CH620376A5

CH620376A5 -

Info

Publication number: CH620376A5
Application number: CH220777A
Authority: CH
Inventors: Ernst-August Bielefeldt
Original assignee: Messerschmitt Boelkow Blohm
Priority date: 1976-03-10
Filing date: 1977-02-22
Publication date: 1980-11-28
Also published as: ES456721A1; DD129112A5; IT1077655B; FR2343510A1; AU505811B2; SU735156A3; JPS5432985B2; HU174354B; ZA771464B; DE2610031C3; DE2610031B2; GB1582541A; SE7701133L; US4244708A; AU2314877A; SE418692B; DE2610031A1; JPS52111066A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stofftrennung mittels auf das betreffende Medium einwirkender Fliehkraft und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Stofftrennung mittels Fliehkraft sind viele Lösungen bekanntgeworden. Insbesondere wird in der DE-OS

2 160 415 ein Verfahren zum Trennen und Abscheiden von in einem Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft aufgezeigt, bei dem das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium in eine gekrümmte Hauptströmung geleitet wird und an deren konkaver Seite an einer Abströmkante vorbeiströmend einen über die gesamte Breite des strömenden Mediums reichenden stehenden Wirbel erzeugt, der mit einem Teil seines äusseren Bereiches an der Hauptströmung anliegt bzw. in diese übergeht. Auf diese Weise wird ein selbststabilisierendes, aerodynamisch sauberes und geordnetes Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkung geschaffen. Der von den zu trennenden oder abzuscheidenden Stoffen befreite Teil des strömenden Mediums sammelt sich im Zentrum der Wirbelkammer und verlässt die Wirbelzone durch axiale Austrittsleitungen. Die abgetrennten Partikel verlassen die Wirbelzone unter dem Einfluss der Fliehkraft, gelangen zurück in die Hauptströmung und werden mit dieser an der Wirbelkammer vorbeigeleitet. Ungeachtet der sehr wirksamen Abscheidung auch feinster Partikel weist dieses Verfahren jedoch den Nachteil auf, dass das Verhältnis des abgezweigten Reinvolumenstroms zum Rohvolumenstrom relativ niedrig ist.

Demgemäss besteht die erfindungsgemässe Aufgabe darin, ein Verfahren zur Stofftrennung mittels Fliehkraft zu schaffen, das unter der Wirkung selbststabilisierender, strömungstechnisch sauberer und geordneter Strömungsfelder eine Stofftrennung mit einem wesentlich höheren Verhältnis des Reinvolumenstroms zum Rohvolumenstrom erlaubt.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das zu behandelnde Medium wenigstens zwei Stufen durchläuft,

wobei in der ersten Stufe eine Drallerzeugung innerhalb mindestens eines Drallerzeugers und in der zweiten Stufe die Stofftrennung innerhalb mindestens einer Abtrenneinrichtung mittels mindestens einer Wirbelquelle erfolgt.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann durch zweckmässige Ausgestaltungen erweitert werden. Eine solche Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass das behandelte Medium im Anschluss an die Abtrennstufe eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Drallenergie durchläuft.

Eine andere Weiterbildung besteht darin, dass das Abtrenngehäuse auf einen Zyklon üblicher Bauart aufgesetzt sein kann.

Ausserdem ist eine Weiterbildung denkbar, bei der bereits aus dem Drallerzeugungsgehäuse ein Volumenstrom, der leicht abtrennbare Partikel oder leicht abtrennbares Medium enthält, abgezweigt wird.

Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Drallerzeugungsgehäuse mit einem oder mehreren Drallweiterleitrohren ausgestattet ist, das in ein oder mehrere Abtrenngehäuse derart hineinragt, dass in bezug auf ein Absaugrohr ein Strömungszwischenraum entsteht, wobei je Abtrenngehäuse mindestens eine tangentiale Austrittsöffnung zur Absaugung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Abbildungsbeschreibung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Abb. 1 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,

Abb. 2 den Schnitt A-A aus Abb. 1,

Abb. 3 den Schnitt B-B aus Abb. 1,

Abb. 4 einen Zyklon mit aufgesetztem Abtrenngehäuse, Fig. 5 den Schnitt C-C aus Abb. 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Abzweigung eines Teilstromes aus dem Drallerzeugungsgehäuse, Fig. 7 den Schnitt C-C aus Abb. 6,

Fig. 8 den Schnitt E—E aus Abb. 6,

Abb. 9 eine Einrichtung nach Abb. 6 mit Darstellung der Zusammenführung der Rest-Rohvolumenströme,

s io

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

620 376

Abb. 10 eine erfindungsgemässe Einrichtung mit zwei integrierten Gebläsen,

Abb. 11 ein Schaltungsbeispiel einer erfindungsgemässen Einrichtung mit einem Direktabscheider,

Abb. 12 ein Schaltungsbeispiel mit zwei erfindungsgemässen Einrichtungen und einem Direktabscheider und

Abb. 13 eine Beispielausführung der erfindungsgemässen Einrichtung mit hintereinander geschalteten Abtrenngehäusen.

Die Abbildungen 1—3 zeigen eine Beispielausführung einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einem Drallerzeugungsgehäuse 1, mit Drallweiterleitrohren 10, 11 und mit Abtrenngehäusen 2, 3 mit je einem Absaugrohr 10a und einem jeweiligen Strömungszwischenraum 12. Der Strom des zu reinigenden oder zu behandelnden Mediums tritt durch einen tangentialen Strömungseintritt 7 in das Drallerzeugungsgehäuse 1 ein. Durch den tangentialen Eintritt 7 und die beispielsweise spiralige Form entsprechend Abb. 2 des Gehäuses 1 mit den axialen Begrenzungswänden 5, 6 und den Drallweiterleitrohren 10, 11 entsteht hier eine Drehströmung, wie sie sich aus der Überlagerung einer reinen Wirbelströmung mit einer Senkenströmung ergibt. Beim Durchtritt des Mediums durch die Drallweiterleitrohre 10, 11 bleibt der im Gehäuse 1 aufgebaute Drall des Mediums erhalten, so dass innerhalb der Rohre 10,11 infolge des hier stark verringerten Durchmessers eine beachtliche Zunahme der Drehgeschwindigkeit eintritt. Hierdurch werden die schwereren Bestandteile des Mediums in einer sehr dünnen Schicht 16 auf schraubenförmigen Bahnen an den Innenwänden der Rohre 10, 11 entlang in den jeweiligen Strömungszwischenraum 12 geführt. Die in diesen Gehäusen vorhandene Strömung wird beherrscht vom Einströmen des drehenden Mediums aus der jeweiligen Mündung 14, von einer tangentialen Absaugung - entsprechend Abb. 3 - durch die Kanäle 8, 9 und von einer Absaugung durch die jeweilige Mündung 15. Unter dem Einfluss dieser Teilströmungen entsteht im jeweiligen Zentrum der Gehäuse 2, 3 eine Wirbelquelle als Überlagerung einer Quellströmung mit einer starken Drehbewegung. Die Zufuhr von Drallenergie in dieses Strömungsfeld erfolgt erstens durch die aus der jeweiligen Mündung 14 austretende drehende Quellströmung und zweitens durch die über die Absaugung an den Austrittsöffnungen 8, 9 vorgegebene Tan-gentialgeschwindigkeit entlang der Gehäusewand 13. Nach dem Austritt aus der jeweiligen Mündung 14 werden die schwereren Bestandteile des Mediums, z. B. Staubpartikel durch die hohe Fliehkraftwirkung der Drehströmung und durch die überlagerte Schleppwirkung der Quellströmung bis in die Nähe der gekrümmten Wand des jeweiligen Gehäuses 2, 3 verschoben und verlassen das Gehäuse durch die Öffnungen 8, 9. Durch die gekrümmte Strömung entlang der Gehäusewand wird eine Sekundärströmung induziert, die sich der vorbeschriebenen Strömung zusätzlich überlagert. Partikel, die von der Sekundärströmung erfasst werden, bewegen sich entlang der gekrümmten Gehäusewand 13 beidseitig in axialer Richtung bis zu den axialen Begrenzungswänden 5, 18 des jeweiligen Gehäuses 2, 3, von hier zu den Wurzeln der Rohre 10, 10a und von hier aus mit jeweils zur Mitte des Gehäuses gerichteter axialer Komponente auf schraubenförmigen, sich spiralig erweiternden Bahnen zur gekrümmten Gehäusewand, so dass sie das Gehäuse 2, 3 ebenfalls durch die Öffnungen 8, 9 verlassen. Die Schleppwirkung der Sekundärströmung ist in der Nähe der jeweiligen axialen Begrenzungswände 5, 18 radial nach innen gerichtet, wohingegen sie sich mit zunehmender axialer Verschiebung zur Mittelebene des Gehäuses 2, 3 hin allmählich in die Richtung radial nach aussen hin umkehrt. Darüber hinaus haben die Schleppwirkung der Quellströmung wie auch die Fliehkraft hier im Bereich der Mittelebene des Gehäuses 2, 3 ihre stärkste Wirkung. Die Überlagerung aller dieser Effekte bewirkt, dass die an den Wurzeln der Rohre 10,

10a im jeweiligen Gehäuse 2, 3 beginnende axiale Verschiebung dieser durch die Sekundärströmung zurückgeschleppten Partikel sich mit zunehmender Verschiebung zur radialen Mittelebene des Gehäuses 2, 3 hin immer mehr in eine radiale Verschiebung nach aussen umwandelt. Daher werden diese zurückgeschleppten Partikel wieder nach aussen zur Peripherie des Gehäuses und zu dessen Austritt hin verschoben. Aus obigem geht hervor, dass die schwereren Bestandteile des Mediums nach dem Eintritt in den Strömungszwischenraum 12 zwischen den jeweiligen Mündungen 14 und 15 auf spiraligen Bahnen 17 mit hoher Radialgeschwindigkeitskomponente nach aussen wandern. Hierdurch kann an der jeweiligen Mündung 15 der spezifisch leichtere Teil des Mediums axial abgesaugt werden. Die durch die Mündung 15 aus dem jeweiligen Gehäuse 2, 3 austretende Strömung ist stark drallbehaftet. Es ist daher zweckmässig, dass jeweils eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Drallenergie bekannter Art, beispielsweise bestehend aus einem Entdrallapparat 19 und einem Diffusor 20, nachgeschaltet wird. Die Geometrie der vorbeschriebenen Einrichtung ist nicht auf die in den Abbildungen 1-3 dargestellten Proportionen beschränkt. So ist ein sehr flaches, also in axialer Richtung stark verkürztes Abtrenngehäuse denkbar. Hierdurch ist es möglich, den radial nach aussen gerichteten Mitschleppeffekt der Quellströmung derart zu verstärken, dass der in der Nähe der axialen Begrenzungswände nach innen gerichtete Mitschleppeffekt der Sekundärströmung nach aussen umgekehrt wird. Hierbei können auch Abtrenngehäuse-Formen möglich sein, bei denen die Mündungen der Drallweiterleitrohre bzw. der Absaugrohre in die Ebenen der ihnen jeweils benachbarten axialen Begrenzungswände fallen, oder dass nur eine Mündung, z. B. die Eintrittsmündung, mit der ihr benachbarten axialen Begrenzungswand zusammenfällt.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass nur ein Abtrenngehäuse einseitig am Drallerzeugungsgehäuse angeordnet wird. Dadurch verdoppelt sich der Volumenstrom durch den Strömungszwischenraum gegenüber der in Abb. 1 dargestellten Anordnung.

Die Abbildungen 4 und 5 zeigen eine Beispielausführung einer Einrichtung die sich aus der Kombination eines Abtrenngehäuses mit einem Zyklonabscheider bekannter Bauart ergibt. Hier dient das Zyklongehäuse la als Drallerzeugungsgehäuse, wobei innerhalb dieses Gehäuses bereits eine erste Abtrennung in bekannter Weise stattfindet. Die stark drallbehaftete Strömung gelangt durch das Tauchrohr IIa in das Abtrenngehäuse 2a, wo eine zweite Abtennnung mittels der Wirbelquelle stattfindet. Die hier abgetrennten Bestandteile des Mediums verlassen das Gehäuse 2a auf tangentialen Wegen entsprechend Abbildung 5. Die spezifisch leichteren Bestandteile des Mediums verlassen das Gehäuse 2a durch das Absaugrohr 10b. Bei der Anwendung dieser Kombination auf den Anwendungsfall der Staubabtrennung wirkt der Zyklon als Vorabscheider und das nachgeschaltete Abtrenngehäuse 2a als Feinabscheider.

Abb. 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der das Drallerzeugungsgehäuse 1 aus Abb. 1 durch eine Wirbelkammer 21 ersetzt ist. Diese an sich z. B. durch die DE-OS 2 160 415 bekannte Wirbelkammer wirkt hier als Vor- oder Grobabscheider. Entsprechend Abb. 7 tritt der zu behandelnde Volumenstrom tangential in die Wirbelkammer 21 ein, wo er sich in den tangential austretendem Teilstrom 22 und die beiden durch die Tauchrohre austretenden Teilströme 22a verzweigt. Infolge des starken Wirbels innerhalb der Wirbelkammer sind die Teilströme 22a stark drallbehaftet, so dass nachfolgend eine Abscheidung durch eine Wirbelquellenströmung in vorbeschriebener Weise innerhalb der Abtrenngehäuse 2, 3 durchgeführt werden kann. Abb. 8 zeigt die strichlierten Bahnen der hier abgetrennten Partikel. Eine konstruktive Gestaltung der

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

620 376

4

Zusammenführung der Teilströme 22 und 22b der Einrichtung nach Abb. 6 zeigt Abb. 9.

In Abb. 10 ist eine weitere Ausgestaltung dargestellt, die aus dem Drallerzeugungsgehäuse 1 und den beiden Abtrenngehäusen 2, 3 besteht. In dieser Einrichtung sind zwei Radialgebläse 23, 24 integriert, die das gereinigte Medium aus den Abtrenngehäusen absaugen. Beide Gebläse sind durch eine gemeinsame Welle 25 verbunden, so dass ein gemeinsamer Motor zum Antrieb der Gebläse verwendet werden kann. Die Radialgebläse dienen erstens zum Antrieb der Gesamtströmung mit Ausnahme der Quellströmung in den beiden Abtrenngehäusen 2, 3. Zweitens können die Gebläse bei günstiger Auslegung als Entdralleinrichtung wirken. Die gemeinsame Welle 25, die koaxial mit der Hauptachse der Einrichtung durch die Drallweiterleitrohre, die Abtrenn- und das Drallerzeugungsgehäuse läuft, kann so ausgebildet werden, dass sie als rotierender Zylinder die Drallströmung insgesamt zusätzlich antreibt. Der antreibende rotierende Zylinder kann auch bei allen übrigen Bauformen angewendet werden.

Die Abbildungen 11 und 12 zeigen sinnbildlich dargestellte Schaltungsbeispiele für mögliche Zusammenschaltungen von Einrichtungen 29 entsprechend Abb. 1 bzw. Abb. 10. In Abbildung 11 tritt der zu reinigende Volumenstrom 27 in die

Einrichtung 29 ein. Die beiden Teilströme 28 die das jeweilige Abtrenngehäuse tangential verlassen, werden gemeinsam einem Direktabscheider 31 zugeführt. Die gereinigte Strömung, die den Direktabscheider 31 verlässt, ist als Pfeil 32 5 dargestellt. Die Pfeile 30 stellen die aus den Abtrenngehäusen entnommenen gereinigten Teilsirömungen dar. In Abb. 12 sind zwei hintereinander geschaltete Einrichtungen 29 gezeigt, wobei die Teilströme 28 der ersten Einrichtung dem Drallerzeugungsgehäuse der zweiten Einrichtung zugeführt werden, io Eine andere schaltungsmässige Ausgestaltung der Einrichtung zeigt Abb. 13. Hier sind jeweils symmetrisch zum Drallerzeugungsgehäuse zwei hintereinandergeschaltete Abtrenngehäuse angeordnet, so dass sich hier die Stofftrennung in drei Stufen vollzieht. Die drallbehaftete Strömung gelangt 15 durch die Drallweiterleitrohre 36 in das Abtrenngehäuse 37, wo eine Abtrennung mittels Wirbelquelle stattfindet. Die abgetrennten Partikel 41 verlassen das Abtrenngehäuse auf tangentialem Wege. Da die Strömung durch die Rohre 38 genügend Drallenergie aufweist, kann der Abtrennvorgang 20 innerhalb der Gehäuse 39 wiederholt werden. Hier werden die Partikel 42 abgetrennt und das gereinigte Medium 43 verlässt die Gehäuse 39 durch die Absaugrohre 40.

s

3 Blatt Zeichnungen

Claims

620 376

1. Verfahren zur Stofftrennung mittels auf das betreffende Medium einwirkender Fliehkraft, dadurch gekennzeichnet,

dass das zu behandelnde Medium wenigstens zwei Stufen durchläuft, wobei in der ersten Stufe eine Drallerzeugung innerhalb mindestens eines Drallerzeugers und in der zweiten Stufe die Stofftrennung innerhalb mindestens einer Abtrenneinrichtung mittels mindestens einer Wirbelquelle erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugung durch Fliehkraftabscheider erfolgt.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallerzeugung durch Spiralgehäuse erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Absaugen aus der Abtrenneinrichtung durch jeweils ein auf das betreffende Gehäuse aufgesetztes Gebläse erfolgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei symmetrisch zu dem Drallerzeugungsgehäuse angeordneten Abtrenngehäusen das axiale Absaugen durch symmetrisch zueinander angeordnete Gebläse (23, 24) erfolgt.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Antrieb der Drallströmung durch einen rotierenden Zylinder erfolgt.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium nach der Behandlung in der ersten Stufe mindestens eine weitere, axial nachgeschaltete Stufe durchläuft.

8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drallerzeugungsgehäuse (1) mit einem oder mehreren Drallweiterleitrohren (10, 11) ausgestattet ist, das in ein oder mehrere Abtrenngehäuse (2, 2a, 3, 37, 39) derart hineinragt, dass in bezug auf ein Absaugrohr (10a) ein Strömungszwischenraum (12) entsteht, wobei je Abtrenngehäuse (2, 3) mindestens eine tangentiale Austrittsöffnung zur Absaugung vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absaugrohr (10a) in je eine Einrichtung zur Rückgewinnung der Drallenergie einmündet.

10. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fliehkraftabscheider als Drallerzeuger dient.

11. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Abtrenngehäuse (2, 3, 2a, 37, 39) ein Radialgebläse derart' aufgesetzt ist, dass das Absaugrohr (10a, 10b, 40, 45) in die Ansaugöffnung des Gebläses (23, 24) einmündet.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei spiegelbildlicher Anordnung zweier Gebläse (23, 24) das zweite Gebläse (24) von einer durchgehenden Welle (25) angetrieben ist.

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drallströmung durch einen rotierenden Zylinder angetrieben wird.

14. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abtrenngehäuse (37, 39) einander nachgeschaltet sind mittels zueinander koaxial angeordneter Drall-Leitrohre (36, 38) (Fig. 13).