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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine Fördereinrichtung für eine Zentrifuge,
und genauer, jedoch nicht ausschließlich, auf eine Fördereinrichtung
zum Gebrauch in Zentrifugen des "Dekantier"-Typs, die in der Ölindustrie
verwendet werden.
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Viele
verschiedene Industriezweige verwenden Dekantier-Zentrifugen in
unterschiedlichen Anwendungen. Beispielsweise werden sie in der
Petrochemie, der Wiederverwertungsindustrie, der Umweltindustrie,
der Abwasserindustrie im Bergbau und in der Bohrindustrie verwendet.
Sie werden in der Ölindustrie
verwendet, um unerwünschte
Bohrungsfeststoffe vom Bohrschlamm zu trennen. Es ist vorteilhaft,
Bohrschlamm zu bergen, zu reinigen und wieder zu verwenden, da er
kostenaufwändig
ist.
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Der
Stand der Technik offenbart eine Vielzahl von Dekantier-Zentrifugen
(oder "Dekantierer", wie sie auf dem
Gebiet bekannt sind), die in vielen Ausführungsformen ein Rotationsgehäuse (oder
eine "Wanne", wie es auf dem
Gebiet bekannt ist), das sich bei einer Geschwindigkeit dreht, und
eine Fördereinrichtung
(oder "Zahnkranz" ("scroll"), wie es auf dem
Gebiet bekannt ist) enthalten, die sich bei einer unterschiedlichen
Geschwindigkeit in die gleiche Richtung dreht. Das Gehäuse umfasst üblicherweise ein
hohles rohrförmiges
Element mit einem zylindrischen Abschnitt und einem konischen Abschnitt.
Die Fördereinrichtung
umfasst gewöhnlich
eine Schraube des Auger-Typs, die in dem Gehäuse angebracht ist, deren Windung
die Form des Gehäuses
ergänzt. Derartige
Zentrifugen können
ununterbrochen Beschickungsmaterial in dem Gehäuse aufnehmen und das Beschickungsmaterial
in Schichten von leichtphasigem Material und schwerphasigem Material
(z. B. Flüssigkeiten
und Feststoffe) trennen, die aus dem Gehäuse getrennt ausgelassen werden.
Die Fördereinrichtung,
die sich in Bezug auf die Wanne mit einer unterschiedlichen Geschwindigkeit
dreht, bewegt oder "rollt" eine äußere Schicht
von schwerphasigem oder Feststoff-Schlickermaterial zu einem Auslassanschluss
oder zu Auslass-Anschlüssen,
die sich üblicherweise
in einem spitz zulaufenden oder konischen Endabschnitt des Gehäuses befinden.
Eine Zugabe von Beschickungsmaterial bewirkt, dass der Fluidpegel
in der Wanne ansteigt, bis die Höhe
derart ist, dass eine weitere Zugabe von Beschickungsmaterial eine
Verlagerung und einen Austrag von leichtphasigem Material durch
einen Auslassanschluss (oder Auslassanschlüsse) bewirkt, der sich ge wöhnlich an
einem gegenüberliegenden
Ende des Gehäuses
befindet. Das leichtphasige Material muss einen Pfad entlang laufen,
der durch die Windung definiert ist, bevor es durch diese Anschlüsse ausgelassen werden
kann. Gewöhnlich
ist das Gehäuse
massiv. Manche Gehäuse
haben einen Anschluss bzw. Anschlüsse, um die schwereren Feststoffphasen
zurückzuweisen.
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Eine
zentrifugale Trennung hat vorzugsweise einen Austrag zur Folge,
der leichtphasiges Material mit wenig oder keinem schwerphasigen
Material enthält,
und schwerphasiges Material, das lediglich eine geringe Menge an
leichtphasigem Material enthält.
Wenn das leichtphasige Material Wasser ist und das schwerphasige
Material nachgiebige Feststoffe enthält, werden vorzugsweise nahezu
trockene Feststoffe und sauberes Wasser getrennt ausgelassen.
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Häufig wird
die Mischung aus Feststoffen und Flüssigkeit bei außerordentlich
hohen Beschickungsraten verarbeitet. Um derartige Beschickungsraten
aufzunehmen, müssen
hohe Drehmomente in Kauf genommen werden, viel Energie ist erforderlich,
um die Mischung zu verarbeiten, und die physische Größe der Zentrifuge
kann relativ groß werden,
was unter anderem bei Ölbohrtürmen wichtig
ist, bei denen Platz sehr teuer ist.
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1 zeigt
eine typische Dekantierzentrifuge des Stands der Technik, die freie
Flüssigkeit
von getrennten Feststoffen entfernt. Zu verarbeitendes Fluid wird üblicherweise
bei hoher Geschwindigkeit durch ein Beschickungsrohr einer inneren
Beschleunigungskammer einer Fördereinrichtung
zugeführt. Austrittsanschlüsse an der
Fördereinrichtung
ermöglichen,
dass Fluid von der Kammer in den ringförmigen Zwischenraum zwischen
der Fördereinrichtung und
dem Gehäuse
fließt.
Im Gegensatz zu diesen Austrittsanschlüssen ist das Äußere der
Welle der Fördereinrichtung
massiv. Das sich drehende Gehäuse
oder die "Wanne" erzeugt sehr hohe
Beschleunigungskräfte
und bildet eine Flüssigkeitsansammlung
in der Wanne. Die freie Flüssigkeit
und feinere Feststoffe fließen
längs des
durch die Windung der Fördereinrichtung
definierten Pfades zu dem größeren Ende
der Zentrifuge und werden durch Abfluss-Überlaufwehre entfernt. Größere Feststoffe
setzen sich an der Wand des Gehäuses
fest, wobei sie einen "Kuchen" bilden (wie es auf
dem Gebiet bekannt ist).
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Diese
Feststoffe werden durch eine Fördereinrichtung
aus der Ansammlung hoch und über
ein Entwässerungsdeck
(konischer Abschnitt) oder einen "Strand" des Gehäuses geschoben. Eine Entwässerung
oder Trocknung findet während
des Vorgangs statt, bei dem sich Feststoffe den Strand nach oben
bewegen, wobei die flüssigkeitsbereinigten Feststoffe
durch eine Reihe von Unterlauf-Feststoffanschlüssen ausgelassen werden.
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Wenn
größere Beschickungsvolumina
in einer derartigen Zentrifuge verarbeitet werden, nimmt jedoch
die Klärleistungsfähigkeit
der Zentrifuge ab: wegen einer verringerten Rückhalte- oder Verweilzeit in
der Wanne; wegen einer Teilbeschleunigung oder Nichtbeschleunigung
(Schlupf) des Beschickungsfluids (der Feststoffe/Flüssigkeits-Mischung);
wegen radialer Verlangsamung des Fluids, das sich axial durch die
Fördereinrichtung
bewegt; und wegen Turbulenz, die durch die Bewegung und/oder Bündelung von
großen
Fluidvolumina durch die Austrittsanschlüsse bei der Fördereinrichtung
bei hoher Radialgeschwindigkeit erzeugt wird, die dazu neigt, einen hohen
Volumenstrom in einen Bereich außerhalb der Fördereinrichtung
zu übertragen
und/oder zu bündeln.
Dies bewirkt eine unerwünschte
Turbulenz in diesem Bereich und hat außerordentlichen Verschleiß und Abrieb
an Teilen zur Folge, die von diesem Strom getroffen werden. Das
turbulente Fluid, das aus den Austrittsanschlüssen austritt, behindert außerdem Feststoffe,
zu den Feststoffaustrittsanschlüssen
zu fließen
oder verhindert dies, und Fluid, das aus den Austrittsanschlüssen in
der Nähe
des Entwässerungsdecks
oder des "Strands" der Zentrifuge austritt,
behindert Feststoffe, den Strand hinauf zu fließen.
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Das
Ende des Beschickungsrohrs in der Fördereinrichtung ist relativ
nahe bei einer Wand oder bei einem Element, das ein Ende einer Beschleunigungskammer
definiert, wodurch Fluid, das aus dem Beschickungsrohr in die Beschleunigungskammer austritt,
einen relativ kleinen Zwischenraum hat, um sich darin axial zu verlangsamen.
Dieses Fluid mit relativ hoher Geschwindigkeit ist folglich turbulent
und kann bei Teilen der Beschleunigungskammer Abrieb verursachen,
was eine Instandhaltung erforderlich macht und eine Ausfallzeit
der Zentrifuge verursacht. Die Austrittsanschlüsse bündeln und/oder beschleunigen
den Fluidstrom statt dass sie das Fluid, das aus der Beschleunigungskammer
austritt, verteilen und verlangsamen.
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Ein
weiteres Problem mit derartigen Zentrifugen besteht darin, dass
etwas schwerphasiges Material in einer Schlickerschicht an der Oberseite
der Ansammlung mitgeschleppt wird. Es ist schwierig, dieses schwerphasige
Material von dem leichtphasigen Material zu entfernen.
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Ein
Getriebekasten verbindet die Fördereinrichtung
mit der Wanne und ermöglicht
es, dass sich die Fördereinrichtung
in die gleiche Richtung wie die Wanne, jedoch mit einer unterschiedlichen
Geschwindigkeit dreht. Dieser Geschwindigkeitsunterschied ist erforderlich,
um Feststoffe zu befördern und
auszulassen. Wegen Reibung zwischen den Feststoffen und der Fördereinrichtung
wird jedoch die Fördereinrichtung
dazu gezwungen, sich mit der gleichen Geschwindigkeit zu drehen
wie das Gehäuse. Dies
ist offensichtlich unerwünscht,
da eine Entfernung von Feststoffen folglich aufhören würde. Entsprechend wurden im
Stand der Technik Maßnahmen
eingeleitet, um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem Gehäuse und
der Fördereinrichtung
aufrecht zu erhalten. Eines dieser Verfahren nutzt einen Motor,
um eine Bremskraft auf die Fördereinrichtung
aufzubringen, um so den Geschwindigkeitsunterschied aufrecht zu
erhalten. Derartige bekannte Motoren werden mechanisch, elektrisch
oder hydraulisch angetrieben. Diese Motoren erfordern einen großen Wartungsaufwand,
erzeugen unerwünschte
Wärme und
manche Elektromotoren können
explodieren.
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US 2 679 974 offenbart eine
Zentrifuge gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
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GB 1 053 222 offenbart eine
Zentrifuge, in der Schlicker mittels eines massiven Elements mit konisch
zulaufender Innenöffnung,
die Schaufeln enthält,
auf die Drehgeschwindigkeit des Flüssigkeitsteichs beschleunigt
wird, bevor er letzteren erreicht. Das massive Element mit konisch
zulaufender Innenöffnung
ist in einem Strandbereich der Zentrifuge angeordnet. Der beschleunigte
Schlicker tritt in die Wanne in dem Bereich des Flüssigkeitsteichs
ein.
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Es
ist eine Aufgabe von zumindest bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung, zumindest einige der zuvor erwähnten Nachteile zu verringern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Fördereinrichtung
für eine
Zentrifuge zum Trennen von Beschickungsmaterial in feste und fluidartige
Teile geschaffen, wobei die Fördereinrichtung
einen konischen Abschnitt mit allmählich sich verjüngendem Außendurchmesser
und wenigstens ein daran angrenzendes Laufrad umfasst, wobei die
Anordnung derart ist, dass im Gebrauch Beschickungsmaterial durch
einen Innenbereich der Fördereinrichtung
bewegt werden kann, wobei es durch das wenigstens eine Laufrad mit
einer Drehgeschwindigkeit beaufschlagt werden kann, bevor es die
Fördereinrichtung von
dem konischen Abschnitt verlässt,
dadurch gekennzeichnet, dass im Gebrauch das Beschickungsmaterial
auf das wenigstens eine Laufrad mit einer Axialgeschwindigkeit auftrifft,
die zu der Längsachse der
Fördereinrichtung
im Wesentlichen parallel ist, wobei das wenigstens eine Laufrad
das Beschickungsmaterial mit einer Radialgeschwindigkeit beaufschlagt,
während
es sich mit einer Axialgeschwindigkeit bewegt, derart, dass das
Beschickungsmaterial auf einem Trocknungsbereich in der Zentrifuge
in der Nähe
der Erstreckung des wenigstens einen Laufrades verteilt wird.
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Vorzugsweise
kann das wenigstens eine Laufrad die Drehgeschwindigkeit des Beschickungsmaterials
auf eine Geschwindigkeit erhöhen,
die wenigstens 95% und vorzugsweise 99% der Drehgeschwindigkeit
des Beschickungsmaterials in dem Trennbereich beträgt.
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Vorzugsweise
umfasst das wenigstens eine Laufrad eine Mehrzahl von beabstandeten
Laufrädern,
wovon jedes ein mittiges Ende besitzt, das mit einem in der Fördereinrichtung
angebrachten mittigen Nasenorgan verbunden ist.
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Bei
einer Ausführungsform
der Kammer sind das mittige Nasenorgan und das wenigstens eine Laufrad
dauerhaft an der Fördereinrichtung
befestigt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Kammer sind das mittige Nasenorgan und das wenigstens eine Laufrad
lösbar
mit der Fördereinrichtung
verbunden.
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Die
Laufräder
(und zugeordnete Teile wie etwa ein Nasenorgan, die Kammer und die
Basis) können
aus einem Material aus der Gruppe hergestellt sein, die umfasst:
Stahl, rostfreien Stahl, oberflächengehärtetes Metall
oder carbidbeschichtetes Metall, Kunststoff, gegossenes Polyurethan,
Glasfaser, Polytetra fluorethylen, Aluminium, Aluminiumlegierung,
Zink oder Zinklegierung, Hartmetall, Nickel, Chrom, Bor und/oder
Legierungen aus beliebigen dieser genannten Materialien.
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Vorzugsweise
umfasst das oder jedes Laufrad ein gekrümmtes vorderes Ende und einen
Abschnitt mit in Richtung der Axialgeschwindigkeit allmählich zunehmender
Breite und besitzt einen gekrümmten
Querschnitt.
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Vorzugsweise
umfasst die Fördereinrichtung ferner
wenigstens einen Sammeloberflächen-Feststoffdiffusor.
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Vorzugsweise
umfasst der wenigstens eine Sammeloberflächen-Feststoffdiffusor eine
Mehrzahl von beabstandeten Sammeloberflächen-Feststoffdiffusoren.
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Vorzugsweise
umfasst die Fördereinrichtung ferner
eine Windung, einen Träger
hierfür
und mehrere offene Bereiche, die (a) sich im Wesentlichen entlang
der Erstreckung des oder der Laufräder erstrecken und (b) durch
die sich zu behandelndes Beschickungsmaterial bewegen kann.
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Bei
einer Ausführungsform
erstreckt sich die Länge
der mehreren offenen Bereiche im Wesentlichen auf die Länge des
Laufrads oder der Laufräder.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die mehreren offenen Bereiche längs eines wesentlichen Abschnitts
der Länge
der Fördereinrichtung.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die mehreren offenen Bereiche im Wesentlichen über die
gesamte Länge
der Fördereinrichtung.
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Vorzugsweise
erstrecken sich die mehreren offenen Bereiche im Wesentlichen um
den gesamten Umfang der Fördereinrichtung.
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Vorzugsweise
besitzt die Fördereinrichtung ein
distales Ende, das einen kleineren Durchmesser als ein proximales
Ende hat, wobei an dem proximalen Ende im Gebrauch Beschickungsmaterial
in die Fördereinrichtung
eintritt und wenigstens einer der mehreren offenen Bereiche an das
distale Ende angrenzt.
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Vorzugsweise
umfasst das Gewinde mehrere Gewindegänge.
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Vorzugsweise
umfasst die Fördereinrichtung ferner
ein Beschickungsrohr mit einem Auslass zum Ausgeben des Beschickungsmaterials
in die Fördereinrichtung
mit der Axialgeschwindigkeit.
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Vorzugsweise
besitzt das wenigstens eine Laufrad ein vorderes Ende, wobei sich
der Auslass bei oder in dem vorderen Ende befindet.
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Vorzugsweise
weist die Fördereinrichtung ferner
eine Kammer in der Fördereinrichtung
auf, wobei die Kammer ein Eintrittsende zum Aufnehmen von Beschickungsmaterial
von einem Beschickungsrohr besitzt, wobei sich das Beschickungsmaterial durch
die Kammer bewegt und von einem Austrittsende der Kammer, das von
dem Eintrittsende beabstandet ist und sich in der Fördereinrichtung
befindet, austritt.
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Vorzugsweise
besitzt das wenigstens eine Laufrad ein vorderes Ende, das an dem
Austrittsende anliegt und in die Kammer vorsteht.
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Vorzugsweise
ist die Form der Kammer derart, dass im Gebrauch das in die Kammer
eintretende Beschickungsmaterial eine Eintrittsgeschwindigkeit besitzt
und das die Kammer verlassende Beschickungsmaterial eine Austrittsgeschwindigkeit
besitzt, wobei die Eintrittsgeschwindigkeit größer als die Austrittsgeschwindigkeit
ist.
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Vorzugsweise
hat die Kammer eine im Wesentlichen konische Form, wobei das Eintrittsende
einen kleineren Durchmesser als das Austrittsende hat.
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Vorzugsweise
hat ein Abstand zwischen dem Eintrittsende und dem Austrittsende
zum Innendurchmesser des Eintrittsendes ein Verhältnis von wenigstens 7:1 und
vorzugsweise wenigstens 10:1.
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Vorzugsweise
besitzt die Fördereinrichtung ferner
einen im Wesentlichen zylindrischen Abschnitt mit konstantem Außendurchmesser.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird nun beispielhaft auf die beigefügte Zeichnung
Bezug genommen, in der:
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1 ein
seitlicher Querschnitt einer Zentrifuge des "Dekantier"-Typs des Stands der Technik ist;
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2A und 2B eine
Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
einer Fördereinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind, die hier mit einer im Querschnitt gezeigten Zentrifuge
gezeigt werden;
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3A eine
seitliche Querschnittsansicht des Gehäuses der Zentrifuge von 2A und 2B ist;
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3B und 3C Endansichten
des Gehäuses
von 3A sind;
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4A eine
Seitenansicht der Fördereinrichtung
der Zentrifuge von 2A und 2B ist, und 4B eine
Endansicht der Fördereinrichtung von 4A ist;
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5A' und 5A'' eine
seitliche Querschnittsansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform
einer Fördereinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind, die hier mit einer im Querschnitt gezeigten Zentrifuge
gezeigt werden;
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5B ein
Querschnitt durch die Fördereinrichtung
entlang der Linie 5B-5B von 5A' ist;
und
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5C eine
Vergrößerung des
Laufrads der Fördereinrichtung
von 5A ist.
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In 2 wird eine Zentrifuge allgemein durch
das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet und sie besitzt ein äußeres Gehäuse 12,
in dem eine Wanne 20 mit einem hohlen Innenraum 23 drehbar
angebracht ist. Innerhalb des hohlen Innenraums 23 der Wanne 20 ist
eine Fördereinrichtung 40 drehbar
angebracht, die ein ununterbrochenes schraubenlinienförmiges Gewinde
oder eine Schraube 41 aufweist, die sich von einem ersten
Ende 21 der Wanne 20 zu einem zweiten Ende 22 der
Wanne 20 erstreckt. Träger 105 an
einer Basis 105a unterstützen die Zentrifuge (Wanne,
Fördereinrichtung, äußeres Gehäuse und
weitere Komponenten). Die Träger 105 können wiederum
selbst auf einem Rahmen unterstützt
werden.
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Mehrere
Unterstützungsstangen 49 sind
in dem ununterbrochenen schraubenlinienförmigen Gewinde 41 angeordnet
und sind an Kontaktpunkten mit Gewindegängen 42 des ununterbrochenen
schraubenlinienförmigen
Gewindes 41 z. B. durch Nieten und/oder Schweißen verbunden.
Die Gewindegänge 42 sind
so bemessen, dass sie um einen gewünschten Abstand von der Innenoberfläche der
Wanne 20 längs
der Wannelänge
getrennt sind. Die Kanten der Gewindegänge können mit nebeneinander liegenden Stücken oder
Platten ausgekleidet sein, die aus gesintertem Wolframcarbid hergestellt
sind, oder die Kanten können
an sich oberflächengehärtet sein
(wie es jeder beliebige andere Teil der Vorrichtung sein kann).
Eine Endplatte 43 befindet sich an einem Ende des ununterbrochenen
schraubenlinienförmigen
Gewindes 41, wobei sie z. B. durch Schweißen verbunden
ist, und eine Endplatte 47 befindet sich an dem anderen
Ende.
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Blenden 43, 44 und 46 sind
an den Stangen 49 befestigt. Vom Ende aus betrachtet sind
diese Blenden ähnlich
dem in 4B gezeigten Abschnitt der Fördereinrichtung 40.
Die Endblenden 43, 46 und die Platte 47 stellen
eine Unterstützung
und Befestigungspunkte für
die Wellen (Wellenzapfen) bereit, die die Fördereinrichtung unterstützen. Zusätzliche Blenden
können
bei jedem beliebigen Punkt in der Fördereinrichtung für eine zusätzliche
Verstärkung und/oder
für Befestigungspunkte
der Vorrichtung verwendet werden.
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Bereiche 51 zwischen
den Stangen 49 und den Gewindegängen 42 (zwischen
dem jeweiligen Stangenteil und dem jeweiligen Teil des Gewindegangs)
sind für
einen Fluidstrom hierdurch offen. Alternativ können Abschnitte der Fördereinrichtung
abgeschossen sein (d. h. Bereiche zwischen Stangenteilen und Gewindegängen sind
für einen
Fluidstrom nicht offen), sind jedoch nicht darauf beschränkt, wobei
sie z. B. das linke Viertel oder ein Drittel und/oder das rechte
Viertel oder ein Drittel hiervon verschließen; d. h. die gesamte Fördereinrichtung
oder lediglich ein Abschnitt davon kann mit einem "Käfig" versehen sein. Wegen der Offenheit
der mit dem "Käfig" versehenen Fördereinrichtung
(und wegen der Tatsache, das in bestimmten Aspekten Fluid auf eine
nicht gebündelte
Weise zugeführt
und nicht an einem Punkt oder an Punkten in der Nähe der Ansammlung in
der Wanne oder vor dem Strand zugeführt wird, und dass Fluid nicht
von innerhalb der Fördereinrichtung
durch eine Anzahl Anschlüsse
oder Mündungen zugeführt wird – wie im
Stand der Technik Fluid durch mehrere Anschlüsse oder Bereiche herausgeführt wird,
die dazu neigen, einen Fluidstrom von der Fördereinrichtung zu bündeln),
treffen Feststoffe in diesem Fluid nicht auf die Bereiche mit verhältnismäßig hoher
Turbulenz, die bestimmten Beschickungsverfahren des Stands der Technik
zugeordnet ist, und Feststoffe neigen eher dazu, in eine gewünschte Richtung
zu einem Feststoffauslass bzw. zu Feststoffauslässen zu fließen, statt
dass sie in eine unerwünschte
Richtung weg von dem Strand und zu den Flüssigkeitsauslässen fließen. Folglich
ermöglicht
bei bestimmten Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung das relative Nichtvorhandensein oder das verminderte Vorhandensein
von Turbulenz in der Ansammlung in der Wanne, dass die Zentrifuge
bei einer relativ geringeren Geschwindigkeit läuft, um die gewünschte Trennung
zu erzielen; d. h. bei bestimmen Aspekten von Zentrifugen, die eine
Fördereinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen, kann eine Wanne bei einer Geschwindigkeit zwischen
900 und 3500 U/min und eine Fördereinrichtung
bei einer Geschwindigkeit zwischen 1 und 100 U/min laufen.
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Die
Wanne 20 hat ein konisches oder "Strand"-förmiges
Ende 24 mit einem Strandabschnitt 25. Der Strandabschnitt 25 kann
bei einem Winkel liegen (und liegt vorzugsweise dort), der bei bestimmten
bevorzugten Ausführungsformen zwischen
3 und 15 Grad zu der Längsachse
der Wanne 20 liegt.
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Ein
Flansch 26 der Wanne 20 ist an einem Wannenkopf 27 befestigt,
durch den ein Kanal 28 verläuft. Ein Flansch 29 der
Wanne 20 ist an einem Wannenkopf 30 befestigt,
durch den ein Kanal verläuft.
Eine Welle 32 ist antreibend mit einem Getriebesystem 81 eines
Antriebs 80 verbunden. Durch eine Welle 31 verläuft ein
Kanal 35, durch den Fluid in die Zentrifuge 10 eingeleitet
wird. Ein (schematisch gezeigter) Motor M, der (z. B. mit einem
oder mehreren Riemen) mit einer angetriebenen Laufrolle 110 verbunden
ist, dreht wahlweise die Wanne 20 und ihren Kopf 27,
der mit dem Getriebesystem 81 des Antriebs 80 verbunden
ist (und die Wanne 20 dreht, was ein Drehen einer Welle 34 zur
Folge hat).
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Eine
Welle 32, die von dem Antrieb 80 vorsteht, ist
mit der Welle 34 verbunden. Der Antrieb 80 enthält ein Getriebesystem 81,
das mit einer Ritzelwelle 82 verbunden ist, die wahlweise
durch ein (von Roots Blowers and Compressors; siehe: www.rootsblower.com
verfügbares)
Roots XLP WHISPAIR®-Gebläse 140 oder
durch eine andere geeignete druckluftbetriebene Rotovariator-Vorrichtung
(die schematisch in 2 gezeigt ist),
die damit über
eine Kopplung 142 verbunden ist, wahlweise als Rotovariator
angetrieben (backdriven) werden kann, um über das Getriebesystem 81 die
Drehgeschwindigkeit der Welle 32 und folglich der Fördereinrichtung 40 zu ändern. Das
Gebläse 140 hat
ein einstellbares Lufteinlassventil 144 und ein einstellbares
Luftauslassventil 146 (die Geschwindigkeit der Fördereinrichtung
ist durch Einstellen eines oder beider Ventile einstellbar). Die
Menge der Luftaufnahme durch das Gebläse 140 bestimmt den
Widerstand, der von der Ritzelwelle 82 wahrgenommen wird,
die über
ein Getriebesystem 81 den Geschwindigkeitsunterschied zwischen
der Fördereinrichtung 40 und
der Wanne 20 einstellt. Alternativ kann ein nicht druckluftbetätigter Rotovariator
verwendet werden. Das Getriebesystem 81 (das durch die
Strichlinie in dem Antrieb 80 schematisch gezeigt ist)
kann irgendein bekanntes Zentrifugen-Getriebesystem sein, z. B.
ein bekanntes Zweistufen-Planetensternsystem oder ein Clustergetriebesystem,
ist jedoch nicht darauf beschränkt.
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Auf
Wunsch wird die Welle 82 mit einer (nicht gezeigten) Drosselvorrichtung
gekoppelt, die in einem Aspekt eine druckluftbetätigte Pumpe enthält, z. B.
eine einstellbare Verdrängerpumpe
[die z. B. luftbetrieben, druckluftbetrieben (gemäß der vorliegenden
Erfindung) oder nicht druckluftbetrieben ist], die mit der Welle 82 verbunden
ist, um einen einstellbaren Rotovariator bereitzustellen.
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Feststoffe
treten durch vier Feststoffauslässe 36 (von
denen zwei gezeigt sind) in der Wanne 20 aus und Flüssigkeit
tritt durch Flüssigkeitsauslässe 37 in
der Wanne 20 aus. Es kann einen, zwei, drei, vier, fünf, sechs
oder mehr Auslässe 36 und 37 geben.
In einem Aspekt gibt es vier beabstandete Auslässe 37 (von denen
zwei gezeigt sind).
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Die
Welle 34 erstreckt sich durch ein Stehlager 83 und
besitzt mehrere Schmierstoffanschlüsse 84, die mit Schmierstoffkanälen 85, 86 und 87 in Verbindung
stehen, um die Lager und die Wellen zu schmieren. Lager 100 neben
der Welle 34 erleichtern eine Bewegung der Welle 34.
Innere Lager können geschmiert,
beringt und durch Dichtungen 102 (die Schmierstoff zurückhalten)
abgedichtet sein.
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Ein
Ende 109 der Welle 31 erstreckt sich durch die
angetriebene Laufrolle 110.
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Befestigungsringe 120, 121,
die an beiden Enden der Wanne 20 befestigt sind, erleichtern
ein Abdichten der Wanne 20 in dem Gehäuse 12. Zwei Pflüge 148 (einer,
zwei, drei, vier oder mehr) an der Wanne 20 kratzen oder
wischen den Bereich um die Feststoffauslässe 36, so dass die
Auslässe
nicht verstopfen, und sie halten die Radialgeschwindigkeit des Produkts
aufrecht oder erhöhen
diese, wenn sich die Wanne dreht, um einen Austritt von Feststoffen
zu erleichtern. Die Pflüge
verringern außerdem
den Widerstand der Wanne an dem Gehäuse, indem sie eine Feststoffansammlung
um Feststoffaustrittspunkte verringern.
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Ein
Beschickungsrohr 130 mit einem Flansch 147 erstreckt
sich durch das Innere der Eingangswelle 31. Das Beschickungsrohr 130 besitzt ein
Auslassende 131. Zu behandelndes Fluid fließt in ein
Einlassende (linke Seite in 2) des
Beschickungsrohrs.
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Auf
Wunsch sind einer oder mehrere beabstandete Sammeloberflächen-Diffusorelemente 125 an
der Fördereinrichtung
befestigt und verteilen oder unterbrechen den unerwünschten
Fluss von Feststoffen, die von dem Strandbereich 24 weg
fließen. Die
Diffusorelemente 125 sind in 2 und 5B gezeigt.
Feststoffe können
dazu neigen, sich in obere Schichten aus Material zu bewegen (schlickerartiges Material
mit Feststoffen darin), das von dem Strandbereich weg und zu den
Flüssigkeitsauslässen 37 strömt. Diffusorelemente 125 erstrecken
sich in diese oberen Schichten, so dass die Feststoffe in der oberen
Schlickerschicht durch die Diffusorelemente nach unten gedrückt werden
und/oder auf die Diffusorelemente treffen und von der oberen fließenden Schlickerschicht
herab und heraus in untere Bereiche oder Schichten fallen, die nicht
so schnell fließen und/oder
die im Vergleich zu den Schichten relativ stabil sind, so dass sich
die Feststoffe hierauf in der Wanne zu der inneren Wannenwand und
hierauf zum Strand weiterbewegen können.
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Auf
Wunsch erleichtern mehrere beabstandete Traktionsstreifen oder Stangen 126 eine
Bewegung der Feststoffe zu dem Strand und erleichtern eine Anhäufung von
Feststoffen und eine Ansammlung von Feststoffen, um die Beförderung
von Feststoffen zu erleichtern.
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5A veranschaulicht eine Dekantier-Zentrifuge 210 wie
die Zentrifuge 10 von 2 (und
gleiche Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Teile). Die Zentrifuge 210 besitzt
ein Beschickungsrohr 230 mit einer Austrittsöffnung 231,
aus der zu verarbeitendes Material austritt und in einen konischen
Abschnitt einer Kammer 240 durch eine Eintrittsöffnung 241 eintritt.
Obwohl die Kammer 240 im Allgemeinen konisch ist, kann
sie jede beliebige gewünschte Querschnittsform
einschließlich
einer zylindrischen Form (gleichmäßig rund im Querschnitt von
einem Ende zum anderen Ende) oder einer Polygonform (z. B. quadratisch,
dreieckig, rechteckig im Querschnitt) annehmen, ist jedoch nicht
darauf beschränkt.
Die Teile 230, 240, 242 und 244 können als
eine Einheit zusammengeschweißt
sein.
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Das
Ende des Beschickungsrohrs 230 in der Fördereinrichtung 40 erstreck
sich durch eine Befestigungsplatte 242 und durch ein hohles
Rohr 243. Das Rohr 243 und ein Abschnitt der Kammer 240 werden
in einem Unterstützungselement 244 unterstützt. Ein
Unterstützungsring 246,
der mit Stangen 49 verbunden ist (von denen drei gezeigt
sind; vier Stangen sind um die Fördereinrichtung
wie in 2 beabstandet), unterstützt das
andere Ende der Kammer 240. An dem Nasenorgan 260 befestigte
Laufräder 250 (die
geschweißt
oder genietet sind) (oder die Laufräder und das Nasenorgan sind
als ein einteiliges Stück
ausgebildet, z. B. als ein einteiliges Stück gegossen), besitzen vordere
Endabschnitte 252, die an einem Ende der Kammer 240 anliegen
und in ein Fluiddurchgangsende 247 der Kammer 240 vorstehen,
von dem Fluid aus der Kammer 240 austritt. In einem bestimmten
Aspekt beträgt
der Abstand von dem Austrittsende 231 des Beschickungsrohrs 230 zu
dem Fluiddurchgangsende 247 der Kammer 240 etwa
36 Zoll (0,91 m). Bei anderen Ausführungsformen beträgt dieser
Abstand wenigstens 19 Zoll (0,48 m) und vorzugsweise wenigstens
20 Zoll (0,51 m). Es ist außerdem
im Umfang dieser Erfindung enthalten, dass das Austrittsende des
Beschickungsrohrs in dem Rohr 243 liegt. Alternativ kann
die Kammer 240 weggelassen werden und das Rohr 243 auf
einen beliebigen Abstand (rechts der Platte 242) innerhalb
der Fördereinrichtung 40 bis
zu den Laufrädern
oder bis zu einem Punkt innerhalb dieser ausgedehnt werden. Das
Nasenorgan 260 besitzt einen massiven Plattenabschnitt 262 und
eine Nase 264. Bei einem Aspekt sind alle Teile 240-260 für ein leichtes
Entfernen und einen Austausch genietet oder auf eine andere Weise
lösbar
mit der Fördereinrichtung
verbunden. Alternativ können
sie stattdessen geschweißt
sein. 5B veranschaulicht (jeweils
mit Strichlinien 125a, 125b) eine äußere Kante
und eine innere Kante einer der im Allgemeinen kreisförmigen Sammeloberflächen-Feststoffdiffusoren.
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5B und 5C zeigen
die beabstandeten Laufräder 250,
die so entworfen sind, dass sie Fluid, das aus der Fördereinrichtung
austritt, radial und drehend auf die Sammeloberflächengeschwindigkeit
beschleunigen, um durch eine derartige Beschickung eine Störung der
Ansammlung zu verringern. Bei einer weiteren Ausführungsform
wird die Kammer 240 weggelassen und die Laufräder 250 erstrecken
sich zu dem Ende des Beschickungsrohrs (links in 5A)
und in einer derartigen Ausführungsform
befindet sich das Ende des Beschickungsrohrs innerhalb der Laufräder. Auf
Wunsch sind die Teile, die der inneren Beschickungskammer (einschließlich Befestigungsplatte
und Rohr) zugeordnet sind, Laufräder
und das Nasenorgan alle lösbar
an der Fördereinrichtung
festgenietet, so dass sie ausgetauscht werden können. Alternativ sind sie in
einem Aspekt stattdessen dauerhaft angeschweißt. Der gleiche Antriebsmotor-Antrieb,
die angetriebene Laufrolle, die Rotovariator-Vorrichtung, Lager usw. wie in 2 können
mit der Zentrifuge von 5A verwendet
werden.
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Bei
einer typischen Zentrifuge des Stands der Technik beträgt das Verhältnis des
Innendurchmessers des Austrittsendes des Beschickungsrohrs zu der
Länge des
freien Fluidweges innerhalb der Fördereinrichtung (z. B. in einer
Beschleunigungskammer des Stands der Technik von dem Beschickungsrohraustritt
zu der entfernten Endwand der Beschleunigungskammer) etwa 4:1 oder
weniger. Bei bestimmten Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung beträgt
dieses Verhältnis
7:1 oder mehr, und bei anderen Aspekten beträgt es 10:1 oder mehr. Bei einer
bestimmten Zentrifuge, die eine För dereinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst, beträgt
der innere Beschickungsrohraustritts-Durchmesser etwa 2,25 Zoll
(0,057 m) und der Abstand von dem Beschickungsrohraustritt zu der Vorderkante 252 eines
Laufrads (wie in 5A) beträgt etwa
36 Zoll (0,91 m).
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Jedes
beliebige Teil einer hier offenbarten Fördereinrichtung oder Zentrifuge,
insbesondere Teile, die einem Fluidfluss ausgesetzt sind, können mit einer
Schutzbeschichtung beschichtet sein, oberflächengehärtet und/oder mit Wolframcarbid
oder einem ähnlichen
Material beschichtet sein.
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Eine
Kammer oder ein Bereich zur "Geschwindigkeitsverringerung" befindet sich bei
bestimmten Ausführungsformen
auf Wunsch hinter der Düse
(dem Beschickungsrohr) (z. B. rechts von dem inneren Ende des Beschickungsrohrs
in 2A, 2B und 5A).
Dieser ungehinderte Bereich kann einen Zwischenraum in einer Kammer
(z. B. in einem massivwandigen Hohlelement, das an beiden Seiten offen
ist), die zwischen dem Beschickungsrohraustritt und Fördereinrichtungs-Fluidaustrittsbereichen
oder einer Radialbeschleunigungsvorrichtung (z. B. einem Laufrad)
innerhalb der Fördereinrichtung
angeordnet ist, enthalten. Fluid von dem Beschickungsrohr bewegt
sich durch eine Kammer, die fließendes Fluid verteilt; stellt
einen Zwischenraum bereit, um zu ermöglichen, dass sich die Geschwindigkeit
des Fluids verringert (die Geschwindigkeit in die allgemeine Richtung
der horizontalen oder der Längsachse
der Zentrifuge); und lenkt Fluid, so dass es auf die Laufräder trifft.
Verschiedene auswechselbare Düsen können bei
dem Beschickungsrohr verwendet werden. Das Düsenaustrittsende kann in der
Fördereinrichtung
nicht mittig angeordnet sein – d.
h. nicht auf der Längsachse
der Fördereinrichtung.
Die Kammer kann jede beliebige Form aufweisen – z. B. konisch, zylindrisch,
und/oder dreieckig, quadratisch, rechteckig oder polygonförmig im
Querschnitt, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und eine beliebige Anzahl von
beliebigen bekannten Laufrädern,
Schaufeln oder Flügeln
kann verwendet werden.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen
fließt Fluid
durch die Kammer und trifft auf mehrere Laufräder, die mit der Fördereinrichtung
verbunden sind und sich damit drehen. Das Fluid trifft auf die Laufräder und
wird hierauf durch die Schaufeln zu den Gewindegängen der Fördereinrichtung radial nach
außen bewegt.
Die Laufräder
sind so konfiguriert und angeordnet, dass sie das Fluid drehend
beschleunigen, so dass, wenn das Fluid an den Außenkanten der Laufräder vorbeikommt,
die Rotationsgeschwindigkeit des Fluids annähernd oder genau der Geschwindigkeit
einer Materialansammlung in der Wanne entspricht – wodurch
folglich ein Eintritt dieses Fluids in die Ansammlung oder in die
Fluidmasse, die bereits in der Wanne vorhanden ist, erleichtert
wird. Durch eine Verringerung oder Beseitigung des Geschwindigkeitsunterschieds
zwischen Fluid, das von der Beschleunigungskammer fließt und Fluid,
das bereits in der Wanne vorhanden ist, wird Turbulenz verringert,
ein Eintritt von Feststoffen des eindringenden Fluids in die Ansammlung
in der Wanne wird erleichtert und dies hat eine wirksamere Abtrennung von
Feststoffen zur Folge.