Schmutztrübenaustragvorrichtung für Hydrozyklone, Schweresichter und dergleichen hydraulische Feststoffabscheider sowie Verfahren zu deren Betrieb Bei dem Betrieb von Hydrozyklonen und Schwere- sichtern zur Abscheidung von Feststoffen aus Träbe- flüssigkeiten ist die Qualität des Reinwasserablaufes von der Grösse
und Gleichmässigkeit des Schmutz wasserunterlaufes abhängig. Unterschreitet die in der Zeiteinheit abgezogene Schmutzwassemenge im Un terlauf einen Grenzanteil vom Rohwasserzulauf, so werden in. zunehmendem Masse Feststoffteilchen in den. Reinwasserablauf mitgerissen und so dessen Qualität verschlechtert.
Mit zunehmendem Anteil des Unterlaufes wird jedoch die Wirtschaftlichkeit des Trennverfahrens verschlechtert, da ja diese Schmutzwassermengen einen Wasserverlust bedeuten. Meist machen sie noch eine eigene Nachbehandlung zur Eindickung bzw. Entwässerung erforderlich. Günstige Betriebsbedingungen ergeben sich im all gemeinen bei einem Anteil von 3-6 % Unterlauf am Gesamtdurchsatz.
Besondere Schwierigkeiten ergeben sich für die konstruktive Gestaltung des Durchfluss- mengenbegrenzers im Unterlauf für diese geringen Anteile, da der in Frage kommende kleine Durch flussquerschnitt zu Verstopfungen durch die gröberen Feststoffanteile neigt und dann sofort die Rein- wasserqualität verschlechtert wird. Hat z.
B. ein Hydrozyklon für einen Durchsatz von 100 m3/h Trübeflüssigkeit mit Feststoffanteilen von 30 ,u bis 5 mm Korngrösse, im Unterlauf einen Betriebs druck von 1,2 atü = 12 m WS, und wird für den Unterlauf ein Anteil von 4 % entsprechend 4 m3/h = 0,00111 m3/sec angenommen, so ergibt sich für den Austrag bei einem Kontraktionskoeffizienten von ,u = 1,0 ein Düsendurchmesser von<B>9,
6</B> mm und bei einem Kontraktionskoeffizienten von ,u = 0,6 ein Düsendurchmesser von 11 mm. Daraus ist er- kennbar, dass auch schon bei geringeren Korngrössen als 5 mm Brückenbildungen und damit Verstopfun gen im kritischen Querschnitt auftreten müssen, und dam!üt die Verwendung von öffnungen bzw. Düsen mit derartigen Austrittsdurchmessern unzweck mässig ist.
Daher verwendet man mehr oder weniger komplizierte mechanische Regeleinrichtungen, die im Falle von Verstopfungen selbsttätig grössere Quer schnitte freigeben, um damit eine Freispülung des Austrittes zu ermöglichen. Nachteilig bei dieser Lö- sung-ist-aber die mehr oder weniger grosse Schwan kung der Durchflussmenge im Austrag, die, wie ein gangs erwähnt, zur Verschlechterung der Rein wasserqualität und der Wirtschaftlichkeit des Trenn gerätes führt.
Darüber hinaus sind diese mechani schen Regeleinrichtungen mit gegeneinander beweg lichen Teilen ausserordentlich störungsempfindlich.
Die erfindungsgemässe Schmutztrübenaustragvor- richtung für Hydrozyklone, Schweresichter und dergleichen hydraulische Feststoffabscheider ist ge kennzeichnet durch eine dem hydraulischen, Fest- stoffabscheider nachgeschaltete,
nach unten sich ko nisch verjüngende Kammer mit einem tangentialen Trübeneinlauf und einer zentralen Trübenaustrags- öffnung im Boden. Dabei erfolgt der Betrieb dieser Vorrichtung so, dass die Trübe mit einer solchen; Geschwindigkeit in die Kammer eingeführt wird, dass in ihr ein Potentialwirbel entsteht, dessen Luftkern die zentrale Austragsöffnung teilweise hydraulisch verbaut.
Die Vorrichtung kann entweder unmittelbar am Trenngerät angebaut sein oder dem Trenngerät als eigenes Bauelement zugeordnet und mit ihm durch eine Leitung verbunden sein. Vorteilhaft ist es, den Trübeneinlauf für die tangentiale Beaufschlagung der Kammer in seinem Querschnitt von aussen regel- bar zu machen.
Ausserdem kann man die Trüben austragöffnung als auswechselbare Düse ausbilden, die vorzugsweise im Querschnitt kontinuierlich ver stellbar ist. Die Veränderung des Durchmessers bzw. Querschnittes erfolgt demnach durch verschieden grosse Düsen, z. B. durch eine nach Art einer elastisch verformbaren Lochblende verstellbare öffnung.
Mit der Erfindung soll demnach die Begrenzung der Durchflussmenge für den Unterlauf durch die Erzeugung eines Potentialwirbels mit seinem Luft kern erreicht werden, so dass man um ein Mehr faches grössere kritische Querschnitte gegenüber einer üblichen Festdüse verwenden kann.
Die Verstop fungsgefahr enger Querschnitte ist somit vollkom men beseitigt, und die Durchflussmengen können ohne Schwierigkeiten sogar auf weniger als 3 % des Gesamtdurchsatzes bei kontinuierlichen, das heisst schwankungsfreiem Unterlauf verringert werden, ohne dass irgendwelche bewegliche Teile erforderlich sind.
Mit einem solchen Schmutztrübenaustrag kann, darüber hinaus eine Regelcharakteristik derart er reicht werden, dass die ausgetragene Trübenmenge nicht mehr dem für einen einfachen Austritt gelten den Gesetz Q = c .
p0,5 gehorcht, wobei Q die in der- Zeiteinheit ausfliessende Trübenmenge, c eine Konstante und p der im Aus- trittsquerschnitt wirksame Druck bedeutet, sondern einem ähnlichen Gesetz Q=k#p bei dem die Konstante <I>k =</I> < c und n <I>=</I> f <I>(p)</I> mit einem Wert < 0,5 ist.
Die Erfindung und die Wirkungsweise sei an Hand von Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1-7 näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Hydrozyklon im Längs schnitt mit einem angebauten Schmutztrübenaustrag, Fig. 2 einen Querschnitt in der Ebene a-a mit dem Rohwasserzulauf nach Fig. 1, Fig. 3 einen Querschnitt in der Ebene b-b mit dem Reinwasserablauf nach Fig. 1,
Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene c-c mit dem Schmutzwasserunterlauf einschliesslich einem Querschnitt durch den Durchflussmengenbegrenzer nach Fig. 1.
Fig. 5 gibt den Schmutztrübenaustrag in ver grössertem Massstab im Längsschnitt wieder und Fig. 6 den dazugehörigen Querschnitt in der Ebene d-d der Fig. 5.
Fig. 7 zeigt schliesslich in schematischer Darstel lung einen Längsschnitt durch einen Schweresichter mit dem an den Unterlauf angeschlossenen Schmutz- trübenaustrag, und Fig. 8 veranschaulicht einen Vertikalschnitt durch eine elastisch im Querschnitt veränderliche Austrags düse.
Nach Fig. 1 wird das Rohwasser dem zylindri- schen Teil 13 des Zyklons 2 durch den tanRentialen Einlauf 1 unterhalb der Trennwand 4 mit dem Zen traldüsenrohr 3 zugeführt.
Die Tangentialströmung breitet sich in dem kegelig zugespitzten untern Teil des Gehäuses 2 unter Bildung einer zum Zyklon zentrum hin nach dem bekannten Gesetz
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zunehmenden Strömungsgeschwindigkeit aus. Über <B>90%</B> des Rohwasserzulaufes strömt dann durch das Zentraldüsenrohr 3 in das durch die Trennwand 4 vom Unterteil abgeschlossene Oberteil und gelangt in den Reinwasserzulauf 6.
Gleichzeitig werden weniger als 10% des Rohwasserzulaufes an der un tern offenen Zyklonspitze als Unterlauf in die Wirbel kammer 5 abgezweigt, wobei die Strömungsfäden die aus dem Wirbelkern hinausgeschleuderten Feststoff teilchen von y > 1 in den Unterlauf mitreissen. Die durch das Düsenrohr 3 in den Oberteil 13 gelangen den Wassermengen sind daher von diesen Feststoffen befreit und treten aus dem als Entspannungsraum wirksamen Oberteil in den Reinwasserablauf 6 ein.
Der Schmutzwasserunterlauf gelangt aus der Wirbel- kammer 5 in das zur Rückgewinnung der Rotations energie zweckmässig tangential einmündende Ablauf rohr 7. Das Ablaufrohr 7 steht mit der kegeligen Kammer 8 des. Durchflussmengenbegrenzers bzw.
Schmutztrübenaustrages. derart in Verbindung, dass der Unterlauf vorteilhaft über eine Querschnitts verengung 9 tangential in den obern, etwa zylindrisch ausgebildeten Teil 10 der kegeligen Kammer 8, wie insbesondere in den Fig. 5 und 6 dargestellt, ein mündet.
Die verjüngte Kammer 8 besitzt an der tiefsten Stelle eine düsenartige öffnung 11, und es baut sich in ihrem Innern ein Potentialwirbel mit zu nehmender Strömung zum Wirbelkern 12 hinauf, der dem genannten Gesetz
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entspricht.
Infolgedessen ergibt sich auch eine Stei gerung der Winkelgeschwindigkeit des Wirbels zum Kern hin, so dass unter Wirkung der Zentrifugalbe- schleunigung ein nicht vom Wasser durchströmter Luftkern 12 im Zentrum entsteht, der einen grossen Teil der Auslaufdüse 11 somit hydraulisch verbaut. Die kegelige Kammer 8 arbeitet also als Potentialwirbel- Stabilisator bzw. Regler.
Die Verbauung durch den zentralenLuftkern gestattet daher die Anwendung einer im Durchmesser um ein Mehrfaches grösseren Aus laufdüse 11 gegenüber einer potentialwirbelfreien Strö mung,
so dass auch mitgerissene grobe Verunreini- gungen keine Verstopfung der Düsen 11 verursachen können. Die in der Stabilisatorkammer an die Ge häusewandung zentrifugierten Feststoffanteile werden mit der Strömungsenergie der 'Flüsügkeit aus dem zylindrischen Teil über die konische Wandung mit etwa 45 Neigung zur Horizontalen in den Ablauf querschnitt der Düse 11 transportiert,
so dass keine Ablagerungen entstehen. Durch Anpassung des tangentialen Einlaufquer- schnittes 9 an den Querschnitt der Zentraldüse 11 im Kegelboden und Wahl der günstigsten Kegel neigung konnte in einer praktischen Ausführung er reicht werden, dass an Stelle der eingangs geschilder- ten Festdüsen von 11 bzw. 9,6 mm 0 nunmehr ein engster Querschnitt entsprechend einem Düsendurch messer von 30 mm zulässig ist.
Der Querschnitt kann also durch Anwendung des Erfindungsgedan kens auf das 7,5- bis rund 10fache vergrössert wer den. Bei dem Betrieb einer Hydrozyklonanlage hat sich nach Anbau des Schmutztrübenaustrages, der als Potentalwirbel-Stabilisator arbeitet, an Stelle einer mechanischen Regeleinrichtung infolge der nun mehr kontinuierlichen Regelung des Unterlaufes neben einer erheblichen Verbesserung der Wirt schaftlichkeit durch Verkleinerung des Unterlaufes gleichzeitig eine wesentliche Steigerung der Feststoff abscheidung,
insbesondere feinster Körnungen, er reichen lassen. Als weiterer Vorzug ist gegenüber den bekannten Lösungen der Verzicht auf irgend welche mechanisch bewegliche Teile hervorzuheben.
Bei der sinngemässen Anwendung des Schmutz- trübenaustrages bzw. Potentialwirbel-Stabilisators bei einem Schweresichter ergibt sich die Anordnung nach Fig. 7. Der Zulauf der Feststofftrübe erfolgt durch das Einlaufrohr 21. Die Trübe tritt am obern Ende dieses Rohres 21 aus und wird durch die Umlenkglocke 22 in einen Fallstrom umgelenkt.
Am untern Ende der Glocke 22 erfolgt eine weitere Umlenkung innerhalb des Sichtergehäuses 23, wo nun die Trübe innerhalb des. Ringquerschnittes zwi schen Umlenkglocke 22 und Gehäusemantel 23 eine gleichbleibende Aufwärtsströmung auf dem Wege zum konischen Oberteil des Sichters erfährt. Diese Aufstiegsgeschwindigkeit ist um einen bestimmten Betrag kleiner als die Sinkgeschwindigkeit der Fest stoffkörperchen,
die gerade noch in dem Schwere- sichter zurückgehalten werden sollen. Es. bildet sich, daher unterhalb der Umlenkglocke eine Art Schwebe filter dieser Fetsstoffteilchen aus.
In dem untern konischen Teil des Sichter- gehäuses 24 erfolgt an der tiefsten Stelle der Ablauf der Schmutzwassermenge als Unterlauf und gelangt von hier aus über das Verbindungsrohr 25 wiederum in den Schmutztrübenaustrag bzw. Potentialwirbel- Stabilisator 8, dessen Wirkungsweise bereits oben näher erläutert wurde.
Der Reinwasserablauf des Schweresichters erfolgt im obern Teil des Sichter- gehäuses 23 über die Rohrleitung 26. Auch hier haben praktische Versuche die Überlegenheit der Erfindung gegenüber Festdüsen und auch mechani schen Regeleinrichtungen bereits unter Beweis ge stellt.
Zur Schaffung der elastisch verformbaren Loch blende nach Fig. 8 erhält die kegelige Kammer 8 am Austrag einen Gewindestutzen 31. Aufschraubbar auf diesen Gewindestutzen ist eine überwurfmutter 32 mit der Durchirittsöffnung 33 und einem Hand- griff 34.
Zwischen einem Widerlager 35 und einem Druckring 36 liegt ein elastisch verformbarer Ring körper 37. Beim Bewegen des Handgriffes 34 und der damit erfolgten Einwirkung auf den Körper 37 wird dieser Körper, wie strichpunktiert angedeutet, mehr oder minder - verformt und damit der Quer schnitt des Austrittsstutzens 31 bzw.
die Austrags düsenöffnung vergrössert und verkleinert. Damit wird auch der Kreisringquerschnitt zwischen dem elastisch verformbaren Körper 37 und dem Luftkern in der Austrittsöffnung verändert.