EP0429919B1 - Vorrichtungen zum Erfassen des Verschleiss eines Konus - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hydrozyklon zum Trennen von Verunreinigungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Hydrozyklone werden bei der Reinigung von Flüssigkeit-Teilchen-Suspensionen verwendet, mit besonderer Anwendung bei Flüssigkeit-Faser-Suspensionen, wie z.B. beim Herstellen von Zellstoff und Papierprodukten. Die Flüssigkeit-Fasersuspension, die Verunreinigungen enthält, tritt in den Hydrozyklon unter Druck durch einen tangentialen Einlaß ein. Wenn die Flüssigkeit-Faser-Suspension mit Verunreinigungen in die Trennkammer, die teilweise aus einem konischen Bereich besteht, eintritt, wird diese einer Rotationsbewegung ausgesetzt. Die Rotationsbewegung der Suspension verursacht ein Abtrennen der Verunreinigungen von den annehmbaren Fasern. Der Teil der Suspension mit Verunreinigungen, der Staub und Metallpartikel, Faserbündel und andere schwere Überbleibsel enthalten kann, wird an die Wand der Trennkammer aufgrund der Zentrifugalkraft abgetrennt und entlang dieser Wand zu dem konischen Bereich der Kammer transportiert. Wenn sich der konische Bereich verjüngt, vergrößert sich die Zentrifugalkraft und verursacht eine Konzentration der Verunreinigungen entlang der inneren Wand, wenn der Auslaß für den Ausschuß angenähert wird. Der Schlechtstoff der Suspension mit einigen annehmbaren Fasern verläßt den Hydrozyklon durch den Auslaß für den Schlechtstoff am Scheitelpunkt des konischen Bereiches der Trennkammer. Der Gutstoff der Suspension verläßt den Hydrozyklon in axialer Richtung entlang der Mittelpunktslinie der Trennkammer durch einen Auslaß für den Gutstoff, der entweder axial oder tangential an der Trennkammer angebracht sein kann.
• Die hohe Geschwindigkeit und die abrasive Natur der Verunreinigungen innerhalb des Hydrozyklon können einen Verschleiß der Trennkammer verursachen, der meist im konischen Bereich wahrnehmbar wird. Dieser Verschleiß kann im Laufe der Zeit derartig fortschreiten, daß sich in dem konischen Bereich eine Öffnung ausbildet, die eine Leckage der Suspension aus dem Hydrozyklon ermöglicht. In diesem Fall würde eine Stillegung des Hydrozyklon und möglicherweise der angeschlossenen Ausrüstung nötig, um diesen Teil der Trennkammer zu ersetzen. Diese Stillegung kann sehr große Kosten verursachen. Ein übermäßiger Verschleiß kann auch einen unsicheren Zustand hervorrufen, bei dem ein plötzlicher Bruch der Trennkammer, aufgrund der geschwächten Wandabschnitte der Kammer, die die unter Druck stehende Suspension freigeben könnte.
• Beim Stand der Technik sind Hydrozyklone bekannt, die außerhalb von der Trennkammer Kammern aufweisen, in die eine Leckage fließen würde, bevor sie das Äußere des Hydrozyklon erreicht und den angeschlossenen Raum füllt. Die Kammern können eventuell mit Verunreinigungspartikeln und Fasern gefüllt werden, die das Leck verstopfen und es dem Bediener unmöglich machen, das Leck zu entdecken, was die Kammer wirkungslos macht. Das US-Patent Nr. 4,278,534 (Jakobson) beschreibt einen Hydrozyklon mit einer oben beschriebenen äußeren Kammer, wobei ein Leck, das von einer Öffnung in der Trennkammer herrührt und durch abrasiven Verschleiß verursacht ist, in einen Fluß in die äußere Kammer resultiert und nicht in das Äußere des Hydrozyklons. Das US-Patent Nr. 4,358,369 (Matula et al.) beschreibt einen Hydrozyklon mit einer äußeren Kammer, die einen axialen "Streifen" mit verminderter Wandstärke an der Wand der Trennkammer enthält, wodurch der Bereich, in dem sich eine Öffnung ausbilden kann, lokalisiert wird. Die abrasiven Partikel fressen sich anfangs durch den Streifen und es fließt Flüssigkeit in die äußere Kammer. Dieses Patent beschreibt zwei Lösungen: Entweder wird die äußere Kammer aus einem durchsichtigen Material hergestellt, wodurch die Leckage durch Hinsehen entdeckt werden kann, oder die äußere Kammer enthält selbst eine Öffnung, durch die eine Leckage in den umgebenden Raum fließen kann. Die entstandene Öffnung kann mit einem Gewindestopfen verschlossen werden. Das US-Patent Nr. 4,211,643 (Frykhult et al.) beschreibt einen Hydrozyklon mit einer äußeren Kammer, welche die Trennkammer umgibt, wobei die äußere Wand mehrere verschließbare Öffnungen enthält. Eine Leckage in der Trennkammer wird detektiert, wenn Flüssigkeit beobachtet wird, die aus der Öffnung in den umgebenden Raum fließt. Die Leckage kann durch Verwendung einer Dichteinrichtung gestoppt werden.
• Die Erfindung ist im wesentlichen durch eine Trennkammer eines Hydrozyklons mit einem konischen Bereich, einer tangentialen Einlaßöffnung und einem Gutstoffauslaß gekennzeichnet, die das Entdecken und die Reparatur einer festgestellten Leckage erleichtert. Die Trennkammer weist in mindestens einem Bereich eine reduzierte Wandstärke auf und ermöglicht, daß die Leckage direkt vom Inneren in das Äußere der Kammer gelangen kann. Die Trennkammer enthält keine äußere Kammer, die den Bereich mit verminderter Wandstärke umgibt. Ferner enthält die Trennkammer eine Dichtvorrichtung zum Abdichten der Leckage.
• In bevorzugten Ausführungsformen wird die reduzierte Wandstärke so gewählt, daß sie dem Bereich mit der größten Abnutzung der Trennkammerwand entspricht und sie besteht aus tangentialen Aussparungen, die axial oder in Umfangsrichtung in der Kammerwand beabstandet sind, welche die strukturelle Stabilität der Kammer nicht vermindern. Die Aussparungen sind an die Aufnahme von druckbeständigen Dichteinrichtungen angepaßt, die den Aussparungen geometrisch ähneln, wie z.B. vorwiegend kreisförmige Einrichtungen, vorwiegend rechteckige Einrichtungen sowie mit Gewinde versehene Einrichtungen.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

eine Schnittansicht in Axialrichtung eines Hydrozyklons;

Fig. 2

eine Detailschnittansicht in Axialrichtung des konischen Bereichs eines Hydrozyklons;

Fig. 3

eine Querschnittansicht des konischen Bereichs eines Hydrozyklons;

Fig. 4a

eine Seitenansicht einer kreisförmigen Dichteinrichtung;

Fig. 4b

eine Endansicht einer kreisförmigen Dichteinrichtung;

Fig. 5a

eine Schnittansicht in Axialrichtung des konischen Bereichs eines Hydrozyklons;

Fig. 5b

eine Seitenansicht einer mit einem Gewinde versehenen Dichteinrichtung;

Fig. 6a

eine Schnittansicht in Axialrichtung des konischen Bereichs eines Hydrozyklons;

Fig. 6b

eine Seitenansicht einer rechteckigen Dichteinrichtung;

Fig. 6c

eine Endansicht einer rechteckigen Dichteinrichtung.

• Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Hydrozyklons, das zum Trennen einer Flüssigkeit-Feststoff-Suspension in Gutstoff und Schlechtstoff dient, und zeigt eine Trennkammer 1, eine tangentiale Einlaßöffnung 2, einen Gutstoffauslaß 3, eine Wand des konischen Abschnitts der Trennkammer 4 sowie einen Schlechtstoffauslaß 5.
• Fig. 2 zeigt eine vergrößerte und detailliertere Schnittansicht des konischen Bereiches 4 der Trennkammer 1.
• Aus Fig. 2 ist zu sehen, daß eine Öffnung oder ein Durchlaß, der aufgrund der Abnützung an dem Wandabschnitt mit reduzierter Stärke 6 entsteht, es der Flüssigkeit-Faser-Suspension ermöglicht, direkt in einen Bereich außerhalb des Hydrozyklons abzufließen. Es gibt keinen angeschlossenen Bereich, in dem sich die Faser aufbauen kann, was die Öffnung blockieren würde. In der vorliegenden Erfindung wird die Leckage solange fortschreiten, bis die Öffnung bewußt verschlossen wird.
• Die Erfindung enthält keine zusätzlichen Komponenten, um die vom Stand der Technik bekannte angeschlossene Leckagekammer aufzubauen. Eine reduzierte Anzahl von Komponenten sorgt für eine Reduzierung der Lecks oder anderer Defekte in dem Hydrozyklon, die aus dessen Herstellung reduzieren.
• Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht rechtwinklig zur Mittelpunktachse des Hydrozyklons durch einen der Bereiche mit reduzierter Wandstärke 6. An der Trennkammerwand 4 ist eine Vielzahl von reduzierten Wandstärkebereichen 6 angeordnet.
• In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die reduzierten Wandabschnitte 6 durch tangentiale Aussparungen 8 (vgl. Fig. 2) in der Trennkammerwand 4 gebildet. Der Bereich mit reduzierter Wandstärke 6 der Trennkammer stellt einen kleinen Bereich der ganzen Trennkammer 4 dar, was die Stabilität der Kammer 1 nicht wesentlich verringert. Wenn innerhalb der Trennkammer 1 abrasiver Verschleiß auftritt, so wird die Innenwand der Kammer reduziert. Der Grad an Abnutzung wird wahrscheinlich in Axialrichtung der Trennkammer 1 variieren. Jedoch ist der Grad an Abnutzung an einer vorgegebenen axialen Position in Umfangsrichtung konstant. Ein fortschreitender Verschleiß wird eventuell eine Öffnung in der Kammerwand an einem Bereich mit reduzierter Stärke 6 bilden, was eine Leckage der Flüssigkeit-Faser-Suspension ermöglicht. Die Leckage wird andauern, bis ein Stopfen eingesetzt wird, um die Öffnung zu verschließen. Die Fig. 4a und 4b verdeutlichen einen solchen Stopfen 7. Der Stopfen wird in eine der tangentialen Aussparungen 8 eingesetzt. Die Trennkammerwand 4 und die Bereiche reduzierter Wandstärke 6 weisen Kennzeichen auf, die den Stopfen 7 halten, was einen kontinuierlichen Betrieb ohne Leckage ermöglicht. Das Vorhandensein eines Stopfens 7 an jedem Abschnitt mit reduzierter Wandstärke 6 würde anzeigen, daß das Ersetzen der Komponente der Trennkammer nötig ist. Ein fortgesetzter Betrieb des Hydrozyklons mit einer abgenutzten Trennkammer 1 wird bewirken, daß einer oder mehrere zusätzliche Bereiche mit reduzierter Wandstärke 6 durchlöchert werden, was weiter anzeigt, daß das Ersetzen der Trennkammerkomponente erforderlich ist.
• Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform beschränkt. Fig. 5a zeigt eine Trennkammer 1 mit mehreren mit Gewinde versehenen Vertiefungen in der Kammerwand 4, in denen mit Gewinde versehene Stopfen 7 (wie in Fig. 5b zu sehen) dazu verwendet werden, eine durch Verschleiß herbeigeführte Öffnung zu verschließen. In ähnlicher Weise zeigt Fig. 6a eine Trennkammer 1 mit mehreren rechteckigen Aussparungen 8 für passende Stopfen 7, wie sie in den Fig. 6b und 6c zu sehen sind.

Claims (9)

1. Hydrozyklon zum Trennen von abrasiven Verunreinigungen von einer Flüssigkeit, umfassend:

   - eine im wesentlichen konische Trennkammer (1) mit einer Außenwand (4), die auf ihrer Innenfläche aufgrund der abrasiven Verunreinigungen einem Verschleiß unterworfen ist,

   - mindestens einem Abschnitt (6) mit reduzierter Wandstärke, der ein Ausbilden einer lokalisierten Verschleißöffnung ermöglicht, wenn die abrasiven Verunreinigungen die Innenfläche abnutzen,

   dadurch gekennzeichnet, daß

   - die Außenfläche der Außenwand so ausgebildet ist, daß ein Dichtglied (7) direkt gegen die Verschleißöffnung und die umgebende Außenwand gehalten wird, um den Ausfluß der Flüssigkeit durch die Außenwand aufgrund der Ausbildung der Verschleißöffnung zurückzuhalten und

   - daß die Außenfläche der Außenwand derart geformt ist, daß das Dichtglied (7) durch nach innen gerichtete, gegenüberliegende Flächen gehalten ist, die ein Herausbewegen des Dichtgliedes (7) verhindern.
2. Hydrozyklon nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß die Außenfläche derart geformt ist, daß sie eine Vielzahl von Dichtgliedern (7) gegen eine Vielzahl von Verschleißöffnungen hält.
3. Hydrozyklon nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein konischer Bereich (4) vorgesehen ist, in dem die Vielzahl von Abschnitten mit reduzierter Wandstärke (6) durch Aussparungen (8) gebildet ist, die in der Außenwand ausgebildet sind.
4. Hydrozyklon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (8) Ränder enthalten, die so ausgebildet sind, daß ein Herausbewegen der Dichtglieder (7) verhindert wird.
5. Hydrozyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtglieder (7) eine Querschnittsform aufweisen, die mit der der Aussparung (8) übereinstimmt.
6. Hydrozyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform vorwiegend kreisförmig ist.
7. Hydrozyklon nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform vorwiegend rechteckig ist.
8. Hydrozyklon nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Aussparungen (8) über den Umfang erstrecken.
9. Hydrozyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtglied (7) eine Farbe aufweist, die zum erleichterten Entdecken einen Kontrast zu der Farbe der Außenwand aufweist.

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