CH409780A - Verfahren zur Aufnahme und zum Transport von feinen Teilchen in einem gasförmigen oder flüssigen Trägermedium und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren zur Aufnahme und zum Transport von feinen Teilchen in einem gasförmigen oder flüssigen Trägermedium und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Aufnahme und zum Transport von feinen Teilchen in einem gasförmigen oder flüssigen Trägermedium durch eine Rohr- oder ähnliche Transportleitung.



   Die Erfindung beruht auf der Ausnutzung von Wirkungen einer Drehströmung und der darin auftretenden Relativkräfte in technischen Strömungen mit Medien verschiedener Massenträgheit.



   Bei dieser Drehströmung wird eine der Hauptströmungsrichtung der Medien entgegengerichtete Potentialumlaufströmung angeregt und in eine koaxiale und gleichsinnig umlaufende Rotationsströmung mit Axialkomponente in Strömungsrichtung überführt. Erfindungsgemäss wird dabei zur Aufnahme der feinen Teilchen eine Potentialsenkenströmung angeregt und auf einer logarithmischen Spirale von aussen nach innen geführt. Zum Transport des Staub es wird zusätzlich zur Potentialströmung eine Rotationsströmung angeregt, die den inneren Teil des Querschnittes der Rohrleitung einnimmt.



   Dabei ist zur Anregung der Potential- und der Rotationsströmung für das aufzunehmende und das zu transportierende Gut eine Drehdüse mit rotierenden Laufschaufeln vorgesehen, bei der die Schaufeln in einem bestimmten Abstand von der Achse der Drehdüse enden. Die Erfindung ermöglicht es, feine Teilchen, die etwa in einem Behälter gelagert sind, aufzunehmen und abzusaugen. Hierfür kommen Teilchen in Betracht, wie sie in einem Bunker, z. B. einem Kohlestaubbunker, gelagert sind, weiterhin auch Staubteilchen, die vom Erdboden, von   Strassen-    decken, von Zimmerböden oder anderen Boden- und Wandteilen von Räumlichkeiten zu entfernen sind.



  Ausserdem erlaubt die Erfindung auch das Absaugen von Teilchen, die auf den Boden eines Abscheiders herunterrieseln.



   Dabei sind natürlich nicht nur feine Teilchen als Staub im negativen Sinn gemeint, sondern überhaupt körnige oder feine Teilchen in einem gasförmigen oder flüssigen Trägermedium, wie etwa Kohlenstaub, Zement, Getreide, Schlamm usw.



   Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, grösstenteils schematischer Darstellung.



   Fig. la zeigt das Schema einer Drehdüse mit Leitund Laufschaufeln im Aufriss. Die Absaugleitung 1 kann sich drehen oder auch feststehen. Zur Verbesserung der Wirkung ist in Fig. 1 zusätzlich ein hohler rauher Grund 2 eingezeichnet, der die Anregung der Drehströmung begünstigt. Mit 3 sind Laufschaufeln, mit 4 Leitschaufeln bezeichnet. Die Linie 5 veranschaulicht die Oberfläche der abzuziehenden Staubmasse. Die Bewegung des Fördermittels, z. B. der Luft oder eines anderen Mediums, ist durch die Linie 6 angedeutet. Das abgezogene Medium verlässt die Anordnung in Richtung des Pfeiles 7. Auf diese Weise sind die Wege der Staubpartikelchen zur Absaugeleitung und die Rotationsströmung aus dieser Darstellung ersichtlich.



   Die Wirkungsweise einer derartigen Einrichtung zur Staubaufnahme ist aus Fig.   lb    zu erkennen. Hier sind die Strömungsbewegungen im Bereich der Laufschaufeln dargestellt. Ein an den äusseren Rand der Laufschaufel 3 gelangendes Staubteilchen 8 hat noch im Schaufelkanal - das Bestreben, wenn es durch die Absaugung radial nach innen gezogen wird, beim Umlauf der Laufschaufel die Bahn einer loga  rithmischen Spirale 9 zu beschreiben (Potentialströmung; Wirbelsenke); es eilt also dem rotierenden Schaufelflügel voraus, bis es an die nächstfolgende Schaufel trifft und radial nach innen abgelenkt wird (Rotationssenke). Dies vollzieht sich etwa im Bereich 10.



   In der Übergangszone von der Wirbelsenke zur Rotationssenke bilden sich radial nach innen gerichtete Relativkräfte aus, die jedes Teilchen zusätzlich beschleunigen. In der Übergangszone herrscht also eine Mischströmung, in der kleine, sich mit entgegengesetzter Winkelgeschwindigkeit drehende Wirbel 11 entstehen, die ihrerseits die Ausgangspunkte von Drehströmungen sind.   Anschliessend    bewegen sich die Staubteilchen auf einer arithmetrischen Spirale 12 zur Achse der Drehdüse und steigen mit der Rotationsströmung auf.



   Besonders günstige Ergebnisse erhält man durch eine Formgebung der Laufschaufeln entsprechend einer logarithmischen Spirale nach innen hin. Diese Ausführungsform ist in Fig.   lc    dargestellt, bei der die Drehdüse wieder feststehende Leitschaufeln 4 und rotierende Laufschaufeln 3 aufweist, die nach innen gewölbt sind. Die Bahn der Staubteilchen ist mit den Pfeilen 10 gekennzeichnet.



   Schaufelwinkel bzw. Krümmung der Schaufeln und Drehgeschwindigkeit stehen in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis.   Über    die Drehgeschwindigkeit wird eine Beeinflussung der Absaugung möglich.



   Der sogenannte hohle Grund, wie er in Fig. la dargestellt ist, dient zum Zusammenschieben der sich ausbildenden räumlichen Wirbelquelle, d. h. konstruktiv zur Regulierung der abgezogenen Staubmengen sowie zu einem Fortdrücken des vor dem Ausgang der Düse liegenden Staubes. Dies ist eine Massnahme, die u. a. dazu dient, eine Verstopfung der Förderleitung mit Staub zu verhüten.



   Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 stellt eine Drehdüse dar, bei der die Förderung nicht von unten nach oben, sondern in umgekehrter Richtung vor sich geht. An einem um eine senkrechte Achse drehbar gelagerten Kegelmantel 13 sind Laufschaufeln 14 befestigt. Der Kegelmantel 13 sitzt drehbar auf dem jetzt nach unten hohlen Grund 15, der seinerseits durch Befestigungsglieder, z. B. zwei bis vier Bolzen, im feststehenden Bodenteil 16 der Anordnung befestigt ist. Hinsichtlich der Wirkungsweise ist prinzipiell kein Unterschied gegenüber den vorher beschriebenen Anordnungen vorhanden. Im Anschlussrohr 17 bildet sich wiederum eine Staubwendel 18 aus, die den Staub transportiert. Der auf dem Kegelmantel 13 liegende bzw. darauf von oben herabrieselnde Staub wird aufgrund der Schräge zu den Schaufeln 14 getragen und trifft unmittelbar zwischen den Laufschaufeln auf.

   In jedem Falle ist ein Verstopfen der Düse durch diese Anordnung unmöglich gemacht.



  Hinsichtlich der   Schaufelform    sowie hinsichtlich der Verwendung von feststehenden Leitschaufeln in Zusammenhang mit rotierenden Laufschaufeln mit der Form von arithmetischen Spiralen sind die gleichen Gesichtspunkte massgebend, wie sie bei Anordnungen gemäss Fig. la bis 1c zugrunde gelegt wurden.



   Zusätzlich ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel noch eine öffnung 19 in der Aussenwandung 20 angebracht. Diese dient dem schrägtangentialen Einblasen von Zusatzluft, wobei anstelle einer einzigen Einblasdüse gegebenenfalls auch deren mehrere vorgesehen sein können. Im übrigen kann bei Arbeiten mit Unterdruck der äussere Atmosphärendruck ausreichen, um bei solchen schräg gerichteten Düsen an diesen Stellen die gewünschte Einströmung herbeizuführen.



   Die in Fig. 2 dargestellte Form einer Drehdüse ist auch beispielsweise für die kontinuierliche Entnahme des Staub es aus einem senkrecht stehenden Schornsteinentstauber oder für eine waagerechte Staubabscheidung geeignet. Unter Ausnutzung dieses Prinzips sind naturgemäss zahlreiche Abwandlungen möglich.



   Um die für den Staubtransport in Rohren oder anderen Transportkanälen wünschenswerte Staubwendel zu erzeugen, können in Achsrichtung bzw. in einem Winkel dazu drehbar gelagerte Drehflügel vorgesehen werden. Hierfür sind in den Fig. 3 und 4 Ausführungsbeispiele gezeigt.



   Bei der in Fig. 3 dargestellten Anordnung tritt der Staub in Richtung des Pfeiles 21 durch das feststehende Rohr 22 hindurch. An das Rohr 22 schliesst sich das drehbare Rohr 23 an, welches von einem Motor 24 über Zahnräder 25 und 26 in Rotation versetzt wird. Die im Innern entstehende Staubwendel ist mit 27 bezeichnet. Durch das Rohr 28 wird Druckluft in die Anordnung eingeblasen, wobei diese Zusatzluft in Richtung der Pfeile 29 einen rotierenden Schaufelkranz 30 durchsetzt. Bei entsprechender Formgebung dieses Schaufelkranzes können mit den Drehflügeln Wirkungen hervorgerufen werden, die die erforderliche Drehströmung bzw. die Staubwendel erzeugen oder zumindest massgebend an deren Erzeugung be teiligt sind.



   Bei der in Fig. 4 dargestellten Anordnung kommt es darauf an, senkrecht herabgezogene lange Staubfäden, wie sie bei fallendem Staub auftreten, innerhalb eines Rohres zu Staubwendeln umzubilden. Das Rohr 31 ist um einen Winkel von etwa   90"    gekrümmt, wobei der Motor 32 mit dem Getriebe 33, 34 an der Aussenseite des Rohrkrümmers angeordnet ist. Über die Welle 35 werden die Drehflügel 36 in Rotation versetzt. Oberhalb der einzelnen Flügel befindet sich ein feststehender oder drehbarer Kegelmantel 37.



   Ausser durch die vorstehend beschriebenen Methoden ist eine Anregung der Drehströmung allein oder eine zusätzliche Anregung bei Vorhandensein längerer Transportwege mit anderen Mitteln, beispieIsweise durch schräg-tangentiales Einblasen eines Hilfsmediums, möglich. Weiterhin kann man auch das Rohr rotieren lassen. Als besonders wirksam haben sich Kombinationen mehrerer Methoden erwiesen, so z. B. eine Kombination einer sich drehenden Schaufel mit einem schräg-tangential verlaufenden Einblasen. Besondere Vorteile ergeben sich auch,  wenn man mit Unterdruck arbeitet, da dann das Einblasen mit geringerem Aufwand erfolgen kann.



   Für eine solche Kombinationsmöglichkeit ist in Fig. 5a ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht.



   Die Druckluft wird in Richtung der Pfeile 38 und 39 in den Druckraum gepresst und strömt zwischen den drehenden Flügeln 40 hindurch schräg-tangential in die Rohrleitung. Hinter den Flügeln wird an der Stelle 41 der Druck aufgestockt. Im Bereich vor den Flügeln entsteht ein Unterdruckraum 42. Hier bildet sich ein Gebiet der Rotationsströmung (singulärer Bereich) aus, in dem ein starker Unterdruck auftritt.



  Die austretende Druckluft verlässt zum Teil in schräg-tangential nach innen führender Richtung das die Rotationsströmung erzeugende Flügelrad; ein anderer Teil jedoch tritt mit einem Drall in das Rohr 43 ein und verursacht die Potentialströmung 44. In der Mischströmung zwischen Rotationssenke und Wirbelsenke bilden sich die Relativkräfte aus, die der Strömung den Axialschub erteilen und damit den Unterdruck erzeugen. Durch   Änderung    der Flügelstellung und der Blasrichtung kann der erzeugte Unterdruck weitgehend variiert und den Rohrverhältnissen angepasst werden.



   In Fig.   5b    ist das Flügelrad 40 dargestellt, das sich in Richtung des Pfeiles 45 dreht. Die Richtung der austretenden Luft ist durch Pfeile 46 angedeutet.



   Wenn die in das Flügelrad eintretende Luft dem einzelnen Flügel des Flügelrades vorauseilt, ergibt sich mit zunehmender Annäherung an die Strömungsachse eine Vergrösserung der Umlaufgeschwindigkeit. Das bedeutet die Entstehung einer Wirbelsenke, d. h. einen statischen Druckabbau.



  Wegen des Vorauseilens der mit den Staubteilchen durchmischten Luftmassen innerhalb der Potentialsenke wird der Staub durch die Relativkräfte in der Strömungsachse der Rotationssenke zusammengepresst. Durch das schräg-tangentiale Einblasen entsteht also auch eine zusätzlich wirksame Axialkomponente.



   Zur Unterstützung der Wirbelbildung der Staubwendel kann es ebenfalls vorteilhaft sein, wenn man den Luftstrom durch eine oder mehrere beispielsweise kreisrunde Lochöffnungen, die gegebenenfalls auch noch mit einem angeschärften Rand versehen sein können, strömen lässt. Die Hintereinanderschaltung mehrerer derartiger Düsen sowie die Ausgestaltung der Durchtrittskante ist weitgehend frei variierbar, z. B. durch dahintergesetzte Zacken bzw. durch eine kegelförmige Verengung o. dgl.



   Hierfür ist in Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Zur Erzeugung einer Dreh strömung kann man eine Drehflügelanordnung mit zwei Flügelkränzen 47 und 48 vorsehen oder auch z. B. die ganze Düse in Drehung versetzen. Mit 49 ist ein feststehender Körper bezeichnet, innerhalb dessen sich die Düse als im ganzen drehbarer Körper 50 zu drehen vermag. Zwischen den beiden   Flügeikränzen    48 und 49 befindet sich eine Zone mit scharfen Ringkanten 51. Die Düsenmündung 52 ist ebenfalls mit scharfen Ringkanten 53 versehen.



   Die Anwendbarkeit der in diesen Ausführungsbeispielen beschriebenen und dargestellten Verfahren auf die verschiedensten Staub sorten sowie auch auf feste Teilchen in   flüssigen    Medien sei nur kurz angedeutet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, auf diese Weise auch Schlammpumpen mit gutem Wirkungsgrad arbeiten zu lassen. Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die Förderung von Kohlestaub, gegebenenfalls auch über grössere Entfernungen hinweg, dar.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCHE I. Verfahren zur Aufnahme und zum Transport von feinen Teilchen in einem gasförmigen oder flüssigen Trägermedium durch eine Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der feinen Teilchen eine Potentialsenkenströmung angeregt und auf einer logarithmischen Spiralenbahn von aussen nach innen geführt wird und dass zum Transport der feinen Teilchen zusätzlich zur Potentialströmung eine Rotationsströmung angeregt wird, die den inneren Teil des Querschnittes der Rohrleitung einnimmt.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anregung der Potential- und Rotationsströmung für das aufzunehmende und das zu transportierende Gut eine Drehdüse mit rotierenden Laufschaufeln vorgesehen ist und dass diese Laufschaufeln in einem bestimmten Abstand von der Achse der Drehdüse enden.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehdüse durch rotierende Gehäuseteile gebildet ist.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich im wandnahen Bereich der Rohrleitung schräg-tangentiale Hilfseinströmungen für ein Hilfsmedium angeordnet sind.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufschaufeln eine nach innen gewölbte Form aufweisen.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gutaufnahme im von Laufschaufeln freien axialen Bereich eine konkave Oberfläche zur Bildung eines hohlen, rauhen Grundes vorgesehen ist.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass in der Transportleitung in Achsrichtung oder in einem Winkel zur Achsrichtung drehbar gelagerte Drehflügel vorgesehen sind.