DE2852233A1

DE2852233A1 - Wirbelreiniger

Info

Publication number: DE2852233A1
Application number: DE19782852233
Authority: DE
Inventors: Karl Arvid Skardal
Original assignee: Cellwood Grubbens AB
Current assignee: Cellwood Grubbens AB
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-12-02
Publication date: 1979-06-07
Also published as: GB2012625B; DE2852233C2; FR2410511B1; JPS5493106A; IT1100523B; FR2410511A1; CA1084449A; GB2012625A; FI67590C; IT7830457A0; BR7807943A; FI783691A7; FI67590B; US4224145A; JPS5753479B2

Description

Ti/irbelr einiger

Die Erfindung betrifft einen ¥irbelreiniger, oft auch ETydrosyklon genannt, tun eine Paser-JTlüssi^keits-Suspension, insbesondere eine wässrige Suspension von Pulpe für die Papiererzeu-auiij;, in Fraktionen zu trennen. Der Reiniger hat die bekannte irundkonstruktioii und bestellt .■•ul-^c; einer lan^jestroclcten "i/irbelkaiiuaer, die einen kreisrund en Querschnitt hat imd allmLllilich über einen iieil ihrer Lan;;e su einem axialon 3nde der Kami-ier hin konver-.jiort, v/ob ei do.s _u;x-üßere linde dieser "iirbelkaxMer nit mindest ens einera in wesentlichen tangential en Zulauf für die zu behandelnde Suspension χτηά einen ersten aizialen Auslauf für eine leichtere Fraktion der behoaidelten Suspension versehen ist und das kleinere Ende der Ivirbelkamrcer nit einen zweiten arcialen Ausla.uf für eine schwerere Fraktion de;; behandelten Suspension versehen ist.

^Tifirbelreiniger dieser Bauart v/erden in großer Zahl in der Papier- xmd Pulpeindustrie zum Reinigen von Pulpe-

52 331

Vfe/Ti - 2 -

909823/0807 _BADOnlG,_NAL

suspensionen von Verunreinigungen wie Spänen, Splittern, Sandkörnern, Metallpartikeln und auch größeren Metallgegenständen wie "beispielsweise Büroklammern, Heftklammern, Nadeln, Schrauben, Muttern usw. benutzt, wobei die letzteren Verunreinigungen oft in Pülpesuspensionen vorhanden sind, die aus Papierabfall hergestellt werden.

Ein Wirbelreiniger dieser Bauart arbeitet im Prinzip wie folgt. Die zu behandelnde Suspension, der Zulaufstoff, wird mit hoher Strömungsgeschv/indigkeit in die Wirbelkammer durch den tangentialen Zulauf am größeren Ende der Kammer eingespeist. Die Suspension wird in die Kammer in der Nähe der Innenseite der Wandung der Kammer eingespeist und bildet einen wendelformigen Wirbelstrom, der sich längs der Innenseite der Wsadung zur gegenüberliegenden, konvergierenden 33n.de der Kammer hin be^.fegt. Unter den Einfluß der Fliehkräfte in diesen Wirbelstrom neigen die Partikel in der Suspension dazu, sich in einer solchen Weise zu ordnen, daß ein Stoff, der schwerer und größer ist, beispielsweise in der Form von Verunreinigungen wie Spänen, Splittern, Sandkörnern, Metallpartikeln, Metallgegenständen usw. sich so nahe wie- möglich an -der '/and der Wirbelkammer sammelt, während leichtere Partikel in der Suspension, d.h. die brauchbaren Fasern, wenn eine Pülpesuspension gereinigt .wird, näher an der Mittelachse der Wirbelkammer verbleiben. Am konvergierenden Ende der Wirbelkammer bewegt sich die Schicht des Wirbelstroms, die sich der Wandung der Kammer am nächsten befindet, und diese enthält die angesammelten schwereren Verunreinigungen, weiter zum axialen Auslauf am kleineren Ende der Wirbelkammer, um durch diesen Auslauf als eine schwerere Fraktion aus Verunreinigungen ausgeschieden zu werden, als Ausschuß. Der innere Teil des Wirbelstroms andererseits wendet am konvergierenden Ende der Kammer und wandert in axial entgegengesetzter Richtung als ein in-

- 3 §09823/0807

nerer wendelförmiger Wirbelstrom weiter, der durch, den axialen Auslauf am größeren Ende der Kammer als eine leichtere !Fraktion abgezogen wird, als Brauchstoff. Bei diesem Brauchstoff handelt es sich im v/es entliehen aus brauchbaren !Usern, wenn eine Pülpeesuspensicn gereinigt wird.

Wirbelreiniger dieser Bauart, wie sie bisher zum Reinigen von Pulpesuspens ionen für die Papiererzeugung benutzt worden sind, haben eine Wirbelkammer mit einer konvergierenden Partie, die als Kegelstumpf mit einer glatten Innenwandung ausgebildet ist. Bei diesen bekannten Wirbelreinigern hat sich jedoch herausgestellt, daß die Suspensionsschicht, die größere und schwerere Verunreinigungen enthält und die sich nahe an der Wand des konisch zulaufenden Teils der Wirbelkammer sammelt, in vielen Fällen nicht in der lage ist, ganz bis zum kleineren Ende der Wirbelkammer zu wandern, so daß sie durch den Ausschuß-Auslauf in der beabsichtigten Weise ausgeschieden werden kann. Das führt zu einer zunehmenden Ansammlung von Verunreinigungen im konisch zulaufenden Teil der Wirbelkammer, und dadurch kann der Reiniger schließlich ganz zugesetzt werden, und in diesem Pail muß der Reiniger stillgesetzt werden, damit der blockierte Ausschuß-Auslauf geräumt werden kann. Selbst wenn ein solches vollständiges Zusetzen des Wirbelreinigers nicht eintritt, passiert es häufig, daß größere Verunreinigungen aus hartem Material, die in der Suspension vorhanden sind, beispielsweise Steine und Metallgegenstände, in der konisch zulaufenden Partie der Wirbelkammer beträchtliche Zeit bleiben, und während dieser Zeit wäerden sie durch den Wirbelstrom in peripherer Richtung nahe an der konischen Wandung der Wirbelkammer und im wesentlichen an ein und derselben Stelle ständig in Drehung versetzt, was in kurzer Zeit zu sehr schwerwiegenden Verschleißschäden

- 4 -909823/0807

■ Kr ' '

an der Wandung der Kammer führt.

Ein prinzipielle!" G-rund für die obigen Erscheinung bei bekannten Wirbelreinigern dürfte darin zu sehen sein, daß die konische Wandung der Wirbelkammer eine Reaktionskraft auf die Suspensionsschicht ausübt, die sich der Wandung am nächsten befindet, und diese Reaktionskraft ist im wesentlichen senkrecht zur Wandung gerichtet und hat folglich eine axiale Komponente, die zum größeren Ende der Wirbelkammer hin gerichtet ist. Diese axiale Kraftkomponente wirkt der Kraft entgegen vcad. kann sie aufheben, die durch den Zulaufdruck entsteht und die bestrebt ist, den Wirbelstrom zum kleineren Ende der Wirbelkammer hin zu bewegen. Es versteht sich, daß es die radiale Kontraktion des Wirbelstroms ist, die durch die konisch zulaufende Partie der Wirbelkammer hervorgerufen wird, die ein Wenden des Teils des '.virbelstroms, der sich der Kittelachse der Wirbelkammer am nächsten befindet, und dessen Bewegung- in. der axialentgegengeseteten Richtung zum Brauchst off-Auslauf am größeren Ende dex· Kammer bewirkt«, Wenn sich jedoch die beiden oben erwähnten Kräfte, die auf die Suspensionsschicht einwirken, die sich der konischen Wandung- der Wirbelkammer am nächsten befindet, zufälligerweise aufheben, ist erkennbar, daß die Verunreinigungen, die sich in dieser Suspensionsschicht konzentrieren, nur sehr schwer in der beabsichtigten Weise zum Ausschuß-Auslauf am kleineren Ende der Wirbelkammer wandern können. Bei Wirbelreinigern, die zum Reinigen von Pulpesuspensionen in der Papierindustrie benutzt v/erden, hat sich herausgestellt, daß dieses Problem um so schwieriger wird, je höher die Konsistenz der behandelten Pulpesuspension ist. Bei der Aufbereitung von Pulpe für die Papiererzeugung ist es jedoch ein sehr erheblicher Vorteil, mit Pulpesuspensionen mit hoher Konsistenz arbeiten zu können, beispielsweise 1Jo oder mehr,

— 5 —

909823/0807

BAD OBlGJNAL

vrail dec die -."rößc und dciiait die Anschaffun^skosten für alle Apparate in der Anlage, wie Rohrsysteme, Pumpen, Jleini.-er uswc verringert imd auch die ITotwendigkeit von Vordickem, verringert und insgesamt die Betriebskosten für die fülpe-Ileinijiux; sanlaje erheblich verringert, weil viel :;erin,-*ere Kennen der Pülpesuspension durch die ZmIa₁ ;e uMjewülst und ^epumpt werden müssen.

Um dieses Problem zu mildern, ist in der U8-PS 3.800.946 vor-;e,3c]ila_L;en worden, die Wandung des konisch zulaufenden Teils der Wirbelkammer mit einer oder mehreren schrauben ^windoartijen Spiralnuten zu versehen, die jeweils einem im wesentlichen rechteckigen oder trapezförmigen Querschnitt haben und sich entweder in die entgegengesetzte oder in die gleiche .Richtung wie die Drehreiclitung des Suopensionsv/irbels in der Virbelkammer erstrecken. Da. jedoch in dieser vorgeschlagenen Anordnung die Oberwand ebenes ο wie die Dodemrand der schraubengewindeartigen Hut imi;or nocji relativ zur Ilittelo.cliye der ^r.7irbelkamraer jenei.jt ijincl, ui; sun _;:rüj0oren linde der w'irbelkexnüer hin «u cliver- ;icjren, bloibt dan vorstehend erläuterte l-robleia In wefjO'n.tj ich on unbeeinflußt, nämlicji, daß die SuspensionsfjcMcJit, die sich der Vandunj der "./irbellc8Ji:imer am nächsten, befindet, Realctionslcrliften ausgesetzt v/ird, die von der iro-i^icrwandun;; herrühren und dem Sranöport der Suspension zum Ausschluß-Auslauf am kleineren 3nde der IZnwr.ior ent..;ejcnv/irken. Die G-ewindenut kann sicher, raindontciiG daira, wenn sie fiich in derselben Ilichtun^ v^ie die Drohrichtun,-; des Suspensionswirbels erstreckt, den !'rollsport zum Ausschuß-Aus 1 aiii den Teils der Suspension unterstützen, der sich innerhalb der G-ewindenut selbst befindet. Veil die Gcv/indenuten jedoch sehr flach sind, die 'Jiofe beträft nur etwa 1,5 mm, ist d.ieser löffelet in eic:-? Pr?.::is extrem ,jeriiiü'. üine wesentliche Vertiefung; der i.fev/indermten v/ürde andererseits vraJirsciieinlich zn schweren Stürun. -on im inneren 'feil des T/irbelstroms führen,

-G-909823/0807

BAD ORIGINAL

der sich im konisch aiii auf end en !Teil der wirbelkammer ua- · wendet und zum größeren linde der "virbülkaumer zurückkehrt.

In der schwedischen Patentschrift 107.435 ist in 7erbindung mit einem Zyklonabseheider der allgemeinen Art, wie er vorstehend beschrieben worden ist und der siixi deinigen eines Gases von Staub und anderen Fest st off partikel:! benutzt wird, zur Behebung eines Probleraa vorgeschlagen worden, das dem vorstehenden ähnlich ist, daß die IJajadtrng des zulaufenden Teils der !virbelkajmier nit einem Absatz versehen wird, der sich -schraubenlinienförmig als ."iewindeggoig mit kleiner v/erdendem DurcliDiesser zum kleineren Ende der Kammer hin in derselben JJr einrichtung um die Achse der Kammer wie die Brehrichtung des G-asstrons in der Kammer erstreckt, und daß die 'Jandung, die die aufeinanderfolgenden G-änge dieses sich schra-ubenlinienfönai;; erstreckenden Absatzes miteinander verbindet, parallel sur Achse der viirbelkajojiierc lie:jt, so daß diese 'Janö. iceine a2cial .,erichtete Eealztionskraft auf die Q-a-s-Staub-Schicht aiicübon fcojan, die sich der v/anduivj ojii ntlchsten befindet. "Oeiin Sesten einer ähnlichen Konstruktion eines V/irbelreini^ers für Ρυ-lpe susp ens ionen für die Pa.piererzeu^unj ist jedoch festgestellt worden, daß tatsächlich ein wesentlich schlechteres Ergebnis erzielt wird als mit einem herkömmlichen Wirbelreiniger, bei dem die zulaufende Partie der Viirbelkammer eine vollkommen platte, kegelstumpfförmi-je V/andunj hat. Dieses Ergebnis ist etwas überraschend und schwer zu erklären. Der G-rund mac ^der sein, daß der sich schraubenlinienförmig erstreckende Absatz selbst eine axiale Reaktionskraftkomponente hervorruft, die zum größeren Ende der Wirbelkammer hin gerichtet ist und die einer einwandfreien Bewe^un^· der schwereren Fraktion zum Ausschuß-Auslauf am kleineren Ende der Wirbelkammer entgegenwirkt und diese Bewegung stört. Jedenfalls können diese Testergebnisse den Fachmann nicht ermutigen, die Verwendung

— V —

90982 3/080 7 _bAd

/IO

einer Konstruktion entsprechend der schwedischen Patentschrift 1C7.435 für einen Wirbelreiniger zu versuchen, der zum Reinigen von Piilpesuspensionen für die Papiererseugung benutzt werden soll.

trans überraschend ist jedoch festgestellt worden, und diese üirfindung basiert auf dieser unerwarteten Feststellung, daß ins Auge springende verbesserte 3rgebnisse mit einen ".v'irbelreiniger der allgeneinen Bauart erreicht werden können, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, wenn jfeser-i'lüssigkeits-Suspensioiien gereinigt werden, besonders wässrige Suspensionen ύοϊι Pulpe bei der Papierer ζeu;jung, wenn der zulaufende Teil der Wirbelkammer mit mindestens einem Absatz versehen ist, der zum größeren Lude der Kammer zeigt und sich schraubenlinienförmig mit kleiner werdendem Durchmesser zum kleineren Ende der Kamner in derselben Drehrichtung um die Achse der Kammer wie die Drehrichtun,; des Ulrbelstroms. erstreckt, im Prinzip in vieler Hinsicht in der gleichen w'eiae, wie das in der schwedischen Patentschrift 187.435 vorgeschlagen worden ist, jedoch mit dem sehr wichtigen Unterschied, daß die Seitonwand der Wirbelkammer, die die aufeinanderfolgenden (ränge des Absatzes miteinander verbindet, relativ zur Achse der Wirbelkammer in solcher ¥eise geneigt ist, daß diese Seitenwand konisch in Richtimg zum kleineren Ende der Wirbelkammer divergiert.

Es ist festgestellt worden, daß diese scheinbar unerhebliche Modifikation in Wirklichkeit zu einer Wirbelkammer führt, die einen wesentlich verbesserten Betriebswirkungsgrad und wesentlich bessere Ergebnisse erbringt, nicht nur beim Vergleich mit einer Wirbelkammer, bei der die Seitenwand parallel zur Achse der Wirbelkammer in der Art liegt, wie das in der schwedischen Patentschrift 187.435 vorgeschlagen worden ist, sondern auch beim Vergleich mit

- 8 909823/0807

BAD ORIGINAL

einer herkömmlichen Wirbelkammer, bei der der zulaufende Teil der Kammer eine vollkommen platte, kegelstumpfförmi^e Wandung hat, die Konstruktion, die bisher und zur Zeit für Wirbelreiniger für das Reinigen von Pulpe suspensionen in der papiererzeugenden Industrie benutzt wird.

Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn der ITei-2un~swinkel der Seitenwand relativ zur Achse der Wirbelkammer im Bereich bis zu 5° und insbesondere in Bereich von 1° bis 4° liegt.

Die Zahl der sich sehraubenlinienförmij erstreckenden Absätze kann variieren. Wenn zwei oder mehr sich schraubenlinienförmig erstreckendeAbsatze benutzt werden, lie;;en sie in einer Weise relativ ztieinander, die den Schraubengeivindegängen mit mehreren G-än^en ähnlich ist. Besonders gute Ergebnisse werden beim Arbeiten mit einem Wirbelreini^er erreicht, der mit zwei sich schraub enlini enf arm j erstreckenden Absätzen versehen ist.

Die Stci,jun,;; jedes sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absatzes, tmabhäiii;!·} davon, ob ein "Absatz oder mehrere Absätze benutzt werden, hai; vorzugsweise die gleiche iJröße \t±c die axiale Abmessung der Zu;;aax"söffn.un,; des tangentialen Zulaufs zur Wirbelkammer.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind;

Έ±β. 1 ein schematisches imd axial ,_;oschnittenos Ausführunjsb ei spiel eines Wirbelreini-'ers nach der Erfindung, bei dem der zulaufende Teil der Wirbelkammer mit einem sich schraub enlini enförmi_:·; erstreckenden Absatz versehen ist,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eineo Wirbelreini^ers nach der Erfindung, bei dem der

■ _ — ο _

909823/08Q7

zulaufende Teil der Wirbelkammer mit zwei sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absätzen versehen ist, und

Pig. 3 ein Diagramm, das die Ergebnisse einer großen Zahl von Vergleichstests mit einer Reihe von Wirbelreinigemi darstellt, die nach der Erfindung ausgebildet sind und verschiedene Neigungswinkel der Seitenwand haben, die aufeinanderfolgende Gänge des sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absatzes verbindet, einer Konstruktion nach dem Prinzip der schwedischen Patentschrift 187.435 entsprechen, bei der diese Seitenwand parallel zur Achse der Wirbelkammer liegt, oder einer herkömmlichen Konstruktion eines Wirbelreinigers mit einer glatten, kegelstumpfförmigen Wandung am zu-•laufenden Teil der Wirbelkammer entsprechen.

Die Wirbelreiniger nach der Erfindung, die schematisch und als Ausführungsbeispiele in Fig. 1 und 2 gezeigt sind, bestehen in herkömmlicher Weise aus einer langgestreckten Wirbelkammer, die allgemein mit 1 bezeichnet ist und eine kreiszylindrische Partie 2 und eine mit 3 bezeichnete Partie aufweist, die zu einem axialen Ende der Wirbelkammer hin zuläuft. Bei frülier tuid derzeit verwendeten Wirbelreinigern für das Reinigen von Pulpesuspensionen in der papiererzeugenden Industrie ist diese zulaufende Partie der Wirbelkammer als ein Kegelstumpf mit einer glatten konischen Innenwandfläche ausgebildet. An ihrem größeren Ende ist die Wirbelkammer 1 mit einem tangentialen Zulauf 4 für die zu behandelnde Suspension und außerdem mit einem axialen Brauchstoff-Auslauf 6 versehen, der sich mittig relativ zur Achse 5 der Wirbelkammer befindet und für eine leichtere Fraktion der behandelten Suspension vorgesehen ist. An ihrem kleineren Ende ist die Wirbelkammer mit einem entsprechenden, axialen Ausschuß-Auslauf 7

- 10 909823/0807

für eine schwerere Fraktion der "behandelten Suspension versehen,. Dieser Ausschuß-Auslauf kann in herkömmlicher Weise mit einer geeigneten, herkömmlichen Ausschuß-Abführvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden sein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Ausschusses zu regeln.

Wenn eine Suspension mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durch den Zulauf 4 in tangentialer Richtung nahe an der Innenseite der Wandung der Wirbelkammer 1 eingespritzt wird, bildet die Suspension einen schraubenlinienförmigen Wirbelstrom, der sich zum zulaufenden Ende der Kammer hin bewegt. Unter dem Einfluß der Fliehkräfte in diesem Wirbelstrom sind die Partikel in der Suspension bestrebt, sich in solcher Weise zu ordnen, daß die schwereren Partikel in einer Schicht nahe an der Innenseite der Wandung konzentriert werden, und diese Schicht wird durch den Wirbelstrom zum kleineren Ende der Wirbelkammer hin bewegt, um durch den Ausschuß-Auslauf 7 ausgeschieden zu werden. Wegen der zulaufenden Form der Wirbelkammer kehrt sich der G-roßteil des Wirbelstroms in seiner Richtung innerhalb dieses zulaufenden Teils der Wirbelkammer um und strömt in entgegengesetzter Richtung zum größeren Ende der Wirbelkammer als ein innerer schraubenlinienförmiger Wirbelstrom weiter. Dieser Ihbre Wirbelstrom, der¹ im Idealfall ira wesentlichen frei von größeren und schwereren Partikeln ist, d.h. von Verunreinigungen, wird durch den axialen Brauchstoff-Auslauf 6 ausgeschieden, der im dargestellten Ausführungsbeispiei der Erfindung in bekannter V/eise als ein Wirbelsuchrohr ausgebildet 1st, das sich axial in die Wirbelkammer hineinerstreckt.

Bei einem herkömmlichen Wirbelreiniger dieser Bauart, bei dem der zulaufende Teil der Wirbelkammer als ein Kegelstumpf mit einer glatten Wandung ausgebildet ist, kann

- 11 -

es passieren, wie vorstehend erwähnt, daß die Suspensionsschicht, die sich der ^;Wandung der Wirbelkammer am nächsten befindet und in der sich die schwereren und größeren Partikel angesammelt haben, nicht in der Lage ist, sich längs der konischen Wand ganz bis zum Ausschuß-Auslauf 7 zu bewegen, sondern stattdessen in einem erheblichen Ausmaße innerhalb des konischen Teils der Wirbelkammer -verbleibt. Beim Wirbelreiniger nach der Erfindung ist dieser schwerwiegende Hangel auf Grund einer neuen und speziellen Konstruktion des zulaufenden Teils 3 der Wirbelkammer vermieden.

Erfindungsgemäß ist die Begrenzungswand des zulaufenden Seils 3 der Wirbelkammer, wie in Pig. 1 dargestellt, mit mindestens einem Absatz 8 versehen, der sich schraubenlinienförmig mit abnehmendem Durchmesser zum kleineren Ende der Wirbelkammer hin erstreckt und in einer Drehrichtunj um die Achse 5 der Kammer verläuft, die der Strömungsrichtun:; der Suspension entspricht, die durch den tangentialen Einlauf 4- eingespritzt wird, also der Drehrichtung des äußeren Wirbelstroms, der sich der Wandung der Wirbelkammer am nächsten befindet. Die Seitenwand 9, die aufeinanderfolgende G-änge des Absatzes 8 miteinander verbindet, ist erfindungsgemäß unter einem Winkelt* relativ zur Achse 5 der Wirbelkammer in solcher Weise geneigt, daß diese Seitenwand 9 als zum Ausschuß-Auslauf 7 hin konisch divergierend bezeichnet werden kann. Es versteht sich, daß diese Seitenwand 9 eine Reaktionskraft auf den Teil der Suspension ausübt, der sich der Wandung am nächsten befindet, wobei eine axiale Komponente zum kleineren Ende der Wirbelkammer hin gerichtet ist, so daß diese Seitenwand 9, anders als bei dem EaIl eines herkömmlichen Wirbelreinigers, den Transport des Teils der Suspension, der sich der Wandung am nächsten befindet, zum Ausschuß-Auslauf 7 in der gewünschten Weise unterstützt. Die JTei-

- 12 -

908823/OSif

gung der Seitenwand 9 relativ zur Achse 5 der Wirbelkammer kann variieren, ge nach beabsichtigter "Verwendung des Wirbelreinigers, d.h. die Eigenschaften der zu behandelnden Suspensionen und andere Betriebsbedingungen des Reinigers bestimmen diese Neigung. Der Neigungswinkel kann im Bereich bis zu 10° liegen und liegt vorzugsweise im Bereich bis zu 5 . Beim Testen eines Wirbelreinigers zum Reinigen von Pulpesuspension sind sehr gute Ergebnisse mit einei
den.

einem Neigungswinkel im Bereich von 1° bis 4° erzielt wor-

Da der sich schraubenlinienförmig erstreckende Absatz 8 zum größeren Ende der Wirbelkammer zeigt, übt dieser Absatz natürlich auf den Teil der Suspension, der sich unmittelbar über dem Absatz befindet, eine Realctionskraft mit einer axialen Komponente aus, die zum größeren Ende der Wirbelkammer hin gerichtet ist. Diesem Effekt wirkt jedoch die entgegengesetzt gerichtete axiale Komponente der Reaktionskraft entgegen, und dieser Effekt wird dadurch überwunden, welche die geneigte Seitenwand 9 auf die Suspensionsschicht ausübt, die sich dieser Seitenwand am nächsten befindet. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß die Seitenwand 9 auf ein größeres Volumen der Stispension als der schmale Absatz"8-einwirken kann.

Die Steigung des sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absatzes 8 ist nicht besonders kritisch. Es ist jedoch vorzuziehen, die Steigung so zu wählen, daß sie die gleiche Größe wie die axiale Höhe der Zugangsöffnung 4a des tangential en Zulaufs 4 der Wirbelkammer- hat, weil es die axiale Höhe dieser Zulauföffnung ist, die hauptsächlich die "Höhe" des Zulaufstroms bestimmt, der als ein schraubenlinienförmiger Wirbelstrom nach unten durch die Wirbelkammer weitergeht.

Die Breite des Absatzes 8 wird durch die Steigung des Ab-

. - 13 -

909823/0807

satzes, die ITeigung der Seitenwand 9 relativ zur Achse 5 der Wirbelkammer und durch das Maß bestimmt, um das der Teil 3 der Wirbelkammer vom Durchmesser des kreiszylindrischen Heils 2 zum Durchmesser des Ausschuß-Auslaufs 7 zuläuft. Es versteht sich, daß die schraubenlinienförmige innere Kante des Absatzes auf einer gedachten kegelstumpfförmigen Fläche mit einem Kegelwinkel relativ zur Achse 5 der Wirbelkammer liegt, der das Maß bestimmt, um das der Teil 3 der Kammer zum Ausschuß-Auslauf 7 hin zuläuft. Der Spitzenwinkel dieser gedachten kegelstumpfförmigen Fläche kann im wesentlichen die gleiche G-röße wie der entsprechende» Scheitelwinkel der konischen Fläche bekannter Wirbelreiniger haben, d.h. beispielsweise im Bereich von 8° bis 30° liegen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der Absatz 8 senkrecht zur Achse 5 der Wirbelkammer, wie im axialen Schnitt zu sehen ist. Es gibt jedoch keinen Grund, den Absatz nicht etwas zu neigen, wie im axialen Schnitt zu sehen ist, und zwar nach unten zum Ausschuß-Auslauf 7 hin. Andererseits darf der Absatz 8 nicht in entgegengesetzter Richtung geneigt sein, d.h. nach oben zum Brauchstoff-Auslauf 6 hin.

Die Breite des Absatzes 8 kann vorzugsweise über die gesamte Länge des Absatzes hinweg konstant sein. Die Breite des Absatzes kann jedoch auch variieren, beispielsweise in solcher Weise, daß der Absatz näher am Ausschuß-Auslauf 7 schmaler wird. Das kann dann der Fall sein, wenn die Steigung des Absatzes konstant ist, der zulau- . fende Teil der Wirbelkammer aber stärker am zylindrischen Teil 2 der Kammer und geringer am Ausschuß-Auslauf 7 zuläuft.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in'Fig. 1

- 14 -

909823/0807

dargestellt und vorstehend "beschrieben ist, ist der zulaufende Teil 3 der Wirbelkammer mit einem einzigen, sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absatz 8 versehen. Wie vorstehend erwähnt, gibt es jedoch keinen G-rund, einen Wirbelreiniger nach der Erfindung mit einem zulaufenden Teil der Wirbelkammer zu versehen, der nicht mehrere sich schraubenlinienförmig erstreckende Absätze hat, beispielsweise entsprechend dem Wirbelreiniger nach der Erfindung, der in Fig. 2 dargestellt ist und der zwei sich schraubenlinienförmig erstreckende Absätze 8a und 8b hat, die relativ zueinander in einer Weise ähnlich den G-ewindegängen eines zweigängigen Schraubengewindes angeordnet sind. Jeder Absatz 8a"bzw. 8b hat in diesem Fall vorzugsweise die gleiche Steigung wie der einzelne Absatz 8 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und hat folglich nur die Hälfte der Breite des einzelnen Absatzes 8. Beim Testen von Wirbelreinigers nach der Erfindung zur Reinigung von Pulpesuspensionen ist festgestellt worden, daß eine Konstruktion entsprechend Fig. 2 mit zwei sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absätzen 8a, 8b zu besseren Ergebnissen als eine Konstruktion entsprechend Fig. 1 mit nur einem einzigen, sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absatz 8 führt. Ein G-rund dafür, mag darin liegen, daß bei einem Wirbelreiniger nach Fig. 1 der "Transport" der Suspension zum Ausschuß-Auslauf hin größer als die gewünschte Auslaufgeschwindigkeit durch den Ausschuß-Auslauf aus der Wirbelkammer ist. Wie vorstehend erwähnt, ist der Absatz 8 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 außerdem breiter als die Absätze 8a und 8b im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2, und das mag zu einer ungünstigen Störung im Fließverlauf innerhalb des zulaufenden Teils 3 der Wirbelkammer bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel führen.

Zum Vergleichen von erfindungsgemäßen Wirbelreinigern mit . - 15 -

S09823A0807

Wirbelreinigern herkömmlicher Konstruktion sowie mit Wirbelreinigern, die entsprechend dem Prinzip gebaut sind., das in der schwedischen Patentschrift 187.435 vorgeschlagen ist, sind eine große Zahl von Betriebstests mit vier verschiedenen WirbelreinigerB durchgeführt worden, die als Reiniger Nr. 3, 4, 5 und 6 bezeichnet sind und die nach der Erfindung konstruiert waren, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, d.h. mit zwei sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absätzen 8a und 8b und mit einem Neigungswinkel«* der Seitenwand 9 von 1°, 2°, 3° bzw. 4°, bzw. als Reiniger Nr. 2, der in der in Pig. 2 gezeigten Weise gebaut war, bei dem jedoch die Seitenwand 9 parallel zur Achse 5 der Wirbelkammer lag, d.h. mit einem Winkel ei = 0 , was einer Konstruktion entsprechend der schwedischen Patentschrift 187.435 entspricht, und schließlich als Reiniger Nr. 1, einem herkömmlichen Wirbelreiniger, bei dem der zulaufende Seil der Wirbelkammer eine vollkommen glatte, kegelstumpf förmige Wandimg hat. Allle getesteten Wirbelreiniger hatten die Folgenden Abmessungen, bezogen auf Fig. 2:

L^ = 450 mm

J₃ = 450 mm

D₁ = 125 mm

Dp = 30 mm

S = 40 mm (außer Reiniger Nr. 1, der eine glatte konische Wandung hatte).

Pur jeden Wirbelreiniger wurden vier Testreihen mit Pülpesuspension für die papiererzeugende Industrie mit zwei verschiedenen Werten von 0,5% bzw. 1,0% für die Konsistenz der Zulaufsuspension und außerdem mit zwei verschiedenen Werten für die Ausschuß-Auslaufmenge pro Zeiteinheit, näm-

- 16 -903823/0807

ft

lieh 10?o bzw. 20£ό der ZuI aufm enge pro Zeiteinheit, durchgeführt. Die Zulaufmenge pro Zeiteinheit "betrug in allen Tests 300 l/min. Diese Betriebstests bestanden also aus
insgesamt 24 Testreihen. Jeder dieser Testreihen bestand aus mehreren verschiedenen Tea; laufen mit voll gebleichtes«? Sulphitpalpe sowie mit thermo-meehanischer Pulpe, und für jedee dieser Testreihen bestimmte eine den Durchschnittswert für die Splitterminderung im Brauchstoff, ausgedrückt in Prοζ entzahlen, d.h. die Verringerung, der Menge an Splittern im Brauchstoff, verglichen mit der Menge an Splittern im Zulauf.

Die Ergebnisse dieser Betriebstests sind im Diagramm in
Pig. 3 angegeben, in dem Jede Säule den Durchschnittswert der Splitterminderung für die fraglichen Testreihen angibt.

Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, wurden die Teatreihen Nr. 1 bis 4"mit dem herkömmlichen Wirbelreiniger ITr. 1 durchgeführt, der eine vollkommen- glatte, kegelstumpfförmige Wandung hatte, während, die Testreihen ITr. 5 bis 8
mit dem Wirbelreiniger Nr. 2 durchgeführt wurden, der
eine Konstruktion im Prinzip entsprechend 3?ig. 2 hatte,
wobei der Winkel <* = 0° war, .-d.h. die Seitenwand 9 parallel zur Achse 5 der Wirbelkammer lag, und die Testreihen Nr. 9 bis 12, Nr. 13-16, Nr. 17-20 und Nr. 21-24 mit den vier Wirbelreinigern Nr, 3, 4, 5 und β entsprechend der
Erfindung durchgeführt wurden, gebaut entsprechend I¹Ig. 2 mit einem Neigungswinkel ^ der Seitenwand 9 gleich 1,2, 3° bzw. 4°. -

Die Testergebnisse zeigen, daß der herkömmliche Reiniger Nr. 1 eine geringe Splitterminderung mit einer Zulaufkonsistenz von 1,.0?£ ergibt, die so gering ist, daß es in der Praxis nicht möglich ist, diesen herkömmlichen Wirbelrei-

- 17 909823/0807

niger mit einer so hohen Zulauf !consist enz laufen zu las-3enc Dieser herkömmliche Reiniger kann also nur mit einer vergleichsweise geringen Zulaufkonsistenz arbeiten, beispielsweise mit 0,5^b, und vorzugsweise mit einer vergleichsweise hohen Ausschuß-Auslaufmenge, beispielsweise 2(Xo, wenn eine annehmbare Splitterminderung erreicht v/erden soll.

das Diagramm zeigt, lieferte der Reiniger Nr. 2 (H=O⁰) ein noch schlechteres Ergebnis, besonders für eine Zulaufkonsistenz von 0,5;^, und deshalb ist ein Wirbelreiniger dio?3er Konstruktion in der Praxis für das Reinigen von Pulpesuspensionen in der i&piererzeugenden Industrie unbrauchbar.

Die vier Reiniger nr. 3, 4, 5 und 6 entsprechend der Erfindung lieferten andererseits überragend gute Ergebnisse, wie aus dem Diagramm zu ersehen ist. Das gilt besonders für die Reiniger Nr. 5, 4 lind 5 mit einem Neigungswinkel c*» von 1 > 2 bzw. 3 . Arn bemerkenswertesten ist hier die sehr hohe Splitterrninderung im Brauchstoff, die auch mit einer hohen Zulaufkonsistenz von 1,0$ und mit einer geringen Ausschuß-Auslauf menge von 10Jo erreicht wird. 3s versteht sich, daß es für die Wirtschaftlichkeit einer Pülpe-ileinigiuigsanlage in bezug auf die Kapitalkosten sowie auch auf die Betriebskosten von primärer Bedeutung ist, daß eine hohe Splitterminderung im Brauchstoff bei einer hohen Konsistenz der Zulaufsuspension und einer geringen Ausschuß-Auslaufmenge erreicht v/erden kann. Im Diagramm läßt sich beispielsweise die Testreihe Nr. 13, bei der ein Wirbelreiniger nach der Erfindung eine durchschnittliche Splitterminderung im Brauchstoff von 84Jo bei einer Zulaufkonsistenz von 1,Cv; urd einer Ausschuß -Auslaufmenge von ~\0% lieferte, mib der --[Destreihe Nr. 3 vergleichen, bei der ein herkömmlicher Wirbelreini-

- 18 90982 3/080 7

3er eine Splltterminderung iia Brauchst of f von nur 58% "bei einer Zulaufkonsistenz von nur 0,5:·ά und einer Ausschuß-Aiislaufmenge bis zu 20^c;o lieferte_o Bs kann naclagewiesen werden, daß eine Pulpe-Reini^uii^sanlage entsprechend der Testreihe ITr-, 3 mindestens das Doppelte der Kapitalkosten erfordert und am 4 Ms 5 mal höhere Betriebskosten als eine Reinigungsanlage entsprechend der Testreihe Ir. 18 hat. -

909823/0807

Claims

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTS BÜRO 9 ^ ^i 9 7 3 3

SCHUMANNSTR. 97 · D-4OOO DÜSSELDORF

Telefon: (0211) 683346 Telex: 08586513 cop d

ΡΑΓΕΝΤΑΝ WALTE:
Dipl.-Ing. W.COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing-, Pipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER · Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

- - Patentansprüche

1 , Wirb eli-einig er zxaa Trennen einer Faser-Flüssigkeits-Suspension, insbesondere einer wässrigen Suspension aus Pulpe für die papiererzeugende Industrie, in Fraktionen, bestehend aus einer langgestreckten Wirbeln-ι--mer, die einen kreisrunden Querschnitt hat und die über einen 5CeIl ihrer Länge zu einem axialen Ende der Kammer hin zulauf^ wobei die Kammer an ihrem größeren. Sade einen im wesentlichen tangentialen Zulauf für die zu behandelnde: Suspension und einen ersten axialen Auslauf für eine leichtere Fraktion der behandelten ^aspension und an ihrem schmaleren Ende einen zweiten axialen Auslauf für eine schwerere Fraktion der behandelten Suspension hat und die Begrenzungs'wand, die den zulaufenden Seil der Wirbelkammer umschließt, mindestens einen Absatz aufweist, der zum größeren Ende der Wirbelkammer zeigt und sich schraubenlinienförmig mit kleiner werdendem 'Durchmesser zum kleinseren Ende der Wirbelkammer mit einer Drehrichtung um die Achse der Wirbelkammer

Wa/Ti .- 2 -

909823/080?

BADORiGlNAL

herum erstreckt, die der Strömungsrichtung eines Suspensionsstroms entspricht, der durch den tangentialen Zulauf eingespritzt wird, und mit einer Seitenwand versehen ist, die die aufeinanderfolgenden Windungen des Abcsatzes miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (9) relativ zur Achse (5) der Wirbelkammer (1) so geneigt ist, daß sie zum kleineren Ende der Kammer hin konisch divergiert.
2. Wirbelreiniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Neigungswinkel (^) der Seitenwand (9) relativ zur Achse (5) der Wirbelkammer (1) im Bereich bis zu 5° und vorzugsweise im Bereich von 1° bis 4° liegt.
3. Wirbelreiniger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Q e Ic e η η ζ e i c h'n e t , daß die Steigung des sich schraubenlinienförmig erstreckenden Absatzes (8) die gleiche Größe wie die axiale Abmessung der Zugangs öffnung (4a) des tangentialen Zulaufs (4) der Wirbelkammer (1) hat.
4. Wirbelreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz

(8) im wesentlichen senkrecht zur Achse (5) der Wirbelkammer (1) liegt, gesehen im axialen Schnitt.
5. Wirbelreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absatz (8) zum kleineren Ende der Wirbelkammer (1) hin etwas geneigt ist, gesehen im axialen Schnitt.
6. Wirbelreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der .Absatz (8) eine im wesentlichen konstante Breite über seine gesamte Länge hinweg hat_o

- 3 -909823/0807
7. Wirbelreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a durch gekennzeichnet, daß die Begrenzung swand, die den zulaufenden Teil (3) der Wirbelkammer (1) umgibt, zwei oder mehr sich schraubenlinienförmig erstreckende Absätze (6k, 8b) der definierten Art hat, die
in der Art der Gewindegänge eines mehrgängigen Schraubengewindes relativ zueinander angeordnet sind.

9098 23/OSO 7