Filtrierapparat
Die Erfindung betrifft einen Filtrierapparat mit einer Mehrzahl von Filterelementen, die je mindestens ein Sieb aufweisen, auf dem vor Beginn des Filtrierens durch Anschwemmen einer Filtermasse eine Filterschicht zu formieren ist, die, wenn sie durch den Gebrauch verschmutzt ist, vom Sieb abgespritzt und erneuert werden muss. Bekannte Filtrierapparate dieser Art haben den Nachteil, dass sie mindestens teilweise demontiert werden müssen, damit man die Filterelemente durch Ab spritzen der Siebe reinigen, d. h. von der verschmutzten Filtermasse frei machen kann. Ausserdem haben die üblichen Filterelemente den Nachteil, dass sich beim Formieren derselben die angeschwemmte Filtermasse nicht gleichmässig auf den Sieben absetzt, die Dicke der Filterschicht vielmals grosse lokale Unterschiede aufweist. Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu vermeiden.
Der Filtrierapparat nach der Erfindung zeichnet sich aus durch ein Abspritzrohr, das um eine zu seiner Längsrichtung mindestens angenähert senkrechte Achse drehbar und in der Nähe dieser Achse mit einer Zuführungsleitung für die zum Abspritzen dienende Flüssigkeit verbunden ist, und das einen in seiner Längsrichtung verlaufenden Abspritzspalt aufweist, aus dem die Abspritzflüssigkeit mindestens angenähert gleichmässig und parallel zur Drehachse austritt, wobei die Filterelemente in einem von einem Gehäuse gebildeten Filterraum so angeordnet sind, dass die aus dem Spalt anstrebende Abspritzflüssigkeit nacheinander alle Siebe dieser Elemente mindestens angenähert tangential bestreicht, um die Filtermasse von denselben wegzuschwemmen, und wobei der Filterraum mit mindestens einem Ablauf für die Abspritzflüssigkeit versehen ist.
Dabei weist jedes Filterelement vorzugsweise zwei parallele, aus Metallgewebe bestehende Siebe auf, zwischen denen ein Wellblech angeordnet ist, wobei die aus dem mit dem Eingang für die zu filtrierende Flüssigkeit verbundenen Filterraum durch die auf ihrer Aussenseite mit der Filtrierschicht versehenen Siebe hindurchtretende Flüssigkeit auf beiden Seiten des Wellbleches in den von dessen Wellen gebildeten Kanälen einem Sammelrohr zufliesst, das hierzu mit einem Längsschlitz versehen ist, und das an einem seiner Enden offen ist und mit einem im Gehäuse vorgesehenen Kollektorkanal in Verbindung steht, der seinerseits zu einem Ausgang für die filtrierte Flüssigkeit führt.
Das Abspritzrohr enthält zweckmässig ein als Schikane für die Vergleichmässigung der Strömung im Abspritzspalt dienendes, mit ringsektorförmigen Rippen versehenes Rohr, das auf seiner dem Abspritzspalt entgegengesetzten Seite einen sich über mehr als die Hälfte seiner Länge entsprechenden Schnitt aufweist, der so liegt, dass der Rohrumfang am inneren Rohrende am kleinsten ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es ist:
Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt durch einen Filtrierapparat,
Fig. 2 ein Querschnitt gemäss Linie II-II von Fig. 1,
Fig. 3 ein Längsschnitt durch das drehbare Abspritzrohr, dessen Lagerung und dessen in Fig. 1 weggelassene Antriebsvorrichtung in grösserem Massstab,
Fig. 4 ein Schnitt gemäss Linie IV-IV von Fig. 3,
Fig. 5 eine Ansicht eines Filterelementes,
Fig. 6 ein Schnitt gemäss Linie VI-VI von Fig. 5 und
Fig. 7 ein Schnitt gemäss Linie VII-VII von Fig. 5.
Das Gehäuse 1 des dargestellten Filtrierapparates weist einen zylindrischen Mantel 1' auf, der unten durch einen bombierten Boden 2 und oben durch einen lösbar angeflanschten, bombierten Dekkel 3 abgeschlossen ist. Durch einen Eintrittsstutzen 4 gelangt die zu filtrierende Flüssigkeit, meistens Wasser, in einen Filterraum 5, in dem eine Mehrzahl von in Radialebenen liegenden Filterelementen 6 und 6' angeordnet sind. Jedes Filterelement 6 oder 6' weist zwei rechteckige, zueinander parallele, aus Metallgewebe, z. B. sogenannte Tressengewebe bestehende Siebe 7 (siehe Fig. 6) auf, deren Ränder an einen Rahmen 3 befestigt sind und zwischen denen ein Wellblech 9 liegt.
Eine Vertikalseite des Rahmens besteht aus zwei Hälften 8a (siehe Fig. 7), die sich an ein geschlitztes Rohr 10 anschliessen, so dass die im Sinne der Pfeile 111 (siehe Fig. 6 und 7) vom Filterraum 5 durch die Siebe 7 in das Filterelement 6 eindringende Flüssigkeit durch das Wellblech 9 in das als Sammler dienende Rohr 10 geleitet wird.
Das Rohr 10 ist oben mit einem Deckel 11 abgeschlossen, der mit einem kurzen Zapfen 12 versehen ist, und mündet unten in einen Hohlzapfen 13, der mit einer Schulter 14 auf dem Rand eines Loches 15 abgestützt ist, in das dieser Zapfen 13 eingreift.
Ein Kranz von Löchern 15 ist in einem horizontalen Ring 16 (siehe auch Fig. 1) vorgesehen, der zusammen mit einem zylindrischen Mantel 17 einen ringförmigen Kollektorkanal 18 vom Filterraum 5 trennt.
An den Kollektorkanal 18 ist ein Austrittsstutzen 19 für die filtrierte Flüssigkeit angeschlossen. Um die Filterelemente 6 und 6' in ihrer dargestellten Lage zu halten, stecken die oberen Zapfen 12 in einem Kranz von Löchern 20, die in einem demontierbaren Haltering 21 vorgesehen sind. Ferner sind die Filterelemente 6 und 6' auf Ringen 22 und 23 abgestützt, die in aus Fig. 2 ersichtlicher Weise am Gehäuse 1 befestigt sind. Die alternierend vorgesehenen Elemente 6 und 6' unterscheiden sich, wie ebenfalls aus Fig. 2 hervorgeht, lediglich durch ihre radialen Abmessungen.
Die Siebe 7 würden nur eine sehr grobe, für die meisten Zwecke ganz unbrauchbare Filterung ergeben. Vor Beginn der Filtrierung werden die Filterelemente 6 und 6' daher in an sich bekannter Weise formiert, indem man der zu filtrierenden Flüssigkeit eine fein verteilte, körnige oder faserige Filtermasse, z.B. Kieselgur oder Asbest, beimengt, die sich an den Sieben 7 absetzt und auf denselben in kurzer Zeit, z. B. 1-2 Minuten, eine gleichmässig dicke Filterschicht bildet. Die verblüffende Gleichmüssigkeit dieser Filtrierschicht rührt von der gleichmässigen Unterteilung der zwischen den Sieben 7 und dem Wellblech 9 stattfindenden Strömung her.
Diese Strömung wird nämlich dadurch, dass die die Siebe 7 bildenden Metallgewebe durch die Strömung nach innen auf die Wellenkämme des Wellbleches 9 gedrückt werden, in sehr viele kleine radiale Kanäle unterteilt, in denen sehr gleichmässige Stromfäden fliessen.
Wenn die angeschwemmte Filtermasse durch die beim Filtrieren in ihr zurückgebliebenen Fremdstoffe verschmutzt ist, müssen die Filterelemente 6 und 6' von derselben gereinigt werden. Hierzu ist ein Abspritzrohr 24 vorgesehen, das auf einen Lagerzapfen 25 drehbar gelagert ist, der über speichenartig angeordnete Rippen 26 (von denen nur eine dargestellt ist) von einem Übergangsrohrstück 27 getragen wird.
Das Ubergangsrohrstück 27 ist am oberen Ende eines vertikalen, zentral im Gehäuse 1 angeordneten Zuführungsrohres 28, angeflanscht, das unten durch den Boden 2 hindurchgeführt ist und einen Einlaufstutzen 29 bildet, der an eine nicht dargestellte Absptitzwasserpumpe angeschlossen ist. Am Boden 2 sind ferner noch zwei mit dem Filterraum 5 in Verbindung stehende Ablaufstutzen 30 für das Abspritzwasser vorgesehen.
Das Abspritzrohr 24 ist auf seiner unteren Seite mit einem radial verlaufenden Abspritzspalt 31 versehen und wird während der Reinigung auf später näher erläuterte Weise in Umdrehung versetzt. Es ist ersichtlich, dass das während der Reinigung im Sinne der gestrichelt dargestellten Pfeile fliessende Spülwasser nach dem Austritt aus dem Abspritzspalt 31 die Aussenfläche der Siebe 7 etwa tangential abspritzt und dabei die aufgeschwemmte Filtermasse wieder wegschwemmt und durch die Ablaufstutzen 30 aus dem Apparat entfernt. Nach etwa zwei Umdrehungen des Rohres 24, die z. B. je etwa eine Minute dauern können, sind die Filterelemente 6 und 6' wieder sauber, so dass mit der Formierung einer neuen Filterschicht begonnen werden kann.
Um das Rohr 24 in Umdrehung g zu versetzen, könnte man in demselben, unweit von seinem geschlossenen, äusseren Ende eine seitliche Öffnung vorsehen. Der Rückstoss des aus dieser Öffnung austretenden Strahles würde dann das Rohr in Umdrehung versetzen; dabei wäre aber die Umdrehungsgeschwindigkeit von der Pumpenleistung abhängig.
Bei dem vorliegenden Apparat ist daher gemäss Fig. 3 eine mechanische Antriebsvorrichtung 32 für das Rohr 24 vorgesehen. Diese Fig. 3 zeigt ferner noch einige für eine befriedigende Wirkung des Abspritzrohres 24 wichtige Einzelheiten sowie dessen Lagerung.
Das Abspritzrohr 24 ist über einen Ring 33 mit einer vertikalen Buchse 34 fest verbunden, die über ein Kugellager 35 auf dem feststehenden Zapfen 25 gelagert ist. An dem über die Rippen 26 den Zapfen 25 haltenden Übergangsstück 27 ist oben eine nachgiebige Manschette 36, z. B. aus Gummi, befestigt, die in einen mit dem drehbaren Rohr 24 fest verbundenen, die Buchse 34 umgehenden, zylindrischen Kopfteil 37 hineinragt. Der Kopfteil 37 ist oben durch einen mittels Schrauben 38 am Ring 33 befestigten Deckel 39 abgeschlossen.
Die früher erwähnte Antriebsvorrichtung 32 weist eine Welle 39 auf, die mit dem Zapfen 25 in Flucht liegt und über eine nur schematisch angedeutete Stopfbuchse 40 durch den Deckel 3 hindurch geführt ist und an ihrem äusseren Ende in nicht dargestellter Weise von Hand oder mittels eines Motors über ein Getriebe angetrieben werden kann. Am unteren Ende der Welle 39 ist ein Querstück 41 mittels einer Schraube 42 oder dergleichen befestigt und an demselben sind ihrerseits zwei nach unten ragende Mitnehmerbolzen 43 befestigt, die bei Drehung der Welle 39 auf die Köpfe von zwei der Schrauben 38 treffen und dadurch den Arm 24 in Drehung versetzen.
Der Abspritzspalt 31 wird, wie aus Fig. 4 ersichtlich, durch zwei vom Rohr 24 nach unten vorstehende Lippen 44 begrenzt. Um eine über die ganze Länge des Spaltes 31 gleichmässig verteilte und überall praktisch vertikal nach unten gerichtete Strömung zu erzielen, ist im Rohr 24 eine Schikane eingebaut, die hauptsächlich aus einem Rohr 46 besteht, das in regelmässigen Abständen mit ringförmigen oder ringsektorförmigen Aussenrippen 47 bzw. 48 versehen ist. Das innere Rohr 46 ist an seinem äusseren Ende offen und mit einem Quersteg 49 versehen, der mittels einer Schraube 50 an einem Deckel 51 befestigt ist, der das äussere Rohr 24 abschliesst. Am vorderen Ende des inneren Rohres 46 ist ein sektorförmiges Element 52a angeschweisst, das mittels nicht dargestellter Schrauben am äusseren Rohr 24 befestigt ist.
Das innere Rohr 46 weist auf seiner oberen Seite einen sich über mehr als die Hälfte von dessen Länge erstreckenden, ebenen Schnitt 52 auf, der zur Rohrachse unter einem spitzen Winkel von 10-200 geneigt ist. Es ist ersichtlich, dass das Abspritzwasser, um zu dem Abspritzspalt 31 zu gelangen, zwischen den Rohren 24 und 46 im Sinne der in Fig. 3 gezeichneten Pfeile in ringsektorförmigen, symmetrischen Kanälen strömen muss, die durch die Rippen 47 und 48 in axialer Richtung in eine Mehrzahl von gleich langen Abschnitten unterteilt sind. Während diese Kanäle sich auf beiden Seiten der Rippe 48 über je 1800 erstrecken, wird dieser Sektorwinkel immer kleiner, je näher sich der Kanal beim inneren Ende des Rohres 24 befindet, wo dessen Umfang am kleinsten ist, so dass der hydraulische Widerstand ebenfalls abnimmt.
Am inneren Ende der Rohre ist der Staudruck der Flüssigkeit relativ klein, weil ihre Geschwindigkeit relativ gross ist, und nimmt wegen des Abschlusses 51 längs der Rohre nach aussen zu. Um eine gleichmässige Strömung im Spalt 31 zu erhalten, muss der hydraulische Widerstand mit wachsendem Abstand von der Drehachse ebenfalls zunehmen, und dies ist ge mäss den vorangehenden Erläuterungen tatsächlich der Fall.
Am äusseren Ende des inneren Rohres 46 weist dasselbe oben auch noch einen kleinen, ebenen Schnitt 53 auf, damit der Strömungswiderstand in dem Abschnitt hinter der Ringrippe 47 nicht zu gross wird. Es hat sich gezeigt, dass mit der sehr einfachen Schikane 46-48 eine vorzügliche Verteilung des Abspülwassers längs des Abspritzspaltes 31 erzielt wird, wobei die Geschwindigkeit in demselben nirgends eine nennenswerte Horizontalkomponente mehr aufweist. Es ist klar, dass beim Filtrieren die Stutzen 29 und 30, beim Abspritzen der Filterelemente 6 und 6' dagegen die Stutzen 4 und 19 durch nicht dargestellte Absperrorgane geschlossen werden müssen.
Es ist ersichtlich, dass die Filterelemente 6 oder 6 und 6' nicht unbedingt in radialen Ebenen liegen müssen. Man könnte sie z. B. zueinander parallel unter dem unveränderten, drehbaren Abspritzrohr 24 anordnen.
Ferner ist es denkbar, Filterelemente der gezeigten Art auch mit anderen Abspritzvorrichtungen zu verwenden, obwohl ein drehbares Abspritzrohr der beschriebenen Art in besonders vorteilhafter Weise mit derartigen Filterelementen zusammenarbeitet.
Filtrierapparate der beschriebenen Art eignen sich besonders für grosse Durchsatzleistungen. Es ist beispielsweise ein Apparat mit einem Gehäusedurchmesser von etwa 2 m gebaut worden, der zum Filtrieren von etwa 700 m3 Wasser pro Stunde dient.