Vorrichtung zur Gaskühlung von in Gehäusen umlaufenden Zentrifugenrotoren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Vorrichtung zur Gaskühlung von in Gehäusen umlaufenden Zentrifugenrotoren, die es ermöglicht, Rotoren, insbesondere solche massiver und geschlossener Bauart, auch bei 1i - 10000 pro Minute erheblich übersteigen den Drehzahlen so wirksam zu kühlen,
dass die bisher für Maschinen mit solchen Drehzahlen als unentbehrlich erachteten Kühleinrichtun gen für die meisten Verw endunoszweclie ent behrlich werden oder doch erheblich kleiner dimensioniert werden können.
1s ist bekannt, dass umlaufende Zentri- fugenrotoren eine mehr oder weniger ausge prägte Schleuderwirkung auf die sie umge bende Gasatmosphäre ausüben können, die zur Kühluned der Rotoren verwendet werden kann. Die Wirksamkeit bekannter derartiger Anordnungen nimmt jedoch mit steigender Drehzahl rasch ab.
Versuche, diese Schwierig keit zu überwinden, führten zu dem neuen und fberrasehenden Ergebnis, dass auch ohne zu sätzliche Kühleinrichtungen eine wirksame Gaskühlung bei höheren Drehzahlen, insbe sondere bei solchen über 10000 pro Minute, erzielt werden kann, wenn für eine aus reichende Gaszufinhr und Grasabfuhr Sorge ;etrao-en wird.
Die Vorrichtung oemäss der Erfindung zeichnet sieh dadurch aus, dass zur Erzielung einer wirksamen Gaskühlung der Rotor eine beidseits seines grössten Durchmessers stetig abnehmende Dicke aufweist, vom Antriebs- motor zur Ermöglichung einer zweiseitigen axialen Belüftung durch eine Zwischenwelle von mindestens der halben axialen Rotorlänge distanziert.
ist, und das dem Rotor zunächst liegende Gehäuse axiale Gaseintrittsöffnungen sowie im Bereich des grössten Rotordurchmes- sers Gasaustrittsöffnungen aufweist.
Dient dieses Gehäuse gleichzeitig als Schutzmantel, so ist es im Vergleich mit ge schlossenen Gehäusen starkwandiger und mit grösserem Durchmesser auszuführen, damit Unfall- und Berührungsschutz gewährleistet bleiben.
Die gleichzeitige Verwendung des erfin dungsgemäss mit axialen und radialen öffnun- gen versehenen Gehäuses als Schutzmantel setzt die Kühlung der Rotoren mit Raumlift voraus; sie hat sich für kleinere Einheiten mit einem Rotor-Fassungsvermögen bis höchstens zwei Liter als zweckmässig erwiesen.
Für Einheiten von über einem Liter Rotor inhalt sowie für solche, die mit extrem hohen Drehzahlen betrieben werden, wie Ultrazentri fugen mit Maximaldrehzahlen von<B>60000</B> pro Minute und darüber, kann es zweckmässiger sein, einen mindestens teilweise geschlossenen Gaskreislauf, gegebenenfalls unter der Ver wendung leichter Gase, wie Wasserstoff, He lium und dergleichen als Wärmeübertrager, im Sinne der vorliegenden Erfindung vorzu sehen.
Ermöglicht wird dies durch die Verwen dung zweier konzenti ischer Mäntel, von denen der äussere zweclunässigerweise ganz geschlos sen ist und nur die erforderlichen Leitungs durchführungen enthält, während der innere die erfindungsgemässen axialen und radialen Öffnungen aufweist.
Das von der Rotor peripherie abgeschleuderte Gas gelangt dann durch die radialen Öffnungen des innern Man tels in den Raum zwischen beiden Mänteln, wird dort mit Hilfe von Ablenkbleehen, die Bestandteil des innern Mantels sein können, nach oben und unten geführt, passiert gege benenfalls nvischen beiden Mänteln angeord nete Kühlelemente (lVärmeaustaus(3her) und ,wird sehliesslieh nach nochmaliger Umlenkung von oben und unten her dem Rotor wieder axial zugeführt, wobei die beiden Gasströme nötigenfalls auf an sich bekannte Weise mit tels Gebläsen,
vorzugsweise Axialgebläsen, von denen mindestens eines von dem den Rotor an treibenden Motor getrieben sein kann, be schleunigt werden können.
Es sei bemerkt, dass für den Fall eines mindestens teilweise geschlossenen Claskreis- laufes die Form des erfindungsgemäss durch gebildeten Mantels zugunsten einer strömungs technisch guten Durchbildung erheblich von der CTrundform des beidseits offenen und peri pher mit Öffnungen versehenen geraden Kreis zylinders abweichen kann; für den Sonderfall des Betriebes mit leichten CTasen als Wärme übertrager kann er weiter zugleich als Kühl element (Wärmeaustauseher) durchgebildet sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der erfindungsgemässen Vorrichtung dar gestellt. Diese Ausführung, wie sie für luft gekühlte Zentrifugen bis zu einem Rotorinhalt von höchstens zwei Liter in Frage kommt, zeigt einen Rotor Rin Ansicht, dessen Form so durchgebildet ist, dass sie eine zweiseitige axiale Belüftung ermöglicht (stete Dickenab nahme beidseits des grössten Durchmessers). Z ist eine Zwischenwelle, die den Rotor ab stützt und zugleich den erforderlichen Ab stand 1 von mindestens der halben axialen Rotorlä.nge zwischen Antriebsmotor und Rotor R herstellt (stehende Rotoranordnung;
es könnte ebensogut auch eine hängende Rotor- anordnung gewählt worden sein). Der im Schnitt dargestellte Schutzmantel JI, dessen Deckel und Boden axiale Lufteintrittsöffnun- gen R besitzen, weist in der Höhe des grössten Rotordurchmessers eine Anzahl passend dimen sionierter Entlüftun;
@sschlitze S auf, Beim Betrieb dieser Maschine entsteht, ent sprechend den eingezeichneten Pfeilen, dureli die tan-entiale Luftabführung am fl-rössten Durchmesser des Rotors ein Sog, der eine axiale Luftzuführung von oben und unten leer zur Folge hat. Hierdurch tritt eine sehr wirk same Kühlung des Rotors ein, wie sie durch die naelifolgeiiden, mit einer Maschine dieses Typs ausgeführten Messungen belegt wird.
Werden die Eritliiftnngsselilitze <B>8</B> geschlos sen, so tritt. bei einer Drehzahl von n =<B>15000</B> pro Minute eine rasche und erhebliche Er wärmung des Rotors R und seines Inhaltes ein, die nach wenigen 3linuten 30 C über Raumtemperatur erreicht.
W ird die Luft- zufuhr von oben her oder von unten her unter- drüekt, also eine nur einseitige Belüftung des Rotors R gestattet, so ist nach einigen Minuten Betrieb bei der gleichen. Drehzahl eine Erwär- mniig des Rotors R und seines Inhaltes um etwa 1.5 C über Raumtemperatur festzustellen.
Wird die 'Maschine aber mit beidseitiger Ro- torbelüft.ung betrieben, so beträgt die Erwär mung des Rotors R und seines Inhaltes bei genau gleicher Drehzahl in derselben Zeit nur 3-4 C über Raumtemperatur, und es ergibt sich bei Dauerbetrieb ein thermischer (Tleieh- gewichtszustand, bei welchem die Temperatur des Rotors R und seines Inhaltes nur -1--5 C über der Raumtemperatur liegt.
Device for gas cooling of centrifuge rotors rotating in housings The object of the present invention is a device for gas cooling of centrifuge rotors rotating in housings, which enables rotors, especially those of massive and closed design, to be considerably higher than the speeds so effectively even at 1i - 10,000 per minute cool,
that the cooling devices previously considered to be indispensable for machines with such speeds can be dispensed with for most applications or can be dimensioned considerably smaller.
It is known that rotating centrifuge rotors can exert a more or less pronounced centrifugal effect on the surrounding gas atmosphere, which can be used to cool the rotors. The effectiveness of known such arrangements, however, decreases rapidly with increasing speed.
Attempts to overcome this difficulty led to the new and surprising result that effective gas cooling at higher speeds, in particular at speeds above 10,000 per minute, can be achieved without additional cooling devices, if there is sufficient gas supply and grass removal Worry; etrao-en will.
The device according to the invention is characterized by the fact that, in order to achieve effective gas cooling, the rotor has a continuously decreasing thickness on both sides of its largest diameter, spaced from the drive motor by an intermediate shaft of at least half the axial length of the rotor to enable axial ventilation on both sides.
is, and the housing lying next to the rotor has axial gas inlet openings as well as gas outlet openings in the area of the largest rotor diameter.
If this housing is also used as a protective jacket, it is thicker-walled and larger in diameter than closed housings, so that protection against accidents and contact is guaranteed.
The simultaneous use of the housing provided according to the invention with axial and radial openings as a protective jacket requires the rotors to be cooled with a room lift; it has proven to be useful for smaller units with a rotor capacity of up to two liters.
For units with a rotor capacity of over one liter and for those that are operated at extremely high speeds, such as ultracentrifuges with maximum speeds of <B> 60000 </B> per minute and above, it may be more useful to have an at least partially closed gas circuit, optionally using light gases such as hydrogen, helium and the like as heat exchangers, for the purposes of the present invention.
This is made possible by the use of two concentric jackets, of which the outer one is completely closed and only contains the necessary line bushings, while the inner one has the axial and radial openings according to the invention.
The gas thrown off from the rotor periphery then passes through the radial openings of the inner jacket into the space between the two jackets, where it is guided up and down with the help of deflecting sheets, which can be part of the inner jacket, and happens if necessary between the two Cooling elements arranged in jackets (heat exchangers (3her) and, after being deflected again from above and below, are finally fed back axially to the rotor, the two gas flows if necessary in a manner known per se by means of fans,
preferably axial fans, at least one of which can be driven by the motor driving the rotor, can be accelerated.
It should be noted that, in the case of an at least partially closed gas circuit, the shape of the jacket formed according to the invention can differ considerably from the circular shape of the straight circular cylinder, which is open on both sides and provided with peripheral openings, in favor of a good flow through; For the special case of operation with light CTases as a heat exchanger, it can also be designed as a cooling element (heat exchanger).
In the drawing, a Ausführungsbei is playing the device according to the invention is presented. This version, which is suitable for air-cooled centrifuges with a rotor capacity of up to two liters, shows a rotor Rin view, the shape of which is designed in such a way that it enables two-sided axial ventilation (constant thickness reduction on both sides of the largest diameter). Z is an intermediate shaft that supports the rotor and at the same time creates the required distance 1 of at least half the axial rotor length between the drive motor and rotor R (vertical rotor arrangement;
a hanging rotor arrangement could just as well have been chosen). The protective jacket JI shown in section, the top and bottom of which have axial air inlet openings R, has a number of suitably dimensioned vents at the height of the largest rotor diameter;
@sschlitze S open, When this machine is operated, according to the arrows drawn, the tan-ential air discharge at the largest diameter of the rotor creates suction, which results in an axial air supply from above and below empty. This results in a very effective cooling of the rotor, as evidenced by the naeliffoliiden measurements carried out with a machine of this type.
If the Eritliiftnngsselitze <B> 8 </B> are closed, then step. At a speed of n = <B> 15000 </B> per minute, a rapid and considerable heating of the rotor R and its contents, which reaches 30 C above room temperature after a few 3-minutes.
If the air supply is suppressed from above or below, i.e. if only one-sided ventilation of the rotor R is permitted, the same will operate after a few minutes. Speed a warming of the rotor R and its contents to about 1.5 C above room temperature can be determined.
If, however, the machine is operated with rotor ventilation on both sides, the heating of the rotor R and its contents is only 3-4 C above room temperature at exactly the same speed in the same time, and continuous operation results in a thermal (Tleieh - Weight condition in which the temperature of the rotor R and its contents is only -1--5 C above room temperature.