EP1056545A1 - Vollmantel-schneckenzentrifuge mit mehrstufigem umlaufgetriebe - Google Patents

Vollmantel-schneckenzentrifuge mit mehrstufigem umlaufgetriebe

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EP1056545A1
EP1056545A1 EP99902523A EP99902523A EP1056545A1 EP 1056545 A1 EP1056545 A1 EP 1056545A1 EP 99902523 A EP99902523 A EP 99902523A EP 99902523 A EP99902523 A EP 99902523A EP 1056545 A1 EP1056545 A1 EP 1056545A1
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drum
gear
bearing
gear train
stages
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Hans-Joachim Beyer
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GEA Mechanical Equipment GmbH
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Westfalia Separator GmbH
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    • 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
    • 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
    • B04B2001/2025—Driving control or mechanisms; Arrangement of transmission gearing with drive comprising a planetary gear

Definitions

  • the invention relates to a solid-bowl screw centrifuge with a drivable drum which is mounted on the two end faces and can be rotated about a horizontal axis, and a co-screw which is rotatably mounted coaxially therein and can be driven with a differential speed relative to the drum
  • the Drive has a multi-stage epicyclic gear, the housing shell is connected to the drum shell and the output shaft is connected to the screw conveyor.
  • the solid With the help of a differential speed between the drum and the screw, the solid is guided to the solid discharge at one end of the drum.
  • the housing of the multi-stage epicyclic gear rotates around the horizontal axis of rotation of the drum during operation. Since the gearbox is connected to the drum shell, these components have the same speed.
  • Solid-bowl screw centrifuges are known in which the planetary gear with the drum is arranged between the drum bearings or outside the drive-side drum bearing.
  • a screw centrifuge is known from US Pat. No. 5,403,260 in which the planetary gear is arranged outside the drum bearing. This is about it is a so-called "external gear".
  • the disadvantage is that both the hub of the housing of the epicyclic gear and the gear output shaft must be passed through the drive-side bearing of the drum. The resulting bearing size leads to problems at high speeds of the drum and the screw conveyor.
  • the natural frequency of the drum is one of the limiting variables for the maximum possible drum speed.
  • the internal gear reduces the maximum overall length of the drum by the gear width. Because of the high torques in large screw centrifuges, it may be necessary to design the epicyclic gear in several stages, which increases their width. On the other hand, the high torques also lead to such large diameters of the gearbox output shaft that an external gearbox is out of the question because of the disadvantageous bearing size associated therewith.
  • the invention has for its object to design a screw centrifuge of the type mentioned so that high peripheral speeds of the drum and large drum diameters are possible when using multi-stage planetary gears.
  • Drum bearing is provided between two stages of the multi-stage epicyclic gear.
  • the housing of the multi-stage epicyclic gear in the region of the gear-side drum bearing has a cylindrical intermediate piece with a reduced diameter compared to the housing parts of the gear stages.
  • the gear-side drum bearing receives the intermediate piece and a shaft connecting the gear stages. The diameter of the intermediate piece thus corresponds to the inside diameter of a suitable drum bearing.
  • At least the last gear stage with the greatest torque with the drum is arranged between the drum bearings, so that the transmission output shaft with the largest diameter does not have to be passed through the gear-side drum bearing and the gear width only partially affects the bearing spacing of the drum .
  • the other gear stages can be designed as external gear components.
  • the gear housing must be constructed in two parts so that the bearing can be mounted in the area of the intermediate piece.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a known screw centrifuge with an internal, multi-stage epicyclic gear
  • FIG. 2 shows a known screw centrifuge with an external, multi-stage planetary gear in a schematic representation
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the invention in a schematic illustration
  • Figure 4 shows a known screw centrifuge, in contrast to the
  • the epicyclic gear is arranged at the end of the drum at which the liquid is discharged
  • 5 shows a known screw centrifuge, in which, in contrast to the embodiment according to FIG. 2, the epicyclic gear is provided at the end of the drum at which the liquid is dropped and
  • FIG. 6 shows an embodiment according to the invention with the planetary gear at the liquid end of the drum.
  • the solid-bowl screw centrifuges which are shown in FIGS. 1 to 6, have a drum 1 which is rotatably mounted about a horizontal axis 2.
  • a screw conveyor not shown, is arranged coaxially in the drum and is likewise rotatably mounted about the horizontal axis 2.
  • the screw conveyor is driven via an output shaft 3 of a multi-stage epicyclic gear 4, which is arranged in the solid bowl screw centrifuge according to FIG. 1 with the drum 1 between the bearings 5, 6.
  • the epicyclic gear 4 is provided outside the gear-side bearing 5.
  • FIGS. 3 and 6 Embodiments of the construction according to the invention are shown in FIGS. 3 and 6.
  • the gear-side drum bearing 5 is arranged between the stages 7 and 8 of the epicyclic gear 9.
  • the gear housing 10, which rotates during operation, is connected to the drum shell 1 1 and has a cylindrical intermediate piece 1 2 in the area of the gear-side drum bearing 5, the diameter of which is reduced compared to the housing parts of the gear stages 7 and 8.
  • the bearing 5 thus receives the intermediate piece 1 2 and a shaft 1 3 connecting the gear stages 7 and 8.
  • the intermediate piece 1 2 is divided transversely to the axis of rotation 2, specifically for reasons of assembly.
  • the drum shell 11 can have a diameter which is greater than 1,000 mm.
  • the ratio between the center distance L of the bearings 5 and 6 the drum 1 and the diameter D of the drum shell 1 1 (L / D) can be greater than 3.8.
  • the torque between the drum and the screw conveyor can be, for example, 1 00,000 Nm.
  • the peripheral speed at the inner radius of the drum shell 1 1 can be greater than 105 m / s.
  • the arrangement according to the invention of the gear-side drum bearing between two stages of a multi-stage epicyclic gear is particularly suitable for very large decanters.
  • the epicyclic gear can be provided with the arrangement of the drum bearing 5 between the gear stages on the solids-side or on the liquid-side drum end.

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Abstract

Die Schneckenzentrifuge wird so ausgebildet, daß bei Verwendung von mehrstufigen Umlaufgetrieben hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Trommel und große Trommeldurchmesser möglich sind. Das getriebeseitige Trommellager (5) ist zwischen zwei Stufen (7, 8) des mehrstufigen Umlaufgetriebes vorgesehen. Der Gehäusemantel (10) des mehrstufigen Umlaufgetriebes, der mit dem Trommelmantel (11) verbunden ist und somit mit gleicher Drehzahl umläuft, weist ein Zwischenstück (12) auf, das einen geringen Durchmesser hat und von dem Trommellager (5) zusammen mit einer Welle (13) aufgenommen wird, die die Getriebestufen (7 und 8) verbindet. Die erfindungsgemäße Anordnung des getriebeseitigen Trommellagers zwischen zwei Stufen des mehrstufigen Umlaufgetriebes wird bei sehr großen Dekantern verwendet, bei denen die Trommel mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten umläuft.

Description

Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit mehrstufigem Umlaufgetriebe
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer an den beiden Stirnseiten gelagerten, um eine horizontale Achse drehbaren, antreibbaren Trommel und einer koaxial darin drehbar gelagerten, mit einer Diffe- renzdrehzahl gegenüber der Trommel antreibbaren Förderschnecke, wobei der
Antrieb ein mehrstufiges Umlaufgetriebe aufweist, dessen Gehäusemantel mit dem Trommelmantel und dessen Abtriebswelle mit der Förderschnecke verbunden ist.
Mit Hilfe einer Differenzdrehzahl zwischen Trommel und Schnecke wird der Feststoff zum Feststoffaustrag an einem stirnseitigen Trommelende geführt.
Das Gehäuse des mehrstufigen Umlaufgetriebes rotiert im Betrieb um die horizontale Drehachse der Trommel . Da das Getriebegehäuse mit dem Trommelmantel verbunden ist, haben diese Bauteile die gleiche Drehzahl.
Es sind Vollmantel-Schneckenzentrifugen bekannt, bei denen das Umlaufge- triebe mit der Trommel zwischen den Trommellagern oder außerhalb des an- triebsseitigen Trommellagers angeordnet ist.
Aus der US-PS 3 061 1 81 ist eine Schneckenzentrifuge bekannt, bei der das Umlaufgetriebe mit der Trommel zwischen den Trommellagern vorgesehen ist. Bei dieser Schneckenzentrifuge mit dem sog . "innenliegenden Getriebe" kann zwar das antriebsseitige Lager relativ kleingehalten werden, jedoch wächst der
Abstand zwischen den beiden Lagern um die Baubreite des Umlaufgetriebes.
Aus der US-PS 5 403 260 ist eine Schneckenzentrifuge bekannt, bei der das Umlaufgetriebe außerhalb der Trommellagerung angeordnet ist. Hierbei handelt es sich um ein sog. "außenliegendes Getriebe" . Nachteilig ist, daß sowohl die Nabe des Gehäuses des Umlaufgetriebes als auch die Getriebeabtriebswelle durch das antriebsseitige Lager der Trommel hindurchgeführt werden müssen. Die sich daraus ergebende Lagergröße führt bei hohen Drehzahlen der Trommel und der Förderschnecke zu Problemen.
Bei großen Schneckenzentrifugen ist die Eigenfrequenz der Trommel eine der limitierenden Größen für die maximal mögliche Trommeldrehzahl. Je größer der Lagerabstand L zwischen den Trommellagern ist, desto niedriger ist die Eigenfrequenz (0 der Trommel, wodurch die maximal mögliche Betriebsdrehzahl der Trommel reduziert wird
ω ~ 1 /L2.
Aus verfahrenstechnischen Gründen ist im allgemeinen ein großes Verhältnis von Trommellänge zum Trommeldurchmesser D erwünscht (L/D).
Durch das innenliegende Getriebe wird wegen der vorgenannten Problematik die maximale Baulänge der Trommel um die Getriebebreite reduziert. Wegen der hohen Drehmomente bei großen Schneckenzentrifugen kann es erforderlich sein, die Umlaufgetriebe mehrstufig auszuführen, wodurch deren Breite noch zunimmt. Andererseits führen die hohen Drehmomente aber auch zu so großen Durchmessern der Getriebeabtriebswelle, daß ein außenliegendes Getriebe we- gen der damit verbundenen nachteiligen Lagergröße nicht in Frage kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenzentrifuge der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei Verwendung von mehrstufigen Umlaufgetrieben hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Trommel und große Trommeldurchmesser möglich sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das getriebeseitige
Trommellager zwischen zwei Stufen des mehrstufigen Umlaufgetriebes vorgesehen ist. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist das Gehäuse des mehrstufigen Umlaufgetriebes im Bereich des getriebeseitigen Trommellagers ein zylindrisches Zwischenstück mit gegenüber den Gehäuseteilen der Getriebestufen reduziertem Durchmesser auf. Das getriebeseitige Trommellager nimmt das Zwischenstück und eine die Getriebestufen verbindende Welle auf. Der Durchmesser des Zwischenstücks entspricht somit dem Innendurchmesser eines geeigneten Trommellagers.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist zumindest die letzte Getriebestufe mit dem größten Drehmoment mit der Trommel zwischen den Trommellagern angeordnet, so daß die Getriebeabtriebswelle mit dem größten Durchmesser nicht durch das getriebeseitige Trommellager geführt werden muß und sich die Getriebebaubreite nur zum Teil auf den Lagerabstand der Trommel auswirkt. Die weiteren Getriebestufen können als außenliegender Getriebeanteil ausgeführt werden. Das Getriebegehäuse muß zweiteilig ausgebildet sein, damit das Lager im Bereich des Zwischenstücks montiert werden kann.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung eine bekannte Schneckenzentrifuge mit einem innenliegenden, mehrstufigen Umlaufgetriebe,
Figur 2 eine bekannte Schneckenzentrifuge mit außenliegendem, mehrstufigen Umlaufgetriebe in schematischer Darstellung,
Figur 3 eine erfindungsgemäße Ausführung in schematischer Darstellung,
Figur 4 eine bekannte Schneckenzentrifuge, bei der im Gegensatz zu der
Ausführung nach der Fig. 1 das Umlaufgetriebe an dem Ende der Trommel angeordnet ist, an dem die Flüssigkeit ausgetragen wird, Figur 5 eine bekannte Schneckenzentrifuge, bei der im Gegensatz zu der Aus führung nach der Fig. 2 das Umlaufgetriebe an dem Ende der Trommel vorgesehen ist, an dem die Flüssigkeit abgeworfen wird und
Figur 6 eine erfindungsgemäße Ausführung mit dem Umlaufgetriebe am flüs- sigkeitsseitigen Trommelende.
Die Vollmantel-Schneckenzentrifugen, die in den Fig. 1 bis 6 aufgezeigt sind, weisen eine Trommel 1 auf, die um eine horizontale Achse 2 drehbar gelagert ist. In der Trommel ist eine nicht dargestellte Förderschnecke koaxial angeordnet und ebenfalls um die horizontale Achse 2 drehbar gelagert. Der Antrieb der Förderschnecke erfolgt über eine Abtriebswelle 3 eines mehrstufigen Umlaufgetriebes 4, das bei der Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach der Fig. 1 mit der Trommel 1 zwischen den Lagern 5,6 angeordnet ist.
Bei der Ausführung nach der Fig. 2 ist das Umlaufgetriebe 4 außerhalb des getriebeseitigen Lagers 5 vorgesehen.
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Konstruktion sind in den Fig. 3 und 6 aufgezeigt. Bei diesen Ausführungen ist das getriebeseitige Trommellager 5 zwischen den Stufen 7 und 8 des Umlaufgetriebes 9 angeordnet. Das Getriebegehäuse 10, das im Betrieb umläuft, ist mit dem Trommelmantel 1 1 verbunden und weist im Bereich des getriebeseitigen Trommellagers 5 ein zylindri- sches Zwischenstück 1 2 auf, dessen Durchmesser gegenüber den Gehäuseteilen der Getriebestufen 7 und 8 reduziert ist. Das Lager 5 nimmt somit das Zwischenstück 1 2 und eine die Getriebestufen 7 und 8 verbindende Welle 1 3 auf.
Das Zwischenstück 1 2 ist quer zur Drehachse 2 geteilt und zwar aus Montage- gründen.
Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Vollmantel-Schneckenzentrifuge kann der Trommelmantel 1 1 einen Durchmesser aufweisen, der größer als 1 .000 mm ist. Das Verhältnis zwischen dem Achsabstand L der Lager 5 und 6 der Trommel 1 und dem Durchmesser D des Trommelmantels 1 1 (L/D) kann größer sein als 3,8. Das Drehmoment zwischen Trommel und Förderschnecke kann z.B. 1 00.000 Nm betragen. Die Umfangsgeschwindigkeit am Innenradius des Trommelmantels 1 1 kann größer sein als 105 m/s.
Die erfindungsgemäße Anordnung des getriebeseitigen Trommellagers zwischen zwei Stufen eines mehrstufigen Umlaufgetriebes eignet sich insbesondere für sehr große Dekanter.
Aus den Darstellungen der erfindungsgemäßen Schneckenzentrifugen in den Fig. 3 und 6 ergibt sich, daß das Umlaufgetriebe mit der Anordnung des Trom- mellagers 5 zwischen den Getriebestufen am feststoffseitigen oder am flüssig- keitsseitigen Trommelende vorgesehen werden kann.
Bezugszeichenliste
1 Trommel
2 Achse
3 Abtriebswelle
4 Umlaufgetriebe
5 Lager
6 Lager
7 Stufe
8 Stufe
9 Umlaufgetriebe
1 0 Getriebegehäuse
1 1 Trommelmantel
1 2 Zwischenstück
1 3 Welle

Claims

Patentansprüche
1 . Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit einer an den beiden Stirnseiten gelagerten, um eine horizontale Achse drehbaren, antreibbaren Trommel und einer koaxial darin drehbar gelagerten, mit einer Differenzdrehzahl gegenüber der Trommel antreibbaren Förderschnecke, wobei der Antrieb ein mehrstufiges Umlaufgetriebe aufweist, dessen Gehäusemantel mit dem Trommelmantel und dessen Abtriebswelle mit der Förderschnecke verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das getriebesei- tige Trommellager (5) zwischen zwei Stufen (7,8) des mehrstufigen
Umlaufgetriebes vorgesehen ist.
2. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des getriebeseitigen Tromellagers (5) das Gehäuse (1 0) des mehrstufigen Umlaufgetriebes ein zylindrisches Zwi- schenstück (1 2) mit gegenüber den Gehäuseteilen der Getriebestufen reduziertem Durchmesser aufweist und das Lager (5) das Zwischenstück ( 1 2) und eine die Getriebestufen (7,8) verbindende Welle (1 3) aufnimmt.
3. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Zwischenstück (1 2) quer zur Drehachse (2) geteilt ist.
4. Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelmantel einen Innendurchmesser D aufweist, der größer ist als 1 .000 mm, das Verhältnis zwischen dem Achsabstand L der Lager (5,6) der Trommel und dem
Durchmesser D des Trommelmantels (1 1 ) (L/D) größer ist als 3,8, das Drehmoment zwischen der Trommel und der Förderschnecke groß ist (z.B. 100.000 Nm) und die Umfangsgeschwindigkeit am Innenradius des Trommelmantels (1 1 ) größer ist als 105 m/s.
EP99902523A 1998-02-17 1999-01-07 Vollmantel-schneckenzentrifuge mit mehrstufigem umlaufgetriebe Expired - Lifetime EP1056545B2 (de)

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