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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Zentrifuge und auf ein Verfahren
zum Trennen der Komponenten eines Zuführmateriales mit solch einer
Zentrifuge und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf
eine Zentrifuge vorn „Dekantiertyp", die in der Ölindustrie
verwendet wird.
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Viele
unterschiedliche Industriezweige verwenden Dekantierzentrifugen
in verschiedenen Anwendungen. Zinn Beispiel werden sie in der petrochemischen
Industrie, in der Bauindustrie, in der Umweltindustrie, bei der
Behandlung von Schmutzwasser oder im Bergbau oder beim Bohren verwendet. Sie
werden in der Ölindustrie
verwendet, um unerwünschte
Bohrfeststoffe von dein Bohrschlamm zu trennen. Es ist vorteilhaft,
den Bohrschlamm wieder zu gewinnen, zu säubern und wieder zu verwenden, da
er teuer ist.
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Der
Stand der Technik beschreibt mehrere Dekantierzentrifugen (oder „Dekanter", wie sie in der Technik
genannt werden), die in vielen Ausführungsformen ein rotierendes
Gehäuse
(oder „Bowl", wie es in der Technik
genannt wird), das mit einer Geschwindigkeit rotiert, und eine Zuführeinrichtung
(oder „Scroll" wie es in der Technik
genannt wird) aufweisen, die mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit in
der gleichen Richtung rotiert. Das Gehäuse weist üblicherweise ein hohles rohrförmiges Element
mit einem zylindrischen Bereich und einem konischen Bereich auf.
Die Zuführeinrichtung
weist üblicherweise
einen Schneckenförderer
auf, der innerhalb des Gehäuses
angeordnet ist und dessen Schraubengänge der Form des Gehäuses folgen.
Solche Zentrifugen sind fähig,
kontinuierlich Zuführmaterial
in dem Gehäuse
aufzunehmen und das Zuführmaterial
in Schichten aus Materialien mit leichten und schweren Phasen (zum
Beispiel Flüssigkeiten
und Feststoffe) zu trennen, die dann getrennt aus dein Gehäuse abgeführt werden.
Der Förderer,
der mit einer in Bezug zu dem Gehäuse unterschiedlichen Geschwindigkeit rotiert,
bewegt oder „scrollt" eine äußere Schicht
einer schweren Phase oder mit Feststoffen versetztes Schlammmaterial
zu ei ner Abgabeöffnung
beziehungsweise zu Abgabeöffnungen
bewegt, die üblicherweise
in einem sich verengenden oder konischen Endbereich des Gehäuses gelegen
sind. Die Zugabe von Zuführmaterial
lässt den
Flüssigkeitsspiegel
in dem Gehäuse
ansteigen, bis die Tiefe so ist, dass eine weitere Zugabe von Zuführmaterial eine
Verlagerung und eine Abgabe von Material mit leichter Phase durch
eine Abgabeöffnung
(oder Öffnungen)
verursacht, die üblicherweise
an einem gegenüberliegenden
Ende des Gehäuses
gelegen sind. Das Material mit leichter Phase muss in einem durch die
Schraubengänge
definierten Weg geführt
werden, bevor es durch diese Öffnungen
entladen werden kann. Üblicherweise
ist das Gehäuse
fest. Einige Gehäuse
haben eine Öffnung
oder Öffnungen,
mit denen die schwerere Feststoffphase abgetrennt wird.
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Eine
zentrifugale Trennung resultiert vorzugsweise in einen Entladevorgang,
bei dein das Material der leichten Phase mit nur geringem oder keinem
Material der schweren Phase vermischt und das Material der schweren
Phase lediglich eine kleine Menge von Material aus der leichten
Phase enthält. Wenn
das Material aus der leichten Phase Wasser ist und das Material
der schweren Phase weiche Feststoffe enthält, wird es vorgezogen, annähernd trockene
Feststoffe und reines Wasser separat zu entladen.
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Oft
wird die Fest-/Flüssigmischung
mit extrem hohen Zuführraten
prozessiert. Um solche Zuführraten
zu erzielen, fallen hohe Drehmomente an, wobei viel Energie erfordert
wird, um die Mischung zu prozessieren, und die tatsächliche
Größe der Zentrifuge
kann relativ groß werden,
was unter anderem auf Bohrplattformen wichtig ist, bei denen sehr
auf den Platzbedarf geachtet wird.
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1 zeigt
eine typische Dekantierzentrifuge gemäß dem Stand der Technik, die
Flüssigkeit
von hiervon separierten Feststoffen trennt. Die zu prozessierende
Flüssigkeit
wird üblicherweise
mit hoher Geschwindigkeit durch ein Zuführrohr in eine innere Beschleunigungskammer
eines Förderers
eingeleitet. Ausgangsöffnungen
an dem Förderer
erlauben es der Flüssigkeit,
aus der Kammer in einen ringförmigen
Raum zwischen dem Förderer
und dem Gehäuse
zu fließen.
Bis auf diese Ausgangsöffnungen
ist die Außenseite
der Welle des Förderers
massiv. Das rotierende Gehäuse
oder „Schüssel" (Bowl) erzeugt sehr
hohe G-Kräfte
und bildet einen Flüssigkeitspool innerhalb
der Bowl. Die freie Flüssigkeit
und feinere Feststoffe fließen
längs des
Pfades, der durch die Schnecke des Förderers definiert ist, in Richtung
auf das breitere Ende der Zentrifuge und werden dort über Stromwehre
abgeführt.
Größere Feststoffe lagern
sich an der Wand des Gehäuses
ab und bilden einen „Kuchen" (wie dieses im Stand
der Technik bekannt ist). Diese Feststoffe werden von einem Förderer nach
oben aus dem Pool und über
ein Drainagedeck (konische Sektion oder „Beach") des Gehäuses getrieben. Während des
Prozesses, bei dem die Feststoffe aufwärts des Strandes (Beach) bewegt werden,
findet eine Entwässerung
und Trocknung statt, wobei die entwässerten Feststoffe über eine Serie
von stromabwärts
gelegenen Feststoffauslässen
entladen werden.
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Wenn
jedoch höhere
Zufuhrvolumina in einer solchen Zentrifuge prozessiert werden, sinkt
die Klärfähigkeit
der Zentrifuge aus folgenden Gründen
ab: Verringerte Zurückhaltung
oder Absetzzeit in der Schüssel;
nur teilweise Beschleunigung oder keine Beschleunigung (Abrutschen
des Zuführfluids
der Feststoff-/Flüssigmischung);
eine radiale Entschleunigung des Fluids, das axial durch den Förderer bewegt
wird; und Turbulenzen, die durch die Bewegung und/oder Fokussierung
von großem
Volumen des Fluids durch die Ausgangsöffnungen an dem Förderer bei
hoher radialer Geschwindigkeit erzeugt werden, wodurch ein großer Volumenfluss
in einem Bereich außerhalb
des Förderers übermittelt
oder fokussiert werden kann. Dies erzeugt eine nicht gewünschte Turbulenz
in diesem Bereich und führt
zu einer übermäßigen Abnutzung
und Schädigung
von Teilen, die durch diesen Fluss beaufschlagt werden. Das aus
den Ausgangsöffnungen
austretende turbulente Fluid beeinträchtigt oder hindert die Feststoffe daran,
zu den Feststoff-Ausgangsöffnungen
zu fließen,
und Fluid, das aus den Ausgangsöffnungen nahe
des Drainagedecks oder des „Strandes" der Zentrifuge austritt,
hindert die Feststoffe, auf den Strand aufzufließen.
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Das
Ende des Zuführrohres
innerhalb des Förderers
liegt relativ nahe zu einer Wand oder einem Element, welches ein
Ende einer Beschleunigungskammer bestimmt, sodass Fluid, das aus
dein Zuführrohr
in die Beschleunigungskammer austritt, einen relativ kleinen Raum
hat, in dem es axial abbremsen kann. Diese relativ hohe Fluidgeschwindigkeit
ist daher turbulent und kann Teile der Beschleunigungskammer beeinträchtigen,
wodurch eine Reparatur notwendig ist und die Gebrauchszeit der Zentrifuge
verringert wird. Nicht nur, dass das Fluid, das aus der Beschleunigungskammer
austritt, verstreut und abgebremst wird, fokussieren die Ausgangsöffnungen
den Fluidfluß und/oder
beschleunigen diesen sogar.
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Ein
weiteres Problem mit solchen Zentrifugen ist, dass teilweise Material
mit einer schweren Phase in eine Schlammschicht auf der Oberfläche des
Pools eingedrängt
wird. Ein solches Material mit einer schweren Phase kann nur schwierig
aus dein Material mit einer leichten Phase entfernt werden.
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Ein
Getriebe verbindet den Förderer
mit der Schüssel
und befähigt
den Förderer,
in der gleichen Richtung wie die Schüssel zu drehen, jedoch mit
hierzu unterschiedlicher Geschwindigkeit. Diese unterschiedliche
Geschwindigkeit ist notwendig, um Feststoffe zu fördern und
zu entladen. Jedoch wird aufgrund der Reibung zwischen den Feststoffen
und dem Förderer
der Förderer
dazu gezwungen, mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Gehäuse zu drehen.
Dieses ist offensichtlich nicht erwünscht, da dadurch die Entfernung
von Feststoffen nicht mehr erfolgt. Aufgrund dessen wurden Maßnahmen
im Stand der Technik ergriffen, um die unterschiedliche Geschwindigkeit
zwischen dem Gehäuse
und dem Förderer
aufrecht zu erhalten. Bei einem dieser Verfahren wird ein Motor
verwendet, der eine Bremskraft auf den Förderer ausübt, um die unterschiedliche
Geschwindigkeit aufrecht zu erhalten. Solche bekannten Motoren werden
mechanisch, elektrisch oder hydraulisch angetrieben. Diese Motoren
erfordern eine relativ aufwendige Wartung, erzeugen unerwünschte Wärme, wobei
einige elektrische Motoren sogar explosionsgefährdet sind.
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Die
US-Patentschrift 2 679 974 offenbart eine Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Es
ist eine Aufgabe von zumindest einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung, zumindest einige der oben erwähnten Nachteile
des Standes der Technik zu beheben.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Zentrifuge zum Trennen von Zuführmaterial
in feste und flüssige
Teile angegeben, wobei die Zentrifuge eine Zuführeinrichtung aufweist, die
drehbar in einem drehbaren Gehäuse
montiert ist, und die Zuführeinrichtung
zumindest ein Flügelrad
und das drehbare Gehäuse
einen Trennbereich mit einem Sammelbereich und einem Trocknungsbereich
zwischen der Zuführeinrichtung
und einem rotierbaren Gehäuse aufweist,
wobei die Anordnung so ist, dass während des Betriebes Zuführmaterial
durch das Innere der Zuführeinrichtung
läuft,
ihm eine Drehgeschwindigkeit durch das zumindest eine Flügelrad vor
der Behandlung in dein Trennbereich aufgezwungen wird und das zumindest
eine Flügelrad
Zu führmaterial
auf den Trocknungsbereich verteilt, wobei die Zentrifuge dadurch
gekennzeichnet ist, dass beim Eintritt in die Zentrifuge das Zuführmaterial
eine axiale Geschwindigkeit im Wesentlichen parallel zu deren Längsachse
aufweist, und dass das zumindest eine Flügelrad dein Zuführmaterial
eine Radialgeschwindigkeit aufzwingt, während es sich mit axialer Geschwindigkeit fortbewegt,
sodass das Zuführmaterial
auf den Trocknungsbereich nahe der Länge des zumindest einen Flügelrades
verteilt wird.
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Die
Flügelräder (und
zugeordnete Teile, wie ein Nasenelement, eine Kammer und eine Basis) können aus
einem Material sein, dass aus der Gruppe aus Stahl, rostfreiem Stahl,
oberflächengehärtetem oder
mit Karbid bedeckten Metall, Plastik, gespritztem Polyurethan, Glasfaser,
Polytetrafluorethylen, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Zink oder
einer Zinklegierung, Stellit, Nickel, Chrom, Bor und/oder Legierungen
einiger dieser Elemente ausgewählt
ist.
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In
bevorzugter Weise kann das zumindest eine Flügelrad die Drehgeschwindigkeit
des Zuführmateriales
auf eine Geschwindigkeit erhöhen,
die zumindest 95 % und vorzugsweise 99 % der Drehgeschwindigkeit
des Zuführmateriales
in dem Trennbereich ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das zumindest eine Flügelrad
mehrere voneinander getrennte Flügelräder auf,
von denen jedes mit einem zentralen Ende mit einem zentralen Nasenelement
verbunden ist, das in dem Förderer
befestigt ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das oder jedes Flügelrad
ein gekrümmtes
vorderes Ende sowie einen Bereich mit graduell wachsender Breite
in Richtung der axialen Geschwindigkeit auf und ist von gewölbten Querschnitt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
der Förderer
zumindest einen Feststoffdiffusor mit einer Sammeloberfläche auf.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
der Feststoffdiffusor mit zumindest einer Sammeloberfläche mehrere
Feststoffdiffusoren mit voneinander getrennten Sammeloberflächen auf.
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Vorzugsweise
weist der Förderer
einen Schraubengang, einen Träger
hierfür
und mehrere offene Bereiche auf, die (a) sich entlang der Länge des
Flügelrades
oder der Flügelräder erstrecken
und (b) durch die durch die Zentrifuge zu behandelndes Zuführmaterial
passieren kann.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsweise
erstrecken sich die mehreren offenen Bereiche längs eines wesentlichen Teiles
der Länge
des Förderers.
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Bevorzugt
erstrecken sich die mehreren offenen Bereiche im Wesentlichen über die
gesamte Länge
des Förderers.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform erstrecken
sich die offenen Bereiche im Wesentlichen um den gesamten Umfang
des Förderers.
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Bevorzugt
hat der Förderer
ein distales Ende, das im Durchmesser kleiner als ein proximales Ende
ist, wobei während
des Betriebes an dein proximalen Ende Zuführmaterial in den Förderer eintritt und
zumindest eine der mehreren offenen Bereiche nahe dem distalen Ende
angeordnet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
der Schraubengang mehrere Schraubengangelemente auf.
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Vorzugsweise
hat die Zentrifuge ein Zuführrohr
zum Liefern von Zuführmaterial
in den Förderer, und
das zumindest eine Flügelrad
weist ein vorderes Ende auf, wobei das Zuführrohr einen Auslass an oder
in diesem vorderen Ende aufweist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Zentrifuge ferner eine Kammer in dem Förderer auf, wobei die Kammer
ein Eintrittsende zur Aufnahme von Zuführmaterial aus einen Zuführrohr hat,
das Zuführmaterial
durch die Kammer passiert und an einem Austrittsende der Kammer
austritt, das entfernt von dem Eintrittsende und in dem Förderer gelegen
ist.
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Gemäß einer
Ausführung
sind die Kammer, das zentrale Nasenelement und das zumindest eine Flügelrad permanent
mit dein Förderer
befestigt. Bei einer anderen Ausführungsform sind die Kammer, das
zentrale Nasenelement und das zumindest eine Flügelrad entfernbar von dem Förderer mit
diesem verbunden. Vorzugsweise hat das zumndest eine Flügelrad ein
vorderes Ende, das an dem Austrittsende anliegt und in die Kammer
hineinragt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Form der Kammer so, dass während
des Betriebes das Zuführmaterial,
das in die Kammer eintritt, eine Eintrittsgeschwindigkeit hat, und
das Zuführmaterial,
das die Kammer verlässt,
eine Austrittsgeschwindigkeit hat, wobei die Eintrittsgeschwindigkeit
größer als
die Austrittge schwindigkeit ist. Bevorzugt ist die Kammer in ihrer
Form im Wesentlichen konisch, wobei das Eintrittsende im Durchmesser kleiner
als das Austrittsende ist.
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Bevorzugt
ist zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende ein Abstand
mit einem Verhältnis
von zumindest 7 : 1 und vorzugsweise zumindest 10 : 1 in Bezug zu
einem internen Durchmesser des Eintrittsendes vorgesehen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Trennen von Zuführmaterial
in feste und flüssige
Teile mit einer Zentrifuge angegeben, die einen Förderer aufweist,
der drehbar in einem Gehäuse
montiert ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- (1) Drehen des Gehäuses mit einer ersten Geschwindigkeit
und des Förderers
mit einer zweiten, von der ersten Geschwindigkeit unterschiedlichen
Geschwindigkeit;
- (2) Einführen
von Zuführmaterial
in das Innere des Förderers;
- (3) Aufzwingen einer Drehgeschwindigkeit auf das Zuführmaterial
mit zumindest einem Flügelrad
vor der Behandlung in einem Trennbereich, der einen Sammelbereich
und einen Trocknungsbereich zwischen dem Förderer und dem Gehäuse aufweist;
und
- (4) Verteilen von Zuführmaterial
auf den Trocknungsbereich mit zumindest einem Flügelrad;
dadurch gekennzeichnet,
dass der Schritt (2) so ausgeführt
wird, dass das Zuführmaterial
eine Axialgeschwindigkeit im Wesentlichen parallel zu der Längsachse
der Zentrifuge hat, und dass der Schritt (4) durch das zumindest
eine Flügelrad
ausgeführt
wird, das dem Zuführmaterial
eine Radialgeschwindigkeit aufzwingt, während es sich mit axialer Geschwindigkeit
bewegt, sodass das Zuführmaterial
auf dem Trocknungsbereich nahe der Länge des zumindest einen Flügelrades
verteilt wird.
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Vorzugsweise
wird die Drehgeschwindigkeit des Zuführmateriales auf eine Geschwindigkeit
erhöht,
die zumindest 95 % und vorzugsweise 99% der Drehgeschwindigkeit
des Zuführmateriales
in dein Trennbereich ist.
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Bevorzugt
weist das Verfahren ferner den Schritt auf, Feststoffe auf der Sammelfläche zu verteilen.
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Vorzugsweise
kann im Schritt (4) das Zuführmaterial
aus der Fördereinrichtung
durch mehrere offene Bereiche austreten, die axial über im Wesentlichen
die gesamte Länge
des zumindest einen Flügelrades
mit Abstand zueinander angeordnet sind.
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Vorzugsweise
umfasst das Verfahren ferner den Schritt, dass der Austritt des
Zuführmateriales längs eines
zumindest wesentlichen Teiles der Länge des Förderers erlaubt ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
das Verfahren ferner den Schritt auf, den Austritt des Zuführmateriales über im Wesentlichen
die gesamte Länge
des Förderers
zu erlauben.
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Bevorzugt
weist der Schritt (4) den Schritt auf, den Austritt von Flüssigkeit über im Wesentlichen
den gesamten Umfang des Förderers
zu erlauben.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform hat
der Förderer
ein distales Ende, das im Durchmesser kleiner als ein proximales
Ende ist, an dem während
des Betriebes Zuführmaterial
in den Förderer eintritt,
wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist, den Austritt des
Zuführmateriales
durch die mehreren offenen Bereiche zu erlauben, die nahe dein distalen
Ende gelegen sind.
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Vorzugsweise
weist die Zentrifuge ein Zuführrohr
zum Liefern von Zuführmaterial
in den Förderer
auf, wobei das zumindest eine Flügelrad
ein vorderes Ende hat und wobei ferner der Schritt vorgesehen ist,
das Zuführmaterial
durch einen Auslass des Zuführrohres
abzugeben, der an oder in dem genannten vorderen Ende gelegen ist.
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Vorzugsweise
weist der Förderer
ferner eine Kammer mit einem Eintrittsende zum Aufnehmen von Zuführmaterial
von einen Zuführrohr
und ein von dem Eintrittsende entfernt gelegenes Austrittsende in dem
Förderer
auf, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist, Zuführmaterial
durch die Kammer zu leiten.
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Vorzugsweise
hat das Zuführmaterial,
das in die Kammer eintritt, eine Eintrittsgeschwindigkeit und das
Zuführmaterial,
das die Kammer verlässt,
eine Austrittsgeschwindigkeit, wobei das Verfahren ferner den Schritt
aufweist, sicherzustellen, dass die Eintrittsgeschwindigkeit größer als
die Austrittsgeschwindigkeit ist.
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Vorzugsweise
ist die Kammer in ihrer Form im Wesentlichen konisch, wobei das
Eintrittsende im Durchmesser kleiner als das Austrittsende ist.
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Vorzugsweise
ist das Zuführmaterial
eine Mischung aus Bohrfeststoffen und Bohrschlamm.
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Gemäß einer
Ausführungsform
erstreckt sich die Länge
der mehreren offenen Bereiche im Wesentlichen über die gesamte Länge des
Flügelrades oder
der Flügelräder.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird im Rahmen von Ausführungsbeispielen
auf die begleitenden Figuren Bezug genommen, in denen
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1 ein
Längsquerschnitt
einer Zentrifuge nach dem „Dekantiertyp" gemäß dein Stand
der Technik ist;
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2A und 2B Seitenansichten
eines Ausführungsbeispieles
eines Förderes
in Arbeitsstellung mit einer im Querschnitt gezeigten Zentrifuge zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung sind;
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3A ein
Längsschnitt
des Gehäuses
der Zentrifuge gemäß den 2A und 2B ist;
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3B und 3C Aufsichten
auf das Gehäuse
gemäß 3A sind;
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4A eine
Seitenansicht des Förderers der
Zentrifuge gemäß den 2A und 2B ist und 4B eine
Aufsicht auf den Förderer
gemäß 4A;
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5A' und 5A" jeweils
Längsschnitte eines
Teiles einer Zentrifuge gemäß der vorliegenden Erfindung
sind;
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5B ein
Querschnitt durch den Fördererteil
der Zentrifuge längs
der Linie 5B-5B in 5A' ist; und 5C eine
vergrößerte Darstellung
des Flügelrades
des Förderers
gemäß 5A ist.
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Gemäß 2 ist eine Zentrifuge generell mit dem
Bezugszeichnen 10 bezeichnet und hat ein äußeres Gehäuse 12,
in dem eine Schlüssel
(Bowl oder Mantel) 20 mit einem hohlen Innenraum 23 drehbar befestigt
ist. In dem hohlen Innenraum 23 des Mantels 20 ist
ein Förderer 40 drehbar
befestigt, der einen kontinuierlichen Schraubengang beziehungsweise eine
Schnecke 41 aufweist, die sich von einem ersten Ende 21 der
Schüssel 20 zu
einem zweiten Ende 22 der Schüssel 20 erstreckt.
Stützen 105 auf
einem Boden 105A stützen
die Zentrifuge ab (Schüssel,
Förderer, äußeres Gehäuse und
andere Komponenten). Die Stützen 105 können selbst
zum Beispiel auf einer Schiene abgestützt sein.
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Mehrere
Stützstangen 49 sind
in dein kontinuierlichen Schraubengang 41 gelegen und sind
an den Verbindungspunkten mit Schneckengängen 42 des kontinuierlichen
Schraubenganges 41 verbunden, zum Beispiel mit Hilfe von
Bolzen oder durch Schweißen.
Die Schneckengänge 42 sind
so dimensioniert, dass sie mit einem gewünschten Abstand von der inneren
Oberfläche
der Schüssel 20 über die gesamte
Länge dieser
Schüssel
getrennt sind. Die Ränder
der Schneckengänge
können
auf bei den Seiten mit Stücken
oder Kacheln aus gesintertem Wolframkarbid ausgekleidet sein, oder
es können
die Ränder
selbst mit einer harten Oberfläche
versehen sein, wie auch andere Teile des Gerätes. Eine Endplatte 43 ist
an dem einen Ende des kontinuierlichen Schraubenganges 41 vorgesehen
und hiermit zum Beispiel durch Schweißen verbunden, und eine andere
Endplatte ist an dem anderen Ende gelegen.
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Mit
den Stangen 49 sind Ablenkbleche 43, 44 und 46 verbunden.
Aufrecht gesehen sind diese Ablenkbleche ähnlich dein Abschnitt des Förderbereiches 40,
der in 4B gezeigt ist. Die Endbleche 43, 46 und
die Platte 47 bilden eine Unterstützung und Anlagepunkte für die Wellen
(Drehzapfen), die den Förderer
abstützen.
Zusätzliche
Ablenkbleche können
an jedem Punkt in dem Förderer
für eine
zusätzliche
Versteifung und/oder für
sonstige Befestigungspunkte des Gerätes verwendet werden.
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Bereiche 51 zwischen
den Stangen 49 und den Schneckengängen 42 (zwischen
jedem Stangenteil und jeden Schneckengangteil) sind offen für einen
Durchfluss eines Fluides. Alternativ können Bereiche des Förderers
auch abgesperrt sein (das heißt,
Bereiche zwischen Stangenteilen und den Schneckengängen sind
nicht offen für
einen Fluidfluss), wobei zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, das
linke Viertel oder ein Drittel und/oder das rechte Viertel oder
ein Drittel hiervon abgeriegelt wird; das heißt, der gesamte oder lediglich
ein Bereich des Förderers
kann in Form eines „Käfigs" abgesperrt sein.
Aufgrund der Offenheit des ummantelten Förderes (und der Tatsache, dass
in einigen Aspekten ein Fluid in nicht fokussierter Art zugeführt wird
und nicht an einen Punkt oder Punkten nahe der Sammelstelle in der
Schüssel
oder vor dein Strand zugeführt
wird und Fluid nicht innerhalb des Förderers durch eine Anzahl von Öffnungen
oder Mündungen
zugeführt
wird - wie beim Stand der Technik Fluid aus mehreren Öffnungen
oder Bereichen abgeführt wird,
die dazu tendieren, den Fluidfluss aus dem Förderer zu fokussieren) werden
Feststoffe in dem Fluid nicht in Bereiche mit relativ hoher Turbulenz
geraten, die bei gewissen Zuführverfahren
im Stande der Technik auftreten, und Feststoffe werden dazu tendieren,
mehr in einer gewünschten
Richtung in Richtung auf die Auslässe für die Feststoffe zu fließen anstatt
in einer unerwünschten
Richtung weg von dem Strand und in Richtung auf die Auslässe für die Flüssigkeit.
Infolge dessen kann bei bestimmten Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die relative Abwesenheit oder verringerte Anwesenheit
von Turbulenz in dem Pool in der Schüssel die Zentrifuge mit einer
relativ niedrigeren Geschwindigkeit betrieben werden, um die erwünschte Trennung
zu erreichen; bei bestimmten Arten von Zentrifugen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann ein Gehäuse
mit einer Geschwindigkeit zwischen 900 und 3500 U/m und ein Förderer zwischen
1 und 100 U/m betrieben werden.
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Die
Schüssel
beziehungsweise der Mantel 20 hat ein konisches oder „Strand"-Ende 24 mit einem Strandabschnitt 25.
Der Strandabschnitt 25 kann (und ist vorzugsweise) angewinkelt,
und zwar bei gewissen bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Winkeln
zwischen 3 und 15 Grad in Bezug auf die Längsachse des Mantels 20.
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Ein
Flansch 26 des Mantels 20 ist mit einem Mantelkopf 27 verbunden,
der einen durchgehenden Kanal 28 aufweist. Ein Flansch 29 des
Mantels 20 ist mit einem Mantelkopf 30 verbunden,
der ebenfalls einen durchgehenden Kanal aufweist. Eine Welle 32 ist mit
einem Getriebesystem 81 eines Antriebes 80 verbunden.
Eine Welle 31 hat einen Durchgangskanal 35, durch
den Fluid in die Zentrifuge 10 eingeführt wird. Ein Motor M (der
nur schematisch dargestellt ist), der (zum Beispiel über einen
oder mehrere Riemen) mit einer Antriebsscheibe 110 verbunden
ist, dreht den Mantel 20 und dessen Kopf 27, der
mit dem Getriebesystem 81 des Antriebes 80 verbunden
ist (wodurch durch das Drehen des Mantels 20 auch eine
Welle 34 gedreht wird).
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Eine
Welle 32, die von dem Antrieb wegragt, ist mit der Welle 34 verbunden.
Der Antrieb 80 umfasst ein Getriebesystem 81,
das mit einer Ritzelwelle 82 verbunden ist, die mit einem
Roots XLP WHISPAIR® Kompressor 140 (erhältlich von
Roots Blowers and Compressors; vergl. www.rootsblower.com) oder wahlweise
einem anderem geeigneten pneumatischen Antrieb (der schematisch
in 2 dargestellt ist) angetrieben
wird, der hiermit über
eine Kupplung 142 verbunden ist, um über das Getriebesystem 81 die
Drehgeschwindigkeit der Welle 32 und daher auch diejenige
des Förderers 40 zu
verändern.
Der Kompressor 140 hat ein einstellbares Lufteinlassventil 144 und
ein einstellbares Luftauslassventil 146 (die Geschwindigkeit
des Förderes
ist einstellbar, indem eines der oder beide Ventile eingestellt
werden). Die Lufteinlassmenge des Kompressors 140 bestimmt den
Widerstand, der an der Ritzelwelle 82 anliegt, der über das
Getriebesystem 81 den Geschwindigkeitsunterschied zwischen
dem Förderer 40 und
dein Mantel 20 einstellt. Alternativ kann ein nichtpneumatischer
Antrieb verwendet werden. Das Getriebesystem 81 (das schematisch
durch die gestrichelten Linien in dein Antrieb 80 dargestellt
ist) kann jedes bekannte Zentrifugen- Getriebesystem sein, zum Beispiel, jedoch
nicht darauf beschränkt,
ein bekanntes zweistufiges Planetengetriebesystem.
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Optional
kann die Welle 82 mit einem Drosselgerät (nicht gezeigt) verbunden
werden, das eine pneumatische Pumpe aufweisen kann, zum Beispiel eine
einstellbare Verdrängerpumpe
(zum Beispiel Luft betrieben, pneumatisch betrieben (wie bei der vorliegenden
Erfindung) oder nicht pneumatisch betrieben), die mit der Welle 82 verbunden
ist, um einen einstellbaren Antrieb zu liefern. Feststoffe treten über vier
Feststoffauslässe 36 (hiervon
sind zwei gezeigt) in dein Mantel 20 aus, und Flüssigkeit
tritt über
Flüssigkeitsauslässe 37 in
dem Mantel 20 aus. Hier können ein, zwei, drei, vier,
fünf, sechs
oder mehr Auslässe 36 und 37 vorgesehen
sein. Im vorliegenden Fall sind vier voneinander im Abstand angeordnete Auslässe 37 vorgesehen
(von denen zwei gezeigt sind).
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Die
Welle 34 erstreckt sich durch ein Stehlager 83 und
hat mehrere Schmieröffnungen 84,
die mit Schmierkanälen 85, 86 und 87 kommunizieren,
zum Schmieren der Lager und Wellen. Lager 100 nahe der
Welle 34 erleichtern die Bewegung der Welle 34. Interne
Lager können
geschmiert, eingefasst und durch Dichtungen 102 abgedichtet
sein (die Schmiermittel zurückhalten).
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Ein
Ende 109 der Welle 31 erstreckt sich durch die
Antriebsscheibe 110. Befestigungsringe 120, 121,
die an beiden Enden des Mantels 20 befestigt sind, erleichtern
ein Abdichten des Mantels 20 innerhalb des Gehäuses 12.
Zwei Abstreifer 148 (ein, zwei, drei, vier oder mehr) an
dem Mantel 20 wischen oder fegen den Bereich um die Feststoffauslässe 36, sodass
diese Auslässe
nicht verstopft werden und erhalten oder erhöhen die Radialgeschwindigkeit
des Produktes, wenn der Mantel rotiert, um den Austrag des Produktes
zu erhöhen.
Die Abstreifer reduzieren auch das Verkratzen des Gehäuses durch
den Mantel, indem eine Anhäufung
von Feststoffen um die Austrittsorte der Feststoffe reduziert wird.
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Ein
Zuführrohr 130 mit
einem Flansch 147 erstreckt sich durch das Innere der Eingangswelle 31.
Das Zuführrohr 130 hat
ein Auslassende 131. Ein zu behandelndes Fluid fließt in ein
Einlassende (linke Seite in 2) des
Zuführrohres.
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Optional
werden ein oder mehrere voneinander getrennte Sammeloberflächendiffusoren 125 mit dem
Förderer
verbunden und diffundieren oder unterbrechen einen unerwünschten
Fluss von schwimmenden Feststoffen weg von dem Strandbereich 24.
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Die
Diffusoren 125 sind in den 2 und 5B gezeigt.
Feststoffe neigen dazu, sich in obere Schichten (schlammartiges
Material mit Feststoffen darin) des Materiales zu bewegen, das von
dein Strandbereich wegfließt
und in Richtung der Flüssigkeitsauslässe 37 fließt. Die
Diffusoren 125 erstrecken sich in diese oberen Schichten,
sodass die Feststoffe in dem oberen Schlammbereich durch die Diffusoren abwärts gedrückt werden
und/oder die Diffusoren kontaktieren und abwärts aus den oben fließenden Schlammschichten
in untere Bereiche oder Schichten fallen, die nicht so schnell fließen und/oder
die relativ stabil im Vergleich zu den Schichten sind, sodass die
Feststoffe dann weiter innerhalb des Mantels in Richtung auf die
innere Mantelwand und dann in Richtung auf den Strand fließen können.
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Optional
erleichtern mehrere voneinander entfernte Zugstreifen oder Stangen 146 eine
Bewegung der Feststoffe in Richtung auf den Strand und erleichtern
eine Ansammlung der Feststoffe und der aufgebauten Feststoffe, um
eine Förderung
der Feststoffe zu erleichtern.
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Die 5A zeigt eine Dekantierzentrifuge 210 ähnlich der
Zentrifuge 10 gemäß 2 (und gleiche Bezugszeichen zeigen gleiche
Teile an). Die Zentrifuge 210 hat ein Zuführrohr 230 mit
einer Auslassöffnung 231,
aus der zu behandelndes Material austritt und in einen konischen
Bereich einer Kammer 240 durch eine Eingangsöffnung 241 eintritt.
Obwohl die Kammer 240 generell konisch ist, kann sie jeden beliebigen
Querschnitt aufweisen, einschließlich, jedoch nicht darauf
beschränkt,
einen zylindrischen (gleichmäßig rund
im Querschnitt von einem Ende bis zu dem anderen) oder polygonalen
Querschnitt (zum Beispiel quadratisch, dreieckig oder rechteckig im
Querschnitt). Die Teile 230, 240, 242 und 244 können zum
Beispiel als eine Einheit zusammengeschweißt sein.
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Das
Ende des Zuführrohres 230 in
dem Förderer 40 ragt
durch eine Befestigungsplatte 242 und ein Hohlrohr 243 hindurch.
Das Rohr 243 und ein Bereich der Kammer 240 werden
durch ein Stützelement 244 abgestützt. Ein
Stützring 256,
der mit den Stangen 49 verbunden ist (hiervon sind nur
drei gezeigt; vier sind in Abstand voneinander um den Förderer wie
in 2 vorhanden), stützt das
andere Ende der Kammer 240 ab. Flügelräder 250, die mit einem
Nasenelement 260 verbunden sind (geschweißt oder
verbolzt) (oder die Flügelräder und
das Nasenelement sind ein einstückiges
Teil, zum Beispiel als ein Stück
gegossen) haben vordere Endbereiche 252, die an einem Ende
der Kammer 240 anliegen und in ein Ende 247 einer
Fluidpassage der Kammer 240 hineinragen, aus der Fluid
aus der Kammer 240 austritt. Bevorzugt ist der Abstand
von dem Austrittsende 231 des Zuführrohres 231 zu dem Ende
der Fluidpassage 247 der Kammer 240 etwa 36 Inch
(0,91 m). Bei anderen Ausführungsbeispielen
ist dieser Abstand zumindest 19 Inch (0,48 m) und vorzugsweise zumindest
20 Inch (0,51 m). Es liegt ebenfalls im Bereich dieser Erfindung,
dass das Austrittsende des Zuführrohres
innerhalb des Rohres 243 gelegen ist. Alternativ kann die
Kammer 240 fortgelassen werden und das Rohr 243 sich
in eine beliebige Entfernung (auf die rechte Seite der Platte 242)
innerhalb des Förderers 40 bis
zu den Flügelrädern oder
bis zu einem Punkt innerhalb von diesen erstrecken. Das Nasenelement 260 hat
einen festen Plattenbereich 262 und eine Nase 264.
Gemäß einer Ausführung sind
alle Teile 240 bis 260 miteinander verbolzt oder
anderwärtig
lösbar
mit dem Förderer verbunden,
sodass sie leicht entfernt oder ersetzt werden können. Alternativ können sie
auch an ihrem Platz angeschweißt
sein. 5B stellt (mit gestrichelten
Linien 125a beziehungsweise 125b) einen äußeren Rand
und einen inneren Rand eines der generell kreisförmigen als Sammeloberfläche für die Feststoffe
dienenden Diffusoren.
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Die 5B und 5C zeigen
die voneinander entfernt angeordneten Flügelräder 250, die dazu
ausgelegt sind, Fluid, das aus dem Förderer austritt, radial und
in Umfangsrichtung bis auf die Sammeloberflächengeschwindigkeit zu beschleunigen,
um durch eine solche Zuführung
eine Störung der
Sammelfläche
zu minimieren. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Kammer 240 fortgelassen
und die Flügelräder 250 erstrecken
sich gegen das Ende des Zuführrohres
(auf der linken Seite in 5A), und
in einer solchen Ausführung
liegt das Ende des Zuführrohres
innerhalb der Flügelräder. Optional
sind alle Teile, die mit der internen Zuführkammer verbunden sind (einschließlich Befestigungsplatte
und Rohr), Flügelräder und
Nasenelement lösbar
mit dem Förderer
verbolzt, sodass sie ersetzt werden können. Alternativ können gemäß einer Ausführungsform
alle diese Teile fest am Platze angeschweißt sein. Der gleiche Antrieb
mit Antriebsmotor, Antriebsscheibe, Antriebsgerät, Lagern, etc. wie in 2 kann auch für die Zentrifuge gemäß 5A verwendet werden.
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Bei
einer typischen Zentrifuge gemäß dem Stand
der Technik ist das Verhältnis
des inneren Durchmessers des Austrittsendes des Zuführrohres zu
der Länge
des freien Fluidweges in dem Förderer (zum
Beispiel in einer Beschleunigungskammer gemäß dein Stand der Technik von
dein Auslass des Zuführrohres
bis zu der entfernten Endwand der Beschleunigungskammer) ungefähr 4 : 1
oder weniger. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dieses Verhältnis
7 : 1 oder größer und
in einigen Ausführungen
ist es 10 : 1 oder größer. Bei
einer speziellen Zentrifuge gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der interne Durchmesser des Austrittes des Zuführrohres
ungefähr
2,25 Inch (0,057 m) und der Abstand von dem Auslass des Zuführrohres
bis zu dem vorderen Rand 252 eines Flügelrades (wie in 5A) ist etwa 36 Inch (0,91 m).
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Alle
Teile eines Förderes
oder einer Zentrifuge, die hier beschrieben wurde, und speziell
Teile, die dem Fluidfluss ausgesetzt sind, können mit einer Schutzbeschichtung
beschichtet sein, mit einer harten Oberfläche versehen sein und/oder
mit Wolframkarbid oder einem ähnlichen
Material beschichtet sein.
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Eine
Kammer oder ein Bereich zur „Verringerung
der Geschwindigkeit" ist
in einigen Fällen
optional hinter der Düse
(Zuführrohr)
vorgesehen (zum Beispiel rechts von dein inneren Ende des Zuführrohres
in den 2A, 2B und 5A). Dieser ungestörte Bereich kann einen Raum
innerhalb einer Kammer umfassen (zum Beispiel innerhalb eines hohles
Elements mit festen Wänden,
das an beiden Enden offen ist), die zwischen dem Austritt des Zuführrohres und
einem Austrittsbereich das Förderer-Fluid oder einem
radialen Beschleunigungsgerät
(zum Beispiel einem Flügelrad)
innerhalb des Förderers
angeordnet ist. Fluid aus dem Zuführrohr bewegt sich durch eine
Kammer, die das fließende
Fluid verteilt; sie liefert einen Raum, damit die Geschwindigkeit
des Fluides verlangsamt wird (Geschwindigkeit generell in Richtung
der Horizontalen oder Längsachse
der Zentrifuge); und leitet das Fluid, damit dieses auf die Flügelräder trifft.
Unterschiedliche austauschbare Düsen
können
an dem Zuführrohr
verwendet werden. Das Austrittsende der Düse kann in dem Förderer nicht
zentral angeordnet sein, das heißt, nicht in der Längsachse
des Förderers.
Die Kammer kann irgendeine geeignete Gestalt aufweisen, kann zum Beispiel,
jedoch nicht beschränkt
hierauf, einen konischen, zylindrischen, und/oder dreieckigen, quadratischen,
rechteckigen oder polygonalen Querschnitt haben, und es kann jede
beliebige Anzahl von bekannten Flügelrädern, Blättern oder Schaufeln verwendet
werden. Bei bestimmten Ausführungsformen fließt Fluid
durch die Kammer und tritt auf mehrere Flügelräder, die mit dem Förderer verbunden
sind, und gemeinsam mit diesem rotieren. Das Fluid trifft auf die
Flügelräder auf
und wird dann radial nach außen
durch die Blätter
in Richtung auf die Schneckengänge
des Förderers
bewegt. Die Flügelräder sind
so konfiguriert und angeordnet, um die Rotationsbewegung des Fluides
zu beschleunigen, sodass, wenn das Fluid die äußeren Ränder der Flügelräder passiert, die Drehgeschwindigkeit
des Fluides nahe oder an der Geschwindigkeit eines Pools von Material
innerhalb des Mantel ist, sodass dieses Fluid leicht in den Pool
oder in die Masse eines bereits in dem Mantel enthaltenden Fluides
eintreten kann. Durch die Reduzierung oder Eliminierung des Geschwindigkeitsunterschiedes
zwischen dein Fluid, das von der Beschleunigungskammer abfließt, und
dem Fluid, das bereits in dem Mantel vorliegt, wird die Turbulenz reduziert,
der Eintritt von Feststoffen des eintretenden Fluides in den Sammelbereich
in dem Mantel erleichtert und auch eine effizientere Trennung der Feststoffe
erzielt.