CZ278896A3

CZ278896A3 - Apparatus for separating solid or liquid particles from a gas stream

Info

Publication number: CZ278896A3
Application number: CZ962788A
Authority: CZ
Inventors: Jurgen Thode
Original assignee: Vorwerk Co Interholding
Priority date: 1994-04-29
Filing date: 1995-02-13
Publication date: 1997-01-15
Also published as: CA2189127A1; DK0757536T3; JP3832852B2; JPH09512448A; HU219928B; GR3029958T3; CN1151110A; PL317153A1; ATE178770T1; DE59505659D1; PL176126B1; ES2130593T3; US5914416A; WO1995029622A1; EP0757536A1; CN1121189C; HUT74818A; SK125396A3; CZ286558B6; HU9602920D0

Description

Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátororé kolo a lopatkové kolo, které je ve směru proudění předřazeno před ventilétorovýn kolem.

Dosavadní stav techniky

Zařízení tohoto druhu je známo z německé zveřejněné patentové přihlášky č. OS 21 53 664. Tento dokument popisuje vysavač prachu, ve kterém je vzduch s prachem nasáván skrze sací trubku ventilátorem. Před ventilátorem je předřazeno lopatkové kolo, na jehož osu je nasměrováno ústí sací trubky. Proti směru proudění je kolem sací trubky uspořádán sběrný zásobník na prach. Lopatkové kolo je s tímto sběrnými zásobníkem na prach spojeno kanálkem ve tvaru šroubovice.

U tohoto dříve známého řešení se ukázalo, že oddělování prachových částic z proudu plynu je jen nedokonalé.

Úkolem vynálezu je dosáhnout u zařízení tohoto druhu zlepšení oddělování fází.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých zařízení tohoto druhu do značné míry odstraňuje zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátororé kolo a lopatkové kolo, které je ve směru proudění předřazeno před ventilatorovýn kolem, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že lopatkové kolo je tvořeno kuželovým sítem, na jehož kuželovém plášti jsou uspořádány radiálně odstávající lopatky.

Z hlediska jednoduchosti a nákladů je výhodné, jestliže lopatkové kolo je tvořeno ventilátorovým kolem.

Jiné výhodné řešení spočívá v tom, že lopatkové kolo je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem.

Z hlediska účinnosti je výhodné, jestliže lopatkové kolo je opatřeno dvojicí lopatek.

Dále je výhodné, jestliže na lopatkové kolo ve směru proudění navazuje kuželové síto, přičemž lopatky radiálně vystupují z pláště tohoto kuželového síta.

Z hlediska nákladů a kompaktnosti konstrukce je' dále výhodné, jestliže lopatkové kolo, kuželové síto a ventilátorové kolo jsou navzájem spojeny vytvořením vcelku.

Vlastní kuželové síto je s výhodou provedeno tak, že šířka sítových otvorů kuželového síta ve směru obvodu a výška můstků oddělujících navzájem tyto sítové ovory jsou navzájem sladěny tak, že částice vstupující s maximální sací rychlostí do otáčejících se sítových otvorů jsou během svého průchodu skrze tyto sítové otvory vždy zasahovány můstky.

Pro zýšení účinnosti oddělování je dále výhodné, jestliže ze sací trubky do sběrného zásobníku na prach vystupuje v podstatě trychtýřovitý štít.

Zásluhou tohoto zdokonalení známého zařízení se v oblasti ústí sací trubky vytváří vzduchový vír, kterými jsou částice vymrštovány směrem ven. Částice jsou tam pak sekundárním vírem, který je indukován ve sběrném zásobníku na prach, transportovány dále do tohoto sběrného zásobníku na prach. Podstatné přitom je, že vytříděné pevné nebo kapalné částice jsou takto odstraněny z proudu plynu. Může se použít řešení spočívající v tom, že lopatkové kolo je tvořeno ventilátorovým kolem. Částice urychlené stykem s lopatkovým kolem jsou pak zásluhou přímočarého otvoru sběrného zásobníku na prach, který je nasměrován k lopatkovému kolu, zachyceny sekundárním vírem a vyneseny z proudu plynu, takže se tyto částice mohou ukládat ve sběrném zásobníku na prach. Aby se podpořil vznik sekundárních vírů, měl by poměr průměru sběrného zásobníku na prach vůči průměru lopatkového kola činit s výhodou více než 2 :1. Další zdokonalení zařízeni spočívá v tom, že lopatkové kolo je ve směru prouděni předřazeno před ventilátorovým kolem. Zásluhou toho dochází k rozdělování fází před ventilátorovým kolem, takže částice se nedostanou k ventilátorovému kolu. U tohoto provedení se ukázalo být výhodným, jestliže proud plynu prochází lopatkovým kolem v axiálním směru. Částice, které jsou stykem s lopatkovým kolem urychlovány v tangenciálním směru, se pak ve víru, který je v podstatě stacionární, pohybují kolem osy lopatkového kola a dostávají se v důsledku odstředivých sil k okraji komory kolem lopatkového kola, odkud se působením gravitačních sil nebo indukovaného sekundárního víru dostávají do sběrného zásobníku na prach. Komora kolem lopatkového kola má s výhodou tvar trychtýře a sbíhá se kuželovité ve směru odsávání. Lopatkové kolo má s výhodou dvě lopatky nebo křídla. Lopatky mohou být podle jednoho z dalších výhodných zdokonalení uspořádány v oblasti vrcholu kuželového síta, který je nasměrován proti směru proudění plynu. Otáčky by měly být nejméně 10.000 za minutu. Takto se dosáhne účinného přenosu pohybových impulzů z lopatek nebo můstků kuželového síta na částice. Kompaktní konstrukce se dosáhne tehdy, jestliže kuželové síto a ventilátorové kolo jsou vyrobeny vcelku z téhož materiálu. Kuželové síto je opatřeno sítovými otvory, které jsou ve směru obvodu navzájem odděleny můstky. Šířka sítových otvorů kuželového síta ve směru obvodu a výška můstků oddělujících navzájem tyto sítové ovory jsou navzájem s přihlédnutím k otáčkám a maximální rychlosti plynu sladěny tak, že částice vstupující s maximální sací rychlostí do otáčejících se sítových otvorů jsou během svého průchodu skrze tyto sítové otvory vždy zasaženy můstky a tím odmrštěny od kuželového síta. Pro tento mechanismus je mimořádně výhodný kuželový tvar kuželového síta. Další jiné zdokonalení vynálezu spočívá v tom, že sací trubka je v oblasti sněrného zásobníku na prach obklopena trychtýřovitým štítem. Tímto opatřením se potlačí vytváření indukovaného sekundárního víru v oblasti dna sběrného zásobníku na prach.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na neomezujících příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují:

- na obr. 1 pohled na první provedení zařízení podle vynálezu provedeného jako vysavač prachu,

- na obr. 2 dílčí řez prvním příkladem provedení z obr. 1, ve srovnání s obr. 1 zvětšeno,

- na obr. 3 dílčí řez prvním příkladem provedením otočený ve srovnání s obr. 1 o 90°,

- na obr. 4 řez druhým příkladem provedení,

- na obr. 5 řez třetím příkladem provedení,

- na obr. 6 řez čtvrtým příkladem provedení,

- na obr. 7 sedmilopatkové ventilátorové kolo podle příkladů provední tři, čtyři a pět, na obr. 8 půdorysný pohled na lopatkové kolo pátého příkladu provedení, ~'

- na obr. 9 řez sedmilopatkovým kolem ventilátoru podle pátého příkladu provedení v rovině IX - IX z obr. 8, a

- na obr. 10 šestý příklad provedení podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení pro oddělováni pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, to jest pro oddělování fází, podle vynálezu, je vhodné, zejména pro vysavač 1 prachu, který- je jako příklad znázorněn na obr. 1. Vysavač 1 prachu je opatřen motorovým krytem 6, ve kterém je uspořádán neznázorněný elektromotor, který pohání ventilátorové kolo 8., kterým je odsávaný vzduch nasáván skrze sací hubici 2 a na ni navazující sací trubku 3. Lopatkové kolo 9, které je uspořádáno ve vysavači 1 prachu, by přitom mělo z proudu plynu oddělit pevné nebo kapalné částice. Takto předčištěný vzduch je pak ventilátorovým kolem 8. transportován do pytlíku 5 na prach, který v tomto případě působí jako jemný fiitr.

Oddělování pevných a kapalných částic od proudu plynu probíhá s výhodou při 20.000 až 35.000 otáčkách za minutu. Zejména zásluhou použití kuželovitého síta 17 lze přitom velikost částic, které se ukládají ve sběrném zásobníku 4 na prach, zredukovat až na velikost 10 yum. To má výhodu spočívající v tom, že pytlík 5 na prach již v podstatě nemusí být vyprazdňován, popřípadě může mít velmi malé rozměry. Filtrační látka použitá pro tento pytlík 5 na prach může být navíc nastavena na frakci částic až do velikosti 10 ^um, takže se může použít z energetického a nákladového hlediska výhodný filtrační systém. Zařízení je vhodné nejen pro oddělování pevných částic, ale i pro odsávání kapalin. Kapičky kapaliny, které jsou obsaženy v proudu plynu, jsou stejně jako prachové částice tangenciálně urychlovány lopatkovým kolem 9 a takto vydělovány z proudu yzduchu.

První příklad provedení, který je znázorněn na obr. 2 a 3, obsahuje sběrný zásobník 4 na prach, který obklopuje sací trubku

3.. Otvor 3' sací trubky 3. je nasměrován k ose lopatkového kola

9.. V tomto příkladu provedení je lopatkové kolo £ tvořeno ventilátorovým kolem 8.. Lopatkové kolo 9. je obklopeno trychtýřovým pláštěm 12 . jehož špička je orientována ve směru proudění plynu. Na otevřenou stranu tohoto trychtýřového pláště 12 navazuje válcový plást 11, který přitom přesahuje oblast otvoru 3' sací trubky .3. Kolem tohoto otvoru 3' sací trubky 3 je uspořádána clona 13., která má válcový tvar a stejný průměr jako lopatkové kolo 9.. Tím pe dosáhne toho, že lopatkové kolo 9 nasává vzduch pouze ze sací trubky 3.

Sběrný zásobník 4 na prach je jinak ze všech stran uzavřen. Pouze v oblasti jeho víka 15 je vytvořen otvor 16, do kterého zasahuje zmíněný válcový plášt 11. Trychtýřový plást 12 probíhá přibližně v celém rozsahu lopatkového kola 9.. Na své straně s menším průměrem je trychtýřový plást 12 opatřen kruhovým výřezem, který ústí do odtahového kanálku 7. Tímto odtahovým kanálkem 7 je vzduch veden kolem motoru do pytlíku 5. na prach.

V důsledku rotačního pohybu lopatkového kola 9. kolem jeho osy je vzduch urychlován v radiálním směru. Zásluhou jinak všestranného uzavření sběrného zásobníku 4 na prach může vzduch nasávaný ventilátorovým kolem 8 unikat pouze výřezy na otevřené straně trychtýřového pláště 12 do odtahového kanálku 7.. Kolem lopatkového kola 9. se vytváří vzduchový vír, který zásluhou šikmých stěn trychtýřového pláště 12 zasahuje až do oblasti válcového pláště 11. V tomto víru, tedy v oblasti clony 13, se ve svislém směru oddělují pevné nebo kapalné částice. V důsledku přímé orientace otvoru 10 sběrného zásobníku 4 na prach vůči lopatkovému kolu 9 se přinejmenším v horní části sběrného zásobníku 4. na prach indukuje sekundární vír, který transportuje prachové částice do tohoto sběrného zásobníku 4-na prach. Clona 13 zajišťuje, že lopatkové kolo 9 samo neruší tento indukovaný sekundární vír.

Druhý příklad provedení, který je znázorněn na obr. 4, se od prvního příkladu provedení odlišuje v podstatě tím, že přímo orientovaný otvor 10 sběrného zásobníku 4 na prach je při okraji obklopen kuželovým pláštěm 14. Tento kuželový plášt 14 svým větším průměrem navazuje na větší průměr trychtýřového pláště 12 . Také v tomto případě proudí vzduch do odtahového kanálku Ί_.

V příkladech provedení 3 až 6 není ventilátorové kolo 8 identické s lopatkovým kolem 9. Ventilátorové kolo 8. je zde uspořádáno ve směru proudění za lopatkovým kolem 9_. Lopatkové kolo 9 má navíc takový tvar, že proud vzduchu může skrze jeho lopatky procházet v podstatě v axiálním směru. K tomuto účelu jsou v kuželovém sítu 17 vytvořeny sítové otvory 23. Vrcholový úhel tohoto kuželového síta 17 by měl činit 40 až 140°, jestliže se má dosáhnout zvláště dobrého separačního účinku. Vrchol 17' kuželového síta 17 směřuje k otvoru 3' sací trubky 3.. Na plášti kuželovitého síta 17 jsou proti sobě uspořádány dvě lopatky 24, které tvoří lopatkové kolo 9. V plášti kuželového síta 17 jsou vytvořeny tři řady sítových otvorů 23., které jsou navzájem odděleny můstky 27. Šířka sítových otvoru 23 závisí na radiální poloze daného sítového otvoru 23.. Tato šířka závisí také na účinné výšce můstku 27 ve směru proudění plynu. Dimenzování šířky sítového otvoru 23 a výšky můstku 27 se volí v závislosti na maximální rychlosti proudění vzduchu skrze sítové otvory 23. a otáčkách kuželového síta 17 tak, aby prachové částice byly při průchodu skrze sítový otvor 23 vždy zasaženy můstkem 27.- Tím je zajištěno optimální oddělování fází. Veškeré částice nezasažené již dříve lopatkami 24 lopatkového kola 9 jsou pak tangenciálně urychlovány při vstupu do kuželového síta 17, takže jsou napříč vymrštěny z nasávaného proudu vzduchu, který je orientován v podstatě v axiálním směru, a usazují se pak ve sběrném zásobníku 4 na prach. Poloměr lopatek 24 je přitom nejméně tak velký, s výhodou nepatrně větší než poloměr kruhového otvoru 3' sací trubky 3.. Rovněž největší průměr kuželového síta 17 je poněkud větší než průměr otvoru 3' .

Jak je patrné zejména z obr. 7, tvoří lopatkové kolo 9. spolu s kuželovým sítem 17 vcelku jednotku s ventilátorovým kolem 8., to jest ventilátorové kolo 28 sé sítovými křídly. Toto ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly je opatřeno hnací spojkou 26 pro spojení s hřídelem elektromotoru a dále prstencem ventilátorových lopatek 25 .

V příkladech provedení podle obr. 5 až 10 je v přechodové oblasti mezi ve směru proudění se nacházejícím ventilátorovým kolem 8. a kuželovým sítem 17 ventilátorového kola 28 se sítovými křídly patrný válcový úsek 18, který je obepnut oblastí s nejmenším průměrem otvoru 10 sběrného zásobníku na prach, který se zde trychtýřovitě sbíhá. Jeho stěny jsou tvořeny trychtýřovým pláštěm 12.. Tímto provedením je zajištěno, že veškerý vzduch je ventilátorovým kolem 8. nasáván skrze kuželové síto 17. To znamená, že prachové částice v důsledku svého vrhání směrem k obvodu buď můstky 27 nebo lopatkami 24 jsou takto napříč ke směru proudění plynu transportovány do kroužícího víru plynu, odkud padají do sběrného zásobníku 4 na prach.

Z příkladu provedení podle obr. 6 je patrné, že skrze otvor víka 15 sběrného zásobníku 4 na prach až do tohoto sběrného zásobníku 4 na prach zasahuje plást 22 ve tvaru komolého kužele, který je uspořádán kolem kuželového síta 17. Kolem pláště 22 ve tvaru komolého kužele je uspořádán přídavný válcový plást ll, který je kanálkem 21 pro vedlejší vzduch propojen s ventilátorovou komorou, která je opatřena trychtýřovým pláštěm 12-, Mezi rovinou otvoru v plášti 22 ve tvaru komolého kužele a otvorem 3' sací trubky 3. je napatrný odstup. Vrchol 17^z kuželového síta 17 se nachází v rovině otvoru pláště 22 ve tvaru komolého kužele a je tedy stejně vzdálen i od roviny, otvoru 3' sací trubky 3.

Ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly je podle obr. 7 opatřeno dvěma protilehlými lopatkami 24, jejichž spodní hrany se spojují v místě vrcholu 17' kuželového síta 17 . Rohy lopatek 24 jsou zaoblené a v lopatkách 24 jsou vytvořena oblouková vybrání 32 . Lopatky 24 pak přecházejí v základnu kuželového síta 17 v místě, kde má toto kuželové síto 17 největší průměr. Lopatky 24 takto probíhají v podstatě rovnoběžně s pláštěm kuželového síta 17. Tím je zajištěno, že sítové otvory 23 , popřípadě můstky 27, se nacházejí ve stejné výši jako lopatky 24.

V příkladech provedení podle obr. 5 a 6 je dále použit trychtýřovitý štít 20 , který obepíná sací trubku 3. Oblast trychtýřovitého štítu 20 s větším průměrem přitom směřuje ke dnu sběrného zásobníku 4 na prach.

V druhově podobném vysavači prachu přichází vzduch axiálně k odstředivému kolu, kterým je vzduch hnán radiálně směrem ven, takže větší částice prachu jsou vrhány proti vnitřní straně vodicí plochy, která obklopuje toto odstředivé kolo. Vzduch obsahující již jen jemné prachové částice je pak radiálně směrem dovnitř odchylován do spolu se otáčejícího válcového děrovaného bubnu o poněkud menším průměru. V důsledku toho, že tento buben je opatřen,poměrně vysokým počtem otvorů, které působí jako malá křídla, mohou být také jemné prachové částice zásluhou lepšího přenosu rotačního pohybu na vzduch vrhány proti vnitřní straně vodicí plochy, která obklopuje zmíněný buben. Po průchodu bubnem je vzduch opět odchýlen do axiálního směru a skrze motor vyfouknut do okolí. Prach, který se dostane do dále zařazených pytlíkových filtrů, může při vzrůstajícím naplnění filtru snižovat sací výkon zařízení. Aby se dosáhlo oddělení fází v minimálním konstrukčním prostoru, pokud možno beze změny směru proudění a s vyšší účinností proudění, je podle vynálezu navrženo řešení spočívající v tom, že ve vysavači 1 prachu je uspořádán sběrný zásobník 4. na prach a vytvořen prostor pro ventilátorové kolo 8 a prostor pro odtahový kanálek 7.. Sací trubka 3. je na jedné straně propojena se sací hubicí 2 a na druhé straně se sběrným zásobníkem 4 na prach. Vzduch s nečistotami je skrze sací trubku 3. přiváděn tak, že na odlučovací jednotku, to jest lopatkové kolo 9., které je uspořádáno v odlučovacím prostoru, naráží centrálně. Odlučovací jednotka, nebo také ventilátorové kolo 28 se sítovými křídly, sestává z dutého kuželového tělesa, které představuje kuželové síto 17, ve kterém jsou vytvořeny sítové otvory 23 . které jsou orientovány ve směru proudění vzduchu. Na tomto kuželovém sítu 17 je uspořádán určitý počet rovných radiálních lopatek 24. Zmíněná odlučovací jednotka je bud napevno namontována na ventilátorovém kole 8., které je přes hnací spojku 26 poháněno hřídelem elektromotoru, nebo je s ventilátorovým kolem 8. spojena pomocí další sací trubky 31 na obr. 10 a poháněna pak zvláštním motorem M2. Prachové částice, které jsou od vzduchu oddělovány odlučovací jednotkou, to jest lopatkovým kolem 9, jsou vnitřní stranou trychtýřového pláště 12 odlučovacího prostoru, který je propojen se sběrným zásobníkem 4 na prach, odchylovány do tohoto sběrného zásobníku 4 na prach. Takto vyčištěný vzduch pak proudí dále k ventilátorovému kolu 8. a odtud do odtahového kanálku 7.·

Provedením podle vynálezu se dosáhne toho, že vzduch s nečistotami přichází sací trubkou 3. axiálně k odlučovací jednotce, tvořené lopatkovým kolem 9 a kuželovým sítem 17, ze které pak rovněž axiálně vystupuje, zatímco hrubé nečistoty jsou rovnými lopatkami 24 a jemné nečistoty sítovými otvory 23 v kuželovém sítu 17 vrhány radiálně směrem ven proti vnitřní straně odlučovacího prostoru. Pomocí vysokého počtu těchto malých sítových otvorů 23 se dosáhne lepšího přenosu rotačního pohybu.na vzduch obsahující nečistoty než rovnými křídly a lze takto ze vzduchu oddělit také velmi malé částice. Odloučené částice nečistot jsou příslušně tvarovanou vnitřní stranou . odlučovacího prostoru sváděny do sběrného zásobníku 4 na. prach. Vzduch zbavený nečistot proudí pak dále axiálně do ventilátorové jednotky, to jest k ventilátorovému kolu 8. Pod pojmem vzduch obsahující nečistoty lze rozumět také směs vzduchu s vodou, přičemž od vzduchu se pak analogicky oddělují kapky vody.

V příkladu provedení, který je znázorněn na obr. 10, je kromě motoru M2, který pohání odlučovací jednotku, to jest odlučovací kolo 9. a kuželové síto 17, je použit přídavný motor Ml, který pohání ventilátorové kolo 8.. Ventilátorové kolo 8. je s odlučovací jednotkou tvořenou odlučovacím kolem 9 a kuželovým sítem 17 spojeno další sací trubkou 31.

Znaky vynálezu popsané v předchozím popisu a nárocích a znázorněné na výkresech mohou být pro uskutečňování vynálezu být významné jak jednotlivě, tak i v libovolné kombinaci. Všechny popsané znaky jsou z hlediska vynálezu důležité. Rámec vynálezu je spoluurčen i obsahem příslušné prioritní přihlášky, jejíž plný obsah je zde takto nárokován.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro oddělování pevných nebo kapalných částic od proudu plynu, které obsahuje ventilátororé kolo a lopatkové kolo, které je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovýn kolem, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9) je tvořeno kuželovým sítem (17) , na jehož kuželovém plášti jsou uspořádány radiálně odstávající lopatky (24).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9) je tvořeno ventilátorovým kolem (8) .
3. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9) je ve směru proudění předřazeno před ventilátorovým kolem (8) .
4. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9) je opatřeno dvojicí lopatek (24).
5. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že na lopatkové kolo (9) ve směru proudění navazuje kuželové síto (17) .
6. Zařízení podle některého z předchozích nároků, i

vyznačující se tím, že lopatky (24) radiálně vystupují z pláště kuželového síta (17) . ..........
7. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že lopatkové kolo (9), kuželové síto (17) a ventilátorové kolo (8) jsou navzájem spojeny vytvořením vcelku.
8. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že šířka sítových otvorů (23) kuželového síta (17)· ve směru obvodu a výška můstků (27) oddělujících navzájem tyto sítové ovory (23) jsou navzájem sladěny tak, že částice vstupující s maximální sací rychlostí do otáčejících se sítových otvorů (23) jsou během svého průchodu skrze tyto sítové otvory (23) vždy zasahovány můstky (27).
9. Zařízení podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že ze sací trubky (3) do sběrného zásobníku (4) na prach vystupuje v podstatě trychtýřovitý štít (20).