DK152021B - Centrifuge med en tromlekappe og en transportsnegl - Google Patents

Description

i

DK 152021 B

Opfindelsen angår en centrifuge af den i hovedkravets indledning angivne art. I centrifuger af denne type, hvor tromlekappen og transportsneglen roteres i samme retning, men med forskelligt omløbstal, ledes den tilførte Væske-5 faststof-blanding gennem et indløb ind i et mellem tromle kappens inderside og transportsneglen beliggende og ved disse afgrænset kammer med ringformet tværsnit, i hvilket blandingen under indvirkning af et kunstigt tyngdefelt skilles i væske og faststof ved, at der på tromlekappens 10 indre vægflade af lejres et fra væsken udskilt faststoflag.

Væsken transporteres gennem en væskebortledningsåbning ud af centrifugen, medens faststoflaget transporteres til faststofudløbet ved enden af et mod dette konisk ind-snærende tromlekappeparti ved hjælp af transportsneglen, 15 der roterer med et fra selve tromlekappens omløbstal afvigende omløbstal. Til slut stødes faststoffet ved det koniske tromlepartis frie ende ud af tromlen.

Ved afvanding af slam opstår der vanskeligheder, især når faststoffets partikelstørrelse og/eller differencen mellem 20 faststoffets massefylde og vandets massefylde er meget lille. Herved volder transporten af de i centrifugen fortykkede slam-faststof-andele hen over det mod tromleenden opad skrånende bundparti af tromlens koniske del særlige vanskeligheder, fordi faststoffet under indvirkning af de 25 store centrifugalkræfter har stor tilbøjelighed til at strømme tilbage i retning mod tromlekappens cylindriske del.

Man har derfor ved overgangen fra tromlens cylindriske del til dens koniske del på- snegllegemet anbragt en radial 30 skive eller ledevæg, for derved at understøtte materialetransporten i tromlens koniske del, jævnfør DE-offentlig-gørelsesskrifteme 1 532 678 og 2 612 696.

I en række tilfælde er denne foranstaltning alene imidlertid ikke tilstrækkelig til opnåelse af en sikker fjernelse 2 i

DK 152021B

af finkornet faststof. Man har derfor forsøgt at fremme .

faststoftransporten i centrifugens koniske kappedel ved 'y at hæve væskeniveauet. Denne foranstaltning medfører imidlertid den ulempe, at den væskeandel, der fjernes 5 sammen med faststoffet, er relativt stor, dvs. at afvandingseffekten er forholdsvis dårlig. De kendte foranstaltninger og apparater har alle den mangel, at varie- ! rende driftsbetingelser har en skadelig indvirkning enten på fortykkelseseffekten eller på klareeffekten.

10 Det er opfindelsens formål at tilvejebringe en centrifuge, i hvilken man opnår størst mulig fortykkelse og samtidigt j en optimal klaring. Dette opnås ved den i hovedkravets j kendetegnende del angivne kombination af ejendommeligheder. Centrifugen ifølge opfindelsen er fordelagtig derved, at ' 15 den ved skiftende driftsbetingelser kan indstilles på defi- j nerede driftsparametre således, at der opnås et optimalt i resultat, nærmere betegnet en stor fortykkelseseffekt og i en optimal klaring. Herudover er der ved centrifugen ifølge : opfindelsen tilvejebragt forudsætninger for en fortrinsvis 20 computerstyret procesautomation.

Som væskebortledningsorganer kan der ifølge opfindelsen på snegllegemet findes aksialt forløbende kanaler.

Ved den sidst omtalte foranstaltning kan der fuldautomatisk inden for definerede grænser indstilles optimale drifts-25 tilstande. Man kan således realisere en procesautomation ved hjælp af kendte og almindelige elektroniske proces-regnere. Som resultat af denne særlige udformning opnås et overraskende godt driftsresultat med økonomisk fordelagtige driftsbetingelser.

30 I det følgende forklares opfindelsen nærmere ved hjælp af tegningen, hvor i j

DK 152021 B

3 fig. 1 er et længdesnit i en udførelsesform for centrifugen ifølge opfindelsen, og fig. 2 viser centrifugen i fig. 1 med et blokdiagram til anskueliggørelse af en indretning til styring og/eller 5 regulering af tromlekappens og transportsneglens omløbstal og/eller af den i tidsenheden i centrifugen indførte mængde væske med fast substans.

Den i fig. 1 viste centrifuge med transportsnegl har en ubrudt tromlekappe bestående af en cylindrisk kappedel 1 10 og i tilslutning til denne en konisk kappedel 2. I centrifugekappen 1, 2 er koaksialt og med lille afstand til denne anbragt en roterbar transportsnegl bestående af et hult kernelegeme 3 og af på dettes yderside beliggende sneglgænger 4. Væske, fra hvilken faststoffet skal ud-15 skilles i centrifugen, tilføres via en tilførselsrørledning 51, fig. 2 og et rør 5 ved den i fig. 1 viste centrifuges højre ende. Røret 5 er gennem en med sneglens kernelegeme 3 fast forbundet hul aksel 6 ført ind i centrifugen koaksialt med akselen. Til fjernelse af væske fra centri-2o fugens klareområde er der på ydersiden af sneglens kernelegeme 3 udformet aksiale kanaler 7, 7’ med bortledningsåbninger 14, 16. Udskilt faststof fjernes fra den koniske kappedels frie ende gennem udløbsåbninger 8 i kappen.

Sneglens kernelegeme 3 er lukket ved sin i fig. 1 højre ende 25 - den nærmest tromlens drivmekanisme værende ende - ved hjælp af en endeplade 9, hvis perifere parti er beliggende mellem to ringe 10, der sammen med nævnte perifere ende-pladeparti danner en labyrinttætning. Den fraskilte, klarede eentratvæske ledes ud af centrifugen gennem åbninger 12.

30 På sneglens kernelegeme 3 er der i overgangsområdet mellem centrifugekappens cylindriske del 1 og dens koniske del 2 anbragt en radial skive 13, hvis periferi er beliggende i 4 (

DK 152021 B

afstand, fra tromlekappens indre flade. Kanalerne 7 og 7’s ‘ indstrømnings- og bortledningsåbninger 14 og 16 for væske er ved den efter medstrømsprincippet arbejdende centrifuge beliggende mellem væsketilførselsrøret 5's indre 5 mundingsåbning 15 og udløbet 8 til fjernelse af faststoffet. Bortledningsåbningerne 14 og 16 er nærmere betegnet beliggende mellem skiven 13 og nævnte mundingsåbning 15. Centrifugetromlens cylindriske kappedel 1 har ved sin frie ende en slutplade 17, der er fast forbundet med et 10 akselrør 18, der er drejeligt lejret i et leje 19. På rørakselen 18 er anbragt en drivskive 20, der via kileremme 21 på i og for sig kendt måde drives af et kun skematisk vist drivorgan 22. Transportsneglen drives af et andet drivorgan 23 via en på sneglens hule aksel 6 15 anbragt kileremskive 25 og kileremme 24.

I fig. 2 er centrifugen betegnet med 30, medens det fra centrifugen fjernede faststof er antydet ved pilen 8 og det fra centrifugen bortledte klarede centrat er antydet ved pilen 31. Centrifugens drivmekanisme indbefatter kile-20 remskiverne 20 og 25 med tilhørende kileremme henholdsvis 21 og 24 samt de to drivorgandele 22 og 23 i form af kileremskiver på et differentialdrev 32, der drives af en motor 33· Differentialdrevet 32 er indrettet til at drive henholdsvis centrifugetromlen og transportsneglen med ind-25 stillelige, indbyrdes forskellige omløbstal. Disse fra hinanden afvigende omløbstal for henholdsvis selve tromlen og transportsneglen kan f.eks. på kendt vis indstilles ved ; hjælp af elektriske, hydrauliske eller mekaniske midler, hvis funktion og konstruktion ikke skal omtales nærmere her.

30 Disse midler er i det i fig. 2 viste blokdiagram skematisk betegnet med 34. Motoren 33 har som regel et konstant omløbstal. Motorens omløbstal kan dog også være reguler- i i i

DK 152021 B

5 bart trinløst eller trinvis. Også den hertil nødvendige reguleringsindretning er kun antydet skematisk og betegnet med 35 i fig. 2.

Røret 5 til tilførsel af blandingen af slam og spilde-5 vand er forsynet med en anordning, f.eks. et drøvle-organ 36, 37 til regulering af den i tidsenheden tilførte mængde faststof og/eller spildevand. Ved udløbet 8 for faststof er anbragt et rør 39 med et måleapparat 40 til måling af mængden af og/eller faststofindholdet i 10 det bortledte, fortykkede slam og til omdannelse af den målte værdi i et elektrisk signal. Dette elektriske signal tilføres ved hjælp af en styreledning 41 en styre-og reguleringsindretning 42, 48. Differentialdrevet 32 er forsynet med en indretning 43 til måling af sneglkernele-15 gemet 3's drejningsmoment. Indretningen 43 omdanner den målte drejningsmomentværdi til med denne proportionale elektriske signaler, der via en styreledning 44 ligeledes tilføres styre- og reguleringsindretningen 42, 48, der på i og for sig kendt måde på grund af forudbestemte afhæng-20 igheder udregner styreværdierne for tromlekappens omdrejningstal og for differenceomdrejningstallet mellem tromlekappen og sneglen. Disse udregnede værdier overføres gengem en styreledning 47 til differentialdrevet 32's indstillingsorgan 34.

25 Por det tilfælde, at indstillingsværdien når ind i grænseområder, findes der supplerende reguleringsmuligheder f.eks. ved ændring af den i tidsenheden i centrifugen indførte væskemængde, eller ved ændring af motoren 33's omdrejningstal .

30 Den i fig. 1 viste centrifuge og det i fig. 2 viste centrifugeringsaggregat virker på følgende måde: DK 152021 B ; 6 ! i j

Efter igangsætningen af motoren 33 bringes centrifugen I

30 fig. 2, til at rotere. Drivmekanismen indbefattende diffe- i rentialdrevet 32 med de to kileremskiver 22, 23, kilerem- i mene 21, 24 samt drivskiverne 20, 25 såvel som centri-5 fugetromlen 1, 2 og sneglen 3, 4, der drives med fra hinanden ! afvigende omløbstal, er således dimensioneret, at der først opnås et forvalgt omløbstal og en forvalgt omløbstaldifference mellem de to roterende legemer i centrifugen. Dernæst åbnes drøvleorganet 36, hvorefter blan-10 dingen af væske og fast stof gennem tilførselsrørene 51,5 og åbningen 15 løber ind i centrifugen 30. I denne slynges faststoffet udad, så at der på centrifugekappens indre flade samler sig et lag af faststof. På grund af ! den med et fra selve tromlens omløbstal afvigende omløbstal 15 roterende snegls transportvirkning transporteres faststoflaget på centrifugekappens indre vægflade kontinuerligt i retning mod udløbsåbningerne 8 for faststof. Da bortledningsåbningerne 14, 16 for væske er beliggende mellem I indløbsåbningen 15 og faststofudløbet 8, arbejder centri-20 fugen efter medstrømsprincippet. Under faststoffets transport i retning mod faststofudløbet 8 passerer faststoffet ringspalten mellem den radiale skive 13 og centrifugekappens indre vægflade, idet faststoffet på dette sted tvinges i en form med en minimal ydre radius. Den klarede væske 25 strømmer endnu før opdæmningsskiven bort gennem væskebortledningsåbningerne 14, 16 til kanalerne 7, 7' og gennem disse og fjernes fra centrifugen gennem åbningerne 12. Fatstof-fet transporteres af snekkegængerne 4 i centrifugens koniske del 2 mod faststofudløbet 8 og fjernes gennem dette.

30 Fra faststofudløbet 8 passerer faststoffet ind i røret 39, i hvilket dets mængde og/eller faststofkoncentration kontrolleres af måleapparatet 40.

Sneglens drejningsmoment registreres ved hjælp af det til differentialdrevet 32 hørende måleorgan 43, hvis målevær-35 di overføres til styre- og reguleringsindretningen 42, 48, i som udgør den væsentlige del af indretningen til styring ; og/eller regulering af centrifugetromlen 1, 2's og snegl-

DK 152021 B

7 kernelegemet 31 s omløbstal.

Styreindretningen virker således, at sneglens omløbstal mindskes i forhold til tromlekappens omløbstal til re- ' duktion af omløbstaldifferencen, såfremt sneglens drej-5 ningsmoment er lille, hvilket er et indicium for en lille faststofandel eller ringe fortykkelsesgrad i faststofudløbet. Omløbstaldifferencen kan reduceres til en forudbestemt grænseværdi. Når denne grænseværdi nås, uden at der da er opnået en tilstrækkelig forøgelse af 10 snegllegemets drejningsmoment, forøger styre- og/eller reguleringsindretningen 42, 48 de to roterende centrifugelegemers absolutte omløbstal under opretholdelse af omløbstaldifferencen, f.eks. ved trinløs eller trinvis forøgelse af motoren 33's omløbstal ved hjælp af en 15 styreimpuls, der tilføres motorens reguleringsorgan 35 gennem en styreledning 46. Desuden kan i så tilfælde styreindretningen 42, 48 via en styreledning 49 til drøvleorganet 36’s indstillingsorgan 37 åbne mere for tilstrømningen af væske-faststof-blandingen gennem til-20 førselsrøret 5 og åbningen 15. Herved øges i centrifugen faststofmængden, hvorved centrifugens ydelse øges, så at man opnår den ønskede fortykkelsesgrad for faststoffet.

Der kan være truffet en yderligere reguleringsteknisk foranstaltning parallelt med de oven omtalte eller alene 25 gående ud på, at man med indikationen af den fra centrifugen udtagne faststofmængde ved hjælp af måleapparatet 40 og/eller faststofkoncentrationen måler en yderligere driftsparameter som forstyrrende værdi for reguleringssystemet og gennem styreledningen 41 tilfører styre- og re-30 guleringsindretningen 42, 48 et tilsvarende elektrisk signal, hvilket ligeledes har den virkning, at omdrejningstaldifferencen mellem centrifugetromlen 1, 2 og sneglen 3,4 mindskes, såfremt faststofindholdet eller faststofmængden er for lille, eller at mængden af tilstrømmende faststof-væskeblanding 35 og dermed mængden af tilført faststof øges ved hjælp af drøvleorganet 36, medens omløbstallet holdes uændret.

j

DK 152021B

i 8 i i

Alternativt til anvendelsen af faststofkoncentrationen i j centrifugens faststofudløb 8, 39 som regulerende værdi j

kan man som driftsparameter konstatere faststofkoncen- I

trationen i eentratvæskeudløbet 31 og tilføre den målte .

5 værdi som fejlstørrelse eller ledeværdi til indretningen 42, 48 til regulering og/eller styring af centrifugens driftstilstande. I så tilfælde konsteres måleværdien af måleorganet 38, fra hvilket værdien gennem en ledning 50 tilføres styre- og reguleringsindretningen 10 42, 48.

Også her øges omdrejningstaldifferencen og mindskes den j tilførte faststofmængde f.eks. ved drøvling af tilførselen ! af væske-faststofblandingen, når faststofindholdet i een- i tratet er for -stort, og omvendt.

15 Principielt skal alle i funktionsbeskrivelsen omhandlede i reguleringsprocesser forstås således, at reguleringsindgrebenes fortegn kan være omvendt. Dette betyder f.eks. i sidstnævnte tilfælde, at differencen mellem omdrejningstallene mindskes og/eller den tilførte faststofmængde 20 øges, såfremt faststofindholdet i centratet når ned under en given nedre grænseværdi.

Den i fig. 1 viste udførelsesform for centrifugen og det i fig. 2 viste eksempel på et centrifugeaggregat kan kun betragtes som skematiske illustrationer af mulige ud-25 førelsesformer, idet centrifugen i konstruktiv og reguleringsteknisk henseende kan varieres inden for den ved kravene definerede ramme.

Således kan der i stedet for et drøvleorgan i tilførselsledningen 51 være anbragt en regulerbar pumpe. Også 30 rækkefølgen af reguleringsindgreb kan ændres. Der findes i alt tre .udgangsdata til påvirkning af reguleringssystemet: a) snegllegemets drejningsmoment j b) i faststofudløbet: Mængden og andelen af faststof ·? nov-i4—ηα-Ηκ-Π λχΤ->&+· · Meovi crrlan ner anrtol on a "P "Pa «hs'hrvP ! 9

DK 152021B

samt tre indstillingsværdier: a) Centrifugekappens omløbstal b) Differencen mellem centrifugekappens og snegllegemets omløbstal 5 c) Den tilførte mængde faststof/væske I det følgende forklares opfindelsen ved hjælp af et eksempel:

EKSEMPEL

Ved hjælp af methano-bakterier udrådnet såkaldt "rådneslam" 10 fra et biologisk spildevandsklareanlæg afvandes. Der anvendes en centrifuge med kappe og transportsnegl og med en diameter på 900 mm og en længde på 2500 mm.

Indløbskoncentration: 2,5 til 4 vægtprocent tørsubstans (faststof) i den tilførte væske

Tilførselsmængde: 35 til 40 nrVtime 15 I den følgende tabel er sammenstillet værdier fra et sammenligningsforsøg med standardudførelse (A) og værdier ifølge opfindelsen (B).

A B

Tilløb (m^/time) 50 (konstant) (30) 35 (40)

Faststofudløb (vægtprocent) 18 - 22 28 - 32

Centrat (vægtprocent) 1-2 1-3

Forbrug af flokkulerings- middel (kg/t) 2,5-3 2,2-25

Omløbstal (Upmin) 900 (konstant) 1000 - 1400

Omløbstaldifference (Upmin)_6 (konstant) 2-8_| DK 152021 B j 10

Resultat: Under tilnærmelsesvis ens betingelser var fortykkelseseffekten 18 - 22—> 28 - 32 væsentligt for øget.

På grund af en fleksibel tilpasning af centrifugens drifts-5 parametre til de skiftende driftstilstande, især ved stor faststofbelastning på grund af variationer i den tilførte fastest o ftnængde undgik man med absolut sikkerhed en blokering af centrifugen, hvilket betragtes som en særlig positiv bieffekt ved opfindelsen.

i j i

Claims (3)

1. Centrifuge med en tromlekappe og en transportsnegl (3, 4), især til kontinuerlig adskillelse af vand og slam i vand-slam-blandinger, hvor tromlekappen har dels 5 en cylindrisk del (1), og dels en mod udløbet for faststof konisk indsnævrende del (2), og hvor transportsneglen er anbragt koaksialt i tromlekappen og på tilsvarende vis har en cylindrisk del og en konisk del, et tilførelsesorgan (15) for blandingen, et faststofudløb (8), 10 væskeudløbsåbninger (12), en drivmekanisme til rotering af tromlekappen og transportsneglen, samt med en indretning (42, 48) til styring og/eller regulering af differencen mellem tromlekappens (1, 2) omløbstal og transportsneglens (3, 4) omløbstal, kendetegnet 15 ved (a) mindst ét i aksial retning mellem tilførelsesorganet (15) for blandingen og faststofudløbet (8) beliggende, på transportsneglens cylindriske del anbragt bortledningsorgan med en bortledningsåbning (14, 16) for væske, 20 (b) én mellem væskebortledningsåbningen (14, 16) og faststofudløbet (8) beliggende tværsnitsindsnævring, der f.eks. kan være tilvejebragt ved hjælp af en skive (13), hvis ydre periferi er beliggende i afstand fra tromlekappens (1, 2) inderside, og 25 (c) at styre- og/eller reguleringsindretningen er ind rettet til at arbejde i afhængighed af den i tidsenheden i centrifugen indførte faststofmængde og/eller faststofkoncentrationen i faststofudløbet (8) og/eller i væskeudløbet (12, 31). DK 152021 B 12 !

2. Centrifuge ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der som væskebortledningsorganer på transportsneglen er anbragt aksialt forløbende kanaler (7, 7').

3. Centrifuge ifølge krav 1 eller 2, kendeteg-5 net ved, at der efter dens udløb (8) for faststof og/eller dens udløbsåbninger (12) for centratvæske er anbragt gennemløbsmålere (40, 38) indrettet til at måle mængden og/eller faststofandelen i et af udløbene (8, 39; 31), til at omdanne de konstaterede værdier i for-10 trinsvis elektriske signaler, samt til at føre disse til styre- og/eller reguleringsindretningen (42, 48). i j j