EP0409791B1 - Antrieb an einer Dekantierzentrifuge - Google Patents

Antrieb an einer Dekantierzentrifuge Download PDF

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EP0409791B1
EP0409791B1 EP90810551A EP90810551A EP0409791B1 EP 0409791 B1 EP0409791 B1 EP 0409791B1 EP 90810551 A EP90810551 A EP 90810551A EP 90810551 A EP90810551 A EP 90810551A EP 0409791 B1 EP0409791 B1 EP 0409791B1
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EP
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hydraulic motor
drum
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drive according
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/06—Fluid drive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B1/00—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles
    • B04B1/20—Centrifuges with rotary bowls provided with solid jackets for separating predominantly liquid mixtures with or without solid particles discharging solid particles from the bowl by a conveying screw coaxial with the bowl axis and rotating relatively to the bowl
    • B04B1/2016—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing

Definitions

  • the invention relates to a drive on a decanter centrifuge according to the preamble of patent claim 1.
  • Decanter centrifuges also called decanters for short, have been used for the separation of large quantities of mixtures of solids and liquids in continuous operation for many years.
  • An electric motor is usually used as the drive machine, which drives the drum by means of a belt pull, whereby the worm, which requires low relative speeds but high torques, is driven via a rotating mechanical transmission as a torque converter, the low-torque connection of the transmission on resting system is supported.
  • one category of such drives uses the mechanically co-rotating gear, at the low-moment connection of which a positive or negative slip is generated, the size of which can be adjusted as desired in a given range.
  • Another category of such drives dispenses with the mechanical transmission as a torque converter by using a rotating, slow-running, high-torque hydraulic motor, the rotor of which drives the worm and the housing of which is connected to the drum, with the supply from a pump station which can be adjusted in quantity via a high-pressure rotary feedthrough rotating system is transmitted.
  • Such drive systems allow a screw relative speed which is completely independent of the main drive speed and, if the rotary feedthrough has a radial insertion, a coaxial arrangement of the two drive machines, as are listed, for example, in US Pat. No. 4,120,447 or FR-A-2 237 682.
  • Such an arrangement makes it possible to dispense with belt drives, especially if the main drive machine does not have a constant speed.
  • the main drive machine is rigidly attached to the machine bed.
  • this waiver means the important elimination of bearing transverse forces due to the belt traction on the main machine bearing, which has an advantageous effect on the service life and operational safety of these highly stressed elements.
  • Such a structure is made even more difficult if the machine rotor has certain degrees of freedom compared to the stationary system, be it a radial-elastic bearing suspension for vibration-related reasons or a degree of freedom from axial angularity in the case of oscillating vertical machines.
  • a connection to the main drive machine can only be established here using expensive and space-consuming universal joint systems.
  • the invention has for its object to provide a drive of the type mentioned that the above Avoids disadvantages and which is nevertheless inexpensive to manufacture and operationally reliable.
  • the main drive machine is suspended on the machine rotor. Since the hydraulic motor is very light at high power, it can withstand vibrations without any significant repercussions. The high-speed hydraulic motor also absorbs strong vibrations close to the critical speed.
  • the non-rotating housing of the high-speed hydraulic motor is symmetrically and elastically supported on a stationary mass according to a further development of the invention.
  • the feed lines for both machines are preferably flexible.
  • the drive has a high-torque, slow-running hydraulic motor I for generating a differential speed between the screw 1 and the drum 2 of the decanter centrifuge.
  • the stator 3 of the hydraulic motor I is rotatably connected to the drum 2, while the rotor 20 rotates with the screw 1.
  • the hydraulic motor I is supplied with hydraulic fluid via a rotary union D known per se, which hydraulic fluid is supplied and discharged via flexible lines 11.
  • the drive also has a high-speed hydraulic motor II, which drives the equipment mentioned with drum 2 and screw 1 and hydraulic motor I.
  • the hydraulic motor II is, for example, a swashplate machine or swashplate machine known per se, and is built over its output shaft 4 on the rotating equipment. Hydraulic fluid is supplied and discharged via flexible lines 7, which are connected to the non-rotating housing 16 of the hydraulic motor II. With one arm or with several arms L, the torque of the housing 16 is supported on the stationary mass 13. The torque of the case 16 is supported with several arms L symmetrically and elastically on the mass 13.
  • the elastic support is implemented, for example, with a rubber-elastic support 12. The arms L thus have no supporting function, but merely prevent the housing 16 from rotating.
  • the comparatively light hydraulic motor II can thus participate in vibrations of the output shaft 4, so to speak it can freely "dance" on this shaft 4.
  • the output shaft 4 rotates in a bearing 10 of the housing 16 and has a disk 14 arranged in the housing 16.
  • a rotor 9 has a plurality of pistons 8. The force of the pistons 8 on the disk 14 results in a torque on the output shaft 4 with which the drum system or the worm shaft 5 are driven directly.
  • the hydraulic motor II drives the drum system directly, while according to the versions according to FIGS. 2 and 4, the hydraulic motor II drives the worm shaft 5 directly.
  • the hydraulic motor I can be arranged outside a main bearing point B and according to FIGS. 3 and 4 within the main bearing point.
  • the connections of the rotary union D, which feed the hydraulic motor I, are accommodated in the housing 16 of the hydraulic motor II. This achieves a high degree of compactness, which an accommodation of the mentioned rotating union in the housing 16 can be increased.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antrieb an einer Dekantierzentrifuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Dekantierzentrifugen, auch kurz Dekanter genannt, werden für die Trennung grosser Mengen von Gemischen aus Feststoffen und Flüssigkeiten in kontinuierlichem Betrieb seit vielen Jahren verwendet. Als Antriebsmaschine wird in der Regel ein Elektromotor benützt, welcher mittels Riemenzug die Trommel antreibt, wobei die Schnecke, welche kleine Relativdrehzahlen, aber dafür hohe Drehmomente verlangt, über ein mitrotierendes mechanisches Getriebe als Drehmomentwandler angetrieben wird, wobei der niedrig-momentige Anschluss des Getriebes am ruhenden System abgestützt wird.
  • Solche Antriebssysteme haben den Nachteil, starre Antriebsdrehzahlen zu besitzen, was öfter sowohl Betriebssicherheit, Leistungsfähigkeit als auch die trenntechnischen Resultate empfindlich vermindert.
  • Eine entscheidende Verbesserung bringt die stufenlose Verstellung der Schneckenrelativdrehzahl.
  • Eine Kategorie solcher Antriebe benützt dazu das mechanisch mitrotierende Getriebe, an dessen niedrig-momentigem Anschluss ein positiver oder negativer Schlupf erzeugt wird, dessen Grösse in einem gegebenen Bereich beliebig verstellbar ist.
  • Eine andere Kategorie solcher Antriebe verzichtet auf das mechanische Getriebe als Drehmomentwandler durch Einsetzen eines mitrotierenden, langsamlaufenden hochmomentigen Hydromotors, dessen Rotor die Schnecke antreibt und dessen Gehäuse mit der Trommel verbunden ist, wobei die Speisung von einer in der Menge verstellbaren Pumpenstation über eine Hochdruckdrehdurchführung auf das rotierende System übertragen wird.
  • Solche Antriebssysteme erlauben eine von der Hauptantriebsdrehzahl völlig unabhängige Schneckenrelativdrehzahl und, falls die Drehdurchführung eine radiale Einführung besitzt, eine koaxiale Anordnung der beiden Antriebsmaschinen, wie sie z.B. in den US-A-4,120,447 oder FR-A-2 237 682 aufgeführt sind. Eine solche Anordnung erlaubt den Verzicht auf Riementriebe, insbesondere wenn die Hauptantriebsmaschine keine unveränderliche Drehzahl hat. Bei beiden Antriebssystemen ist die Hauptantriebsmaschine starr am Maschinenbett angebaut.
  • Dieser Verzicht bringt, neben dem Wegfall der direkten und indirekten Kosten der Riementriebe, den wichtigen Wegfall von Lagerquerkräften durch die Riemenzugkraft auf das Maschinenhauptlager, was sich auf die Standzeit und Betriebssicherheit dieser hochbelasteten Elemente vorteilhaft auswirkt.
  • Koaxiale Anordnungen, wie sie oben aufgeführt sind, verlangen eine genaue Zentrierung und Fluchtung der Hauptantriebsmaschine, wobei wie erwähnt ein absolut starrer Aufbau vorausgesetzt wird, welcher auch etliche Kosten verursacht.
  • Ein solcher Aufbau wird nochmals erschwert, wenn der Maschinenrotor gewisse Freiheitsgrade gegenüber dem stillstehenden System hat, sei es aus vibrationstechnischen Gründen eine radial-elastische Lageraufhängung oder noch einen Achswinkligkeitsfreiheitsgrad bei pendelnd aufgehängten Vertikalmaschinen.
  • Hier kann nur noch mittels kostspieliger und platzraubender Kardangelenksysteme eine Verbindung mit der Hauptantriebsmaschine hergestellt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb der genannten Gattung zu schaffen, der die oben genannten Nachteile vermeidet und der trotzdem kostengünstig herstellbar und betrieblich zuverlässig ist.
  • Diese Aufgabe ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Beim erfindungsgemässen Antrieb ist die Hauptantriebsmaschine am Maschinenrotor aufgehängt. Da der Hydromotor bei hoher Leistung sehr leicht ist, macht dieser Vibrationen ohne wesentliche Rückwirkungen mit. Auch starke Vibrationen nahe der kritischen Drehzahl werden vom schnellaufenden Hydromotor aufgenommen.
  • Durch die fliegende Anordnung des schnellaufenden Hydromotors werden somit kaum erfassbare Querkräfte auf das Maschinenlager erzeugt. Wesentlich ist hier das äusserst günstige Leistungsgewicht des hydrostatischen Motors, der eine solche Anordnung erlaubt.
  • Das nichtrotierende Gehäuse des schnellaufenden Hydromotors ist gemäss einer Weiterbildung der Erfindung gemäss Patentanspruch 7 bzw. 8 symmetrisch und elastisch an stillstehender Masse abgestützt. Die Speiseleitungen für beide Maschinen sind vorzugsweise flexibel ausgebildet.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale ergeben sich aus den weiteren abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 bis 4
    schematisch vier Ausführungen des erfindungsgemässen Antriebs an einer Dekantierzentrifuge, und
    Fig. 5
    schematisch einen Axialschnitt durch den erfindungsgemässen Antrieb in der Ausführung gemäss Fig. 2 und 4.
  • Der Antrieb weist einen hochmomentigen langsamlaufenden Hydromotor I für die Erzeugung einer Differenzdrehzahl zwischen der Schnecke 1 und der Trommel 2 der Dekantierzentrifuge auf. Der Stator 3 des Hydromotors I ist mit der Trommel 2 drehfest verbunden, während der Rotor 20 mit der Schnecke 1 dreht. Ueber eine an sich bekannte Drehdurchführung D wird der Hydromotor I mit Druckflüssigkeit gespiesen, die über flexible Leitungen 11 zu- und abgeführt wird.
  • Der Antrieb weist ferner einen schnellaufenden Hydromotor II auf, der die genannte Ausrüstung mit Trommel 2 und Schnecke 1 sowie Hydromotor I antreibt. Der Hydromotor II ist beispielsweise eine an sich bekannte Schrägtrommelmaschine oder Schrägscheibenmaschine, und ist über seiner Abtriebswelle 4 fliegend auf der rotierenden Ausrüstung aufgebaut. Ueber flexible Leitungen 7, die am nichtrotierenden Gehäuse 16 des Hydromotors II angeschlossen sind, wird Druckflüssigkeit zu- und abgeführt. Mit einem Arm oder mit mehreren Armen L ist das Drehmoment des Gehäuses 16 an stillstehender Masse 13 abgestützt. Das Drehmoment des Gehäuses 16 ist mit mehreren Armen L symmetrisch und elastisch an der Masse 13 abgestützt. Die elastische Abstützung wird beispielsweise mit einer gummielastischen Abstützung 12 realisiert. Die Arme L besitzen somit keine Tragfunktion, sondern verhindern lediglich eine Rotation des Gehäuses 16. Der vergleichsweise leichte Hydromotor II kann somit Vibrationen der Abtriebswelle 4 mitmachen, er kann sozusagen auf dieser Welle 4 frei "mittanzen".
  • Wie aus Fig. 5 ersichtlich, rotiert die Abtriebswelle 4 in einem Lager 10 des Gehäuses 16 und besitzt eine im Gehäuse 16 angeordnete Scheibe 14. Ein Rotor 9 weist mehrere Kolben 8 auf. Die Kraft der Kolben 8 auf die Scheibe 14 ergibt an der Abtriebswelle 4 ein Drehmoment mit dem das Trommelsystem oder die Schneckenwelle 5 direkt angetrieben werden. In den Ausführungen gemäss den Fig. 1 und 3 treibt der Hydromotor II das Trommelsystem direkt an, während nach den Ausführungen gemäss den Fig. 2 und 4 der Hydromotor II die Schneckenwelle 5 direkt antreibt.
  • Der Hydromotor I kann gemäss den Fig. 1 und 2 ausserhalb einer Hauptlagerstelle B und gemäss den Fig. 3 und 4 innerhalb der Hauptlagerstelle angeordnet sein.
  • Nach einer hier nicht dargestellten Ausführung sind die Anschlüsse der Drehdurchführung D, welche den Hydromotor I speisen, im Gehäuse 16 des Hydromotors II untergebracht. Dadurch wird eine grosse Kompaktheit erreicht, die durch eine Unterbringung der genannten Drehdurchführung im Gehäuse 16 erhöht werden kann.
  • Aus den obigen Ausführungen ergibt sich somit ein Antrieb, der mit verhältnismässig wenigen, einfachen und robusten Bauteilen realisierbar ist, so dass erfindungsgemäss ein Antrieb geschaffen wurde, welcher insbesondere die nachfolgenden Vorteile aufweist:
    • bei kleinerer Schwingungsneigung wird eine grosse Gewichtseinsparung erzielt,
    • da der Antrieb im wesentlichen keine Lagerquerkräfte erzeugt, läuft der Rotor ruhiger und können zur besseren Vibrationsisolierung flexible Hauptlagerungen eingebaut werden,
    • die Hauptdrehzahl und die Differenzdrehzahl können stufenlos verstellt werden,
    • Antriebsverlagerungssysteme, Maschinenrahmenverbreiterungen und Konsolen sind entbehrlich,
    • Riemenantriebe und die dazugehörigen Riemenschutzvorrichungen sind ebenfalls entbehrlich,
    • durch kleine Ausladung kann eine sehr kompakte Bauweise erzielt werden.

Claims (8)

  1. Antrieb an einer Dekantierzentrifuge, mit zwei zueinander koaxialen hydrostatischen Motoren (I,II), wobei der erste als hochmomentiger langsamlaufender Hydromotor (I) für die Erzeugung der Differenzdrehzahl zwischen einer Schnecke (1) und einer Trommel (2) ausgebildet ist und dessen Stator (3) mit der Trommel (2) verbunden ist, dessen Rotor (20) mit der Schnecke (1) dreht und über eine Drehdurchführung (D) mit Druckmedium gespeist ist und wobei der zweite Motor (II) als schnellaufender Hydromotor (II) für das Antreiben der gesamten rotierenden Ausrüstung (1,2,I) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der schnellaufende Hydromotor (II) über seiner Abtriebswelle (4) fliegend auf der rotierenden Ausrüstung (1,2,I) aufgebaut ist, indem die Abtriebswelle (4) des schnellaufenden Hydromotors (II) starr an der rotierenden Ausrüstung (1,2,I) aufgebaut ist und das Gehäuse (16) dieses Hydromotors (II) an seiner Abtriebswelle (4) radial frei schwingend aufgehängt ist, wobei der schnellaufende Hydromotor (II) sein erzeugtes Drehmoment über einen oder mehrere Arme (L) an einer stillstehenden Masse (13) abstützt.
  2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Motoren (I,II) zusammen ausserhalb der Maschinenhauptlager (B) der Zentrifuge liegen, bzw. am Zentrifugentrommelende (15) aufgebaut sind (Fig. 1, 2).
  3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Motoren (I,II), auf einer Verlängerung (17a) des Stators (3) des ersten Motors (I), das Hauptlager (B) der Zentrifuge liegt.
  4. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schnellaufende Motor (II) die Schneckenwelle (5) antreibt (Fig. 2 und 4).
  5. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schnellaufende Motor (II) den Stator (3) des ersten Motors (I) bzw. die Trommel (2) antreibt (Fig. 1 und 2).
  6. Antrieb nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Anschlüsse der Drehdurchführung (D) zur Speisung des ersten Motors (I) im Gehäuse (16) des zweiten Motors (II) untergebracht sind.
  7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) des schnellaufenden Hydromotors (II) symmetrisch an stillstehender Masse (13) abgestützt ist.
  8. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) des schnellaufenden Hydromotors (II) elastisch an stillstehender Masse (13) abgestützt ist.
EP90810551A 1989-07-21 1990-07-18 Antrieb an einer Dekantierzentrifuge Expired - Lifetime EP0409791B1 (de)

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