CH329841A - Device for gas cooling of centrifuge rotors rotating in housings - Google Patents

Device for gas cooling of centrifuge rotors rotating in housings

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CH329841A
CH329841A CH329841DA CH329841A CH 329841 A CH329841 A CH 329841A CH 329841D A CH329841D A CH 329841DA CH 329841 A CH329841 A CH 329841A
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CH
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rotor
gas
axial
housings
dependent
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German (de)
Inventor
Erwin Dr Wiedemann
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Sandoz Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B9/00Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/02Electric motor drives
    • B04B9/04Direct drive
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04BCENTRIFUGES
    • B04B15/00Other accessories for centrifuges
    • B04B15/02Other accessories for centrifuges for cooling, heating, or heat insulating

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  • Centrifugal Separators (AREA)

Description

  

  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.

 

Claims (1)

PATENTANSPRLTCH Vorrichtung zur Gaskühlung von in Ge häusen umlaufenden Zentrifugenrotoren, da durch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer wirksamen Gaskühlung der Rotor eine beid- seits seines grössten Durchmessers stetig ab nehmende Dicke aufweist, PATENT ANSPRLTCH Device for gas cooling of centrifuge rotors rotating in housings, characterized in that, in order to achieve effective gas cooling, the rotor has a thickness that is steadily decreasing on both sides of its largest diameter, vom Antriebsmotor zur Ermöglichung einer zweiseitigen axialen Belüftung durch eine Zwischenwelle von min destens der halben axialen Rotorlänge distan ziert ist und das dem Rotor zunächst liegende Gehäuse axiale Gaseintrittsöffnungen sowie im Bereich des grössten Rotordurehmessers Casaustrittsöffnungen aufweist. UNTERANSPRÜCHE 1. from the drive motor to enable two-sided axial ventilation through an intermediate shaft of at least half the axial rotor length is distan and the housing lying next to the rotor has axial gas inlet openings and Cas outlet openings in the area of the largest rotor diameter. SUBCLAIMS 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, da clureh gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines mindestens teilweise geschlossenen Craskreis- laufes zwei konzentrische Gehäuse vorgesehen sind, von denen das äussere bis auf die erfor derlichen Leitungsdurchführungen geschlossen ist, während (las innere die erwähnten axialen Gaseintrittsöffnungen und radialen Gasaus trittsöffnungen aufweist. \). Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, Device according to patent claim, because it is characterized in that to achieve an at least partially closed crash circuit, two concentric housings are provided, of which the outer one is closed except for the necessary line bushings, while the inner one has the aforementioned axial gas inlet openings and radial gas outlet openings . \). Device according to patent claim and dependent claim 1, characterized in that dass im Raum zwischen den beiden konzentrischen Gehäusen wärmeaustauschende Elemente von hühleinriehtungen angeordnet sind. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das innere Gehäuse mindestens teilweise als wärmeaustauschendes Element von Kühleinrichtungen durchgebildet ist. 4. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass in der Nähe der Gaseintrittsöff- nungen Axialgebläse angeordnet sind, von denen mindestens eines von dem den Rotor an treibenden Motor angetrieben ist. 5. that in the space between the two concentric housings, heat-exchanging elements of hühleinriehtungen are arranged. 3. Device according to claim and dependent claims 1 and 2, characterized in that the inner housing is at least partially formed as a heat-exchanging element of cooling devices. 4. Device according to claim and dependent claims 1 to 3, characterized in that axial fans are arranged in the vicinity of the gas inlet openings, at least one of which is driven by the motor driving the rotor. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass bei mindestens teilweise geschlos senem Gaskreislauf ein Gas als Kühlmittel ver wendet wird, dessen Atomgewicht kleiner als 5 ist. Device according to patent claim and dependent claims 1 to 4, characterized in that in the case of at least partially closed gas circulation, a gas with an atomic weight of less than 5 is used as the coolant.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020467A1 (en) * 2006-04-28 2007-10-31 Westfalia Separator Ag Separator for use in industrial application, has stator rigidly connected with machine frame, and rotor, drive spindle, centrifuge barrel and housing forming flexible unit supported at machine frame

Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006020467A1 (en) * 2006-04-28 2007-10-31 Westfalia Separator Ag Separator for use in industrial application, has stator rigidly connected with machine frame, and rotor, drive spindle, centrifuge barrel and housing forming flexible unit supported at machine frame
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