DE10042443A1 - Mechanisches Abscheidegitter - Google Patents

Abstract

Ein mechanisches Abscheidegitter mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Einström- und Abscheideprofilen, wobei zwei benachbarte Profile jeweils einen Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium bilden und sich einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen, im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen gebildet sind, wenigstens zwei weitere in Strömungsrichtung dahinter liegende Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen gebildet sind und jedes Abscheideprofil hinter einem Strömungsspalt der davor liegenden Profilebene positioniert ist, soll dahingehend verbessert werden, daß ein solches mechanisches Abscheidegitter, das vorzugsweise als Staub- und Wasserabsorptionsmodul ausgebildet ist, neben einer optimierten aerodynamischen Gitterprofilgeometrie eine Ausführung mit größeren Profillängen erlaubt, ohne das Schwingungsprobleme auftreten. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Einströmprofile mit den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Abscheideprofilen der dritten Profilebene mit einem Steg miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Abscheidegitter mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Einström- und Abscheideprofilen, wobei zwei benachbarte Profile jeweils einen Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium bilden und sich einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen, im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen gebildet ist, wenigstens zwei weitere in Strömungsrichtung dahinterliegende Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen gebildet sind, und jedes Abscheideprofil hinter einem Strömungsspalt der davor liegenden Profilebene positioniert ist.

Es sind verschiedene Profilformen für mechanische Abscheidegitter bekannt, wobei eine sehr einfache Profilgeometrie winkelförmig ausgebildet ist. Sowohl die Einströmprofile wie auch die Abscheideprofile weisen eine winkelförmige Profilgeometrie auf, wobei die Eintrittsprofile mit dem Winkelknie zur Strömungsrichtung zeigen, und die Abscheideprofile entgegengesetzt zur Strömungsrichtung jeweils hinter einem Strömungsspalt der davor liegenden Ein­ strömprofile angeordnet sind.

Das mechanische Abscheidegitter, das vorzugsweise als Staub- und Wasserabsorptionsmodul ausgebildet ist, reinigt Luftströme von Staubpartikeln, Flüssigkeitströpfchen, Insekten und Schnee. Die Nutzung von Ergebnissen der Grundlagenforschung und die computergestützte Strömungs­ optimierung der Gitterkontur führten zur Entwicklung neuartiger Abscheidegitter. Durch eine starke Beschleunigung und die Stauumlenkung vor einem strömungstoten Raum wirken starke Fliehkräfte auf im Luftstrom geförderte Partikel, die zu hohen Abscheidegraden für Staub und Flüssigkeit führen. Die ablösefreie Gestaltung der Gitterkontur gewährleistet niedrige Gesamtdruckverlustbeiwerte und eine geringe aerodynamische Geräuschentwicklung. Modelluntersuchungen zu Abscheidegraden, Gesamtdruckverlusten und Schalldruckpegeln bei Gerad- und Schräganströmung wurden zum Vergleich an konventionellen Abscheidegittern durchgeführt. Untersuchungen an Originalansaugkästen von Triebfahrzeugen im Großwindkanal und umfassende Betriebserprobungen führten schließlich zu immer aerodynamischeren Gitterprofilgeometrien. Ein Ausführungs­ beispiel zeigt die WO 99/28011.

Die Baulängen dieser aerodynamischen Gitterprofile sind aufgrund von Steifigkeitsproblemen begrenzt. Wenn die Profile zu lang ausgeführt sind, treten aufgrund der geringeren Steifigkeit Schwingungsprobleme auf, die geringere Abscheidegrade und eine geringere Lebensdauer des Abscheidegitters nach sich ziehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein mechanisches Abscheidegitter der eingangs genannten Gattung aufzuzeigen, das neben einer optimierten aerodynamischen Gitterprofilgeometrie eine Ausführung mit größeren Profillängen erlaubt, ohne das Schwingungsprobleme auftreten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem mechanischen Abscheidegitter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung sind die Einström­ profile mit den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Ab­ scheideprofilen der dritten Profilebene mit einem Steg mitein­ ander verbunden. Die Vorteile dieser Ausbildung liegen darin, daß durch das Verbinden hintereinander liegender Profile eine höhere Steifigkeit des Profilgitters erreicht wird, ohne daß nennenswerte Abscheidegradverluste entstehen. Teilweise werden sogar bessere Werte ermittelt.

Der Profilverlauf jedes Einströmprofils ist an seiner Eintrittsseite konvex ausgebildet, weist in den Schnittpunkten mit der Ebene der engsten Einströmspaltquerschnitte eine Profilkante mit einem Winkel von etwa 80° auf und wird von dort durch zwei konkav verlaufende Profilflanken gebildet, die sich im Punkt tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den Profilebenen verlaufenden Steg fortsetzen. Die Abscheideprofile der zweiten Ebene, wie auch der dritten Ebene sind bezüglich ihrer in Strömungsrichtung liegenden Achsen symmetrisch und bilden jeweils zwei Schenkel, deren freie Schenkelenden einen Abscheidespalt bilden. Die Stege führen durch die Abscheidespalten der Abscheideprofile der dritten Profilebene hindurch und verbinden sich mit diesen in ihren Scheitellinien. Durch eine derartige Ausgestaltung werden die aerodynamischen Druckverluste durch den in Strömungsrichtung liegenden Steg nur wenig beeinflußt.

Die Abscheideprofile der dritten Profilebene entsprechen im wesentlichen Kreissegmenten, die einen Winkel von etwa 135° aufweisen. Die Schenkelenden der Abscheideprofile der dritten Profilebene knicken in einem Winkel von 80° nach innen ab und bilden so einen Winkel von etwa 45° zur Strömungsrichtung. Außerdem weisen die abgeknickten Schenkelenden der Abscheide­ profile der dritten Profilebene einen parallelen Verlauf zu den gegenüberliegenden Schenkeln der Abscheideprofile der zweiten Profilebene auf, die auch aus Kreissegmenten gebildet sind und einen Winkel von etwa 290° aufweisen. Die Schenkel­ enden der zweiten Profilebene sind nach innen hin verdickt, was den Abscheidegrad weiter verbessert. Eine weitere Ausge­ staltung der Erfindung, die auch der Abscheidegradverbesserung dient, ist ein Vorsprung, der sich in der zweiten Profilebene innenseitig und entlang der Scheitellinie jeweils in Richtung der Profilöffnung erstreckt.

Die Außenkonturen der Schenkel der Abscheideprofile der zweiten Profilebene sind im wesentlichen kreisförmig und entsprechen zu ihren Scheitellinien hin tangentialen Geraden, so daß die Außenkontur jeweils eines Abscheideprofils auf der strömungsabgewandten Seite einen Winkel von etwa 120° bildet. Vorzugsweise ist die Winkelspitze leicht abgerundet. Durch eine derartige tropfenförmige Ausgestaltung verkleinert sich der Strömungsablösebereich, auch Totwasserbereich genannt, mit seinen Verwirbelungen, wodurch die Druckverluste verringert werden.

Die den Einströmspalt bildende Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen ist kleiner als die den Abscheidespalt bildende Öffnungsweite der dahinterliegenden Abscheideprofile. Dadurch sollen Partikelteilchen deren Eintrittswinkel in das Profilgitter von der senkrechten Eintrittsrichtung geringfügig abweichen trotzdem noch von den Abscheideprofilen der zweiten Profilebene erfaßt werden. Vorzugsweise beträgt die Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen etwa 2/3 der Öffnungsweite der dahinterliegenden Abscheideprofile. Die Weite der Abscheideprofile der dritten Profilebene weist vorzugsweise ebenso 2/3 der Weite der Einströmprofile auf. Denkbar sind jedoch auch andere Größenverhältnisse der Abscheideprofile zu den Einströmprofilen und der Strömungsspalten zu den Profilöffnungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform weiter erläutert. Die Darstellung zeigt in:

Fig. 1 einen Profilschnitt des erfindungsgemäßen mechanischen Abscheidegitters.

Der in Fig. 1 dargestellte Profilschnitt eines Abscheidegitters setzt sich aus drei Profilebenen zusammen. Die erste Profilebene besteht aus geschlossenen, im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen 1, die zweite, dahinter liegende Profilebene besteht aus zur Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen 2 und die dritte, hinter der zweiten Profilebene liegende Profilebene besteht ebenfalls aus zur Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen 3. Die Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene sind jeweils mittig hinter einem Strömungsspalt 24 der davor liegenden Ebene positioniert. Die Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene sind in Strömungsrichtung 30 hinter den Einströmprofilen 1 angeordnet. Die Einströmprofile 1 sind über Stege 8 mit den Abscheideprofilen 3 der dritten Profilebene miteinander verbunden. Der Profilverlauf jedes Einströmprofils 1 ist an seiner Eintrittsseite 4 konvex ausgebildet, weist in den Schnittpunkten mit der Ebene der engsten Einströmquerschnitte eine Profilkante 5 mit einem Winkel von etwa 80° auf und wird von dort durch zwei konkav verlaufende Profilflanken 6 gebildet, die sich im Punkt 7 tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den Profilebenen verlaufenden Steg 8 fortsetzen.

Die Abscheideprofile 2 und 3 bilden jeweils zwei Schenkel 11 bzw. 17, deren freie Schenkelenden 14 und 18 die Abscheidespalten 25, 26 bilden.

Die Stege 8 führen durch den Abscheidespalt 26 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene und sind in den Scheitellinien im Punkt 9 mit diesen verbunden. Dabei weisen die Verbindungen jeweils zwei Radien 10 auf, deren Maß in etwa dem der Stegdicke entspricht. Die ein Paar bildenden Schenkel 11 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene ergeben Kreissegmente, die einen Winkel von etwa 135° aufweisen. Die zwei Schenkel 11 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene weisen jeweils eine Profilkante 12 auf, die einen Winkel von etwa 80° bildet und dem sich ein Schenkelende 14 anschließt, welches in einem Winkel von etwa 45° zur Strömungsrichtung 30 liegt. Die ein Paar bildenden Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene ergeben Kreissegmente, die einen Winkel von etwa 290° aufweisen. Die Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene weisen an ihren Schenkelenden 18 nach innen gerichtete Verdickungen auf, die etwa in einer Ebene mit den Punkten 7 tangentialer Berührung liegen. Außerdem weisen die Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene innenseitig und entlang ihrer Scheitellinien jeweils einen sich in Richtung der Profilöffnung 25 erstreckenden Vorsprung 19 auf. Dieser Vorsprung ist vorzugsweise parabelförmig ausgebildet und weist an seiner Verbindung zwei Radien 20 auf, deren Maß in etwa der halben Stegdicke entspricht.

Die im wesentlichen kreisförmig ausgebildeten Außenkonturen der Schenkel 17 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene bilden sich zu ihren Scheitellinien hin entsprechend tagentialen Geraden 22 aus, so daß die Außenkontur jeweils eines Abscheideprofils 2 auf der strömungsabgewandten Seite einen Winkel von etwa 120° bildet. Die Winkelspitze 21 ist leicht abgerundet. Vorzugsweise beträgt ihr Radius in etwa das Maß der 1,5-fachen Stegdicke. Die den Einströmspalt 24 bildende Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen 1 beträgt etwa 2/3 der den Abscheidespalt 25 bildenden Öffnungsweite der dahinter liegenden Abscheideprofile 2, und die Weite der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene weisen etwa 2/3 der Weite der Einströmprofile 1 auf.

Der Strömungsspaltquerschnitt 27, 28, 29 zu beiden Seiten des Abscheideprofils 2 der zweiten Profilebene ist eintrittsseitig zwischen den Schenkelenden 18 und den Profilflanken 6 im Punkt 27 am größten und verjüngt sich in Strömungsrichtung kontinuierlich. In der Ebene der maximalen. Weite der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene erreicht der Strömungsspaltquerschnitt im Punkt 28 seinen kleinsten Wert. Von dieser Ebene an erweitert sich der Strömungsspaltquerschnitt kontinuierlich gemeinsam mit dem hier beginnenden Querschnitt des Abscheidespaltes 26. An der Spitze 15 der Schenkelenden 14 trennt sich der Strömungsspaltquerschnitt wieder von dem an dieser Stelle seine maximale Weite einnehmenden Strömungsspalt 26 und vergrößert sich kontinuierlich bis er austrittsseitig an der Stelle zwischen der Profilkante 12 und der gegenüberliegenden tangentialen Gerade 22 seinen maximalen Wert annimmt.

Das Wirkprinzip des mechanischen Abscheidegitters wird im folgenden beschrieben:
Die partikelbehaftete Luft strömt in Strömungsrichtung 30 in die Einströmspalten 24, wird vor den strömungstoten Räumen 23 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene stauumgelenkt und tritt zu beiden Seiten des Abscheideprofils 2 der zweiten Profilebene in die Strömungsspalten im Punkt 27 ein. Dort wird die partikelbehaftete Luft durch Strömungsspaltverengung in dem bogenförmigen Strömungsspalt beschleunigt, so daß im Punkt 28 die maximale Geschwindigkeit erreicht ist und damit die größte Fliehkraft auf die Partikelteilchen wirkt. Von dem Punkt 28 an verläßt die Außenkontur des Strömungsspaltquerschnittes seine bogenförmige Bahn auf einer tangentialen Geraden, die durch den Steg 8 gebildet wird. Zum zweiten Mal wird die inzwischen weniger partikelbehaftete Luft vor einem strömungstoten Raum 16 der Abscheideprofile 3 der dritten Profilebene stauumgelenkt und tritt in den Strömungsspaltbereich 29 ein, verläßt diesen an der Stelle zwischen den Profilkanten 12 und den gegenüberliegenden tangentialen Geraden 22 der Abscheideprofile 2 der zweiten Profilebene und verläßt schließlich in gereinigtem Zustand das Profilgitter im Bereich der dritten Profilebene. Die Fliehkraft der Partikelteilchen bewirkt, daß diese nicht der stauumgelenkten Luftströmung folgen können, sondern geschossartig in die strömungstoten Räume 16, 23 fliegen und daß sie dort durch mehrmaliges Aufprallen an den Innenwänden ihre kinetische Energie verlieren, aufgrund der Schwerkraft in den strömungstoten Räumen 16, 23 nach unten fallen und somit aus der Luft ausgeschieden werden.

Claims (13)

1. Mechanisches Abscheidegitter mit mehreren parallel zueinander verlaufenden Einström- (1) und Abscheide­ profilen (2, 3), wobei zwei benachbarte Profile jeweils einen Strömungsspalt für ein gasförmiges Medium bilden und sich einer ersten Profilebene, die aus geschlossenen, im wesentlichen abgerundeten Einströmprofilen (1) gebildet ist, wenigstens zwei weitere in Strömungsrichtung dahinter liegende Profilebenen anschließen, die aus zur Strömungsrichtung hin offenen, im wesentlichen abgerundeten Abscheideprofilen (2, 3) gebildet sind und jedes Abscheideprofil (2, 3) hinter einem Strömungsspalt (24, 28) der davor liegenden Profilebene positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einströmprofile (1) mit den in Strömungsrichtung dahinter liegenden Abscheideprofilen (3) der dritten Profilebene mit einem Steg (8) miteinander verbunden sind.

2. Mechanisches Abscheidegitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilverlauf eines Einström­ profils (1) an der Eintrittsseite (4) konvex ausgebildet ist, in den Schnittpunkten mit der Ebene der engsten Einström­ spaltquerschnitte (24) eine Profilkante (5) mit einem Winkel von etwa 80° aufweist und von dort von zwei konkav verlaufenden Profilflanken (6) gebildet wird, die sich im Punkt (7) tangentialer Berührung in dem senkrecht zu den Profilebenen verlaufenden Steg (8) fortsetzen.

3. Mechanisches Abscheidegitter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die der Symetrieachse nach geteilten Abscheideprofile (2, 3) jeweils zwei Schenkel (17) bzw. (11) bilden, und daß jeweils zwei ein Paar bildende freie Schenkelenden (18 bzw. 14) Abscheidespalten (25, 26) bilden.

4. Mechanisches Abscheidegitter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) durch den Abscheidespalt (26) der Abscheideprofile (3) der dritten Profilebene führen und in den Scheitellinien mit diesen in einem Punkt (9) verbunden sind.

5. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Paar bildenden Schenkel (11) der Abscheideprofile (3) der dritten Profilebene Kreissegmente ergeben, die einen Winkel von etwa 135° aufweisen.

6. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils ein Paar bildenden Schenkelenden (14) der Abscheideprofile (3) der dritten Profilebene sich in einem Winkel von etwa 80° nach innen abknicken und einen Winkel von etwa 45° zur Strömungsrichtung (20) bilden.

7. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Paar bildenden Schenkel (17) der Abscheideprofile (2) der zweiten Profilebene Kreissegmente ergeben, sie einen Winkel von etwa 290° aufweisen.

8. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Paar bildenden Schenkelenden (18) der Abscheideprofile (2) der zweiten Profilebene nach innen hin verdickt sind.

9. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheideprofile (2) der zweiten Profilebene innenseitig und entlang ihrer Scheitellinien jeweils einen sich in Richtung der Profilöffnung (25) erstreckenden Vorsprung (19) aufweisen.

10. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkonturen der ein Paar bildenden Schenkel (17) der Abscheideprofile (2) der zweiten Profilebene im wesentlichen kreisförmig sind und zu ihren Scheitellinien hin tangentialen Geraden (22) entsprechend ausgebildet sind, so daß die Außenkontur jeweils eines Abscheideprofils (2) auf der strömungsabgewandten Seite einen Winkel von etwa 120° bildet.

11. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einströmspalt (24) bildende Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen (1) kleiner ist als die den Abscheidespalt (25) bildende Öffnungsweite der in Strömungsrichtung dahinter liegenden Abscheideprofile (2).

12. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den Einströmspalt (24) bildende Abstandsweite zwischen den Einströmprofilen etwa 2/3 der den Abscheidespalt (25) bildenden Öffnungsweite der in Strömungsrichtung dahinter liegenden Abscheideprofile (2) beträgt.

13. Mechanisches Abscheidegitter nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Abscheideprofile der dritten Profilebene (3) etwa 2/3 der Weite der Einströmprofile (1) aufweisen.