CH644030A5 - Trennmaschine zum trennen von partikeln aus gasfoermigen oder fluessigen medien. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Trennmaschine gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Trennmaschinen haben die Aufgabe, Trennvorgänge in oder mittels flüssiger oder gasförmiger Medien durchzuführen. Die üblichen Trennmaschinen beruhen auf dem Prinzip, dass die Strömung des Mediums durch eine gegengeschaltete, stärkere Maschine umgekehrt wird und der - nun entgegen der Strömungsrichtung rotierende Rotor - als Widerstand wirkt und damit einen rotierendenFilter oder Separator bildet, der wohl ein entsprechendes Medium (Gas oder Flüssigkeit) passieren lässt, nicht aber darin enthaltene Fremdkörper wie Schmutz, Tropfen usw. (Arbeitsweise der Trennmaschine als Abscheider). Ausserdem kann eine Trennmaschine auch als Klassierer und als Sortierer arbeiten.

Die Rotoren der vorbekannten Trennmaschinen dieser Art sind mit einer zentralen Welle versehen, die in einem Gehäusedurchbruch gelagert und von einem ausserhalb des Gehäuses angeordneten Motor angetrieben ist. Die Welle ist nur einseitig an dem Rotor vorgesehen, wobei an der der Welle gegenüberliegenden Seite des Rotors die zentrale Absaugöffnung angeordnet ist.

Die zentrale Welle bringt erhebliche Schwierigkeiten mit bezüglich ihrer Lagerung und dichten Durchführung durch das Gehäuse. Es sind aufwendige Lagerungen und Dichtungen erforderlich. Eine im Strömungskanal liegende Welle stört die Strömung. Die Welle und ihre Verbindung mit dem Rotor sowie der Rotor selbst müssen entsprechend kräftig ausgebildet sein, um die Antriebsenergie auf die Schaufeln oder Stäbe des Rotors zu übertragen. Ferner ist die Drehzahl bei dem herkömmlichen Aufbau des Rotors mit zentraler Welle begrenzt.

Aus der US-PS 2 873 815 ist allerdings bereits eine Trennmaschine, und zwar eine als Abscheider arbeitende Trennmaschine, vorbekannt, bei welcher der Rotor keine zentrale Welle aufweist, bei der also die vorstehend genannten Schwierigkeiten der zentralen Welle vermieden sind. Diese Trennmaschine beruht aber auf einem anderen Prinzip. Und zwar ist in ein Abgasrohr ein drehbares Rohrstück eingesetzt. Dieses drehbare Rohrstück ist perforiert oder mit durchgehenden axialen Schlitzen versehen. An seinen beiden Enden ist dieses perforierte oder geschlitzte Rohrstück mit Ringen versehen, welche gegenüber den benachbarten, nicht drehbaren Abschnitten der Abgasleitung drehbar angeordnet sind. An dem einen dieser beiden Stirnringe, auf dessen Aussenumfang, ist ein Kegelradantrieb vorgesehen. Dieser Rotor ist mit radialem Abstand von einem doppelt konischen Gehäusemantel umgeben, in welchen tangential eine Leitung zur Zufuhr von Hilfsluft zur Drallerzeugung einmündet. Mit dieser Vorrichtung soll folgende Arbeitsweise erreicht werden: zur Abscheidung von Feststoffteilchen aus dem zugeführten Rauchgas oder Staubgas soll dieses Gas von dem Rotor in Rotation mitgerissen werden, so dass auf die in dem Gas enthaltenen Partikel eine Fliehkraft wirkt, so dass diese sich radial nach aussen bewegen und durch die Löcher oder Schlitze des Rotors hindurch nach aussen gelangen. Diejenigen Partikel, die nicht unmittelbar durch ein Loch oder einen Spalt fliegen, sollen an der Wand des Rotors entlanggleiten, bis sie an ein solches Loch oder einen Schlitz gelangen und dann durch diesen hindurch nach aussen fliegen. Dieser Vorgang soll unterstützt werden durch die tangential eingeführte Hilfsluft, durch welche ein Sog in dem den Rotor umgebenden Ringraum erzeugt wird, durch den Feststoffpartikel - nebst Gas aus dem Rotor - nach aussen abgesaugt werden. Die Feststoffpartikel sollen in dem konischen Gehäusemantel wie bei einem Zyklon nach unten sinken, während die Luft/das Gas nach oben, parallel zu dem Abgasstrom im Inneren des Abgasrohres abgeleitet wird.

Sämtliche vorbekannten Trennmaschinen, sei es mit oder ohne zentrale Welle, sind in herkömmlicher Weise mit mechanischen Lagerungen versehen, womit aber die höchstmögliche Drehzahl aus Festigkeits- und Verschleissgründen begrenzt ist. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Trennmaschine der beschriebenen Gattung so zu verbessern, dass hohe Umlaufgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen erreicht werden können, so dass die Konstruktion von im Verhältnis zur Leistung kleinen Maschinen ermöglicht wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist in dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruches I angegeben. Dank der erfindungsgemäss vorgesehenen hydrostatischen, aerostati-schen oder elektromagnetischen Lager, also berührungsfreier Lager, entfallen die bisherigen Verschleissprobleme. Da die Stirnringe jeweils an ihrem Aussenumfang im Gehäuse gelagert sind, können die gerade bei hohen Drehzahlen auftretenden grossen Fliehkräfte günstig aufgefangen werden s

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und es verbleibt innerhalb der Stirnringe ein relativ grosser, ungestörter Strömungsquerschnitt.

Durch entsprechende Ausführung der Steuer-Elektronik kann man den Rotor um seine geometrische Achse oder um seine Trägheitsachse rotieren lassen. Bei Rotation um die Trägheitsachse ist nur ein relativ grobes Auswuchten des Rotors notwendig, gerade soviel, dass der Rotor den Stator nicht berührt. Hierbei ist ein vibrationsfreier Lauf gewährleistet, auch wenn der Rotor durch Ansätze und Verschleiss unwuchtig wird.

Ist die Lagerung als hydrostatische oder aerostatische Lagerung ausgebildet, so kann ein abgezweigter Teil des Fördermediums bei entsprechender Druckerhöhung auch gleichzeitig als Trägermedium für die Lagerung verwendet werden, womit also eine Verunreinigung bzw. Vermischung des Fördermediums durch ein fremdes Trägermedium vermieden ist.

Der Antrieb ist zweckmässig als Elektromotor ausgebildet, dessen Rotor an wenigstens einem der Stirnringe und dessen Stator in dem Gehäuse angeordnet ist.

Die erzielbaren hohen Umlaufgeschwindigkeiten nebst der doppelseitigen Absaugung erlauben die Konstruktion von im Verhältnis zur Leistung kleinen Maschinen.

Weitere wesentliche Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Zur näheren Erläuterung wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel anhand der schematischen Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Trennmaschine, schematisch, schräg von der Seite gesehen;

Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Maschine nach Linie II-II in Fig. 1, wobei das Gehäuse fortgelassen ist; in

Fig. 3 ist der Bereich III in Fig. 1 in grösserem Massstab herausgezeichnet, wobei eine elektromagnetische Lagerung vorgesehen ist; in

Fig. 4 ist in einer der Fig. 3 entsprechenden Darstellung ein elektromotorischer Antrieb des Rotors nebst weiteren Einzelheiten gezeigt.

Gemäss Fig. 1 bis 4 ist in einem Gehäuse 23 einer Trennmaschine ein Rotor gelagert. Der Rotor besteht aus zwei Stirnringen 1, 2 zwischen denen sich relativ langgestreckte Schaufeln 3a-n erstrecken, die fest mit den Stirnringen 1,2 verbunden sind, sodass ein relativ starrer, fester Rotor gebildet ist. Jeder Stirnring 1,2 ist in einem dicht in das Gehäuse 23 eingesetzten Lagerring 6, 7 gelagert. Der Spalt zwischen Stirnring 1,2 und Lagerring 6,7 ist als Dichtungsspalt 18 ausgebildet.

Das Medium (z. B. Luft, aus der Staub- oder Flüssig-keitspartikel abgeschieden werden sollen, oder aber mit einem zu sichtenden Korngemenge beladene Sichtluft) wird durch einen Einlassstutzen 24 in das Gehäuse eingegeben. Das Gas bzw. die Sichtluft gelangt zusammen mit den feinen Partikeln radial zwischen je zwei Schaufeln 3a-n hindurch in das Innere des Rotors. Durch die beiden Stirnringe 1,2 hindurch wird die Luft abgesogen, Durch einen Auslassstutzen 25 hindurch werden die abgeschiedenen Teilchen abgeführt.

Die Lagerung zwischen den Stirnringen 1,2 und den Lagerringen 6,7 kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Rollenlagerungen und Gleitlagerungen können aber wegen der Fliehkräfte und der damit verbundenen Schmierprobleme nur bis zu einer begrenzten Lagergeschwindigkeit angewendet werden. Vorzugsweise werden daher elektromagnetische Lagerungen eingesetzt. Eine solche Lagerung ist in Fig. 2 bis 4 gezeigt. Diese magnetische Lagerung erlaubt grosse Durchmesser und hohe Drehzahlen, sie ist reibungsarm und schmiermittelfrei.

Auf jedem Stirnring 1, 2 sind im axialen Abstand voneinander zwei aus kreisringförmigen Blechen gebildete Blechpakete vorgesehen, nämlich ein grösseres Blechpaket 8 und ein kleineres Blechpaket 9. In jedem der Lagerringe 6, 7 sind in gleichmässigen Winkelabständen vier Elektromagnete 10 angeordnet, deren Pole 11 jeweils auf eines der grösseren Blechpakete 8 der Stirnringe 1, 2 ausgerichtet sind, während dem kleineren Blechpaket 9 auf den Stirnringen 1,2 eine entsprechende Anzahl elektromagnetischer Sensoren 12 zugeordnet ist, die gemäss Fig. 3 ebenfalls aus je einem Elektromagnet bestehen, dessen Pole 13 dem kleinen Blechpaket

9 gegenüberliegen. Die Sensoren tasten also jeweils den Abstand zwischen Rotor und Stator ab und steuern die Erregung der Elektromagnete 10, womit also der Rotor berührungsfrei in den Lagerringen 6 gelagert ist. Die elektromagnetische Lagerung erlaubt es, durch entsprechende Ausführung der Steuer-Elektronik den Rotor um seine geometrische, oder aber um seine Trägheitsachse rotieren zu lassen. Bei Rotation um die Trägheitsachse ist nur ein relativ grobes Auswuchten des Rotors notwendig, gerade insoweit, dass im Bereich der Lagerung - sowie des Antriebs - keine Berührung zwischen Rotor und Stator erfolgt. Hierdurch ist ein vibrationsfreier Lauf gewährleistet, auch wenn der Rotor durch Materialansätze und/oder Verschleiss unwuchtig wird.

Der Spaltraum zwischen Rotor und Stator bzw. zwischen dem Blechpaket auf den Stirnringen und dem Lagerring 6, 7 ist konisch; auf diese Weise wird ein Axialschub ausgeglichen.

Gemäss Fig. 4 tritt ein elektromotorischer Antrieb hinzu. Und zwar ist ebenfalls auf den Stirnringen 1,2 seitlich neben der Lager-Anordnung, ein Blechpaket 14 angeordnet, dem statorseitig, also auf den Lagerringen, Wicklungen 15 und Magnetkerne 16 zugeordnet sind.

Der Raum zwischen den einzelnen Blechpaketen und Wicklungen ist mit einer Kunstharzmasse 17 ausgegossen, derart, dass nur ein Luftspalt zwischen Rotor und Stator verbleibt. Die Vergussmasse isoliert die elektrischen Einbauten und schützt sie gleichzeitig gegen Korrosion und Abrasion. Dieser Luftspalt bildet eine Ringspaltdichtung 18. Damit ist die Druckseite der Strömungsmaschine auf einfache Weise zuverlässig gegen die Saugseite abgedichtet.

Durch wenigstens eine Bohrung 19 kann ein Sperrmedium in den Ringspalt eingeführt werden; der Strömungsweg des Sperrmediums ist in Fig. 4 durch Pfeile angezeigt.

Mit Bezugszeicheii 20 ist ein Kanal für die Durchführung des bzw. der elektrischen Kabel angedeutet. Durch einen Kanal 21 kann ein Kühlmedium in einen entsprechenden eingebauten Wärmetauscher eingegeben werden.

Mit Bezugszeichen 22 ist ein Notlauflager angedeutet, welches bei höheren Drehzahlen und grösserem Gewicht des Rotors erforderlich sein mag.

Gemäss Fig. 3 und 4 sind die Sensoren 12 gegenüber den Elektromagneten 10 axial versetzt, also seitlich daneben angeordnet; die Sensoren 12 mit ihren Polen 13 könnten aber auch in ein und dergleichen Ebene wie die Elektromagnete

10 angeordnet sein, wie dies der Einfachheit halber auch in Fig. 2 gezeichnet ist.

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2 Blatt Zeichnungen

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1. Trennmaschine zum Trennen von Partikeln aus gasförmigen oder flüssigen Trägermedien, mit einem in einem Gehäuse gelagerten, aus zwei Stirnringen, von denen wenigstens einer angetrieben ist, und einem sich zwischen diesen erstreckenden, radial durchströmten Schaufelkranz bestehenden Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnringe (1,2) jeweils am Aussenumfang im Gehäuse (23) gelagert sind, und dass die Lager als hydrostatische, aerostatische oder elektromagnetische Lager ausgebildet sind.

2. Trennmaschine mit elektromagnetischer Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jedem Stirnring (1,2) ein sich über den ganzen Umfang erstreckendes Blechpaket (8) sitzt, dem gegenüber mehrere gleichmäs-sig über den Umfang verteilte Elektromagnete (10) am den Stator bildenden Gehäuse angeordnet sind, und dass ferner auf jedem Stirnring (1,2) ein weiteres Blechpaket (9) sitzt, welches mit elektromagnetischen Sensoren (12) zusammenarbeitet, die am Stator, über den Umfang verteilt, angeordnet sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Trennmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb als Elektromotor ausgebildet ist, dessen Rotorblechpaket (14) an wenigstens einem der Stirnringe (1,2) und dessen Statorblechpaket (16) in dem Gehäuse angeordnet sind.

4. Trennmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechpakete (8,9,14; 11,13,16) am Rotor und an dem Gehäuse in eine Kunstharzmasse (17) eingebettet sind, wobei ein Dichtungsspalt (18) zwischen dem Rotor und dem Gehäuse ausgebildet ist.

5. Trennmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse ein in den Dichtungsspalt (18) ausmündender Kanal (19) zur Zufuhr eines Sperrmediums vorgesehen ist.

6. Trennmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse eine Kühlvorrichtung vorgesehen ist.

7. Trennmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Notlauflager (22) vorgesehen ist.

8. Trennmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme axialen Schubes das Rotorblechpaket (8) der Lagerung und dementsprechend die Blechpakete der Elektromagnete (10) konisch ausgebildet sind.