5.10.4    Durch die Restfeuchte bedingtes Abknicken des Drehmoments

Abb. 1:                Synchrones Abknicken des Moments beim Restfeuchteanstieg [Stahl]

Das Diagramm in Abb. 1 zeigt einen interessanten Effekt. Das Drehmoment beginnt ab dem kritischen Durchsatz bei steigender Restfeuchte mehr oder weniger stark abzuflachen. Wäre der Reibwert des Feststoffs unabhängig von der Restfeuchte, so müsste in dieser Auftragung über dem trockenen Feststoffmassendurchsatz das Moment im selben Maße steigen, wie Wasser innerhalb des Kuchens zusätzlich als Feuchte gebunden durch die Schnecke transportiert werden muss. Tatsächlich ist das Verhalten gerade umgekehrt. Zum Teil lässt sich eine degressive Kennlinie des Drehmomentes daraus erklären, dass die Motordrehzahl mit zunehmendem Durchsatz absinkt und auch der Riemen- und Kupplungsschlupf steigt. Bei genauer Registrierung der Zentrifugendrehzahl kann dieser Effekt durch Korrektur über das bezogene Moment, wobei für jeden Messpunkt die momentane Haupt- und Differenzdrehzahl der Zentrifuge einzusetzen ist, erfasst werden. Führt man dies durch, so ist immer noch ein Abflachen anstelle eines Ansteigens mit der Restfeuchte feststellbar, das nur durch einen Abfall des Gleitreibwertes auf der polierten Konusoberfläche durch Flüssigkeitsschmierung erklärt werden kann.

Als Folge dieses Verhaltens wäre nun eine drehmomentabhängige Regelung des Feststoffdurchsatzes zumindest nicht im oberen Lastbereich brauchbar, da diese gerade am Beginn des Restfeuchten­anstiegs abflacht, d.h. unsensibel wird. Die Regelung müsste deshalb am Beginn des steigenden Restfeuchte-Astes durch eine Volumenstrombegrenzung außer Betrieb gesetzt werden oder man arbeitet zusätzlich mit einem Restfeuchtensensor, der den Anstieg qualitativ registriert und in den Regelkreis eingreift.

5.10.4.1                     Einfluss der Wehrhöhe auf die Restfeuchte

Abb. 2:                Abhängigkeit des Restfeuchteverlaufes von der Teichtiefe und der Differenzdrehzahl für PVC mit einem Dekanter mit einem Trommeldurchmesser von 500 mm bei konstanter Hauptdrehzahl [MVM]

Erhöht man die Niveaueinstellung bei gleicher Haupt- und Differenzdrehzahl, so wird sich dies in zweifacher Hinsicht an der Restfeuchtekurve bemerkbar machen.

1.    Durch die verkürzte Trockenverweilzeit und dem gleichzeitig kleineren mittleren C-Wert am Konus wird die Kinetik weniger weit ablaufen und die Restfeuchte ansteigen. Die Ergebnisse in Abb.2, die für eine PVC-Sorte gewonnen wurden, zeigen diesen Sachverhalt. Die Abstände der Kurven sind produkttypisch.

2.    Der kritische Durchsatz am Knickpunkt wird sich verschieben. Da die Fördergeschwindigkeit nicht geändert wird, genügt die Betrachtung nach der einfachen Theorie der Modellzahl (siehe Kap. 5.8). Aus den verschiedenen Teichtiefen ergibt sich bezogen auf einen Niveau­durch­messer von 414 mm:

(.1          Kein Text mit angegebener Formatvorlage im

bzw.:

(.2.       n Text mit angegebener Formatvorlage im Dokum

Dies entspricht den Messungen in der zu erwartenden Genauigkeit.

5.10.4.2                    Einfluss der Differenzdrehzahl auf die Restfeuchte

Mit demselben PVC Produkt , mit dem die Ergebnisse aus Abb. 2 gemessen wurden, wurden auch Versuche bei unterschiedlichen Differenzdrehzahlen und gleicher Teichtiefe durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Abb. 3 dargestellt. Die Differenzdrehzahl wurde mit den Werten 60, 50 und 45 min-1 jeweils relativ niedrig eingestellt.

Abb. 3:                Abhängigkeit des Restfeuchteverlaufes von der Differenzdrehzahl für PVC mit einem Dekanter mit einem Trommeldurchmesser von 500 mm bei konstanter Hauptdrehzahl [Stahl]

Die Kurven zeigen mit steigender Differenzdrehzahl eine eindeutige Tendenz zu höheren Restfeuchten und kleinerem Eckdurchsatz. Die Unterschiede sind jedoch nur gering. Die Skalierung in Abb. 3 wurde gewählt, damit die Unterschiede erkennbar sind.

Die Differenzdrehzahl wirkt sich hauptsächlich auf die Verweilzeit des Feststoffes in der Maschine und, gekoppelt mit der Massenbilanz, auch auf die Größe bzw. die Querschnittsfläche des Kuchens aus. Mit steigender Differenzdrehzahl sinkt die Verweilzeit des Feststoffes in der Maschine und am trockenen Teil des Konus. Gleichzeitig wird auch die Querschnittsfläche kleiner, da der Feststoff schneller durch die Maschine transportiert wird. Durch die kleinere Querschnittsfläche des Haufwerkes nimmt die im Haufwerk enthaltene Flüssigkeitsmenge und die Länge des Strömungs­weges ab. Offensichtlich wirkt sich bei diesem Produkt die Verkürzung der Verweilzeit stärker aus als die Verkleinerung der Querschnittsfläche.

Dies muss nicht zwangsläufig für alle Produkte gelten. Insbesondere die Oberflächenrauhigkeit kann hier starken Einfluss gewinnen. Die Reduzierung der Differenzdrehzahl findet durch die Erhöhung des Drehmomentes und Probleme beim Feststofftransport ihre Grenze (siehe Kap. 5.10.4.3).

5.10.4.3                    Progressives spezifisches Moment über dem Feststoffdurchsatz

Auch das plötzliche starke Ansteigen des Drehmoments mit steigendem Feststoffdurchsatz kann vorkommen. Dafür gibt es keine Begründung durch die Veränderung der Restfeuchte, jedoch spielen Probleme der Schneckengeometrie oft eine Rolle.

5.10.4.3.1             Ursachen aus der Schneckengeometrie

Schneckengrundkörper anläuft. Der Beginn der Berührung ist, abgesehen von Schleifspuren nach der Rotordemontage, aus dem Betriebsverhalten nicht detektierbar.

Steigt der Durchsatz jedoch dann nur noch geringfügig an, so kommt es durch den Quetschvorgang des Kuchens zwischen dem Scheckengrundkörper und der Trommel zu einer steilen Zunahme des Drehmoments mit anschließender Überlastabschaltung. Dieser Betriebsbereich kann bedingt durch das Bruch- bzw. Reibverhalten des Produkts mit Drehschwingungen sehr großer Amplituden verbunden sein, was bei Dauerbetrieb in diesem Bereich zu Getriebeschäden und zum Dauerbruch der Schneckenantriebswelle führen kann.

Zur Reduzierung der Kuchenhöhe muss dann entweder der Feststoffmassendurchsatz reduziert oder aber die Differenzdrehzahl erhöht werden. Bei der Erhöhung der Differenzdrehzahl ist allerdings zu beachten, dass diese Maßnahme auch Auswirkungen auf einige verfahrenstechnische Prozesse in der Maschine haben kann. Diese sind in den jeweiligen Kapiteln diskutiert.

Abb. 5:                Plötzliche Drehmomenterhöhung beim Anstreifen des Kuchens am Schneckengrundkörper bei der Trennung einer DMT-Suspension [Stahl]

Die Abb. 5 zeigt den zunächst leichten progressiven Anstieg des Drehmoments, wenn der Kuchen bereits trapezförmigen Querschnitt einnimmt. Es entstehen bereits Drehschwingungen. Mit dem zusätzlichen Anlaufen der Kuchenoberseite am Schneckengrundkörper steigt dann das Drehmoment vehement an. Dem mittleren Drehmoment waren dabei starke Drehschwingungen überlagert. Der Transport­vorgang kann hier mit demjenigen in Schneckenpressen bei fast inkompressiblem körnigem Feststoff verglichen werden. Die Abb. 6 zeigt, dass diese volumetrische Grenzkapazität bei der dieser Quetschvorgang auftritt, linear mit der Differenzdrehzahl ansteigt und bestätigt damit diesen Befund.

Abb. 6:                Volumetrische Grenzkapazität an Feststoffdurchsatz bei der Trennung einer DMT-Suspension als Funktion der Differenzdrehzahl [Stahl]

5.10.4.3.2             Betriebsbedingtes progressives Drehmoment

Anschmelzungen des Produktes

Wie in Kap. () näher beschrieben, führt eine zu hohe Reibung am Schneckenblatt in Verbindung mit dem Betrieb des Dekanters nahe der Schmelztemperatur des Feststoffs zu Drehmoment­schwankungen durch Plastifizierung.