DE2300869C3 - Verfahren und Einrichtung zum Trennen und Abscheiden von in einem Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren 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 gesamte Breite des strömenden Mediums reichenden stehenden Wirbel erzeugt, der mit 'einem Teil seines äußeren Bereiches an der Hauptströmung anliegt bzw. in diese übergeht.

Auf diese Weise wird nach dem Hauptpatent ein selbststabilisierendes, aerodynamisch sauberes und geordnetes Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkung geschaffen. Die im Strömungsmedium 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 verhältnismäßig geringen Energiebedarf eine große Abscheideleistung. Die ursprünglich gleichmäßig verteilte Suspension von Stoffteilcüen in dem zu reinigenden oder zu bearbeitenden Medium wird von der zentrifugierenden Wirkung in Strömungszonen mit stärkeren und schwächeren Stoffkonzentrationeri aufgeteilt. Dabei entstehen in dem ein Fliehkraftfeld darstellenden stehenden Wirbel mit den zu trennenden und/oder abzuscheidenden Stoffen angereicherte und von diesen freie Zonen. Die mit den Stoffen angereicherten 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.
S 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 Teetasseneffekte bezeichnen

ίο kann. Es handelt sich dabei um Sekundärströmungen, die ähnlich denen in Rohrkrümmern sind. Durch diese Sekundärströmungseffekte werden in unmittelbarer Nähe der oberen und unteren axialen Begrenzungsflächen Stoffteilchen auf spiraligen Bahnen in Strömungs-

■s ebenen, die den Begrenzungsflächen etwa parallel sind, zur Wirbelachse getragen. In der Nähe des scheinbaren Durchstoßpunktes der Wirbelachse durch die axialen Begrenzungsflächer. der Wirbelkammer gehen die Sekundärströmungen 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 Begrenzungsflächen fort und in Zonen immer stärker werdender Fliehkraftwirkungen in Richtung zur Mitte der Wirbelkammer hin getragen. Sie gelangen dabei auf immer größer werder.de spiralige Bahnen und verlassen schließlich die Wirbelkammer in deren mittleren Bereich.

Es wurde festgestellt, daß dieser Strömungsmechanismus zu äußerst hohen 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.

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.

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 Sekundärströmungseffekte sich bildenden Senkenströmungen werden somit zur Leistungssteigerung des Trenn- bzw. Abscheideverfahrens herangezogen.

Zum Durchführen des Verfahrens sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, bei der die Wirbelkammer aus aneinandergrenzenden Teilwirbelkammern besteht. Zweckmäßig werden in den Trennwänden zwischen den Teilwirbelkammern Weiterführungen der Absaugleitungen angeordnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung veranschaulicht. Es zeigt

F i g. 1 in perspektivischer Darstellung und im Längsschnitt einen gekrümmten Strömungskanal mit einer im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Wirbelkammer,

F i g. 2 in perspektivischer Darstellung und im Längsschnitt eine aus aneinandergrenzenden Teilwir-

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belkammern bestehende Wirbelkammer, die in einem gekrümmten Strömungskanal angeordnet ist,

F i g. 3 einen radialen Querschnitt durch eine Teilwirbelkamrner mit Trennwand,

F i g. 4 einen radialen Querschnitt durch eine Teilwirbelkammer mit einer anders gestalte: cn Trennwand.

Zum Trennen und/oder Abscheiden von in einem gasförmigen oder flüssigen Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft dient gemäß der F i g. 1 eine Einrichtung, die einen gekrümmten Strömungskanal 110 ι ο aufweist, der an seiner konkaven Seite mit einer Abströmkante Ul 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 Strömungskanal befindliche Anströmkante 113 an.

Ein zu reinigendes oder zu behandelndes gasförmiges oder flüssiges Medium 114 wird im Strömungskanal 110 in eine gekrümmte Hauptströmung geleitet und erzeugt an deren konkaver Seite an der Abströmkante 111 vorbeiströmend in der Wirbelkammer 112 einen über die gesamte Breite des strömenden Mediums reichenden stehenden Wirbel. Dieser Wirbel liegt mit einem Teil seines äußeren Bereiches an der Hauptströmung an bzw. geht in diese über.

Auf diese Weise wird in der Wirbelkamme'- 112 ein selbststabilisierendes Strömungsfeld mit hoher Fliehkraftwirkung geschaffen. Die im Medium 114 suspendierten, zu trennenden und/oder abzuscheidenden Stoffteilchen oder Partikel gelangen in der Nähe der oberen und unteren Begrenzungsflächen der Wirbelkammer entsprechend den gestrichelten Pfeillinien a in der F i g. 1 peripher und demzufolge weitgehend gleichmäßig über 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 Begrenzungsflächen 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 gelanger, dabei auf immer größer werdende spiralige Bahnen d und verlassen schließlich die Wirbelkammer in deren mittleren Bereich 117, um in den Strömungskanal 110 einzutreten.

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 Wirkung 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 geeigneten Filtern zugeleitet

Der aufgezeigte Strömungsmechanismus führt in der Wirbelkammer 112 zu äußerst hohen Abscheidegraden. Ein Teil des erreichen hohen Abscheidegrades ist auch auf den äußerst niedrigen Turbulenzgrad in der Strömung zurückzuführen, der wiederum der aerodynamisch einwandfreien Ausbildung der Wirbelkammer zuzuschreiben ist

Bei der Ausführungsform nach der F i g. 2 besteht eine Wirbelkammer 119, die einem gekrümmten Strömungskanal 118 zugeordnet ist aus aneinandergrenzenden Teilwirbelkammern 119a, 119Z> und 119c. Jede der Teilwirbelkammern ist mit Absaugöffnungen 120 und diesen zugeordneten Absaugleitungen 121 auigestattet

Die Teilwirbelkammern werden mitteis Trennwänden 122 gebildet In den Trennwänden sind Weiterführungen der Absaugleitungen 121 angeordnet Zum Abführen des abgesaugten gereinigten oder bearbeiteten Mediums, beispielsweise Reingas, sind die Trennwände 122 mit Austrittsöffnungen 123 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 126 und einer Anströmkante 127 ausgestattet.

Beim Betrieb der Wirbelkammer 119 zum Trennen und/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 F i g. 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 dutch die auftretenden Sekundärströmungseffekte sich bildenden Senkenströmungen werden auf diese Weise zur Leistungssteigerung des Trenn- bzw. Abscheideverfahrens herangezogen.

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.

In der F i g. 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 131 ersichtlich. Letztere treten in eine Absaugöffnung 132 einer mit einer Trennwand 133 verbundenen, nicht gezeichneten Absaugleitung ein. Der Rand 134 der Trennwand 133 befindet sich im Übergangsbereich zwischen dem Wirbel 130 und der Hauptströmung 128.

Die Teilwirbelkammer 135 nach der Fig.4 wird ebenfalls tangierend von einer Hauptströmung 136 berührt, wodurch in der Teilwirbelkammer ein Wirbel 137 erzeugt wird. Auch hier treten die abgesaugten Volumenteile 138 in eine Absaueöffnun? 139 pinpr nirht

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dargestellten, mit einer Trennwand 140 verbundenen Absaugleitung.

Die Trennwand 140 ist hier über den zwischen dem Wirbel 137 und der Hauptströmung 136 befindlichen Berührungsbereich hinaus so erweitert, daß sie die gesamte Querschnittsfläche der Teilwirbelkammer 135 und des angrezenden Bereiches des Strömungskanals 141 überdeckt. Die Trennwand ragt dabei mit Begrenzungskanten 142, 143 in den Strömungskanal 141. Mit dieser Ausgestaltung wird das Ansaugen der durch die Absaugöffnung 139 abzusaugenden Volumenteile verstärkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 OO 869 Patentansprüche:

1. Verfahren 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 gesamte Breite des strömenden Mediums reichenden stehenden Wirbel erzeugt, der mit einem Teil seines äußeren Bereiches an der Hauptströmung anliegt bzw. in diese übergeht, nach Patent 21 60145, dadurch gekennzeichnet, daß das zu reinigende oder zu bearbeitende Medium in aneinandergrenzende Teilwirbeikammern geleitet wird.

2. Einrichtung zum Trennen und/oder Abscheiden von ir. einem gasförmigen oder flüssigen Medium suspendierten Stoffen mittels Fliehkraft, aus der die abzuscheidenden Stoffe axial ausgetragen werden und die einen gekrümmten Strömungskanal aufweist, der an seiner konkaven Seite mit einer Abströmkante, einer an diese sich anschließenden, in die konkave Krümmung des Strömungskanals ragenden, vorzugsweise im Querschnitt etwa halbkreisförmigen Wirbelkammer und einer zwischen dieser und dem Strömungskanal befindlichen Anströmkante ausgestattet ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirbelkammer aus aneinandergrenzenden Teilwirbelkammern besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Trennwänden zwischen den Teilwirbelkammern Weiterführungen der Absaugleitungen angeordnet sind.