DE19612059A1

DE19612059A1 - Cyclone separator for cleaning dirty liquids

Info

Publication number: DE19612059A1
Application number: DE19612059A
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Demmel; Klaus Dipl Ing Dietrich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-03-27
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-10-02

Abstract

the cyclone (1) separates solids from liquids. It has a pipe (11) though which the dirty liquid enters an upper cylindrical portion of a first separation chamber (2) tangentially. The bottom portion (3) of the walls of the chamber taper so that the bottom part of the chamber is conical. An outlet pipe for clean liquid extends through the chamber. Its inlet (16) is in the top of a large diameter vertical tube (15) just below the bottom end of the first separation chamber. This tube acts as a second separation chamber there is a conical plate (23), supported at the bottom by a vertical rod in a third chamber in which the separated solid material may be collected.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Feststoffen aus Fluiden, mit einem tangentialen Eintrittsrohr, einer oberen Trennkammer, einer unteren Trennkammer.The invention relates to a device for separating Solids from fluids, with a tangential inlet pipe, an upper separation chamber, a lower separation chamber.

Solche Zyklone sind allgemein bekannt. Mit Zyklonen können sowohl Gase als auch Flüssigkeiten von Feststoffen befreit werden, deren Dichte größer als die des Fluides ist. Das staubhaltige Gas bzw. die staubhaltige Flüssigkeit tritt tangential in einen runden Behälter ein.Such cyclones are well known. With cyclones both gases and liquids are freed from solids whose density is greater than that of the fluid. The dusty gas or liquid occurs tangentially into a round container.

Beim Hydrozyklon wird die Rotationsbewegung durch tangentiale Zufuhr der Suspension unter Druck erzwungen. Die im Zyklongehäuse entstehende Zentrifugalbeschleunigung beträgt ein Vielfaches der Erdbeschleunigung und drängt Partikel nach außen. Die Strömung folgt zunächst der inneren Wand des Zyklons bis zum Staupunkt. Dort wird der abwärts gerichtete primäre Wirbel wegen nicht vorhandener Abflußmöglichkeit zur Umkehr in Richtung Austritts-/Tauchrohr gezwungen. Während dieser doppelten Wirbelströmung tritt eine Entmischung auf. Die Teilchen, zumindest die gröbere Fraktion, wird nach außen an die Zykloninnenwand bewegt. Mit der abwärts gerichteten Strömung sinken die Partikel auf schraubenförmiger Bahn in den Zyklonkörper und können schließlich ausgetragen werden. Das gereinigte Fluid strömt nach Umkehr ebenfalls schraubenförmig nach oben durch ein zentrales Austrittsrohr ab. Im Gehäusequerschnitt laufen beide Wirbel gleichsinnig um, im Längsschnitt bewegen sie sich hingegen im Gegenstrom.In the hydrocyclone, the rotational movement is tangential Force the suspension to be fed under pressure. The in Cyclone housing arising centrifugal acceleration a multiple of the acceleration due to gravity and pushes particles Outside. The flow initially follows the inner wall of the Cyclones to the stagnation point. There the downward is primary vortex due to the lack of drainage to Forced reversal towards exit / dip tube. While segregation occurs in this double vortex flow. The particle, at least the coarser fraction, is exposed to the outside moved to the inner wall of the cyclone. With the downward facing The particles sink into the flow on a helical path Cyclone body and can finally be discharged. The cleaned fluid also flows helically after reversal upwards through a central outlet pipe. in the Housing cross-section revolve around both vortices in the same direction Longitudinal sections, however, move in countercurrent.

Die Trennleistung eines Zyklons hängt von seiner Auslegung ab. Die Abscheideleistung von Zyklonen steigt mit höherer Zentrifugalkraft und deren Verweilzeit, also kleinerem Durchmesser und größerer Höhe des Zyklons. Wichtig sind ebenfalls hohe Strömungsgeschwindigkeiten am Zykloneintritt, d. h. Strömungskanäle mit kleinen Querschnitten, und natürlich die Art und Zusammensetzung des zu trennenden Fluides. Grundsätzlich werden für große Volumenstrommengen Zyklone mit großem Querschnitt benötigt. Dabei lassen sich gute Trennergebnisse nur unwirtschaftlich durch große Druckgefälle, also hohen Energieaufwand, erzielen. Eine Alternative ist das Parallelschalten vieler Kleinzyklone (sog. Multizyklone).The separation performance of a cyclone depends on its design. The separation efficiency of cyclones increases with higher Centrifugal force and its dwell time, i.e. smaller Diameter and greater height of the cyclone. Are important also high flow velocities at the cyclone inlet, d. H. Flow channels with small cross sections, and of course the type and composition of the fluid to be separated. Basically, cyclones are used for large volume flow rates large cross section required. It can be good Separation results are uneconomical due to large pressure drops, high energy consumption. It is an alternative Parallel switching of many small cyclones (so-called multicyclones).

Ein Zyklon der o.g. Art wird z. B. von der amerikanischen Firma Lakos hergestellt und auf den Markt gebracht. Er weist eine obere Trennkammer auf, in die ein tangentiales Eintrittsrohr mündet. Die obere Trennkammer ist zylinderförmig aufgebaut und hat aus statischen Gründen einen gewölbten Deckel. Sie umschließt eine untere Trennkammer, welche in Strömungsrichtung verlaufende tangential gebohrte Öffnungen aufweist, durch die die durch das Eintrittsrohr eintretende Flüssigkeit durchtreten kann. Die zweite Trennkammer mündet in eine Sammelkammer, welche durch eine Prallplatte strömungstechnisch abgetrennt ist.A cyclone of the above Kind z. B. from the American company Lakos produced and brought to the market. He has one upper separation chamber into which a tangential inlet pipe flows. The upper separation chamber is cylindrical and has a domed lid for static reasons. she encloses a lower separation chamber, which in Tangential drilled openings has through which the entering through the inlet pipe Liquid can penetrate. The second separation chamber opens into a collecting chamber, which by a baffle plate fluidically separated.

Nachteilig daran ist zunächst, daß die Trennleistung bei kleineren Partikel unter 100 µm Durchmesser unbefriedigend ist. Ferner neigen die wenigen Durchtrittsöffnungen im oberen Teil der unteren Trennkammer sehr leicht zum Verstopfen. Die Abscheideleistung nimmt mit der Zeit ab. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt, daß schwere und/oder große Partikel auf Grund einwirkender Zentrifugalkraft nur zögerlich in die untere Trennkammer gelangen, sich in der oberen Trennkammer sammeln und so eine gestörte Strömung und Trennung nachströmender Partikel behindern. Bei abrasiven Partikeln führt dies zu erhöhtem Verschleiß im Bereich der oberen Trennkammer. Das gilt u. a. bei den Hauptanwendungsgebieten von Zyklonen wie Abscheiden von Spänen bei spanabhebenden Bearbeitungsverfahren, Abscheiden von Sand und sonstigen Verunreinigungen bei Erdaushubarbeiten, sowie von Schweißperlen aus Emulsionen oder Karosserie-Lackierungen. Abgesehen davon, daß die Wirkungsgrade bzw. Abscheideraten für kleine und leichte Partikel oft nicht praxisgerecht sind, sind viele im druckschriftlichen Stand der Technik bekannt gewordenen Zyklone nicht markt- bzw. anwendungsfähig, weil ihre Realisierung viel zu teuer wäre.The disadvantage of this is that the separation performance at smaller particles less than 100 µm in diameter unsatisfactory is. Furthermore, the few openings in the upper one tend Part of the lower separation chamber very easy to clog. The Separation performance decreases over time. This effect will further reinforced by the fact that heavy and / or large particles due to acting centrifugal force only hesitantly in the lower separation chamber, get in the upper separation chamber collect and so a disturbed flow and separation obstructing incoming particles. With abrasive particles this leads to increased wear in the area of the upper Separation chamber. That applies u. a. in the main areas of application of Cyclones such as chip removal in metal cutting Processing methods, sand removal and other Contamination during excavation work, as well as from Sweat beads from emulsions or body paint. Apart from the fact that the efficiencies or deposition rates for small and light particles are often not practical many known in the prior art cyclones that have become marketable or usable because their implementation would be far too expensive.

Diese Druckschriften unterscheiden sich zum Teil nur in winzigen Details, so daß neuere Entwicklungen nicht erkennbar sind. Die Veränderungen betreffen hauptsächlich die Änderungen im Eintrittsraum, um die Strömungsgeschwindigkeit zu beeinflussen, die Einführung von Leitblechen und ähnlichen Vorrichtungen in der Trennkammer, um die Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsrichtung zu beeinflussen und dadurch Druckverluste zu minimieren und Ausscheidergrade zu verbessern, Änderungen in der unteren Trennkammer und Änderungen am Austrittsrohr.Some of these publications only differ in tiny details so that recent developments are not discernible are. The changes mainly affect the changes in the entry space to increase the flow rate influence the introduction of baffles and the like Devices in the separation chamber to the Flow speed and / or flow direction influence and thereby minimize pressure losses and Improve excretion levels, changes in the lower Separation chamber and changes to the outlet pipe.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der o.g. Art bereitzustellen, die die o.g. Nachteile vermeidet, insbesondere einen deutlich besseren Wirkungsgrad bei einfacher und marktgerechter, insbesondere kostengünstiger technischer Realisierung zeigt. The object of the invention is therefore to provide a device of the above. To provide the type that the above Avoids disadvantages, in particular a significantly better efficiency easier and more in line with the market, especially cheaper shows technical implementation.

Die Lösung besteht darin, daß die obere Trennkammer im oberen Bereich einen größeren Durchmesser aufweist als im unteren Bereich, wobei der Durchmesser kontinuierlich verändert ist.The solution is that the upper separation chamber in the upper Area has a larger diameter than in the lower Area where the diameter changes continuously.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielt bessere Abscheidegrade insbesondere bei kleineren Partikeln unter 100 µm Durchmesser bis hin zu ca. 10 µm. Durch ihren einfachen Aufbau ist sie einfach und kostengünstig zu realisieren. Der Verzicht auf das Leitblech mit den Durchtrittsöffnungen vermeidet die Verstopfungen durch Ablagerungen. Die Verengung der oberen Trennkammer, an die Verringerung des Durchmessers bei fließenden Übergängen bewirkt, daß die Strömung kontinuierlich beschleunigt wird und ohne Turbulenzen in die ,untere Trennkammer gelangt. Diese Art der Verjüngung wird am einfachsten durch eine konusförmige obere Trennkammer erzielt. Eine spiralförmige Nut in der Innenwand der oberen Trennkammer verbessert die Strömung und verbessert das Trennverhalten. Insgesamt ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein geringer Druckverlust zu beobachten. Eine andere Möglichkeit der Verengung der oberen Trennkammer ist, statt einer konusförmigen Außenkontur eine zylindrische Trennkammer mit einem konusförmigen Einsatz vorzusehen, der sich in Strömungsrichtung verbreitert. Auch dadurch erhält man eine Verengung des Strömungsquerschnittes auf einfache Weise, der zu einer kontinuierlichen Beschleunigung führt, ohne daß Turbulenzen auftreten. Auch hier ist der Druckverlust gering. Diese Ausführungsform bedeutet, daß man keinen zweiteiligen Zyklon mit oberer und unterer Trennkammer vorzusehen braucht, sondern eine einzige zylinderförmige Trennkammer benutzen kann. Man kann sogar die Sammelkammer in die Trennkammer integrieren und beide Bereiche durch geeignete Einbauten strömungstechnisch voneinander trennen.The device according to the invention achieves better Separation levels, especially for smaller particles below 100 µm Diameters down to approx. 10 µm. Because of their simple Setup is easy and inexpensive to implement. Of the The baffle with the through openings is dispensed with avoids blockages due to deposits. The narrowing the upper separation chamber, the reduction in diameter at flowing transitions causes the flow is accelerated continuously and without turbulence in the , lower separation chamber arrives. This type of rejuvenation is on easiest achieved by a conical upper separation chamber. A spiral groove in the inner wall of the upper separation chamber improves the flow and improves the separation behavior. Overall, in the device according to the invention low pressure drop can be observed. Another possibility is the narrowing of the upper separation chamber instead of one conical outer contour with a cylindrical separation chamber to provide a conical insert, which is in Flow direction widened. This also gives you one Narrowing of the flow cross section in a simple way, the leads to a continuous acceleration without Turbulence occurs. The pressure loss is also low here. This embodiment means that you do not have a two-part Cyclone with upper and lower separation chamber but use a single cylindrical separation chamber can. You can even put the collection chamber into the separation chamber integrate and both areas by suitable installations separate from each other in terms of flow.

Eine weitere Beschleunigung der Strömung erreicht man durch eine Neigung des tangentialen Einlaufrohrs um einen Winkel von 1° bis 5°, vorzugsweise 3° von der Horizontalen in Richtung Konus. Das tangentiale Einlaufrohr kann man auch mit sich veränderndem Querschnittsprofil ausführen, insbesondere bei gleichbleibender Querschnittsfläche kann sich der Querschnitt von kreisförmig zu ellipsoid oder rechteckig verändern, so daß die Strömung auf größerer Höhe in die obere Trennkammer einströmt und damit die Partikel nach kürzerer Wegstrecke und auf größerer Höhe an der Außenwand der oberen Trennkammer die Rotation erfahren.A further acceleration of the flow can be achieved by an inclination of the tangential inlet pipe by an angle of 1 ° to 5 °, preferably 3 ° from the horizontal in the direction Cone. You can also take the tangential inlet pipe with you change the cross-sectional profile, especially at the cross-sectional area can remain the same change from circular to ellipsoid or rectangular so that the flow at a higher altitude in the upper separation chamber flows in and thus the particles after a shorter distance and at a greater height on the outer wall of the upper separation chamber Experience rotation.

Natürlich kann man auch zusätzlich Leitbleche vorsehen, z. B. in Form eines Zylinderrohrs, das mit Durchtrittsöffnungen ausgebildet ist, wobei es von besonderem Vorteil ist, die Durchtrittsöffnungen vertikal und möglichst lang auszubilden, um Verstopfungen zu vermeiden. Sie können in der Horizontalen schräg, d. h. möglichst tangential ausgeführt sein.Of course you can also provide baffles, e.g. B. in the form of a cylinder tube with through openings is formed, it being particularly advantageous that Design through openings vertically and as long as possible, to avoid constipation. You can in the horizontal oblique, d. H. as tangential as possible.

Als besonders vorteilhaft für eine wirbelfreie Strömung bei geringem Druckverlust hat es sich erwiesen, das die obere Trennkammer durchziehende Austrittsrohr in die untere Trennkammer hineinragen zu lassen. In diesem unteren Bereich kann das Austrittsrohr an seiner Außenfläche Leiteinrichtungen aufweisen, z. B. Leitbleche, die von oben nach unten langsam größer werden und die abwärtsgerichtete Sekundär-Strömung vom Austrittsrohr wegdrücken. Besonders vorteilhaft ist es auch, die Kontur am unteren freien Ende des Austrittsrohres mit einem die Strömung nochmals beschleunigenden, die Teilchen vom Austritt abhaltenden Schutzblech mit konischer oder parabelförmiger Kontur vorzusehen. Vorzugsweise befindet sich am unteren Ende der unteren Trennkammer mindestens eine diese von der Sammelkammer abtrennende Prallplatte. Die oberste Prallplatte kann einen den Strömungsquerschnitt der Austrittsöffnung entsprechenden Durchmesser aufweisen.As particularly advantageous for a vortex-free flow low pressure drop, it has been found that the upper Separation chamber pulling outlet pipe into the lower Let the separation chamber protrude. In this lower area can the outlet pipe on its outer surface guide devices have, e.g. B. baffles that slowly top down get bigger and the downward secondary flow from Push the outlet pipe away. It is also particularly advantageous the contour at the lower free end of the outlet pipe one accelerating the flow again, the particles from Mudguard with conical or parabolic contour. Preferably located at least one of these at the lower end of the lower separation chamber baffle separating from the collecting chamber. The top one Baffle can have a flow cross section of the Have outlet opening corresponding diameter.

Weiterhin erscheint es sinnvoll, das Tauchrohr am Einlauf mit einem möglichst spitzen Winkel von ca. 10° in Längsrichtung anzufasen.It also makes sense to have the immersion pipe at the inlet an acute angle of approx. 10 ° in the longitudinal direction chamfer.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Embodiments of the present invention are in the following with reference to the accompanying drawings described. Show it:

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figure 1 is a schematic, partially sectioned illustration of a first embodiment of the device according to the invention.

Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 is a schematic, partly sectional illustration of a second embodiment of the device according to the invention;

Fig. 3 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 3 is a schematic, partly sectional illustration of a third embodiment of the device according to the invention;

Fig. 4 eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 4 is a schematic, partially sectioned view of a fourth embodiment of the device according to the invention;

Fig. 5 eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels; Fig. 5 is a further schematic representation of an embodiment;

Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 5; Fig. 6 is a section along the line VI-VI in Fig. 5;

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sammelkammer; Fig. 7 shows a further embodiment of a collection chamber;

Fig. 8 der Bereich VIII in Fig. 6; Figure 8 shows area VIII in Figure 6;

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel des in Fig. 8 gezeigten Bereichs; FIG. 9 shows a further exemplary embodiment of the region shown in FIG. 8;

Fig. 10a, 10b zwei weitere Ausführungsbeispiele für Leitbleche in dem in Fig. 8 gezeigten Bereich des Austrittsrohrs. Fig. 10a, 10b, two further embodiments of baffle plates in the range shown in Fig. 8 of the outlet pipe.

Fig. 1 zeigt als erstes Ausführungsbeispiel einen zerlegbaren Zyklon 1 in einer schematisierten, teilweise geschnittenen Darstellung. Die obere Trennkammer 2 ist von einem Gehäuse 3 umschlossen. Das Gehäuse 3 weist eine obere und untere Abdeckung 4, 8 auf. Die obere Abdeckung 4 ist mit einer zentrisch angeordneten Öffnung 5. Durch Öffnung 5 tritt das Austrittsrohr 6 aus. Zur Abdichtung der Öffnung 5 ist eine Dichtmanschette 7 vorgesehen. Die untere Abdeckung 8 weist ebenfalls eine mittig angeordnete Öffnung 9 größeren Durchmessers auf, in die die untere Trennkammer 15 mündet. Das Gehäuse 3 weist ferner eine seitlich angeordnete Öffnung 10 auf, in die ein horizontal angeordnetes Einlaufrohr 11 mit seinem Austrittsende 11′′ mündet. Die Öffnung 10 für das Einlaufrohr ist so angeordnet, daß die durchtretende Strömung möglichst weit oben in der oberen Trennkammer 2 auftrifft. In der Innenwand der oberen Trennkammer 2 ist eine hier nur angedeutete spiralförmige Nut eingefräst. Das Eintrittsrohr 11 kann auch ein vom Eintrittsende 11′ um Austrittsende 4 hin sich veränderndes Querschnittsprofil aufweisen, um den Eintritt der zu reinigenden Substanz zu optimieren (hohe Beschleunigung ohne Wirbelung). Fig. 1 shows a first embodiment of a separable cyclone 1 in a schematic, partially sectioned representation. The upper separation chamber 2 is enclosed by a housing 3 . The housing 3 has an upper and lower cover 4 , 8 . The upper cover 4 has a centrally arranged opening 5 . The outlet pipe 6 exits through opening 5 . A sealing collar 7 is provided to seal the opening 5 . The lower cover 8 also has a centrally arranged opening 9 of larger diameter, into which the lower separation chamber 15 opens. The housing 3 also has a laterally arranged opening 10 , into which a horizontally arranged inlet pipe 11 with its outlet end 11 '' opens. The opening 10 for the inlet pipe is arranged so that the flow passing through strikes as far as possible in the upper separation chamber 2 . A spiral groove, which is only indicated here, is milled into the inner wall of the upper separation chamber 2 . The inlet pipe 11 can also have a cross-sectional profile which changes from the inlet end 11 'to the outlet end 4 in order to optimize the entry of the substance to be cleaned (high acceleration without swirling).

Die obere Trennkammer 2 ist in ihrem oberen Bereich 2′ mit vertikal verlaufenden Seitenwänden 12 und einer aus statischen Gründen leicht gewölbten Oberseite 13 versehen. In ihrem unteren Bereich 2′′ verläuft die Trennkammer 2 konisch und bildet einen konischen Einlauf 14 in die untere Trennkammer 15. Das untere freie Ende 16 des Austrittsrohres 6 ragt ein wenig in die untere Trennkammer hinein.The upper separation chamber 2 is provided in its upper region 2 'with vertically extending side walls 12 and a top 13 slightly curved for structural reasons. In its lower region 2 '', the separation chamber 2 is conical and forms a conical inlet 14 in the lower separation chamber 15th The lower free end 16 of the outlet pipe 6 protrudes a little into the lower separation chamber.

Die untere Trennkammer 15 ist ein glatter zylindrischer Hohlkörper, der an seinem unteren Ende 25 in die Abeckung 18′ einer Sammelkammer 17 für die abgeschiedenen Feststoffpartikel mündet. Der Durchmesser der Sammelkammer 17 bzw. ihre Abmessungen sind kleiner als die der oberen Trennkammer. Dies dient der Kosten und Gewichtsersparnis, da die Sammelkammer das Trennverhalten (außer durch aufwirbelnde Partikel) nicht beeinflußt. Ein Überlauf kann durch kontinuierlichen, auch automatischen Austrag aus dem Ablauf 19 vermieden werden. Der Boden 18 der Sammelkammer 17 besitzt einen Ablauf 19, der mit einem Verschluß 20 verschließbar ist. Mit dem Verschluß 20 verbunden ist eine Stange 21, an deren freiem Ende 22 eine Prallplatte 22 sitzt. Die Prallplatte 22 (im Ausführungsbeispiel ein sog. "chinese hat") ragt in die untere Trennkammer 15 hinein, damit ein Aufwirbeln der abgesetzten Teile vermieden wird. The lower separation chamber 15 is a smooth cylindrical hollow body, which opens at its lower end 25 into the cover 18 'of a collecting chamber 17 for the separated solid particles. The diameter of the collecting chamber 17 and its dimensions are smaller than that of the upper separation chamber. This serves to save costs and weight, since the collecting chamber does not influence the separation behavior (except through swirling particles). An overflow can be avoided by continuous, also automatic discharge from the drain 19 . The bottom 18 of the collecting chamber 17 has an outlet 19 which can be closed with a closure 20 . Connected to the closure 20 is a rod 21 , at the free end 22 of which an impact plate 22 is seated. The baffle plate 22 (in the exemplary embodiment a so-called "Chinese hat") protrudes into the lower separation chamber 15 , so that the separated parts are not whirled up.

Die zu trennende Substanz strömt somit über das Einlaufrohr 11 in den oberen Teil 2′ der oberen Trennkammer 2 und wird durch die Schwerkraft, die konische Ausführung des unteren Bereichs 2′′ der oberen Trennkammer 2 und die Verengung des Querschnitts der Trennkammer 2 radial so beschleunigt, daß sie mit nur geringem Druckverlust und ohne Erzeugung von Turbulenzen in die untere Trennkammer einströmen kann. Dabei wirkt das in die Trennkammer 15 hineinragende untere Ende 16 des Austrittsrohrs 6 insofern strömungsgünstig, als es die abwärtsgerichtete Strömung der zu trennenden Substanz von der aufwärtsgerichteten Strömung der gereinigten Substanz trennt.The substance to be separated thus flows through the inlet pipe 11 in the upper part 2 'of the upper separation chamber 2 and is accelerated radially by gravity, the conical design of the lower region 2 ''of the upper separation chamber 2 and the narrowing of the cross section of the separation chamber 2 that it can flow into the lower separation chamber with only slight pressure loss and without generating turbulence. The lower end 16 of the outlet tube 6, which projects into the separation chamber 15 , has a streamlined effect in that it separates the downward flow of the substance to be separated from the upward flow of the cleaned substance.

Eine im prinzipiellen Aufbau gleiche Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Hier ist noch einmal deutlich zu sehen, daß das untere freie Ende 16 des Austrittsrohrs 8 in die untere Trennkammer 15 hineinragt. Dadurch wird ein Mitreißen der Partikel durch "Überschwingen" ankommender Partikel reduziert. Die Länge d₁, in der das freie Ende 16 in die untere Trennkammer ragt, beträgt vorzugsweise die Hälfte des Nenndurchmessers der unteren Trennkammer 15.A device of the same basic structure is shown in FIG. 5. Here it can be clearly seen once again that the lower free end 16 of the outlet pipe 8 projects into the lower separation chamber 15 . This reduces the entrainment of the particles by "overshoot" of incoming particles. The length d 1 in which the free end 16 projects into the lower separation chamber is preferably half the nominal diameter of the lower separation chamber 15 .

Ebenso ragt die Prallplatte 2 um einen Betrag d₂ in die untere Trennkammer 15, der etwa der Hälfte ihres Nenndurchmessers entspricht. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels. Der obere Bereich 2′ der oberen Trennkammer 2 ist als Verschleißteil konzipiert. Es ist auswechselbar, z. B. im Bereich des Einlaufrohres 11 anflanschbar. Alternativ kann auch eine Verschleißplatte 50 in die obere Trennkammer integriert, z. B. geschraubt sein, und zwar ca. 45° bis 90° vom tangential einlaufenden Eintrittsrohr aus (vgl. Punkt A in Fig. 6). Man kann auch einen Tellerboden als Abschluß der oberen Trennkammer 2 vorsehen.Likewise, the baffle plate 2 protrudes by an amount d₂ into the lower separation chamber 15 , which corresponds to approximately half of its nominal diameter. FIGS. 5 and 6 show a special feature of this embodiment. The upper area 2 'of the upper separation chamber 2 is designed as a wearing part. It is interchangeable, e.g. B. flanged in the area of the inlet pipe 11 . Alternatively, a wear plate 50 can also be integrated into the upper separation chamber, e.g. B. be screwed, about 45 ° to 90 ° from the tangentially entering inlet pipe (see point A in Fig. 6). A plate bottom can also be provided as the end of the upper separation chamber 2 .

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die obere Trennkammer 2 durchgehend konisch gestaltet, und das Einlaufrohr 11 sitzt ganz am oberen Bereich 2′ der oberen Trennkammer 2. Das freie Ende 16 des Austrittsrohrs 6 ist nun mit im Querschnitt dreieckförmigen Leitblechen 24 versehen, die in drei Reihen übereinander angeordnet sind und von oben nach unten größer werden. Die Leitbleche 24 leiten die abwärts gerichtete Strömung von der Austrittsströmung weg. Auch hier ragt das untere freie Ende 16 des Austrittsrohrs 6 knapp in die untere Trennkammer 15 hinein, ungefähr bis dorthin, wo die Strömungskomponente nach außen zeigt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, daß die untere Trennkammer 15 mit ihrem freien Ende 25 in die Sammelkammer 17 hineinragt und eine Prallplatte 26 über ein Dreibein 27 am unteren freien Ende 25 der unteren Trennkammer 15 befestigt ist. Die relativ weit in die untere Trennkammer 15 hineinragende Prallplatte 26 sorgt dafür, daß abgeschiedene Teilchen, die eigentlich in die Sammelkammer 17 absinken sollen, durch die Umkehrung der Strömung in diesem Bereich nicht mit in die Austrittsströmung hineingerissen werden. FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the device according to the invention, the same components being provided with the same reference symbols. In contrast to the first embodiment, the upper separation chamber 2 is continuously conical, and the inlet pipe 11 is located at the very top area 2 'of the upper separation chamber 2nd The free end 16 of the outlet pipe 6 is now provided with baffles 24 which are triangular in cross section and are arranged one above the other in three rows and increase in size from top to bottom. The baffles 24 direct the downward flow away from the exit flow. Here, too, the lower free end 16 of the outlet pipe 6 projects just into the lower separation chamber 15 , approximately to where the flow component points outwards. Another difference is that the lower separation chamber 15 protrudes with its free end 25 into the collection chamber 17 and a baffle plate 26 is attached to the lower free end 25 of the lower separation chamber 15 via a tripod 27 . The baffle plate 26 protruding relatively far into the lower separation chamber 15 ensures that separated particles, which should actually sink into the collection chamber 17, are not entrained into the outlet flow by the reversal of the flow in this area.

Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In der oberen Trennkammer 2 ist ein Leitblech 28 in Form eines zylinderförmigen Rohres eingebaut, das in seinen Wänden im wesentlichen tangential, vertikal verlaufende Durchtrittsöffnungen 29 aufweist. Das Einlaufrohr 11 ist leicht schräg gestellt, mit einem Winkel α von 2° bis 4° zur Horizontalen. Das Austrittsrohr 6 hat an seinem unteren freien Ende 16 ein Schirmblech 30 mit konus- oder parabelförmiger Kontur, das kaum wesentlich länger ist als das Austrittsrohr 6 selber. D.h. das Leitblech 30 ragt um ein weniges über das untere freie Ende 16 des Austrittsrohres hinaus. Statt der Prallplatte ist ein im Halbschnitt dargestelltes Prallblech 31 am unteren Ende 25 der Trennkammer 15 vorgesehen. Das Prallblech 31 sitzt auf einer schmalen Stange 32, die in die Sammelkammer 17 hineinragt und dort auf einem Wirbelschutzblech 33 befestigt ist, das auf ein Dreibein 34 montiert ist. Das Wirbelschutzblech ist im Ausführungsbeispiel gebogen, kann aber auch spitz zulaufend sein. Das Dreibein 34 ist auf dem Boden 18 der Sammelkammer 17 befestigt. Das Wirbelschutzblech 33 dient dazu, die auftreffende Strömung zu beruhigen, so daß die in der Sammelkammer 17 sich absetzenden Partikel nicht wieder in die untere Trennkammer 15 zurückströmen können. In the third exemplary embodiment shown in FIG. 3, too, identical components are identified with the same reference symbols. A guide plate 28 in the form of a cylindrical tube is installed in the upper separating chamber 2 and has essentially tangential, vertically extending passage openings 29 in its walls. The inlet pipe 11 is slightly inclined, with an angle α of 2 ° to 4 ° to the horizontal. The outlet pipe 6 has at its lower free end 16 a shield plate 30 with a conical or parabolic contour, which is hardly much longer than the outlet pipe 6 itself. That is, the baffle 30 protrudes a little beyond the lower free end 16 of the outlet pipe. Instead of the baffle plate, a baffle plate 31 shown in half section is provided at the lower end 25 of the separation chamber 15 . The baffle plate 31 sits on a narrow rod 32 which protrudes into the collecting chamber 17 and is fastened there on a vortex protection plate 33 which is mounted on a tripod 34 . The vortex mudguard is curved in the exemplary embodiment, but can also be tapered. The tripod 34 is attached to the bottom 18 of the collecting chamber 17 . The vortex protection plate 33 serves to calm the impinging flow so that the particles settling in the collecting chamber 17 cannot flow back into the lower separation chamber 15 .

Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel eines Zyklons 1′ unterscheidet sich von den anderen Ausführungsbeispielen darin, daß es lediglich eine Trennkammer 40 aufweist. In diese Trennkammer 40 sind die obere Trennkammer 40′, die untere Trennkammer 40′′ und die Sammelkammer 40′′′ funktionell zusammengefaßt. Das Austrittsrohr 6 ist von einem Leitkonus 41 ummantelt, dessen Durchmesser sich zum freien Ende 16 des Austrittsrohrs 6 verbreitert und der auf diese Weise für die kontinuierliche Verkleinerung des Strömungsquerschnitts und die dadurch bewirkte axiale Beschleunigung der Strömung sorgt. Das untere freie Ende 16 des Austrittsrohrs 6 ragt über die Unterkante 42 des Leitkonus 41 hinaus. Am Boden 18 der Trennkammer 40 ist ein Dreibein 43 z. B. durch Schweißen ,befestigt, auf dem drei Prallplatten 44 bis 46 vorgesehen sind: An seiner Spitze eine obere Prallplatte 44, deren Durchmesser vorteilhafterweise etwa dem Querschnitt der Austrittsströmung entspricht, darunter eine mittlere Prallplatte 45, mit größerem Durchmesser und eine untere Prall- und Rückhalteplatte 46, mit dem größten Durchmesser. Die Innenwand im unteren Bereich 40′′′ der Trennkammer 40 ist mit einer Auskleidung 47 versehen, an der Rückhaltebleche 48, 49 befestigt sind. Die ringförmigen Rückhaltebleche sind in Richtung auf den Boden 18 der Trennkammer 40 geneigt. Die Grundfläche des Rückhalteblechs 49 ist dabei größer als die des Rückhalteblechs 48. Die Rückhaltebleche verhindern, ebenso wie die untere Prall- und Rückhalteplatte 46, ein Zurückströmen der segmentierten Partikel in die Austrittsströmung.The embodiment shown in Fig. 4 of a cyclone 1 'differs from the other embodiments in that it has only one separation chamber 40 . In this separation chamber 40 , the upper separation chamber 40 ', the lower separation chamber 40 ''and the collection chamber 40 ''' are summarized functionally. The outlet pipe 6 is encased by a guide cone 41 , the diameter of which widens towards the free end 16 of the outlet pipe 6 and which in this way ensures the continuous reduction in the flow cross section and the axial acceleration of the flow caused thereby. The lower free end 16 of the outlet pipe 6 projects beyond the lower edge 42 of the guide cone 41 . At the bottom 18 of the separation chamber 40 is a tripod 43 z. B. by welding, on which three baffles 44 to 46 are provided: at its tip an upper baffle plate 44 , the diameter of which advantageously corresponds approximately to the cross section of the outlet flow, including a central baffle plate 45 , with a larger diameter and a lower baffle and Retaining plate 46 , with the largest diameter. The inner wall in the lower region 40 '''of the separation chamber 40 is provided with a lining 47 on which retaining plates 48 , 49 are attached. The annular retaining plates are inclined towards the bottom 18 of the separation chamber 40 . The base area of the retaining plate 49 is larger than that of the retaining plate 48 . The retention plates, like the lower baffle and retention plate 46 , prevent the segmented particles from flowing back into the outlet flow.

Fig. 5 zeigt außer den weiter oben bereits beschriebenen Varianten, daß auch in einer Sammelkammer 17 Aufwirbelschutz- und Abbrems-/Beruhigungsbleche 51 von Vorteil sein können. In addition to the variants already described above, FIG. 5 shows that swirling protection and braking / calming plates 51 can also be advantageous in a collecting chamber 17 .

In Verbindung mit Fig. 8 ist ferner eine weitere Variante des freien Endes 16 des Austrittsrohrs 6 dargestellt. Es kann, wie gezeigt, spitz zulaufend oder in anderer Form ideal glatt sein, auch in Verbindung mit den bereits beschriebenen Schirm- oder Leitblechen, um ein Mitreißen der Partikel zu vermeiden sowie einen Turbulenzaufbau zu unterbinden. Das freie Ende kann aber auch zunächst verjüngt und dann aufgeweitet sein (Fig. 9). Die Strömung wird dann zu dem Eintritt in die untere Trennkammer beschleunigt und anschließend wieder beruhigt. Ein Mitreißen der Partikel durch das Austrittsrohr wird vermieden und es stellt sich ein geringeres Trennkorn ein.A further variant of the free end 16 of the outlet pipe 6 is also shown in connection with FIG. 8. As shown, it can be tapered or in another form ideally smooth, even in conjunction with the shielding or guide plates already described, in order to avoid entraining the particles and to prevent turbulence from building up. However, the free end can also initially be tapered and then widened ( FIG. 9). The flow is then accelerated to the entry into the lower separation chamber and then calmed down again. A entrainment of the particles through the outlet pipe is avoided and a lower separation grain is obtained.

Die Fig. 10a und 10b zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Leitblechen 24 und zwar einmal Leitbleche 24′, die senkrecht zur Achse des Austrittsrohrs stehen (Fig. 10a) und zum anderen ein schraubenförmiges, sich in Strömungsrichtung drehendes Leitblech 24′′ (Fig. 10b). Figs. 10a and 10b show further embodiments of baffles 24 and that once the guide plates 24 'which are perpendicular to the axis of the outlet pipe (Fig. 10a) and on the other a screw-shaped, in the flow direction rotating baffle 24' '(Fig. 10b) .

Fig. 7 zeigt eine Variante der Sammelkammer 17 mit halbkugelförmigem Boden 17′ unten, so daß der Austrag selbst bei schräg eingebauten Zyklonen in allen Richtungen funktioniert. Fig. 7 shows a variant of the collecting chamber 17 with a hemispherical bottom 17 'below, so that the discharge works in all directions even with inclined cyclones.

Alle diese in den Ausführungsbeispielen dargestellten und beschriebenen Merkmale und Variationen sind beliebig miteinander kombinierbar, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung den jeweiligen Bedürfnissen optimal angepaßt werden kann.All of these are shown in the exemplary embodiments and described features and variations are arbitrary can be combined with one another, so that the invention Device optimally adapted to the respective needs can be.

Die nachfolgende Tabelle zeigt erste Ergebnisse von Vergleichversuchen, die mit in Wasser suspendierten Mikroglaskugeln von der Dichte 3000 kg/m³ durchgeführt wurden. Es wurden drei Versuchsreihen durchgeführt mit verschiedenen Partikeldurchmessern, die im linken Teil der Tabelle aufgeführt sind. Die Vergleichsversuche wurden mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und einem Lakos- Zyklon IL-0075-B/S durchgeführt. Die Wirkungsgrade wurde auf einem Versuchsstand im Technikum der Fraunhofer-TEG bestimmt. Der Wirkungsgrad berechnet sich aus dem Verhältnis der im Zyklon getrennten Teilchen zu der Masse der aufgegebenen Teilchen. Besonderes Augenmerk ist auf die definierte Zuführung der Partikel in den Flüssigkeitsstrom, das Entnehmen der Teilströme vor und nach dem Zyklon, das Trennen des Partikel (Substrat) aus dem entnommenen Fluid sowie das Trocknen und Abwägen der getrennten Teilchen zu legen.The following table shows the first results of comparative tests which were carried out with microglass spheres having a density of 3000 kg / m³ suspended in water. Three series of tests were carried out with different particle diameters, which are listed in the left part of the table. The comparative tests were carried out with the embodiment shown in FIG. 1 and a Lakos cyclone IL-0075-B / S. The efficiency was determined on a test stand in the technical center of Fraunhofer-TEG. The efficiency is calculated from the ratio of the particles separated in the cyclone to the mass of the particles. Particular attention should be paid to the defined feeding of the particles into the liquid flow, the removal of the partial flows before and after the cyclone, the separation of the particles (substrate) from the removed fluid as well as the drying and weighing of the separated particles.

Man sieht deutlich, daß bei einem mittleren Durchmesser von 110 µm die Wirkungsgrade des bekannten Zyklons und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in etwa gleich sind. Bei geringen Teilchendurchmessern sind jedoch die Wirkungsgrade der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbessert. Bei einem mittleren Durchmesser von 63 Mikrometern steigt der Wirkungsgrad um etwa 1/4, bei einem mittleren Durchmesser von 32 Mikrometern beträgt der Faktor gar 1,5.One can clearly see that with an average diameter of 110 µm the efficiency of the known cyclone and device according to the invention are approximately the same. At small particle diameters are the efficiencies the device of the invention compared to the prior art Technology significantly improved. With a medium diameter of 63 microns, the efficiency increases by about 1/4, at an average diameter of 32 microns Factor 1.5.

Tab. 1 Vergleichsversuche zur Abscheidung von in Wasser suspendierten Mikroglaskugeln Tab. 1 Comparative experiments for the separation of micro glass balls suspended in water

Claims

1. Device for separating solids from fluids, with a tangential inlet pipe ( 11 ), an upper separation chamber ( 2 ) with an outlet pipe ( 6 ), a lower separation chamber ( 15 ) in particular with a constant diameter and a collecting chamber ( 17 ), thereby characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) has a larger diameter in the upper region ( 2 ') than in the lower region ( 2 ''), the diameter being continuously changed.

2. Device according to claim 1, characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) is conical at least in its lower region ( 2 '').

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) is conical overall.

4. The device according to claim 1, characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) is cylindrical and has a conical insert ( 41 ).

5. The device according to claim 4, characterized in that the cone-shaped insert ( 41 ) is designed as a shroud encasing the outlet tube ( 6 ).

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) has at least one guide plate ( 28 ).

7. The device according to claim 6, characterized in that the guide plate ( 28 ) is designed as a cylinder tube with through openings ( 29 ).

8. The device according to claim 7, characterized in that the passage openings ( 29 ) extend substantially tangentially in the vertical direction.

9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet pipe ( 6 ) projects into the lower separation chamber ( 15 ) and / or is ideally smooth at its free end, for. B. is tapered.

10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet pipe ( 6 ) has at least one guide device ( 24, 24 ', 24 '', 33 ).

11. The device according to claim 10, characterized in that the guide devices in cross-section triangular baffles ( 24 ), with conical or parabolic contour executed shield plates ( 30 ), perpendicular to the axis of the outlet pipe baffles ( 24 ') and / or helically wound baffles ( 24 '') are.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one baffle plate with an inclination of preferably 45 ° ( 23 , 26 , 31 ) is provided at the level of the lower end ( 15 ') of the lower separation chamber ( 15 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the lower end of the lower separation chamber ( 15 ) protrudes into the collecting chamber ( 17 ) and the baffle plate is attached to the inside of the lower separation chamber ( 15 ).

14. The apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) and the lower separation chamber ( 15 ) are combined with the collecting chamber ( 17 ) to form a separation chamber ( 40 ) with a constant diameter.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the collecting chamber is formed by retaining plates ( 50 , 51 ).

16. The device according to one of claims 12 to 15, characterized characterized in that several baffle plates one above the other are arranged.

17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the upper baffle plate has a diameter that corresponds approximately to the cross section of the outlet flow.

18. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the upper separation chamber a spiral flow groove on its inner surface having.

19. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tangential inlet pipe ( 11 ) is inclined.

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that the inclination 1 ° to 5 °, preferably 2 ° to 4 ° Horizontal is.

21. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tangential inlet pipe ( 11 ) is designed with a changing cross-sectional profile.

22. The apparatus according to claim 21, characterized in that the tangential inlet pipe ( 11 ) at its inlet end ( 11 ') has an approximately circular cross section and at its outlet end ( 11 '') has an approximately elliptical cross section, the cross-sectional area being constant.

23. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the upper separation chamber ( 2 ) is arranged completely or partially replaceable as a wearing part.

24. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diameter and / or the dimensions of the collecting chamber ( 17 ) are smaller than or equal to those of the upper separation chamber ( 2 ).

25. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the free end ( 16 ) of the outlet tube ( 6 ) is initially tapered and then expanded.

26. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting chamber ( 17 ) has a hemispherical bottom ( 17 ').

27. Device according to one of the preceding claims, characterized in that they are wholly or partially can be dismantled.