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Verfahren und Einrichtung zum Trennen und Abscheiden von in einem
Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft Zusatz zum Patent ... Patentanmeldung
P 21 60 415.9#24) Die Erfindung bezieht sich auf ein Verzahnen und eine Einrichtung
zum 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 gekrümmte Hauptströmung geleitet wird und an deren konkaver Seite an einer
Abströmkante vorbeiströmend einen über die gesalnte Breite des strömenden Mediums
reichenden stehenden Wirbel erzeugt, der mit einem Teil seines äußeren Bereiches
an der Hauptströmung anliegt bzw. in diese übergeht.
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Auf diese Weise wird nach dem Hauptpatent ein selbststabilisierendes,
aerodynamisch sauberes und geordnetes Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkung
geschaffen. Die im Strömungsiiedium suspendierten, zu trennenden und/oder abzuscheidenden
Stoffteilchen oder Partikel gelangen peripher und demzufolge weitgehend gleichmäßig
über einen langen Krümmungsweg verteilt in den Wirbel. Daraus ergibt sich bei einem
veftiältnisriäßig geringen Energiebedarf eine grobe Abscheideleistung. Die ursprünglich
gleichmäßig verteilte Suspension von Stoffteilchen in dem zu reinigenden oder zu
beaibefteten Medium wird von der zerltrifugierenden Wirkung in
Strömungazonen
mit stärkeren und schwS:heren St off#onzentrat Ionen aufgeteilt. Dabei entstehen
in dem ein Fliehkraitfeld daratellelalen stehenden Wirbel mit den zu trennenden
und/oder abzuscheidenden Stoffen angereicherte und von diesen freie Zonen. Die mit
den Stoffen angereißhertell Zonen befinden sich an der Peripherie des Fliehkraftfeldes,
Im Wirbelkern entstehen von den suspendierten Stoffen freie Zonen, aus denen das
gereinigte oder bearbeitete Medium abgesaugt wird.
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Versuche haben gezeigt, daß das in die Wirbelkammer einströmende und
dort ein Fliehkraftfeld bildende Medium an der oberen und unteren Begrenzungsfläche
der Wirbelkammer Sekundärströmungseffekte aufweist, die man auch als Teetassenefiekte
bezeichnen kann. Es handelt sich dabei um Sekundarströmungen, die ähnlich denen
in Rohrkrümmern sind.
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Durch diese Sekundarströmungseffekte werden in unmittelbarer Nähe
der oberen und unteren axialen Begrenzungsflächen Stoffteilchen auf spiraligen Bahnen
in Strömungsebenen, die den Begrenzungsflächen etwa parallel sind, zur Wirbelachse
getragen. In der Nähe des scheinbaren. Durchstoßpunktes der Wirbelachse durch die
axialen Begrenzungsflächen der Wirbelkammer gehen die Sekundärst römungen in schraubenlinienförmige
St römungsbahnen 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 Begrenzungsflächen fort und in Zonen immer
stärker werdender Fliehkraftwirkungen in Richtung zur Mitte der Wirbelkammer hin
getragen. Sie gelangen dabei auf immer größer werdende spiralige Bahnen und verlassen
schließlich die Wirbelkammer in deren mittleren Bereich.
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Es wurde festgestellt, daß dieser Strömungsmechanismus zu äußerst
wollen Abscheidegraden in der Wirbelkammer führt, die mit bisherigen Fliehkraftentstaubern
nicht erzielt werden konnten Ein Teil des erreichten
hohen Abscheidegrades
ist auch auf den äußerst niedrigen Turbulenzgrad in der Strömung 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 günstige Abscheideleistung
in einer Wirbelkammer mit endlicher Länge zu steigern. Das wird mit der Erfindung
dadurch erreicht, daß das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium in aneinandergrenzende
Teilwirbelkammern geleitet wird.
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Auf diese Weise werden in den Teilwirbelkammern Sekundärströmungseffekte
erzeugt, mit denen der Abscheidegrad und damit die Abscheideleistung der gesamten
Wirbelkammer wesentlich gesteigert wird.-Die durch das Absaugen des gereinigten
oder bearbeiteten Mediumanteiles durch die auftretenden Sekundärströmungs effekte
sich bildenden Senkenströmungen werden somit zur Leistungssteigerung des Trenn-
bzw. Abscheideverfahrens herangezogen.
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Zum Durchführen des Verfahrens sieht die Erfindung eine Einrichtung
vor, bei der die Wirbelkammer aus aneinandergrenzenden Teilwirbelkammern besteht.
Zweck;näaig: werden in den Trennwänden zwischen den Teilwirbelkammern Weiterführungen
der Absaugleitungen angeordnet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht.
Es zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Darstellung und im Längsschnitt einen gekrümmten
Ströinungskanal mit einer im Cucrschnitt etwa halbkreisförmigen Wirbelkammer,
Fig.
2 in perspektivischer Darstellung und im Längsschnitt eine aus aneinandergrenzenden
Teilwirbelkammern bestehende Wirbelkammer, die in einem gekrümmten Strömungskanal
angeordnet ist, Fig. 3 einen radialen Querschnitt durch eine Teilwirbelkammer mit
Trennwand, Fig. 4 einen radialen Querschnitt durch eine Teilwirbelkammer mit einer
anders gestalteten Trennwand.
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Zum Trennen und/oder Abscheiden von in einem gasförmigen oder flüssigen
Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft dient gemäß der Figur 1 eine Einrichtung,
die einen gekrümmten Strömungskanal 110 aufweist, der an seiner konkaven Seite mit
einer Abftrömkante 111 ausgestattet ist. An diese schließt sich eine in die konkave
Krümmung des Strömungskanals 110 ragende, vorzugsweise im Querschnitt etwa halbkreisförmige
Wirbelkammer 112 und eine zwischen dieser und dem Strömun#skanal befindliche Anströmkante
115 an.
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Ein zu reinigendes oder zu behandelndes gasförmiges oder flüssiges
Medium 114 wird im Strömungskanal 110 in eine gekrümmte Haupt strömung geleitet
und erzeugt an deren konkaver Seite an der Abströmkante 111 vorbeiströmend in der
Wirbelkammer 112 einen über die gesamte Breite des strömenden Peediums reichenden
stehenden Wirbel. Dieser Wirbel liegt mit einem Teil seines äu#eren Bereiches an
der Hauptströmung an bzw.
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geht in diese über.
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Auf diese Weise wird in der Wirbelkammer 112 ein selbststabilisierendes
Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkurlg geschaffen. Die im Medium 114 suspendierten,
zu trennenden und/oder abzuscheidenden
Stoffteilehen oder Partikel
gelangen in der ssäile der oberen und unteren Begrenzungsflächen der Wirbelkammer
entsprechend den gestrichelten Pfeillinien a in der Figur 1 peripher und demzufolge
weitgehend gleichniäßig Der einen langen Krümmungsweg verteilt auf spiraligen Bahnen
in Strömungsebenen annähernd parallel zu den Begrenzungsflächen in den Wirbel und
zur Wirbelachse. In der Nähe des scheinbaren Durchstoßpunktes der Wirbelachse durch
die axialen Begrenzungsflächen der Wirbelkammer gehen die Sekundärströmungen in
schraubenlinienförmige Strömungsbahnen über, die eine zusätzliche Bewegungskomponente
parallel zur Wirbelachse und von den Begrenzungs flächen fort aufweisen. Dabei werden
die Stoffteilchen von den die Strömung durch Reibung bremsenden Begrenzungsflächen
fort und in Zonen stärker werdender Fliehkräfte in Richtung zur Mitte der Wirbelkammer
hin getragen. Sie gelangen dabei auf immer größer werdende spiralige Bahnen d und
verlassen schließlich die Wirbelkammer in deren mittleren Bereich 117, um in den
Strömungskanal 110 einzutreten.
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Durch diesen Strömungsmechanismus ergibt sich bei einem verhältnismäßig
geringen Energiebedarf eine große Abscheideleistung. Die ursprünglich gleichmäßig
verteilte Suspension von Stoffteilchen in dem zu reinigenden oder zu bearbeitenden
Medium wird von der zentrifugierenden Wirkunde; in Strömungszonen mit stärkeren
und schwächeren Stoffkonzentrationen aufgeteilt. Dabei entstehen in dem ein Fliehkraftfeld
darstellenden stehenden Wirbel mit den zu trennenden und/oder abzuscheidenden Stoffen
angereicherte und von diesen freie Zonen. Diese bilden sich im Wirbelkern in der
Mitte der Wirbelkammer. Hier wird das gereinigte oder bearbeitete Medium in den
Pfeilrichtungen b in Absaugöffnungen 115 gesaugt und durch diesen zugeordnete Absaugleitungen
116 abgesaugt. Der um die abgesaugten Volumenteile geminderte Mediumanteil wird
nachgeschalteten Wirbelkammern oder anderen geeig neten Filtern zugeleitet.
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Der aufgezeigte Strömungsmechanismus führt in der Wirbelkammer 112
züäußerst hohen Abscheidegraden. Ein Teil des erreichten hohen Abscheide grades
ist auch auf den äußerst niedrigen Turbulenzgrad in der Strömung zurückzufUIiren#
der wiederum der aerodynamisch einwandfreien Ausbildung der Wirbelkammer zuzuschreiben
ist.
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Bei der Ausführungsform nach der Figur 2 besteht eine Wirbelkammer
lls, die einem gekrümmten Strömungskanal 118zugeordnet ist aus aneinandergrenzenden
Teilwirbelkammern Ilga, 119b und ll9e. Jede der Teilwirbelkammern ist mit Absaugöffnungen
120 und diesen zugeordneten Absauglei tungen 121 ausgestattet.
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Die Teilwirbelkammern werden mittels Trennwänden 122 gebildet. In
den Trennwänden sind Weiterführungen der Absaugleitungen 121 angeordnet.
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Zum Abführen des abgesaugten gereinigten oder bearbeiteten Mediums>
beispielsweise Reingas, sind die Trennwände 122 mit Austrittsöffnungen 125 versehen.
Solche Austrittsöffnungen befinden sich auch in der oberen und unteren Begrenzungsfläche
124, 125 der Wirbelkammer, an denen ebenfalls Absaugrohre 121 angeordnet sind. Die
Wirbelkammer 119 ist mit einer Abströmkante 125 und einer Anströmkante 127 ausgestattet.
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Beim Betrieb der Wirbelkammer 119 zum Trennen ~214/oder Abscheiden
von in einem strömenden gasförmigen oder flüssigen Medium suspendierten Stoffen
mittels Fliehkraft werden in den Teilwirbelkammern 119a - 119c die zuvor beim Ausführungsbeispiel
nach der Figur 1 beschriebenen Sekundärströmungseffekte erzeugt, mit denen in den
Teilwirbelkammern der Abscheidungsgrad und damit die Abscheideleistung der gesamten
Wirbelkammer wesentlich gesteigert wird. Die durch das Absaugen des gereinigten
oder bearbeiteten Mediumanteiles durch die auftretenden
Sekundärströmungseffekte
sich bildenden Senkenströmungen werden auf diese Weise zur Leistungssteigerung des
Trenn- bzw. Abscheideverfahrens herangezogen.
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Die Größe der Wirbelkammer 119 und die Anzahl der in dieser angeordneten,
aneinandergrenzenden Teilwirbelkammern richten sich nach der Art und Menge des in
der Zeiteinheit zu reinigenden oder zu bearbeitenden strömenden Mediums. Der um
die in den Teilwirbelkammern abgesaugten Volumenteile geminderte, im Strömungskanal
118 verbleibende Mediumanteil weist eine erhöhte Konzentration von Feststoffteilchen
oder Partikeln auf und wird weiteren nachgeschalteten Wirbelkammern oder anderen
geeigneten Filtern zugeführt.
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In der Figur 3 sind der Strömungsverlauf einer Hauptströmung 128,
eines von dieser in einer Teilwirbelkammer 129 gebildeten stehenden Wirbels 130
und der abgesaugten gereinigten oder bearbeiteten Volumenteile 151 ersichtlich.
Letztere treten in eine Absaugöffnung 132 einer mit einer Trennwand 1D3 verbundenen,
nicht gezeichneten Absaugleitung ein. Der Hand 154 der Trennwand 133 befindet sich
im über ganfsbereich zwischen dem Wirbel 190 und der Hauptströmung 128.
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Die Teilwirbelkammer er 135 nach der Figur 4 wird ebenfalls tangierend
von einer Hauptströmung 156 berüïlrt, wodurch in der Teilwirbelkammer ein Wirbel
157 erzeugt wird. Auch hier treten die abgesaugten Volul,lenteile 153 in eine Absaugöffnun#
139 einer nicht dargestellten, mit einer Trennwand 140 verbundenen Absaugleitung.
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Die Treialwand 140 ist hier Über den zwischen dem Wirbel 137 und der
Hauptströmung 136 befindlichen Berührungsbereich hinaus so erweitert, daß sie die
gesamte Querschnittsfläche der Tellwirbelkammer 135 und des angrenzenden Bereiches
des Strömungskanals 141 überdeckt. Die
Trennwand ragt dabei mit
Begrenzungskanten 142J 143 in den Strömungskanal 141. Mit dieser Ausgestaltung wird
das Ansaugen der durch die Absaugdffnung 139 abzusaugenden Volumenteile verstärkt.