978A5; SE7808557L; JPS5431669A

Description

Die Erfindung betrifft eine Zentrifuge mit einer einen Siebmantel aufweisenden, zum Austragende erweiterten Schleudertrommel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (Taumelzentrifuge).

Derartige Taumelzentrifugen sind aus den DT-Patentschriften 1 072 199, 1 198 295 und 1 288 bekannt. Die Taumelbewegung der Schleudertrommel bezweckt, daß jeder Ort des Innenmantels der Schleudertrommel kurzzeitig in Abständen in einem solchen Winkel zur Wirkung der Fliehkraft steht, daß der Gleitwinkel des Schleudergutes erreicht oder sogar überschritten wird, so daß das Schleudergut unter ständiger Abgabe der Feuchtigkeit durch die Schleudertrommel hindurch zum offenen Schleudertrommelrand gleitet und schließlich ausgetragen wird. Infolgedessen braucht die Neigung der Schleudertrommelwand nicht dem Gleitwinkel angepaßt zu werden, sondern kann verhältnismäßig klein sein, was bauliche Vorteile mit sich bringt.

Im einzelnen bewirken drei Faktoren den schrittweisen Transport des Schleudergutes:

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a) die sich in Bezug auf die Richtung der Zentrifugenbeschleunigung umlaufende Veränderung des Siebwinkels,

b) die Schwingung parallel zur Maschinenachse, deren Amplitude dem Schleudertrommelradius proportional ist,

c) die Coriolisbeschleunigung senkrecht zur Maschinenachse, deren Größe dem Abstand zum Schnittpunkt der beiden Achsen proportional ist.

Dadurch, daß der Feststoff vom kleinen zum großen Durchmesser der Schleudertrommel wandert, nimmt die Dicke des Filterkuchens bei konstanter Transportgeschwindigkeit zum großen Trommeldurchmesser hin ab. Die Abnahme der Dicke des Filterkuchens wird verstärkt, wenn die auf ein Partikel wirken·* den Transportimpulse zum großen Trommeldurchmesser zunehmen. Diese Abnahme ist jedoch nachteilig, weil sie die Aufenthaltszeit eines Feststoffpartikels in der Trommel reduziert. Da ferner bei den bekannten Taumelzentrifugen der Abstand der Füllzone zum Schnittpunkt der beiden Achsen kleiner ist als der Abstand der Austragzone zu

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diesem Schnittpunkt, ist die Coriolisbeschleunigung in der Austragzone größer als in der Füllzone.

Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Maßnahme anzugeben, die Transportimpulse in der Füllzone zu vergrößern und in der Austragzone zu verkleinern.

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung durch die Maßnahme nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Diese Maßnahme bewirkt eine Vergrößerung der Coriolisbeschleunigung in der Füllzone, so, daß die Coriolisbeschleunigung in der Füllzone größer ist als in der Austragzone. Dadurch wird der Guttransport in der Austragzone verlangsamt und eine kleinere Reetfeuchte erzielt.

Die Vergrößerung des Abstandes der Füllzone von dem Schnittpunkt der Achse verursacht naturgemäß eine Vergrößerung der Unwuchtkraft der umlaufenden Taumelzentrifuge, wobei die Unwucht bei einer Vergrößerung des Abstandes von etwa 30$ an nicht mehr- vertretbar ist. Um aber auch einen Abstandsbereich von mehr als 30$ verwirk-

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lichen zu können, gibt Anspruch 2 eine Lösung an.

Die Maßnahme nach Anspruch 3 bringt eine Erhöhung der Laufruhe der Taumelzentrifuge mit sich.

Da gemäß der DT-OS 27 10 586 der wirksame Taumelwinkel nicht immer mit dem Winkel zwischen den beiden Achsen (konstruktiver Taunelwinkel) übereinstimmt, ermöglichen die Maßnahmen nach den Ansprüchen k und 5 eine leichte Anpassung an diese Gegebenheiten.

Der Kern der Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß der Schwerpunkt der Schleudertrommel nicht mehr mit dem Schnittpunkt der beiden Achsen zusammenfallen muß. Diese Erkenntnis ist neu; denn bisher herrschte der allgemeine Grundsatz, daß der Schwerpunkt der Schleudertrommel und der Schnittpunkt der beiden Achsen zusammenfallen (vgl. z.B. DT-PS 12 88 990 Sp. 1 Abs. 1). Die neue Erkenntnis wurde möglich durch die Maßnahme der Anbringung eines Unwuchtkörpers, und zwar nicht an der Schleudertrommel selbst, sondern an der Hohlwelle.

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Die oben erwähnte Erkenntnis hat eine unmittelbar weitere Folgerung, nämlich die, daß man in der Lage ist, bei der Schleudertrommel einer Taumelzentrifuge die Beachtung des bisherigen Grundsatzes der Vereinigung des Schwerpunktes der Schleudertrommel mit dem Schnittpunkt der beiden Achsen zu verlassen. Das führt zu der weiteren'der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe, nämlich der Schaffung einer Taumelzentrifuge ohne Berücksichtigung des genannten Grundsatzes.

Die Lösung dieser Aufgabe entspricht im Prinzip der Lösung nach den Ansprüchen 1 und 2 und ist im Kennzeichen des Anspruchs 6 für den allgemeinen Fall formuliert. Die Konstruktion der Taumelzentrifuge erfolgt nunmehr ohne den einengenden Zwang des genannten Grundsatzes. Im Gegensatz zu der Verlegung des Schnittpunktes der beiden Achsen zum weiten Ende der Schleudertrommel hin nach Anspruch 1, ermöglicht der Anspruch 6 auch eine Verlegung dieses Schnittpunktes zum engen Ende der Schleudertrommel hin. Anspruch 7 definiert dies im einzelnen,

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während Anspruch 8 auf weitere Einzelheiten der Anbringung der Unwuchtkörper Bezug nimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Taumelzentrifuge und

Fign. 2 bis k in schematischer Form die bei Taumelzentrifugen auftretenden Kräfte, wobei die Fig. 2 den Stand der Technik wiedergibt.

In einer Nabe 1 ist mittels zweier Lager 2 und eine Hohlwelle 4/5 gelagert, deren Hohlwellenteil 4 an seinem unteren Ende über eine Riemenscheibe 6 und einen Antriebsriemen 7 antreibbar ist und die in der oberen Hälfte einen um etwa 6 abgeknickten Hohlwellenteil 5 aufweist. In der Hohlwelle 4/5 wird von Lagern 8, 9» 10 und 16 eine Kernwelle 11/i2 gehalten, an deren unterem Ende eine Riemenscheibe 13 befestigt ist, die über einen Antriebsriemen 14 in Drehung versetzt werden kann. Zwischen den beiden Teilen 11 und

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der Kernwelle in der zum Hohlwellenteil 5 achssenkrechten Ebene k8 befindet sich - lediglich schematisch gezeichnet - ein Gelenkmitnehmer 15 (Kardangelenk), der es ermöglicht, daß der Kernwellenteil 12 die durch die Abknickung der Hohlwelle 4/5 und unterschiedliche Drehzahlen der beiden Wellen k/5 und 11/12 hervorgerufene Taumelbewegung mitmachen kann.

Oben auf dem Kernwellenteil 12 sitzt ein radial verlaufende Schlitze 17 aufweisender und nach oben offener Gutverteiler 18. In die Öffnung desselben ragt das an einem abnehmbaren Gehäusedeckel 23 befestigte Füllrohr 19. Der Gutverteiler 18 ist über eine Ringscheibe 20 mit einer perforierten, nach unten erweiterten Schleudertrommel 21 verbunden, an deren weitem Ende ein konisch nach außen und oben sich erstreckendes Fangblech 22 angeordnet ist. Die Schleudertrommel 21 wird von einem Gehäuseoberteil 2k umgeben, auf das der Gehäusedeckel 23 gelegt wird und an das sich nach unten das mittels Füßen 29 auf

dem Fundament befestigte Gehäuseunterteil 25 andern
schließ+. Letzteres ist mit/Gehäuseoberteil 2k

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über Zwischenräume freilassende Rippen 28 verbunden.

Etwa in halber Höhe des Gehäuseunterteils 25 ist ein Bodenblech 26 angeschweißt, in dessen mit tiger Ausnehmung die Nabe 1 angeschraubt ist. Im radial äußeren Bereich weist das Bodenblech 26 Öffnungen 30 auf.

Die Trennung der über das Füllrohr 19 (Pfeil 30 aufgegebenen Suspension in Feststoff und Flüssigkeit erfolgt dadurch, daß die Suspension bei sich drehendem Gutverteiler 18 und sich drehender Schleudertrommel 21 an deren Innenfläche geschleudert wird. Dabei tritt die Flüssigkeit durch die Perforation der Schleudertrommel 21 hindurch, wird gegen die Innenfläche des Gehäuseoberteils 2k geschleudert und fließt zwischen den Rippen 28 über ein Leitblech 1*9 ab (Pfeil 32).

An der Innenfläche der Schleudertrommel 21 wird der Feststoff zurückgehalten und nach unten zum weiten Ende der Schleudertrommel 2T gefördert, wo er abgeworfen wird und über die Öffnungen 30 (Pfeil 33) und über einen Auffangtrichter

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nach unten fällt. Die Förderung des Feststoffes wird u.a. durch die Taumelbewegung der Schleudertrommel 21 bewirkt, indem jeder Ort der Innenfläche der Schleudertrommel 21 kurzzeitig in Abständen - nämlich abhängig von den Drehzahlen der Wellen 4/5 und 11/12 und deren Drehzahldifferenz - in einem solchen Winkel zur Wirkung der Fliehkraft steht, daß der Gleitwinkel des Feststoffes erreicht oder sogar überschritten wird. Die Taumelbewegung selbst wird dadurch erreicht, daß die Kernwelle 11/12 mit einer anderen Drehzahl als die Hohlwelle 4/5 angetrieben wird. Im vorliegenden Fall liegt eine lediglich geringe Drehzahldifferenz durch Riemenscheiben 6 und 13 von unterschiedlichen Durchmessern vor, da die Antriebsriemen 7 und 14 von einer gemeinsamen Welle (nicht dargestellt) angetrieben werden (Pfeile 34 und 35).

Nach der Erfindung ist die oben gelegene Füllzone in einem solchen Abstand 37 von dem Schnittpunkt 36 der beiden Achsen (Kernwelle 11/12 bzw. Hohlwelle 4/5) angeordnet, der etwa 100$ größer ist als der Abstand 38 der unten gelegenen Abwurfzone vom Schnittpunkt 36 der Achsen.

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Im folgenden sollen die Zusammenhänge, die zu dieser Maßnahme geführt haben, erörtert werden. In Fig. 2 wird eine bekannte Taumelzentrifuge zugrunde gelegt, deren Schleudertrommel idealisiert als schrägliegende Scheibe 43 dargestellt ist. Der Schwerpunkt S der Scheibe 43 fällt mit dem Schnittpunkt A der beiden im Winkel cc (Taumelwinkel) zueinander abgewinkelten Achsen (Kernwellenteil 44 und Kernwellenteil U5) zusammen. Denkt man sich die Masse der als Scheibe 43 dargestellten Schleudertrommel in zwei Massenpunkten m und m vereinigt, so ist erkennbar, daß theoretisch eine Unwucht nicht vorhanden ist, daß aber auf Grund der in Hinblick auf den Kernwellenteil 44 in der Höhe versetzten Zentrifugalkräfte c und c eine Rückstellkraft besteht, die versucht, die Zentrifugalkräfte c und c auf die einander gleiche Höhe zu bringen.

Wird nunmehr gemäß dem Anspruch 1 oder 6 der Abstand zwischen der Scheibe 43 und dem Schnitt-» punkt A der beiden Achsen vergrößert, wie es Fig. 3 zeigt, dann liegt der Schwerpunkt S der Scheibe 43 oberhalb des Schnittpunktes A der

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beiden Achsen, mithin im abgeknickten Kernwellenteil 45. Die Scheibe Ό läuft nunmehr hinsichtlich des Kernwellenteils 44 exzentrisch; es wirkt eine Unwuchtkraft P , die desto größer ist,

je größer der Abstand 46 zwischen dem Schwerpunkt S und dem Schnittpunkt A ist.

Es ist aber zwecks Vergrößerung der Coriolisbeschleunigung und damit der Verbesserung des Austragungsvorgangs des Feststoffes zweckmäßig, daß der Abstand 46 groß gewählt wird. Fig. 4 gibt eine Möglichkeit an, die Unwuchtkraft P nach Fig. 3 auszugleichen. Außer den der Scheibe 43 entsprechenden umlaufende! Teilen der Taumelzentrifuge werden weitere umlaufende Teile vorgesehen, die der Scheibe 43* entsprechen (z.B. Verstärkung der Vanddicke in der Austragzone der Schleudertrommel). Wenn beide Scheiben kj und 43' die gleichen Fliehkräfte aufweisen und ihr Einzelschwerpunkt S bzw. S in einander gleichem Abstand 46 bzw. 47 vom Schnittpunkt A der beiden Achsen angeordnet ist, wandert der Gesamtschwerpunkt S der beiden Scheiben 43 und 43* wieder nach A zurück, d.h. zum

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Schnittpunkt der beiden Achsen, womit der Zustand erreicht ist, der nach Fig. 2 besteht. Die Gesamtmassen m und m sind jedoch größer als nach Fig. 2; damit ist auch die aus den vergrößerten Fliehkräften c und c. resultierende Rückstellkraft größer geworden, was jedoch nachteilig ist.

Dieser Nachteil wird durch die Maßnahme nach dem Anspruch 2 vermieden. Wie der Fig. 1 entnehmbar ist, wird durch einen an dem Hohlwellenteil k angebrachten, mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter 39 eine einseitig wirkende Masse vorgesehen, die dort angebracht ist, wo ein Umfangspunkt von allen auf gleicher Höhe befindlichen Umfangspunkten auf dem Hohlwellenteil 4 den größten Abstand nach unten zu der Trennfläche (Ebene 48) zwischen den beiden Hohlwellenteilen 4 und 5 aufweist. Man kann auch sagen, daß der Behälter 39 umfangsmäßig dort angeordnet ist, wo die gegenseitig abgeknickten Hohlwellenteile 4 und 5 den größten Winkel (über 180 ) zueinander aufweisen. Im Gegensatz zur Lösung nach Fig. 4 befindet sich die einseitig wirkende Masse des gefüllten

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Behälters 39 nicht auf der Kernvelle Π/12, sondern auf dem Hohlwellenteil k und läuft somit mit diesem, also nicht mit der Schleudertrommel 21 um.

Diese Masse ist deshalb mit einer Flüssigkeit füllbarem und die Einfüllöffnung mit einer Verschlußschraube kl verschließbarem Behälter 39 ausgebildet, damit die wirksame Massenkraft leicht verändert werden kann (durch Wahl der Flüssigkeit und deren eingefüllter Menge). Der Behälter kann auch an einer tieferen Stelle des Hohlwellenteils h angebracht sein, als in Fig. 1 dargestellt.

Die Veränderbarkeit der Unwuchtkraft ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der wirksame Taumelwinkel nicht mit dem konstruktiven Taumelwinkel ( oC in Fig. 2) übereinstimmt. Dies ist der Fall, wenn die Drehzahl der Hohlwelle 4/5 sich in bestimmten Bereichen, insbesondere in erheblichen Werten, von der Drehzahl der Kernwelle 11/12 unterscheidet oder wenn die Drehrichtungen dieser beiden Wellen einander entgegengesetzt

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sind. Diese Verhältnisse sind in der bereits oben genannten DT-OS 27 10 586 beschrieben.

Gemäß dem Anspruch 3 wird die einseitig wirkende Massenkraft im Behälter 39 größer gewählt, als es an sich notwendig wäre. Die dadurch wiederum geschaffene Unwucht wird durch eine zweite einseitig wirkende Massenkraft in Form eines Behälters UO ausgeglichen, der ebenfalls an der Hohlwelle 4/5, jedoch am Hohlwellenteil 5, und zwar um 180 zum Behälter 39 versetzt, angebracht ist. Ebenso wie letzterer ist der Behälter ho mit einer Flüssigkeit füllbar und mit einer Verschlußschraube k2 verschließbar. Die Maßnahme setzt die Rückstellkraft weiter herab, welche die Schleudertrommel 21 aufzurichten bestrebt ist (vgl. Fig. 2 bis k) und welche durch die Anbringung des Behälters 39 bereits verkleinert worden ist, und zwar desto mehr, je größer der axiale Abstand des Behälters 39 vom Schnittpunkt 36 der beiden Achsen ist. Man kann auch zumindest einen Teil der Unwucht ganz unten an dem Hohlwellenteil k, z.B. auch an der Riemenscheibe 6, vorsehen. Durch

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diese Maßnahmen wird eine ausgezeichnete Laufruhe der Taumelzentrifuge erreicht.

Die Maßnahme, die Rückstellkraft zu verringern oder sogar aufzuheben, ist nicht auf Taumelzentrifugen nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1 beschränkt, sondern kann mit Vorteil auch bei bekannten Taumelzentrifugen angewendet werden, an denen, wie durch Fig. 2 belegt, ebenfalls Rückstellkräfte und in geringerem Maße auch Unwuchten auftreten, und zwar auch dann, wenn mit Absicht der Schnittpunkt der beiden Achsen mit dem Schwerpunkt der Schleudertrommel nicht zusammenfällt.

ShA/ K

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Claims

Krauss-Maffei
Aktiengesellschaft
8000 München 50 TT

Taumelzentrifuge

Patentansprüche

MJ Zentrifuge mit einer einen Siebmantel aufweisenden, zum Austragende erweiterten Schleudertrommel, der im engen Bereich (Füllzone) die Suspension zugeführt wird und die während ihrer Umdrehung eine den Gutaustrag herbeiführende Taumelbewegung ausführt, wobei die die Taumelbewegung bewirkende, als Hohlwelle ausgebildete Achse die als Kernwelle ausgebildete Trommelachse unter einem spitzen Winkel schneidet und sowohl die Kernwelle als auch die Hohlwelle mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar ausgebildet sind (Taumelzentrifuge), dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand (37) der Füllzone der Schleudertrommel (21) von dem Schnittpunkt (36) der beiden Achsen etwa 20$ bis 200$ größer ist als der axiale Abstand (38) der Abwurfzone von diesem Schnittpunkt.

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2. Zentrifuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im axialen Bereich zwischen dem weiten Ende der Schleudertrommel (21) und dem Schnittpunkt (36) der beiden Achsen an der Hohlwelle (^/5)1 und zwar in einem Umfangsbereich, der den größten Abstand zu einer durch den Schnittpunkt der beiden Achsen senkrecht zur Trommelachse stehenden Ebene (^8) aufweist, ein Unwuchtkörper (Behälter 39) befestigt ist, der so beschaffen ist, daß er die mit der Kernwelle (II/12) umlaufende Unwuchtkraft zumindest ausgleicht.

3. Zentrifuge nach Anspruch 2, mit einem Unwuchtkörper, der eine größere Unwuchtkraft als die mit der Kernwelle umlaufende Unwuchtkraft hervorruft , dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Unwuchtkörper (Behälter ko) um 180 versetzt und - vom (ersten) Unwuchtkörper aus gesehen - jenseits des Schnittpunktes (36) der beiden Achsen an der Hohlwelle (V5) befestigt ist.

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k. Zentrifuge nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die ünwuchtkörper (Behälter 39, *K>) hinsichtlich ihrer Masse und/oder Lage an der Hohlwelle (4/5) leicht veränderbar sind.

5. Zentrifuge nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß der bzw. die Unwuchtkörper als mit Flüssigkeit füllbare Behälter (39, **0) ausgebildet sind.

6. Zentrifuge mit einer einen Siebmantel aufweisenden, zum Austragende erweiterten Schleudertrommel, der im engen Bereich (Füllzone) die Suspension zugeführt wird und die während ihrer Umdrehung eine den Gutaustrag herbeiführende Taumelbewegung ausführt, wobei die die Taumelbewegung bewirkende, als Hohlwelle ausgebildete Achse die als Kernwelle ausgebildete Trommelachse unter einem spitzen Winkel schneidet und sowohl die Kernwelle als auch die Hohlwelle mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar ausgebildet sind (Taumelzentrifuge), dadurch gekennzeichnet, daß

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der Schnittpunkt (36) der einander schneidenden Achsen außerhalb des Schwerpunktes der Schleudertrommel (21) liegt und die dadurch hervorgerufene Unwucht durch einen mit der Hohlwelle (^/5) umlaufenden Unwuchtkörper (Behälter 39) ausgeglichen wird.

7. Zentrifuge nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Unwuchtkörper (Behälter 39) in demjenigen axialen Bereich der Hohlwelle (^/5) angeordnet ist, der von der zur Schleudertrommelachse senkrechten Ebene (^8) durch den Schnittpunkt (36) der beiden Achsen aus in Richtung auf dasjenige Ende der Schleudertrommel (21) liegt, das zu der achssenkrechten Ebene in achsparalleler Richtung den kürzeren Abstand (38) aufweist.

8. Zentrifuge nach Anspruch 7» gekennzeichnet durch die Maßnahme nach einem der Ansprüche 3 bis 5»

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