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Wirbelsichter zum Abscheiden von Verunreinigungen aus
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Stoffsuspensionen Die Erfindung betrifft einen Wirbelsichter zum Abscheiden
von Verunreinigungen aus Stoffsuspensionen, insbesondere Faserstoffsuspensionen
zur Papierherstellung, mit einem im wesentlichen vertikalen, im Querschnitt im wesentlichen
kreisförmigen Gehäuse, welches einen nach unten konisch sich erweiternden Kopfteil
und einen nach unten konisch sich verengenden Abscheideteil aufweist, wobei der
Kopfteil an einen im wesentlichen horizontal verlaufenden, in Umfangsrichtung in
seinen Umfangsbereich einmündenden Zuführkanal für die zu reinigende Stoffsuspension
angeschlossen ist und einen zentral angeordneten, von unten nach oben verlaufenden
Gutstoff-Austrittskanal enthält, welcher aus dem Kopfteil oben herausgeführt ist.
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Bei einem bekannten Wirbelsichter dieser Art weist der Kopfteil des
Gehäuses eine- über seine ganze Höhe kontinuierlich verlaufende kegelmantelförmige
Seitenwand auf, in welche der Zuführkanal tangential einmündet (CH-PS 576 820).
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Der Gutstoff-Austrittskanal ist in einem im Kopfteil drehbar angeordneten
hohlen Rotor ausgebildet, welcher eine konische Aussenwand mit angenähert parallel
zur Innenwand des Kopfteils verlaufenden Schaufeln aufweist. Bei der
bekannten
Ausführung werden die in der Stoffsuspension enthaltenen Schwerteile durch die Drehung
des Rotors aus der Strömung ausgeschleudert und bewegen sich entlang der Seitenwand
des Gehäuses nach unten, während die gereinigte Suspension im Kern der Wirbelströmung
nach oben steigt und durch den Austrittskanal des Rotors nach oben abgeführt wird.
Die bekannte Ausführung erfordert eine relativ aufwendige Konstruktion mit relativ
grossen beweglichen Teilen und einer entsprechend stark zu bemessenden eigenen Antriebsvorrichtung
für den Rotor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wirbelsichter der
eingangs genannten Art in einer weiterentwickelten, vereinfachten Bauweise zu schaffen,
welche bei geringerem Herstellungsaufwand und Energieverbrauch als bisher eine zumindest
gleich gute Abscheidewirkung wie die bekannte Ausführung gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, dass
der Kopfteil des Gehäuses in einem die Mündung des Zuführkanales enthaltenden Höhenabschnitt
eine Führungswand aufweist, welche zumindest über einen Teil des an den Zuführkanal
anschliessenden Umfangsbereiches in Strömungsrichtung der zu reinigenden Stoffsuspension
in Umfangsrichtung zunehmend nach innen geneigt verläuft, wobei die untere Begrenzung
dieser Führungswand einer im wesentlichen kreisbogenförmigen Umfangslinie des Gehäuses
folgt.
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Durch die erfindungsgemässe Anordnung und Ausbildung der die eintretende
Suspensionsströmung peripher begrenzenden
Führungswand wird der
den Austrittskanal umströmenden Stoffsuspension eine vom Mündungsbereich aus in
Umfangsrichtung zunehmend nach unten gerichtete Geschwindigkeitskomponente erteilt,
so dass die Strömung der Stoffsuspension ohne zusätzliche Energiezufuhr und ohne
weitere mechanische Beeinflussung sich schraubenlinienförmig in den Abscheideteil
des Sichtergehäuses fortsetzt. Die erfindungsgemäss ausgebildete und an den Einlauf
bereich direkt anschliessende Führungswand bewirkt insbesondere ein schnelles Ablenken
der Schwerteile aus dem Einlaufbereich nach unten, so dass Ansammlungen solcher
Schwerteile im Einlaufbereich verhindert werden. Entsprechend wird der Verschleiss
an den Wänden dieses wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit am stärksten gefährdeten
Einlaufbereiches auf ein Minimum reduziert.
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Eine besonders strömungsgünstige Einleitung der zu reinigenden Stoffsuspension
in das Gehäuse kann nach einer Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt werden,
dass die Führungswand an eine Seitenwandpartie anschliesst, welche eine das Gehäuse
zumindest über einen Teilbereich seines Umfangs gegenüber seinem kreisförmigen Grundquerschnitt
erweiternde, an den Zuführkanal angeschlossene Eingangspartie des Kopfteils begrenzt
und welche - in einem Horizontalschnitt gesehen - entlang einem Abschnitt einer
gegen die Umfangslinie des Grundquerschnittes hin sich verengenden, gedachten Spirale
in die Führungswand übergeht. Diese Ausführung ermöglicht eine im Vergleich zu einem
tangentialen Einlauf wesentlich sanftere Umlenkung der in den Kopfteil eintretenden
Einlaufströmung in die im Gehäuse sich ausbildende Rotationsströmung.
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Eine optimale, verlustarme Strömungsführung im Einlaufbereich kann
auf besonders einfache Weise dadurch gewährleistet werden, dass die Führungswand
des Kopfteils in ihrem an die Mündung des Zuführkanals in Strömungsrichtung der
zu reinigenden Stoffsuspension stromabwarts anschliessenden Anfangsabschnitt zumindest
annähernd vertikal verläuft und in ihrem an den stromaufwärtigen Randbereich der
Mündung anschliessenden Endabschnitt in einem Neigungswinkel zur Vertikalen steht,
der grösser ist als der entsprechende Neigungswinkel der Seitenwand im benachbarten
unteren Höhenabschnitt des Kopfteils.
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Die Wirkung der erfindungsgemäss ausgebildeten Führungswand kann in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verstärkt werden, dass der Kopfteil
des Gehäuses am oberen Ende eine den Austrittskanal umgebende, quer dazu gestellte
Stirnwand aufweist, welche, von der Mündung des Zuführkanales ausgehend, in Umfangsrichtung
um den Austrittskanal schraubenflächenartig nach unten geneigt verläuft.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die schraubenflächenartige
Stirnwand eine Steigung aufweisen, welche annähernd der halben lichten Höhe der
Mündung des Zuführkanales entspricht. Dadurch kann auf besonders einfache Weise
die im Kopfteil des Gehäuses rotierende Strömung unter vorteilhaft geringer Wirbelbildung
mit der in den Kopfteil eintretenden Einlaufströmung zusammengeführt werden.
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Nach einer besonders zweckmässigen Ausführungsform, bei der sich Einbau
und Abdichtung beweglicher Teile und die Anordnung einer Antriebseinrichtung erübrigen,
kann der Austrittskanal in einem im Kopfteil des Gehäuses feststehend angeordneten
Rohrstück ausgebildet sein.
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Zur Beeinflussung der Sinkgeschwindigkeit der um den Austrittskanal
rotierenden Suspensionsströmung kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung das
Rohrstück von einem kegelförmigen Verdrängungskörper umgeben sein, der sich im wesentlichen
über die Höhe des Kopfteils erstreckt und der eine der Seitenwand des Kopfteils
entsprechend konisch verlaufende Mantelfläche aufweist. Entsprechend der jeweils
zu verarbeitenden Stoffdichte kann die Mantelfläche des Verdrängungskörpers entweder
die gleiche Neigung wie die Wand des Kopfteils oder - im Sinne einer Beschleunigung
oder Verzögerung der Strömung - eine abweichende Neigung aufweisen.
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Zur Anpassung der Sinkgeschwindigkeit an unterschiedliche Stoffdichten
kann der Verdrängungskörper als auf dem Rohrstück lösbar befestigbarer Hülsenteil
ausgebildet sein.
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Nach einer besonders einfachen Ausführungsform, welche eine rasche
Umstellung und Anpassung an unterschiedliche Betriebsbedingungen gestattet, kann
der Verdrängungskörper in Form eines Doppelkegels mit nach den Enden hin konvergierenden
Kegelabschnitten ausgebildet sein, welche unterschiedlich geneigte Mantelflächen
aufweisen, wobei jeder der beiden Kegelabschnitte eine Höhe aufweist, welche im
wesentlichen der Höhe des Kopfteils des Gehäuses entspricht. Der Verdrängungskörper
kann daher jeweils vom Rohrstück abgenommen und in umgekehrter Einbaustellung wieder
aufgesetzt werden, wodurch - im Vergleich zur jeweils anderen Einbaustellung -eine
Aenderung der Sinkgeschwindigkeit erzielbar ist.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen erfindungsgemäss
ausgebildeten Wirbelsichter in einer Seitenansicht, Fig. 2 den Teillängsschnitt
II-II aus der Fig. 1, Fig. 3 den Querschnitt III-III aus der Fig. 2, und Fig. 4
den Teilschnitt IV-IV aus der Fig. 2.
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Der in der Fig. 1 dargestellte Wirbelsichter oder Hydrozyklon, welcher
zur Reinigung von Faserstoffsuspensionen, insbesondere von Papierstoff dient, enthält
ein im Querschnitt kreisförmiges, vertikal angeordnetes langgestrecktes Gehäuse
1 mit einem nach unten konisch sich erweiternden Kopfteil 2 und einem nach unten
konisch sich verjüngenden Abscheideteil 3. An das untere Ende des Abscheideteils
3 ist eine Schleusenanordnung 4 angeschlossen, welche mit einem Austragstutzen 5
und einer Wasserzuführleitung 6 versehen ist. Der Kopfteil 3 des Gehäuses 1 ist
an seinem oberen Ende an einen in seinen Umfangsbereich mündenden, horizontal angeordneten
Zuführkanal 7 für die zu reinigende Stoffsuspension und an einen zentralen Gutstoff-Austrittskanal
8 angeschlossen, welcher in axialer Richtung aus dem Kopfteil 2 herausgeführt ist
und durch welchen die gereinigte Stoffsuspension einem nicht dargestellten Stoffzuführsystem
einer Papiermaschine zugeleitet wird.
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Im Betrieb wird die zu reinigende Stoffsuspension, z.B. mit Schwerteilen
verunreinigter Papierstoff, durch den Zuführkanal 7 in den Kopfteil 2 eingeführt
und auf noch zu beschreibende Weise in einer um die Achse L des Gehäuses 1 rotierenden
Wirbelströmung im wesentlichen schraubenlinienförmig entlang der Wand des Gehäuses
1 nach unten gegen eine
Umkehrzone geführt, welche sich in der
mit seitlichen Sichtfenstern 10 versehenen unteren Endpartie des Abscheideteiles
3 einstellt. Dabei werden die Schwerteile des Papierstoffs aus der rotierenden Wirbelströmung
ausgeschleudert und bewegen sich entlang der Gehäusewand nach unten gegen die Schleusenanordnung
4, aus welcher die Verunreinigungen von Zeit zu Zeit durch den Austragstutzen 5
abgeführt werden.
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Durch die Zuführleitung 6 kann Wasser zum Verdünnen des anfallenden
Dickstoffs in die Schleusenanordnung 4 eingespeist werden. In der Umkehrzone wird
die Wirbelströmung nach oben umgelenkt, wobei die gereini-gte Stoffsuspension im
Kern der Wirbelströmung nach oben steigt und durch den Austrittskanal 8 abgeführt
wird.
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Der Kopfteil 2 des Gehäuses 1 ist mit einem Eintrittsstutzen 11 versehen,
welcher in Umfangsrichtung in eine Eintrittsöffnung 12 mündet und welcher über eine
Flanschverbindung 13 an den Zuführkanal 7 angeschlossen ist. Der Kopfteil 2 ist
ferner über eine kegelstumpfförmige Aufsetzpartie 14 und eine Flanschverbindung
15 an den Abscheideteil 3 angeschlossen. Die Aufsetzpartie 14 weist eine Seitenwand
auf, welche mit einem über den ganzen Umfang konstanten Neigungswinkel zur Längsachse
L des Gehäuses 1 geneigt ist. Der Eintrittsstutzen 11 mündet in eine Eingangspartie
16, welche den kreisförmigen Grundquerschnitt des Kopfteiles 2 erweitert und welche
eine mit einem relativ grossen Radius gekrümmte äussere Seitenwandpartie 17 aufweist.
Diese geht nach Art eines Abschnitts einer sich verengenden Spirale in eine dem
kreisförmigen Grundquerschnitt des Kopfteils 2 folgende Führungswand 18 über.
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Entsprechend der Darstellung in der Fig. 3 erstreckt sich die Führungswand
18 über den an die Eintrittsöffnung 12
anschliessenden Umfangsbereich
des Kopfteils 2. Die Seitenwandpartie 17 verläuft gemäss Fig. 2 annähernd parallel
zur Längsachse L des Gehäuses 1, während die daran anschliessende Führungswand 18
eine in Umfangsrichtung des Kopfteils 2 kontinuierlich zunehmende Neigung nach innen
aufweist. Dabei verläuft die untere Begrenzung der Führungswand 18 entlang einer
kreisbogenförmigen Umfangslinie 19 der Aufsetzpartie 14. Die obere Begrenzung der
Führungswand 18 folgt einer von der Eintrittsöffnung 12 weg in Umfangsrichtung gegen
den Austrittskanal 8 hin spiralförmig sich verengenden Bezugslinie 20. In den Fig.
2 und 4 sind die in Umfangsrichtung zunehmenden Neigungswinkel M1 ct2, ot und 024
2' 3 4 eingetragen, welche die Mantellinien M1, M2, M3 und M4 der Führungswand 18
in den entsprechenden Schnittebenen mit der Längsachse L einschliessen. Vorzugsweise
ist der Neigungswinkel der Führungswand 18 in ihrem an die innere Seitenwand 17a
des Eintrittsstutzens 11 anschliessenden Endabschnitt grösser als der entsprechende
Neigungswinkel ß der Seitenwand der Aufsetzpartie 14.
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Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist der Winkel i4 an einer 4 Wandpartie
18a ausgebildet, welche sich - im Horizontalschnitt gemäss Fig. 3 gesehen - sichelartig
aus dem Anschlussbereich der inneren Seitenwand 17a des Eintrittsstutzens 11 mit
in Umfangsrichtung nach oben abnehmender Höhe H gegen den zentralen Austrittskanal
8 und die den Kopfteil 2 nach oben abschliessende Stirnwand 21 erstreckt. Entsprechend
steht der zwischen der Wandpartie 18a und dem Austrittskanal 8 gebildete Ringraum
mit der Eingangspartie 16 über eine vom Ende der inneren Seitenwand 17a in Strömungsrichtung
der zu reinigenden Stoffsuspension kontinuierlich sich erweiternde Durchtrittsöffnung
22 in Verbindung.
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Der Gutstoff-Austrittskanal 9 ist in einem am oberen Ende des Kopfteils
2 feststehend angeordneten Rohrstück 23 ausgebildet, welches durch die Aufsetzpartie
14 nach unten in den Abscheideteil 3 ragt. Auf dem Rohrstück 23 ist ein Hülenteil
24 lösbar befestigt. Der Hülsenteil 24 ist als doppelkegelförmiger Verdrängungskörper
mit nach den beiden Enden hin konvergierenden Kegelabschnitten 25a und 25b ausgebildet,
welche unterschiedlich geneigte Mantelflächen aufweisen. Dabei kann gemäss Fig.
2 die Mantelfläche des Kegelabschnitts 25b annähernd den gleichen Neigungswinkel
h zur Längsachse L des Gehäuses 1 aufweisen wie die Seitenwand der Aufsetzpartie
14, während die Mantelfläche des egelabschnitts 25a einen kleineren Neigungswinkel
ß 1 aufweist. Der Hülsenteil 24 kann vom Rohrstück 23 abgezogen und in umgekehrter,
in der Fig. 2 mit strichpunktierten Linien gezeichneter Stellung 24' wieder aufgesetzt
werden, in welcher die Mantelfläche des Kegel abschnitts 25b parallel zur Seitenwand
der Aufsetzpartie 14 verläuft und mit dieser einen Ringraum begrenzt, dessen Querschnitt
von oben nach unten in geringerem Masse zunimmt als bei der mit vollen Linien gezeichneten
Ausführung.
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Entsprechend der Darstellung in den Fig. 2 und 4 kann die Stirnwand
21 des Kopfstücks 2 nach Art einer Schraubenfläche ausgebildet sein, welche, an
die obere Wand der Eingangspartie 16 anschliessend, in einem Umlauf von annähernd
3600 entlang dem Umfang des Austrittskanals 8 nach unten geneigt verläuft. Die Steigung
der die Stirnwand 21 bildenden Schraubenfläche kann in einem beliebigen Verhältnis
zu den Abmessungen des Kopfteils 2 gewählt werden. Gemäss Fig. 2 kann die Ganghöhe
A der Schraubenfläche etwa der halben lichten Höhe B der Eintrittsöffnung 12 des
Kopfteils 2 entsprechen, bei einem Neigungswinkel OL = ca. 500.
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Im Betrieb wird die zu reinigende Stoffsuspension
gemäss Pfeil 27 (Fig. 3) durch den Zuführkanal 7 in den zwischen der Führungswand
18 und dem Hülsenteil 24 gebildeten Ringraum eingebracht und in einer schraubenlinienförmiy
um den Hülsenteil 24 rotierenden Wirbelströmung durch den Kopfteil 2 und die Aufsetzpartie
14 nach unten in den Abscheideteil 3 geführt, wobei in bekannter Weise die in der
Stoffsuspension enthaltenen Schwer teile unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
ausgeschleudert und abgeschieden werden, während die gereinigte Suspension im Kern
der Wirbelströmung nach oben steigt und durch den Austrittskanal 8 abgeführt wird.
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Durch die mit einem relativ grossen Krümmungsradius gebogene Seitenwandpartie
17 wird ein besonders geringer Strömungswiderstand im Einlaufbereich erzielt, insbesondere
im Vergleich mit bekannten Ausführungen, bei denen jeweils eine ebene Seitenwand
tangential an die Gehäusewand anschliesst.
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Durch die in Strömungsrichtung zunehmend geneigte Führungswand 18
wird die Strömung der Stoffsuspension vom Einlaufbereich weg in Umfangsrichtung
zunehmend nach unten abgelenkt, wodurch insbesondere eine rasche Ausscheidung der
Schwerteile aus dem gefährdeten Einlaufbereich erzielt und damit Verschleiss im
Einlaufbereich auf ein Minimum reduziert wird. Diese Wirkung wird durch die schraubenflächenartig
verlaufende Stirnwand 21 noch verstärkt. Zugleich wird ein gleichmässiger Uebergang
zwischen der in den Kopfteil 2 eintretenden Einlaufströmung und der bereits im Kopfteil
2 befindlichen Rotationsströmung gewährleistet, da in der Regel nur ein relativ
kleiner Randbereich des rotierenden Suspensionsstromes, welcher nach einmaligem
Umströmen des Hülsenteils 24 um die Ganghöhe A nach unten versetzt ist,
mit
dem unteren Randbereich des jeweils neu zugeführten Suspensionsstromes zusammentrifft.
Entsprechend wird eine vorteilhaft geringe Wirbelbildung im Einlaufbereich erzielt,
wodurch die Verweildauer der Schwer teile im oberen Bereich des Kopfteils 2 weiter
verkürzt wird. Entsprechend können auch Teile mit kleinerer Korngrösse rasch aus
dem Einlaufbereich in den Abscheidebereich abgesenkt werden. Dabei kann die Sinkgeschwindigkeit
der Strömung je nach Stellung des Hülsenteils 24 innerhalb der Aufsetzpartie 14
beeinflusst, d.h. durch Einbau des Hülsenteils 24 in der Stellung 24' gegenüber
der mit vollen Linien gezeichneten Stellung vergrössert werden.
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Es sind verschiedene abgewandelte Ausführungsformen der Erfindung
möglich. So kann etwa der Gutstoff-Austrittskanal 8 auch mit einem beliebig anders
ausgebildeten Verdrängungskörper versehen sein. Das Rohrstück 23 kann auch ohne
Verdrängungskörper verwendet werden. Ferner kann die Ganghöhe der schraubenflächenartigen
Stirnwand 21 gleich oder grösser sein als die lichte Höhe der Eintrittsöffnung 12.
Ebenso kann der Kopfteil 2 anstelle der dargestellten Stirnwand 21 etwa eine senkrecht
zur Längsachse L verlaufende, ebene Stirnwand aufweisen. Die Führungswand 18 kann
auch an einem eigenen Einbauteil, etwa einem in ein bestehendes Gehäuse einsetzbaren
Wandteil, ausgebildet sein.
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