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Verfahren und Einrichtung zum Trennen und Abscheiden von in einem
Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft Zusatz zum Patent ... (Patentanmeldung
P 22 26 #14.1-43) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung
zuln Trennen und/oder Abscheiden von in einem gasförmigen oder flüssigen Medium
suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft, bei dem das zu reinigende oder zu bearbeitende
Medium in eine sich trichterförmig erweitern de oder verengende und zum Bilden einer
äußeren oder inneren Teilring fläche sich krümmende Hauptströmung geleitet wird
und am Eintritt in die Teilringfläche an einer Abströmkante vorbeiströmend einen
Ringe wirbel erzeugt, der mit dem an die Teilringfläche grenzenden Bereich an der
Hauptströung anliegt bzw. in diese übergeht und aus dem an mehreren Stellen, vorzugsweise
in dessen Längsmittellinie, gereinigtes oder bearbeitetes Medium abgesaugt und das
um diesen Volumenanteil geminderte verbleibende Medium mit der Hauptströmung weitergeführt
wird.
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Mit diesem Verfahren und mit dieser Einrichtung nach dem Hauptpatent
wird zum Trennen Uwoder Abscheiden von in einem gasförmigen oder flüssigen strömenden
Medium suspendierten Stoffen mittels Flieliraft ein selbststabilisierendes, aerodynainisch
sauberes und geordnetes
Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkung
geschaffen. Die mitreißende wirkung der Hauptströmung stellt zugleich einen natürlichen
Antrieb für das Fliehkraftfcld dar. Die großen BerUhrungsflächen zwischen dem Ringwirbel
und dem strömenden Medium gestatten in diesem eine verhältnismäßig geringe, Antriebsenergie
sparende Strör.Iungsgeschwindigkeit Die im Strömungsmedium suspendierten, zu trennenden
und/oder abzuscheidenden Stoffteilchen oder Partikel gelangen weitgehend &leichmäßig
über den Ring#wirbelumfang, also über einen langen Krünirnungsweg, verteilt in den
Ringwirbel. Die ursprünglich gleicfrnäßig verteilte Suspension von Stoffteilchen
oder Partikeln in dem zu reinigenden oder zu bearbeitenden Medium wird von der zentrifugierenden
wirkung in Strömungszonen mit stärkeren und schwächeren Stoffkonzentrationen aufgeteilt.
Dabei entstehen in dem ein Fliehkraftfeld darstellenden Ringwirbel mit den zu trennenden
und7oder abzuscheidenden Stoffen angereicherte und von diesen freie Zonen. Die mit
den Stoffen angereicherten Zonen befinden sich an der Peripherie des Fliehkraftfeldes,
im Wirbelkern entstehen an den Absaugstellen von den zu suspendierenden Stoffen
freie Zonen. Das gereinigte oder bearbeitete Medium wird an diesen Stellen, vorzugsweise
in der Ebene der Längsmittellinie des Ringwirbels, aus dem Zentrum des Ringwirbels
abgesaugt. Das um diesen Volumenuiteil in der Zeiteinheit geminderte verbleibende
Medium wird mit der Hauptströmung weitergeführt. In dieser befindet sich nun eine
erhöhte Konzentration von suspendierten Stoffen.
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Zum Erzeugen eines Wirbels mit endlicher Länge, bei dem ebenfalls
das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium in eine Òekr~ummte Hauptströmung geleitet
wird und an deren konkaver Seite an einer Abströmkante vorbeiströmend essen über
die gesamte Länge des strömenden Mediums reichenden stehenden Wirbel bildet, der
mit einem Teil seines
äußeren Bereiches an der Hauptströmung anliegt
bzw. in diese übergeht, dient eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige gerade Wirbelkammer
mit endlicher Länge. Es wurde herausgefunden, daß das in dieser Wirbelkammer strömende
und dort ein Fliehkraftfeld bildende Medium an der oberen und unteren Begrenzungsfla#che
der Wirbelkammer Sekundärströmungseffekte aufweist, die man auch als Teetasseneffekte
bezeichnen kann. Es handelt sich dabei um Sekundärströmungen, die ähnlich denen
in Rohrkrümmern sind. Durch diese Sekundärftrö:nungseffckte werden in umittelbarer
rTähe der oberen und unteren axialen Begrenzungs flächen Stoffteilchen auf spiraligen
Bahnen in Strömungsebenen, die den Begrenzungsflächen etwa parallel sind, zur Wirbelachse
getragen.
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In der Nähe des scheinbaren Durchstoßpunktes der Wirbelachse durch
die axialen Begrenzungsflächen der Wirbelkammer gehen die Sekur.därströmungen in
schraubenlinienförmige Strömungsbahnen über, die eine zusätzliche Bewegungskomponente
parallel zur Wirbelachse und von den Begrenzungsflächen fort aufweisen. Dabei werden
die Stoffteilchen von den die Strömung durch Reibung bremsenden Begrenzun#sflächen
fort und in Zonen immer stärker werdender Fliehkraftwirkuniven in Richtung zur Mitte
der Wirbelkammer hin getragen. Sie belangen dabei auf immer größer werdende spiralige
Bahnen und verlassen schließlich die Wirbelkammer in deren mittleren Bereich. Bei
Versuchen wurde festgestellt, daß dieser Strömungsmechanismus zu äußerst hohen Abscheidegraden
in der Wirbelkalwmer fahrt, die mit bisherigen Fliehkraftentstaubern nicht erzielt
werden konnten. Ein Teil des erreichten hohen Abscheidegrades ist auch auf den äußerst
niedrigen Turbulenzgrad in der Strönullg zurückzuführen, der wiederum der aerodynamisch
einwandfreien Ausbildung der Wirbelkammer zuzuschreiben ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bei einem geraden Wirbel
von endlicher Länge aus den vorerwähnten Gründen erreichte (unstige
Abscheideleistung
auch bei einem Ringwirbel der eingangs beschriebenen Art zu erzielen. Das wird mit
der Erfindung dadurch erreicht, daß das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium
in aneinandergrenzende Teilringkammern geleitet wird.
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Auf diese Weise werden im Ringwirbel Sekundärströmungseffekte erzeugt,
mit denen der Abscheidegrad und damit die Abscheideleistung noch wesentlich gesteigert
werden. Die durch das Absaugen des gereinigten oder bearbeiteten Medlumanteiles
über die auftretenden Sekundärströ mungseffekte sich bildenden besonderen Senkenströmungen
werden somit zur Leistungssteigerung des Trenn- bzw. Abscheideverfahrens herange
zogen.
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Zum Durchführen des Verfahrens sieht die Erfindung eine Einrichtung
vor, bei der die Ringkammer aus aneinandergrenzenden Teilringkammern besteht. Zweckmäßig
werden in den Trennwänden zwischen den Teilringkammern Weiterführungen der Absaugeleitungen
angeordnet.
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Ausfüllrungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen sich trichterförmig erweiternden
Strömungskanal und durch eine in diesem angeordnete Ringkammer, die aus aneinandergrenzenden
Teilringkammern besteht, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine aus aneinandergrenzenden
T e ilringkammern bestehende Ringkammer und in schematischer Darstellung den Verlauf
der Hauptströmung sowie der Sekundärst römungen,
Fig, 3 einen Längsschnitt
durch eine andere Ausführungs form eines sich trichterförmig erweiternden Strömungskanals
mit einer in diesem angeordneten, aus aneinandergrenzenden Teilringkammern bestehenden
Ringkammer.
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Bei dem in der Figur 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel einer
Einrichtung zum Trennen und/oder Abscheiden von in einem gasförmigen oder flüssigen
Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft, wobei die abzuscheidenden Stoffe
axial ausgetragen werden, ist ein sich trichterförmig erweiternder Strömungskanal
97 so ausgebildet, daß dieser an einer ringförmigen Abströmkante 98 in eine im Querschnitt
etwa halbkreisförmige Ringkammer 99 übergeht und hinter dieser wieder zusammengeführt
wird. An mehreren Stellen der Ringkammer 99, vorzugsweise in deren Längsmittellinie,
sind Absaugöffnungen 100 von Absaugleitungen 101, 102 angeordnet. Wie aus der Figur
1 ersichtlich ist, münden die Absaugleitungen 102 in eine den Strömungskanal 97
umgebende Ringleitung 103.
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Das zu reinigende oder zu bearbeitende gasförmige oder flüssige stedium,
beispielsweise ein Staub mit sich führendes Rohgas, wird in der Pfeilrichtung a
im Strömungskanal 97 in eine sich trichterförmig erweiternde und zum Bilden einer
äußeren Teilringfläche sich krümmende Hauptströmung 104 geleitet, die am Eintritt
in die Teilringfläche an der Abströmkante 93 vorbeiströmend einen Ringwirbel 105
erzeugt. Der Ringwirbel erstreckt sich über den gesamten Umfang der Ringkarnmer
99 und liegt mit seinem an die Teilringfläche grenzenden Bereich an der haupt strömung
104 an bzw. geht in diese über. An mehreren Stellen des Hingwirbels, vorzugsweise
in dessen Längsmittellinie, wird durch die Absaugöffnungen 100 gereinigtes oder
bearbeitetes Medium abgesaugt und
durch die Absaugleitungen 101,
102 der Ringleitung 103 zugeführt, aus der das bearbeitete Medium, beispielsweise
ein Reingas, in der Pfeilrichtung b austritt. Das um den Volumenanteil des abgesaugten
Mediums geminderte verbleibende Medium wird mit der Hauptströmung 104 in der Pfeilrichtung
c weitergeführt und nachgeschalteten Ringkanimern-oder anderen geeiSleten Filtern
zugeleitet.
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Die in der Figur 1 gezeigte Ringkammer 99 besteht, wie die Figur 2
in perspektivischer Darstellung veranschaulicht, aus Teilringkammern 99a, 99b, 99c,
99d, 99e. Die Teilringkammern werden mittels Trennwänden 106 abgebildet. Im Inneren
der Trennwände sind, wie die rechte Trennwand in der Figur 1 erkennen läßt, Weiterfünrungen
der mit den Absaugöffnun gen 100 yerbundenen Absaugleitun0-;en 101 angeordnet.
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In der Figur 2 ist ersichtlich, daß die an der Abströmkante 98 vorbeiströmende
Hauptströrnung 104 des zu bearbeitenden oder zu reinigenden Mediums in der aus den
Teilringkammern 99a - 99e bestehenden Ringkaml-ner 99 einen Wirbel bildet, der tilit
einem Teil seines äußeren Bereiches an der Hauptströlnung anliegt bzw. in diese
übergeht.
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Der in die Ringkammer eintretende Teil des Mediums bildet in den Teilringkammern
Fliehkraftfelder. Beiderseits der Trennwände 106, die obere und untere Begrenzungsflächen
der Teilringkammern darstellen, entstehen in der Nähe der Trennwände in den dort
strömenden Mediumanteilen Sekundärströrnungseffekte, die in der Figur 2 mit gestrichelten
Linien 107 angedeutet sind. Die Sekundärströmungseffekte kann man auch als Teetasseneffekte
bezeicimen. Es handelt sich dabei um Sekundärströmungen, die ähnlich denen in Rohrkrürnmern
sind. Wie aus der Figur 2 ferner ersichtlich ist, werden die in dem strömenden,
ein Fliehkr'aftfeld bildenden Medium enthaltenen Feststoffteilchen
oder
Partikel von den Sekundärströmungen - wie die punktierte Linie 108 der Stoffteilchenbannen
zeigt - in Bereiche immer größerer Fliehkräfte getragen, wobei sie sich von der
oberen und unteren Be#renzung#fläche der Teilwirbelkammer zu deren Wiitte hin entfernen
und auf diesem Wege aufgrund der größer werdenden Fliehkräfte auf irn;ner größer
werdenden spiraligen Balmen schließlich die Teilwirbelkammer in deren mittleren
Bereich verlassen und in die Hauptströmung gelangen. Wie mit den Pfeilen d angedeutet
ist, werden die gereinigten oder bearbeiteten Mediumanteile durch die Absaugöffnungen
100 und die Absaugleitungen 101 abgesaugt.
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Dieser aufgezeigte Ströinungsmechanisnrus führt zu äußerst hohen Abscheidegraden
in den Teilwirbelkarnmern 99a - 99e. Ein Teil des erreichten hohen Abscizeidegrades
ist auch auf den äußerst niedrigen Turbulenzgrad in der Strömung zurückzuführen,
der wiederum der aerodynamisch einwandfreien Ausbildung der Teilwirbelkammern zuzuschreiben
ist. Die durch das Absaugen des "ereinigten oder bearbeiteten Medlumanteiles durch
die auftretenden Sekundärströmungseffekte sich bildenden besonderen Senkenströmungen
werden somit zur Leistungssteigerung des Trenn-bzw. Abscheideverfahrens herangezogen.
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Die Größe der Ringkammer 99 wie auch die Größe und Anzahl der Teilringkalmnern
99a - 99e richten sich nach der Art und Menge des in der Zeiteinheit zu reinigenden
oder zu bearbeitenden strömenden gasförmigen oder flüssigen Mediums. Auch der Querschnitt
des Strömungskanals 97 und die St römungs geschwindigkeit der Hauptströmung werden
entsprechend den Betriebsbedingungen gewählt.
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Die Ausfübrungsform nach der Figur 3 zeigt einen sich trichterförmig
erweiternden Strömungskanal 109, der an einer ringförmigen Abströmkante
110
in eine im Querschnitt etwa halbkreisförmige Ringkammer 111 übergeht und hinter
dieser wieder zusammengeführt wird.
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An mehreren Stellen der Ringkammer, vorzugsweise in deren Längsmittellinie,
sind Absaugöffnungen 112 von Absaugleitungen 113 angeordnet.
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Die Ringkammer 111 besteht wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbei
spiel aus aneinandergrenzenden Teilringkammern. Diese Teilringkammern weisen Trennwände
114 auf. Innerhalb der Trennwände sind die Absaugleitungen 113 weitergeführt, die
in eine-Ringleitung 115 münden. Die Trennwände sind hier so ausgeführt> daß sie,
wie ihre Begrenzungskanten 116, 117 zeigen, über den Querschnitt der Ringkammer
111 hinaus auch den an diese angrenzenden Bereich des Strömungskanals 109 überdecken.
Die Trennwände 114 dienen somit zugleich zur Halterung des im Strömungskanal 109
befindlichen, die Ringkammer 111 bildenden Bauteiles 118.
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Das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium wird in der Pfeilrichtung
e in den Strömungskanal 109 geleitet und bildet an der Abströmkante 110 vorteiströmend
einen Ringwirbel 119. Der Ringwirbel erstreckt sich über den gesamten Umfang der
Ringkammer 111 und liegt mit seinem an die Teilringfläche grenzenden Bereich an
der Haupt strömung 120 an bzw. geht in diese über.
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Durch die Absaugöffnungen 112 und die Absaugleitungen 113, die innerhalb
der Trennwände 114 weitergeführt sind, wird gereinigtes oder bearbeitetes Medium
abgesaugt und der Ringleitung 115 zugeführt, aus der dieser Mediumanteil, beispielsweise
Reingas, in der Pfeilrichtung f austritt. Das um den Volumenanteil des abgesaugten
Mediums geminderte
verbleibende Medium wird mit der Hauptströmung
120 in der Pfeilrichtung g weitergeführt und nachgeschalteten Ringkammern oder anderen
geeigneten Filtern zugeleitet.
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Auch bei der Bauform nach diesem Ausführmngsbeiupiel entstehen in
der Nähe der Trennwände 114 in den Teilringkammern Sekundärströmungs effekte, die
die Absaugeleistung und den Abscheidegrad in der vorerwähnten Weise verbessern.