DE4329662C2

DE4329662C2 - Leitschaufelkranz und Sichter

Info

Publication number: DE4329662C2
Application number: DE19934329662
Authority: DE
Inventors: Manfred Jasper; Gerhard Thiel
Original assignee: Krupp Polysius AG
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: DE4329662A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leitschaufelkranz entspre chend dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Sichter gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 8.

Derartige Sichter werden beispielsweise in der Zement industrie eingesetzt, um einen vorgegebenen Material strom in zwei unterschiedliche Ströme zu trennen, wobei der eine Strom möglichst nur die Feinanteile und der andere möglichst nur die Grobanteile der aufgegebenen Kornzusammensetzung enthalten soll. Hierzu wird mit Hilfe eines Rotors und eines Leitschaufelkranzes ein gerichteter Luftstrom erzeugt. Je nach Größe und Ge wicht der einzelnen Masseteilchen des zu trennenden Ma terialstroms überwiegt die auf das Masseteilchen wir kende Schwerkraft oder die Kraft des Luftstromes. Indem insbesondere der Luftstrom in geeigneter Weise einge stellt wird, kann eine gewünschte Korngrößenverteilung in den beiden Teilströmen erreicht werden.

Ein herkömmlicher Leitschaufelkranz besteht im wesent lichen aus einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten Leitschaufeln, die durch flache Bleche gebildet werden. Jede Leitschaufel bildet mit der radialen Richtung einen Winkel kleiner als 90°, üblicherweise von etwa 65°. Durch die Rotation des Rotors wird Luft von außen durch den Leitschaufelkranz nach innen gesogen. Der pulsierende Luftstrom versetzt die Leitschaufeln in Schwingung, so daß es an der Biegestelle zu einer Ver härtung des Gefüges kommt und schließlich zu einem Ermüdungsbruch führen kann.

Aus der DE-A-41 37 633 ist ein Leitschaufelkranz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt, bei dem die einzelnen Leitschaufeln einzeln um eine Längsachse ein stellbar sind.

Aus der DE-A-92 53 940 ist ferner ein weiterer Zentri fugalkraftsichter mit Leitschaufelkranz bekannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Leitschaufeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie den Sichter entsprechend dem Gattungsbegriff des Anspruches 8 derart weiterzuentwickeln, daß sich die Leitschaufeln durch eine höhere Steifigkeit auszeich nen.

Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 8 gelöst, indem der Leitschaufel kranz mit einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten Leitschaufeln ausgebildet ist, wobei wenigstens ein er ster Bereich jeder Leitschaufel mit der radialen Rich tung einen ersten Winkel kleiner als 90° bildet und we nigstens ein weiterer, sich in Strömungsrichtung an den ersten Bereich anschließender zweiter Bereich mit der radialen Richtung einen zweiten Winkel bildet, der grö ßer als der erste Winkel ist. Die Länge des sich unter dem zweiten Winkel zur radialen Richtung erstreckenden zweiten Bereichs beträgt dabei das 0,2- bis 0,5-fache der gesamten Länge aller Bereiche.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und werden im folgenden anhand der Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele und der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine seitliche Teilansicht des Sichters,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 durch einen Teil eines herkömmlichen Leitschau felkranzes,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 durch einen Teil eines Leitschaufelkranzes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 durch einen Teil eines Leitschaufelkranzes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Der in Fig. 1 dargestellte Sichter 1 enthält insbesondere einen Leitschaufelkranz 2 mit einer Vielzahl von kreis förmig angeordneten Leitschaufeln 3 sowie einen im In neren des Leitschaufelkranzes vorgesehenen Rotor 4, der eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten Rotorblät tern 5 aufweist.

Jede Leitschaufel 3 ist am unteren Ende in einem Drehlager 6 gehaltert und am oberen Ende mit einem Ver stellmechanismus 7 verbunden, der eine gleichzeitige Verstellung aller Leitschaufeln ermöglicht.

In Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 1 durch einen Teil eines herkömmlichen Leitschaufelkran zes dargestellt. Die Leitschaufeln 3 werden durch fla che Bleche gebildet, die mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen Winkel α kleiner als 90° bilden. In der Hauptstellung der Leitschaufeln 3 beträgt der Winkel α üblicherweise etwa 65°.

In Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen Teil eines erfin dungsgemäßen Leitschaufelkranzes entsprechend einem er sten Ausführungsbeispiel dargestellt. Die erfindungsge mäßen Leitschaufeln 3' werden durch einen ersten Be reich 3'a und einen zweiten Bereich 3'b gebildet. Wäh rend der erste Bereich 3'a jeder Leitschaufel 3' mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen ersten Winkel α kleiner als 90° bildet, verläuft der in Strömungsrich tung an den ersten Bereich 3'a anschließende zweite Be reich 3'b unter einem zweiten Winkel β gegenüber der radialen Richtung (Pfeil 8), der größer ist als der erste Winkel α. Der zweite Bereich 3'b ist vom ersten Bereich 3'a um einen Winkel (β - α) zwischen 10° und 25°, vorzugsweise von etwa 15°, abgeknickt. In praktischen Versuchen hat sich gezeigt, daß es wiederum günstig ist, die Leitschaufeln 3' in ihrer Hauptstellung, d. h. mit ihrem ersten Bereich 3'a, auf einen Winkel von 65° (= α) einzustellen.

Die Länge b' des sich unter dem zweiten Winkel β zur radialen Richtung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Be reichs 3'b beträgt zweckmäßigerweise das 0,2- bis 0,5fache, vorzugsweise etwa das 0,3fache der gesamten Länge aller Bereiche. Im dargestellten ersten Ausfüh rungsbeispiel beträgt die Länge a' des ersten Bereichs zwei Drittel und die Länge b' des zweiten Bereichs ein Drittel der Gesamtlänge.

Betrachtet man nun die herkömmlichen Leitschaufeln 3 gemäß Fig. 2 und die erfindungsgemäßen Leitschaufeln 3' entsprechend der Fig. 3, so ergeben sich in bezug auf ihre Steifigkeit folgende Überlegungen:

Die Biegelinie der beidseits eingespannten Leitschau feln 3, 3' läßt sich durch folgende Gleichung beschrei ben:

wobei
q = die durch die Luftströmung auf die Leitschaufeln wirkende Flächenlast,
E = Elastizitätsmodul,
I_x = Flächenträgheitsmoment,
l = die Länge der eingespannten Leitschaufel (d. h. zwischen Drehlager 6 und Verstellmechanismus 7),
z = Längenvariable von 0 bis 1.

Die maximale Durchbiegung der Leitschaufeln 3, 3' er gibt sich bei z = 1/2 mit

Die Federsteifigkeit läßt sich allgemein durch die Gleichung

Aus der Gleichung (3) läßt sich unmittelbar entnehmen, daß die Steifigkeit c linear vom Flächenträgheitsmoment I_x abhängt. Die maximale Durchbiegung W_max der Leit schaufeln 3, 3' hängt dagegen reziprok-linear vom Flä chenträgheitsmoment I_x ab.

Das Flächenträgheitsmoment I_x läßt sich allgemein durch die Gleichung

I_x = ∫y² . dA (4)

beschreiben, wobei mit A die Querschnittsfläche be zeichnet ist.

Die herkömmlichen Leitschaufeln 3 gemäß Fig. 2 haben beispielsweise folgende Abmessungen:

Länge a in x-Richtung = 165 mm und
Breite c in y-Richtung = 15 mm.

Mit der Gleichung (4) ergibt sich dadurch ein Flächen trägheitsmoment I_x von 46.406,25 mm⁴.

Die vergleichbaren Abmessungen des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3 betragen: Länge a' des ersten Bereichs = 110 mm, Länge b' des zweiten Be reichs = 55 mm, Dicke c = 15 mm, Winkel β - α = 15°. Hierbei ergibt sich das Flächenträgheitsmoment I_x zu 65.419,20 mm⁴. Dabei schließt die Hauptachse x mit dem ersten Bereich 3'a einen Winkel von 7,5° ein.

Die obigen Berechnungen zeigen, daß das erfindungsge mäße Profil der Leitschaufeln 3' ein größeres Flächen trägheitsmoment und damit gemäß Gleichung (3) auch eine wesentlich höhere Steifigkeit aufweist. Die erfindungs gemäßen Leitschaufeln sind daher weniger anfällig für einen Schwingungs- bzw. Ermüdungsbruch, der dadurch hervorgerufen werden kann, daß der pulsierende Luft strom die Leitschaufeln erregt und sie in Schwingungen versetzt. Im folgenden werden die Strömungsprofile des herkömmlichen Leitschaufelkranzes und des erfindungsge mäßen Leitschaufelkranzes gemäß Fig. 3 miteinander verg lichen:

Durch die kreisförmige Anordnung der herkömmlichen Leitschaufeln 3 ist der Einströmquerschnitt etwas grö ßer als der Ausströmquerschnitt. Dadurch bedingt ist die Absolutgeschwindigkeit G_A etwas größer als die Ein strömgeschwindigkeit G_E. Die Richtung der Absolutge schwindigkeit G_A ist dabei etwa parallel zu den Leit schaufeln 3 und teilt sich in eine Umfangskomponente G_U und eine Radialkomponente G_R auf.

Bei dem erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz gemäß Fig. 3 ist der Ausströmquerschnitt bedingt durch den abgeknickten zweiten Bereich 3'b der Leitschaufeln 3' wesentlich kleiner als der Einströmquerschnitt. Dadurch bedingt ist auch die Absolutgeschwindigkeit G'_A im Inneren des Leitschaufelkranzes wesentlich höher als die Einströmgeschwindigkeit G'_E. Das Verhältnis von G'_U zu G'_R ist bei dem erfindungsgemäßen Leitschaufelkranz wesentlich kleiner als beim herkömmlichen Leitschaufel kranz gemäß Fig. 2. Dadurch ergibt sich ein flacheres Geschwindigkeitsdreieck, wobei jedoch die Umfangskompo nente G'_U dennoch größer ist als die Umfangskomponente G_U beim herkömmlichen Leitschaufelkranz (bei gleichen Einströmgeschwindigkeiten G_E, G'_E).

Durch die erhöhte Umfangskomponente G'_U ergibt sich ein besseres Sichtverhalten des Sichters 1, so daß ein en geres Kornband bei dem zu trennenden Materialstrom er reicht werden kann.

In Fig. 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines er findungsgemäßen Leitschaufelkranzes dargestellt. Die Leitschaufeln 3" weisen wiederum einen ersten Bereich 3"a und einen zweiten abgeknickten Bereich 3"b auf. Entgegen der Strömungsrichtung schließt sich an den er sten Bereich 3"a, ein dritter Bereich 3"c unter einem bestimmten Winkel an. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 sind der zweite Bereich 3"b und der dritte Be reich 3"c jeweils in entgegengesetzte Richtungen vom ersten Bereich 3"a abgeknickt, so daß sie mit der ra dialen Richtung (Pfeil 8) den gleichen Winkel β ein schließen.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Längen a", b" und c" der drei Bereiche 3"a, 3"b und 3"c jeweils gleich groß.

Mit diesen Leitschaufeln 3" ist eine wesentlich tangen tialere Einstellung als mit herkömmlichen Leitschaufeln gemäß Fig. 2 möglich. Dadurch wird die Umfangsgeschwin digkeit der erzeugen Drallströmung erhöht, so daß auch der Rotor mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit ge fahren werden muß. Dies hat einen positiven Einfluß auf die Korngrößenverteilung, so daß ein engeres Kornband bei der Sichtung erzielt werden kann. Indem die erfin dungsgemäßen Leitschaufelkränze im Inneren eine wesent lich tangentialere Stellung der Leitschaufeln 3', 3", insbesondere der zugehörigen zweiten Bereich 3'b, 3"b aufweisen, ist zudem mit einem wesentlich geringeren Verschleiß zu rechnen.

Die einzelnen Leitschaufeln werden vorzugsweise aus verschleißfestem Blech, beispielsweise aus Vautid-Mate rial, hergestellt, indem der zweite Bereich und gegebe nenfalls der dritte Bereich gegenüber dem ersten Be reich abgekantet wird. Im Rahmen der Erfindung sind selbstverständlich auch andere Ausführungsformen als die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Leitschaufeln denkbar.

Claims

1. Leitschaufelkranz (2) zur Erzeugung einer gerichteten Strömung, insbesondere Leitschaufelkranz für Sichter (1) zur Erzeugung einer gerichteten Luftströmung, mit einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten Leitschaufeln (3', 3"), wobei wenig stens ein erster Bereich (3'a, 3"a) jeder Leitschau fel mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen ersten Winkel (α) kleiner als 90° bildet und wenigstens ein weiterer, sich in Strömungsrichtung an den ersten Bereich anschließender zweiter Bereich (3 'b, 3"b) mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen zweiten Winkel (β) bildet, der größer als der erste Winkel (α) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (b', b") des sich unter dem zweiten Winkel (β) zur radialen Rich tung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Bereichs (3'b, 3"b) das 0,2- bis 0,5fache der gesamten Länge aller Bereiche beträgt.

2. Leitschaufelkranz nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Bereich (3'a, 3'b; 3"a, 3"b) einen Winkel (β - α) zwischen 10° und 25°, vorzugsweise von etwa 15°, bilden.

3. Leitschaufelkranz nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (b', b") des sich unter dem zweiten Winkel (β) zur radia len Richtung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Be reichs (3'b, 3"b) das 0,3fache der gesamten Länge aller Bereiche beträgt.

4. Leitschaufelkranz nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschau feln (3', 3") durch jeweils ein flaches, zwischen dem ersten und zweiten Bereich abgeknicktes Element gebildet werden.

5. Leitschaufelkranz nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein sich entge gen der Strömungsrichtung an den ersten Bereich (3"a) anschließender dritter Bereich (3"c) mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen dritten Winkel bildet, der größer als der erste Winkel (α) ist.

6. Leitschaufelkranz nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der zweite und dritte Winkel gleich groß sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Längen (a", b", c") der drei Be reiche (3"a, 3In

b, 3"c) gleich groß sind.

8. Sichter (1) mit

1. einem Leitschaufelkranz (2) zur Erzeugung einer gerichteten Luftströmung mit einer Vielzahl von kreisförmig angeordneten Leitschaufeln (3', 3"), wobei wenigstens ein erster Bereich (3'a, 3"a) jeder Leitschaufel mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen ersten Winkel (α) kleiner als 90° bildet und
2. wenigstens ein weiterer sich in Strömungsrich tung an den ersten Bereich anschließender zwei ter Bereich (3'b, 3"b) mit der radialen Richtung (Pfeil 8) einen zweiten Winkel (β) bildet, der größer als der erste Winkel ist,
3. sowie einen im Innern des Leitschaufelkranzes (2) angeordneten Rotor (4),

dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (b', b") des sich unter dem zweiten Winkel (β) zur radialen Rich tung (Pfeil 8) erstreckenden zweiten Bereichs (3'b, 3"b) das 0,2- bis 0,5fache der gesamten Länge aller Bereiche beträgt.