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DE1058976B - Cyclone separator for compressed air compressors and steam engines - Google Patents

Cyclone separator for compressed air compressors and steam engines

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DE1058976B
DE1058976B DESCH18037A DESC018037A DE1058976B DE 1058976 B DE1058976 B DE 1058976B DE SCH18037 A DESCH18037 A DE SCH18037A DE SC018037 A DESC018037 A DE SC018037A DE 1058976 B DE1058976 B DE 1058976B
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DE
Germany
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cyclone
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gas
gas inlet
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DESCH18037A
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Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
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Schweizerische Lokomotiv und Maschinenfabrik AG (SLM)
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/24—Preventing accumulation of dirt or other matter in pipes, e.g. by traps, by strainers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/103—Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Zyklon zum Abscheiden von Öl und anderen Verunreinigungen bei Druckluftverdichtern und Dampfmaschinen mit tangential und abwärts geneigt in den Wirbelraum des Behälters mündendem, in diesem der Behälterinnenwand entlang fortgesetztem Gaseintrittskanal, der oben geschlossen, unten offen ist und bis nahe an den Boden reicht, einem zentralen Gasaustrittsrohr und einer unteren Öffnung als Austritt für die Verunreinigungen.The invention relates to a cyclone for separating oil and other contaminants in compressed air compressors and steam engines with tangential and downward inclination into the swirl space of the container opening into the inner wall of the container, which continues along the gas inlet channel, which is closed at the top, is open at the bottom and reaches close to the bottom, a central gas outlet pipe and a lower one Opening as an outlet for the impurities.

Solche bekannten Zyklone weisen eine derartige Führung des in den Zyklon eintretenden Gases auf, daß dieses sich bereits beim ersten oder spätestens nach dem ersten Umlauf von der äußeren Behälterwand in das Innere des Zyklons hinein entfernt. In manchen Anwendungsfällen bedeutet dies einen erhebliehen Mangel, weil dadurch eine Beeinflussung der Temperatur des in den Zyklon einströmenden Gases durch die Wandung des Zyklons hindurch kaum noch möglich ist.Such known cyclones have such a guide of the gas entering the cyclone, that this is already in the first or at the latest after the first cycle of the outer container wall into the interior of the cyclone. In some applications this means a considerable amount Deficiency, because it affects the temperature of the gas flowing into the cyclone is hardly possible through the wall of the cyclone.

Wenn sich z. B. in einer durch einen Druckluftverdichter geförderten Luft von nur wenig über 100° C Temperatur zugleich Öl- und Wasserdämpfe befinden und aus dieser Luft zunächst das Öl mittels des Zyklons ausgeschieden werden soll, läuft man ohne zusätzliche Aufheizung der Luft Gefahr, daß mit dem Öl auch bereits kondensiertes Wasser aus dem Zyklon abgeführt und eine unmittelbare Wiederverwendung des Öles — etwa zu Schmierzwecken — ausgeschlossen wird. Da die bisher üblichen Zyklone sich für eine solche Beheizung der Luft nicht eignen, muß man ihnen besondere Heizvorrichtungen vorschalten. In anderen praktischen Fällen ·— z. B. beim anschließenden Ausfällen des Wasseranteiles aus der geförderten Druckluft — kann es aber auch erwünscht sein, das durch den Zyklon geförderte Gas zur Einsparung eines besonderen vorgeschalteten Kühlers durch den Zyklon hindurch abzukühlen, wozu sich die bekannten vorgenannten Zyklone ebenfalls nicht eignen.If z. B. in an air conveyed by a compressed air compressor of only a little over 100 ° C temperature are at the same time oil and water vapors and from this air initially the oil means of the cyclone is to be excreted, without additional heating of the air there is a risk that with In addition to the oil, already condensed water is removed from the cyclone and can be reused immediately of the oil - for example for lubrication purposes - is excluded. As the usual cyclones If they are not suitable for such heating of the air, they must be preceded by special heating devices. In other practical cases - e.g. B. in the subsequent precipitation of the water content from the pumped compressed air - but it may also be desirable to use the gas pumped through the cyclone to save a special upstream cooler to cool through the cyclone, for which purpose the known aforementioned cyclones are also not suitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Mängel zu beheben und einen Zyklon zu schaffen, der trotz einer einwandfreien Funktion und insbesondere trotz einer stoßfreien Einführung des Gases eine einfache wirkungsvolle Temperaturbeeinfiussung auch desjenigen Gases zuläßt, das im Zyklon bereits eine volle oder mehr als eine Kreisbewegung durchgeführt hat.The invention is based on the object of eliminating the shortcomings mentioned and adding a cyclone create, which despite a flawless function and in particular despite a smooth introduction of the Gas allows a simple and effective temperature influence also of the gas in the cyclone has already carried out a full or more than one circular movement.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Gaseintrittskanal des eingangs genannten Zyklons sich nur über einen Bruchteil des ganzen Umfangs erstreckt und im Verhältnis zum Halbmesser des Behälters schmal ist, so daß die Wirbelkammer in ihrer ganzen Höhe zum Teil von der Innenwand des Behälters, zum Teil von der Wand des Gaseintrittskanals gebildet wird.According to the invention, the object set is essentially achieved in that the gas inlet channel of the cyclone mentioned above only extends over a fraction of the entire circumference and in proportion to the radius of the container is narrow, so that the vortex chamber in its entire height to Part of the inner wall of the container, part of the wall of the gas inlet channel is formed.

Zyklonabscheider für Druckluftverdichter und DampfmaschinenCyclone separators for compressed air compressors and steam engines

Anmelder:Applicant:

SchweizerischeSwiss

Lokomotiv- und Maschinenfabrik,
Winterthur (Schweiz)Locomotive and machine factory,
Winterthur (Switzerland)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,
München 22, Steinsdorfstr. 10Representative: Dipl.-Ing. R. Beetz, patent attorney,
Munich 22, Steinsdorfstr. 10

Infolge der genannten Anordnung des Gaseintrittskanals kommen die im Zyklon kreisenden Gasmengen bei jedem kreisenden Umlauf erneut unmittelbar mit der Außenwand des Zyklons in Berührung, wodurch sie durch diese Wandung hindurch leicht gekühlt oder erhitzt werden können. Dabei unterstützt die erfindungsgemäße schmale Ausbildung des Gaseintrittskanals nicht nur die vorgenannte Temperaturbeeinflussung, sondern zugleich auch die günstige stoßfreie Drallströmung der in den Zyklon einströmenden und darin weiterströmenden Gase.As a result of the above-mentioned arrangement of the gas inlet channel, the amounts of gas circulating in the cyclone come with each circular revolution in direct contact with the outer wall of the cyclone, whereby they can be easily cooled or heated through this wall. The invention supports narrow design of the gas inlet channel not only the aforementioned temperature influence, but at the same time also the favorable shock-free swirl flow of the flowing into the cyclone and gases flowing in it.

Ausgestaltungen der Erfindung betreffen konstruktive Einzelheiten der Ausbildung und Anordnung des Gaseintrittskanals.Refinements of the invention relate to structural details of the training and arrangement of the gas inlet duct.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Es zeigtAn exemplary embodiment of the subject matter of the invention is shown in the drawing. It shows

Fig. 1 den Apparat im Längs-Mittelschnitt,1 shows the apparatus in a longitudinal center section,

Fig. 2 im Querschnitt nach der Schnittlinie II-II der Fig. 1,Fig. 2 in cross section along the section line II-II of Fig. 1,

Fig. 3 in einem Querschnitt nach der Schnittlinie IH-III der Fig. 1.FIG. 3 in a cross section along the section line IH-III in FIG. 1.

Die zu reinigenden Gase treten durch den Eintrittsstutzen 1 in den Apparat ein. Der Querschnitt des Stutzens verändert und vermindert sich allmählich, indem er in der Strömungsrichtung zwar höher, aber bedeutend schmäler wird (kleinste Breite = a). Der Gasstrom tritt so als schmale, in tangentialer Richtung des Behälters einströmende Wand, deren Breite etwa ein Fünfzehntel des Innenhalbmessers des Behälters beträgt, mit erhöhter Geschwindigkeit in den Behälter 2 ein. In dessen Innerem wird er dann auf einem Teil des Umfanges, dessen Länge mehr als ein Viertel, jedoch weniger als die Hälfte des Gesamt-The gases to be cleaned enter the apparatus through the inlet nozzle 1. The cross-section of the nozzle changes and gradually decreases by becoming higher in the direction of flow, but significantly narrower (smallest width = a). The gas flow thus enters the container 2 at increased speed as a narrow wall flowing in the tangential direction of the container, the width of which is approximately one fifteenth of the inner diameter of the container. Inside it is then on a part of the circumference, the length of which is more than a quarter, but less than half of the total

909 530/361909 530/361

Claims (4)

umfanges des Behälters 2 beträgt, durch den schmalen Kanal 3 weitergeleitet, der durch die Behälterinnenwand 4, das gekrümmte, den Gaseintrittskanal nach innen begrenzende Leitblech 5 und die schraubenlinienförmig nach abwärts geneigte obere Abschlußwand 6 gebildet wird. Das Leitblech 5 reicht bis in die Nähe des Bodens 14., und der Kanal 13 ist dort offen. Diese Führung des Gasstromes bewirkt, daß die in ihm enthaltenen Beimengungen sehr nahe an die Zykloneninnenwand geführt und bis auf sehr kleine Korn- und Tropfengrößen gegen diese ausgeschleudert werden. Dabei bilden die einmal an der Behälterinnenwand 4 haftenden Tropfen dort eine zusammenhängende Flüssigkeitsschicht, aus der durch Störwirbel kaum mehr Flüssigkeitsteilcheii nach innen abgesaugt werden können. Da der schmale Kanal 3 auf seiner unteren Seite 11 offen ist, wird dem Luftstrom nach dem Verlassen des Eintrittsstutzens, d. h. von der engsten Stelle 7 weg, volle Freiheit gelassen, sich nach seinen Eigengesetzen weiterzuentwickeln. Nach Maßgabe der an den Führungswänden auftretenden Strömungswiderstände wird sich die Geschwindigkeit allmählich etwas vermindern und das Strahlennetz eine fächerförmige Gestalt annehmen, etwa wie durch die Pfeile 8 dargestellt. Beim Verlassen des Leitkanals bei 9 hat sich also bereits eine ausgesprochene, nach unten gerichtete Vertikalkomponente des Primärluftstromes gebildet. Sie trägt dazu bei, die an die Behälterinnenwand 4 ausgeschleuderte Flüssigkeitsschicht rasch nach unten zu bringen und hier größtenteils durch die AbscheideöfFnung 12 austreten zu lassen. Bei der weiteren Wirbelung der in die Wirbelkammer eingetretenen Gase werden die Wirbel durch das Leitblech 5 keineswegs gestört, denn dieses lenkt die Wirbel zufolge seines kleinen Abstandes von der B ehälter innenwand 4 nur sehr wenig von der reinen Kreisbahn ab. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist das Leitblech 5 eintrittsseitig unterhalb der Gaseintrittsöffnung 7 taschenartig mit dem Zyklonmantel verbunden, so daß hier keine Wirbel in den Kanal 3 von hinten eintreten und den Strömungsverlauf in ihm stören können. Die Verbindungsstelle 10 verläuft annähernd lotrecht. Als weitere Begünstigung des Ausscheidegrades hat sich ferner erwiesen, die untere Begrenzungskante 11 des Leitbleches 5 in einer senkrecht oder wenigstens annälernd senkrecht zur Zyklonachse stehenden Ebene anzuordnen. Eine nahe am Behälterboden 14 angebrachte Platte 13 dient dazu, die aufsteigenden Wirbel auf möglichst großem Durchmesser emporsteigen zu lassen und zu verhindern, daß Querstörwirbel bereits nach dem Behälterboden 14 gelangte Flüssigkeit wieder aufreißen können. Damit ferner der unmittelbar unterhalb des Ausströmrohres 15 liegende zentrale Wirbelraum möglichst gemieden wird, ist ein Hut 16 vorgesehen, der die aufsteigenden Gaswirbel veranlaßt, hier einen bestimmten Minimaldurchmesser nicht zu unterschreiten. Der beschriebene Zyklon eignet sich infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung des Leitbleches 5 auch vorzüglich zur Aufheizung oder Abkühlung des durch ihn geführten Gases unmittelbar durch die Wandungen des Zyklons hindurch, weil das im Zyklon kreisende Gas auch nach seinem ersten Umlauf immer wieder mit großen Teilen der Behälterinnenwand 4 in direkte Berührung gelangt. Dadurch kann in vielen Fällen die Vorschaltung einer besonderen Kühl- oder Heizvorrichtung eingespart werden, die nicht nur den Aufwand erhöhen, sondern auch den Wirkungsgrad der Gasförderung beeinträchtigen würde. PATIiNTANSPBX-CHE:circumference of the container 2 is passed through the narrow channel 3, which is formed by the container inner wall 4, the curved, the gas inlet channel inwardly limiting baffle 5 and the helically downwardly inclined upper end wall 6. The guide plate 5 extends to the vicinity of the bottom 14, and the channel 13 is open there. This guidance of the gas flow has the effect that the admixtures contained in it are guided very close to the inner wall of the cyclone and, apart from very small grain and droplet sizes, are thrown out against it. The drops once adhering to the inner wall 4 of the container form a coherent layer of liquid there from which hardly any more liquid particles can be sucked inwards due to turbulence. Since the narrow channel 3 is open on its lower side 11, the air flow after leaving the inlet connection, i. H. away from the narrowest point 7, left full freedom to develop according to one's own laws. Depending on the flow resistances occurring on the guide walls, the speed will gradually decrease somewhat and the jet network will assume a fan-shaped form, for example as shown by the arrows 8. When leaving the guide channel at 9, a pronounced, downwardly directed vertical component of the primary air flow has already formed. It contributes to bringing the liquid layer ejected onto the inner wall 4 of the container quickly downwards and here, for the most part, to allow it to escape through the separation opening 12. When the gases that have entered the vortex chamber continue to swirl, the vortices are in no way disturbed by the guide plate 5, because this deflects the vortices very little from the pure circular path due to its small distance from the inner wall 4 of the container. As can be seen from FIG. 3, the baffle 5 is connected to the cyclone jacket on the inlet side below the gas inlet opening 7 in the manner of a pocket, so that here no eddies can enter the channel 3 from behind and disturb the course of the flow in it. The connection point 10 runs approximately perpendicular. It has also proven to be a further improvement of the degree of separation to arrange the lower delimiting edge 11 of the guide plate 5 in a plane which is perpendicular or at least approximately perpendicular to the cyclone axis. A plate 13 attached close to the container bottom 14 is used to allow the rising eddies to rise to the largest possible diameter and to prevent transverse vortices from being able to tear up liquid that has already reached the container bottom 14. Furthermore, so that the central vortex space lying directly below the outflow pipe 15 is avoided as far as possible, a hat 16 is provided which causes the rising gas vortices not to fall below a certain minimum diameter here. The cyclone described is due to the inventive design and arrangement of the baffle 5 also excellently for heating or cooling the gas passed through it directly through the walls of the cyclone, because the gas circulating in the cyclone again and again after its first circulation with large parts of the Inner wall 4 of the container comes into direct contact. As a result, in many cases the upstream connection of a special cooling or heating device can be saved, which would not only increase the effort but also impair the efficiency of the gas delivery. PATIiNTANSPBX-CHE: 1. Zyklon zum Abscheiden von Öl und anderen Verunreinigungen bei Druckluftverdichtern und Dampfmaschinen mit tangential und abwärts geneigt in den Wirbelraum des Behälters mündendem, in diesem der Behälterinnenwand entlang fortgesetztem Gaseintrittskanal, der oben geschlossen, unten offen ist und bis nahe an den Boden reicht, einem zentralen Gasaustrittsrohr und einer unteren Öffnung als Austritt für die Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseintrittskanal (3) sich nur über einen Bruchteil des ganzen Umfangs erstreckt und im Verhältnis zum Halbmesser des Behälters (2) schmal ist, so daß die Wirbelkammer in ihrer ganzen Höhe zum Teil von der Innenwand (4) des Behälters, zum Teil von der Wand (Leitblech 5) des Gaseintrittskanals (3) gebildet wird.1. Cyclone for separating oil and other impurities in compressed air compressors and Steam engines with tangential and downwardly inclined opening into the swirl space of the container, in this the inner wall of the container along a continued gas inlet channel, which is closed at the top, is open at the bottom and reaches close to the floor, a central gas outlet pipe and a lower opening as an outlet for the contaminants, characterized in that the gas inlet channel (3) extends only over a fraction of the entire circumference and in the Ratio to the radius of the container (2) is narrow, so that the swirl chamber in their full height partly from the inner wall (4) of the container, partly from the wall (baffle plate 5) of the gas inlet channel (3) is formed. 2. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Gaseintrittskanals (3) etwa ein Fünfzehntel des Innenhalbmessers des Behälters (2) beträgt.2. Cyclone according to claim 1, characterized in that the width of the gas inlet channel (3) is about one fifteenth of the inner diameter of the container (2). 3. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseintrittskanal (3) sich im Inneren des Behälters (2) über einen Anteil des Behälterumfanges erstreckt, der mehr als ein Viertel und weniger als die Hälfte des Gesamtumfanges beträgt.3. Cyclone according to claim 1, characterized in that the gas inlet channel (3) is in the Interior of the container (2) extends over a portion of the container circumference, which is more than one Quarter and less than half of the total amount. 4. Zyklon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere schmale Abschlußwand (6) des Gaseintrittskanals (3) nach abwärts geneigt verläuft.4. cyclone according to claim 1, characterized in that the upper narrow end wall (6) of the gas inlet channel (3) slopes downwards. In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 38 366;
österreichische Patentschrift Nr. 32 647.Considered publications:
Swiss Patent No. 38 366;
Austrian patent specification No. 32 647. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings ® 909 530/361 6.59® 909 530/361 6.59
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